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醫學超音波檢查

技术

醫學超聲檢查（英語：Medical ultrasound）是一種基於超音波聲吶的醫學影像診斷技術，與其相關的學科稱作超音波診斷學。超聲檢查使肌肉和內臟器官等軟組織可視化，包括其尺寸、結構和病理學病灶。在產科中，超聲檢查廣泛用於妊娠時的產前診斷。

醫學超聲檢查
正在進行中的超聲檢查
ICD-10-PCS（英語：ICD-10 Procedure Coding System）B?4
ICD-9-CM88.7
MeSHD014463
OPS-301（英語：OPS-301）3-03...3-05

超聲頻率的選擇力求達到影像的空間分辨率和患者探查深度間的平衡。一般使用的頻率範圍是2至13百萬赫茲。

在物理學上，超聲（ultrasound）指在人耳聽閾上限（20,000赫茲，20千赫）以上的所有頻率，但在醫學影像學中，通常指頻帶比其高百倍以上的聲波。

應用

 
聲像圖顯示子宮內胎兒的頭顱
 
29周大正在發育中的胎兒的「三維超聲」

超聲診斷學在20世紀才出現。儘管歷史並不悠久，但在現在的醫學診斷學中，它有難以取代的作用。除診斷外，超聲診斷也可能在治療過程中起引導作用，例如活檢或積液引流。通常使用手持式探頭在患者身上掃描。掃描前需要將一種水基凝膠塗在患者身體和探頭之間，起耦合作用。

舉例來說，醫學超聲檢查通常用於：

盆腔超聲

參見：婦科超聲

盆腔超聲是多囊卵巢綜合徵的主要診斷工具，也可用於子宮、卵巢和膀胱的成像。妊娠時超聲用於檢查胎兒的發育情況。男性也可進行盆腔超聲檢查膀胱和前列腺的健康狀況。盆腔超聲檢查有兩種方式：經皮和腔內。腔內超聲可經陰道(女性)或者經直腸(男性)。

治療中的應用

超聲診斷在對腹部臟器疾病的診斷中，因為快速、廉價的特點而作為首選；近年來在心臟超聲、婦產科超聲和腔內超聲等領域，也有了很大的發展。隨着介入超聲和超聲治療的發明，聯合上述超聲診斷，使得肝腎穿刺、癌症治療、震波碎石、超聲引導下經皮穿刺置管（屬於一種造瘺術）等迅速發展。

  • 聚焦超聲外科(FUS)或稱高強度聚焦超聲HIFU，可用於治療良性和惡性腫瘤及其他疾病。通常使用的超聲波頻率比診斷時用的低（250kHZ至2000kHz），但是其平均時間強度高很多。治療通常由磁共振成像引導，用於腦部者稱作經顱磁振導航聚焦超音波（經顱磁共振引導聚焦超聲）。
  • 更強的超聲源可以在口腔衛生中用來清潔牙齒，或使生物組織局部加熱，例如物理治療、職業治療、腫瘤治療（包括癌症治療）。
  • 利用超聲乳化術治療白內障。
  • 近期發現一些低強度超聲的其他生理學作用，例如，刺激骨生長以及破壞腦血管障壁以利於藥物的擴散。
  • 肝腎的穿刺。
  • 超聲引導下的經皮穿刺置管造瘺技術。

模式

醫學超聲檢查有四種類型（模式）：A型（Amplitude-mode）、B型（Brightness-mode）、M型（Motion-mode）、多普勒型（Doppler-mode）[1][2]。

A型是最簡單的超聲波類型，單個傳感器掃描一條穿過身體的線，回波作為深度的函數繪製在屏幕上；針對特定腫瘤或結石的治療性超聲也是A型，可以精確定位破壞性波能量。

在B型超聲中，換能器的線性陣列同時掃描穿過身體的平面，可以在屏幕上看到二維圖像。在M型超聲中（M即movement，代表運動），由於產生反射的器官邊界相對於探頭移動，因此快速序列的B模式掃描其圖像在屏幕上依次顯示，使醫生能夠看到和測量運動範圍。多普勒模式利用多普勒效應測量和顯示血流，可用於探測結構（通常是血液）是朝向還是遠離探頭移動，以及它的相對速度，這在心血管研究中意義重大。

