超声图像伪影

第五章超声图像伪影知识重点超声图像伪影定义伪影影响因素部分容积效应伪影旁瓣效应伪影回声失落伪影振铃状伪影(余振伪影)回声增强伪影声影伪影超声斑伪影超声波的生物效应机械效应热效应空化效应第六章超声治疗设备

第一节超声波碎石机

自20世纪中期，随着超声技术的迅速发展，人们则利用超声振动对坚硬物体进行切割、打孔、分散等等。人所共知，结石症是当今人类的常见病之一，它的发病率和复发率均较高。将不同表现形式的机械振动波，如冲击波、超声波用于击碎人体内结石，则是近几十年来医学领域迅速引用新技术成果的一个重要方面。用机械波粉碎人体内结石，在实施方案上分体内接触式与体外非接触式两种。体内接触式超声波碎石

20世纪60年代中期，科学工作者通过研究发现，几十千赫兹的低频超声波比MHz级的高频超声波具有更好的碎石效果。例如，使用超声换能器产生20kHz的超声波并通过变幅杆使振动能量增强，再直接作用到与其端面相接触的水槽底部结石上，依超声作用的时间不同，结石表现为龟裂、穿孔、分层脱落或完全碎裂。其后，一些学者又相继进行了有关动物活体研究，他们用不锈钢棒把超声能量直接耦合到输尿管内的结石上，结果使结石很快破碎。在一系列的物理实验和动物实验研究基础上，体内接触式超声碎石技术正式获得临床治疗应用。这是一种介入性超声疗法，它主要应用于治疗泌尿系统的结石，而且需与泌尿系统内窥镜技术相结合进行，操作技术条件要求较高，但效果较肯定，因而得到了一定范围的推广。体外冲击波碎石

结石症除发生在泌尿系统的肾脏、输尿管及膀胱等器官之外，还容易发生在胆道系统等。传统的治疗胆石症的方法，大都采用开放式手术疗法。上述的接触式超声波碎石，在治疗时需将超声换能器通过导管经皮肤或管腔(如输尿管、胆管)与人体腔内结石直接接触，操作上不方便，要求技术条件高，且给患者带来较大的痛苦。20世纪80年代初推出了体外冲击波碎石术(extracorporealshockwavelithotripsy，ESWL)。自1980年起，临床上开始使用ESWL粉碎肾结石；1985年后又用于粉碎胆结石，由此开创了治疗结石症的新纪元。冲击波也是机械波的一种形式，就是说冲击波与声波同属于机械波。但与一般声波相比，冲击波的发射时间短、能量高，频率成分分布较宽。自1980年第一台体外冲击波碎石机问世以来，ESWL发展甚快。目前，对体外冲击波碎石机的分类法颇多。如有的按冲击