由聲波產生圖像

由聲波產生圖像經由三個步驟：產生聲波、接收回聲、形成圖像。產生的圖像稱作聲像圖。

產生聲波

 
醫學超聲檢查儀

在醫學超聲檢查中，壓電換能器（一般是陶瓷的）的相位陣列產生的短而強的聲音脈衝製造聲波。電線和換能器都封裝在探頭中。電脈衝使陶瓷振盪產生一系列的聲音脈衝。聲波的頻率可表現為2至13兆赫中的任一頻率，遠超於人耳能聽到的頻率（任何頻率超過人耳能聽到的範圍的聲波都可稱為「超聲波」）。而醫學超聲的目的在於使由換能器散射出的聲波匯總產生單一聚焦成弧形的聲波。

為了使聲波有效地傳導入人體（即阻抗匹配），探頭的表面由橡膠包被。為此，需要在探頭和患者皮膚之間塗布水基凝膠。

一部分聲波從不同組織之間的界面反射回探頭，即為回聲（由非常小的結構散射的聲波也產生回聲）。

接收回聲

聲波返回探頭，與探頭發射聲波相似，只是過程恰恰相反。返回的聲波使探頭的單元振盪並使振盪轉化為電脈衝，脈衝由探頭發送至超聲主機，並處理成數字圖像。

形成圖像

超聲儀必須確定接收到的回聲的3個要素：

  1. 探頭的眾多單元中接收到回聲的單元；
  2. 回聲的信號強度；
  3. 從探頭發射聲波到接收到其回聲的時間間隔。

超聲儀確定以上3點後，即可明確圖像中哪個像素應該顯示，亮度為多少。接收信號轉化為數字圖像可比方為往一個空白的電子表格上填寫數據。接收脈衝的探頭單元決定電子表格的哪一「列」（如A，B，C列等）。接收回聲所用的時間決定哪一「行」（如1，2，3行等），回聲的強度決定亮度(白色表示強回聲，黑色表示無回聲，不同的灰階表示2者之間的不同回聲)，如同在電子表格的格子裡填入數據。

設備

 
線陣探頭

超聲檢查使用含有一個或多個換能器的探頭向物體發射脈衝。當聲波遇到聲阻抗不同的物體，部分聲波就會被反射，當探頭探測到時即為回聲。回聲返回探頭的時間被測量記錄，用於計算產生此回聲的組織界面的深度。2種物質之間的聲阻抗差異越大，回聲越強。液體和氣體之間的聲阻抗差異極大，導致遇到其界面的絕大多數聲能被反射，致使其區域外的物體不能顯像。

在不同的物質中聲波的傳播速度不同，這取決於該物質的聲阻抗。但是，醫學超聲的主機假定聲速恆為1540m/s。雖然由於產生回聲，會喪失一部分聲能，但與由於聲波被吸收而產生的衰減相較而言影響很小。

為了產生二維圖像，聲束採用機械或電子方式的聲學換能器相控陣列進行掃射。接收的數據則進行處理以構建圖像。

用於醫學超聲的聲波頻率一般在1至13兆赫。頻率越高相應的波長越短，所得影像的分辨率越高。但是隨着聲波頻率的增高，聲波的衰減也越快。所以為了探查更深的組織，使用較低的頻率（3-5兆赫）。

大多數超聲儀也能顯示各種彩色圖像。這僅僅是指定不同的顏色用以表示接收到的回聲的振幅。此外。由一系列的2維圖像可以生成三維圖像，通常使用的是特殊探頭。

微氣泡

超聲造影是指在醫學超聲檢查中使用微氣泡造影劑以提高超聲信號的反射。此技術當前應用於超聲心動圖技術，將來可能應用於分子成像和藥物擴散。

多普勒超聲

主條目：多普勒超聲

優勢

  • 對肌肉和軟組織顯像良好，可以顯示固體和液體腔隙之間的界面；
  • 實時生成圖像，檢查操作者可動態選擇對診斷最有用的部分觀察並記錄，利於快速診斷；
  • 顯示臟器的結構；
  • 目前未知有長期副作用，一般不會造成患者不適；
  • 設備廣泛分布且相對靈活；
  • 有小型的、便攜式掃描儀；可在患者床邊進行檢查；
  • 相對於其他檢查（例如CT成像，雙向X射線吸收成像或者核磁共振成像）價格更低。

缺點

  • 超聲設備對骨的穿透性差。例如，腦的超聲成像就極為受限；
  • 因為聲阻抗的差異過大，當探頭與要探查的組織之間有氣體時超聲顯像質量很差。例如，由於前方受到胃腸道氣體的干擾，使得胰腺的成像非常困難，肺臟成像也是不可能的(除非是探查胸腔積液)；
  • 即使沒有骨骼或氣體的干擾，超聲的探查深度也是有限的，使得遠離體表的結構成像困難，特別是肥胖病人；
  • 操作者的手法十分重要。為了獲得高質量的圖像和作出準確診斷，需要醫生的技巧和經驗。

超聲成像的危險性

對於超聲的安全性曾經有過爭議。因為超聲是能量的一種形式，那麼就存在一個問題：「此種能量波會對我的組織產生何種影響？」

美國FDA警告說，實驗室研究表明診斷水平的超聲波會對組織產生物理效應，例如機械震動和溫度升高。FDA建議，公眾如無必要，不要隨便暴露在超聲波下，尤其是孕婦。儘管沒有證據表明超聲波想物理效應會傷害胎兒，但絕不可認為其能量對胎兒完全無害。並且FDA不許可利用醫學超聲波成像設備進行胎兒寫真、影像留念等非醫學用途行為，同時將醫學超聲波成像設備列為處方設備。[3]

可能的一些副作用：

  • 熱效應：局部組織吸收超聲的能量並使組織的溫度升高。[3]
  • 空化效應：溶解於組織的氣體隨音波震盪而產生體積變化，當其體積超越極限而爆破時會產生衝擊波與瞬間高熱。[4]

歷史

美國

瑞典

蘇格蘭

參考文獻

  • Donald I, MacVicar J, Brown TG. Investigation of abdominal masses by pulsed ultrasound. Lancet 1958;1(7032):1188-95. PMID 13550965
  • Edler I, Hertz CH. The use of ultrasonic reflectoscope for the continuous recording of movements of heart walls. Kungl Fzsiogr Sallsk i Lund Forhandl. 1954;24:5. Reproduced in Clin Physiol Funct Imaging 2004;24:118-36. PMID 15165281.
  • S. A. Kana. Introduction to physics in modern medicine. Tsylor & Francis. 2003. ISBN 978-0-415-30171-8. 
  • History of the AIUM. [2005-11-15]. （原始內容存檔於2005-11-03）. 
  • C. Kasai et al. Real-time two-dimensional blood flow imaging using an autocorrelation technique. IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics 1985:458-464.
  • Ohanyido FO,. Basic Sonology for Doctors in Low Income Settings. Healthquest 2005;3:23.
  • Bushberg JT. The essential physics of medical imaging. Lippincott Williams & Wilkins. 2002. ISBN 978-0-683-30118-2. 

引用

  1. ^ https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-1-4612-5805-6%2F1.pdf
  2. ^ 存档副本. [2021-09-20]. （原始內容存檔於2021-06-20）. 
  3. ^ 3.0 3.1 美國FDA對醫學超聲波成像設備濫用的警告： （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, From a medical standpoint, ultrasonic fetal scanning is generally considered safe and is properly used when medical information on a pregnancy is needed. But ultrasound energy delivered to the fetus cannot be regarded as completely innocuous. Laboratory studies have shown that diagnostic levels of ultrasound can produce physical effects in tissue, such as mechanical vibrations and rise in temperature. Although there is no evidence that these physical effects can harm the fetus, public health experts, clinicians and industry agree that casual exposure to ultrasound, especially during pregnancy, should be avoided. Viewed in this light, exposing the fetus to ultrasound with no anticipation of medical benefit is not justified. For additional information about the "prudent use" of diagnostic ultrasound, see the statement from the American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM). Persons who promote, sell or lease ultrasound equipment for making "keepsake" fetal videos should know that FDA views this as an unapproved use of a medical device. In addition, those who subject individuals to ultrasound exposure using a diagnostic ultrasound device (a prescription device) without a physician's order may be in violation of State or local laws or regulations regarding use of a prescription medical device. FDA notified the medical community and the ultrasound industry in August 1994 regarding its concerns about the misuse of diagnostic ultrasound equipment for non-medical purposes, and asked them to discourage their patients from having sonograms for non-medical reasons.
  4. ^ Örjan Johansson; Taraka Pamidi; Mohammad Khoshkhoo; Åke Sandström. Sustainable and energy efficient leaching oftungsten (W) by ultrasound controlled cavitation (報告). Lulea University of Technology. 2017. 

相關條目

外部連結


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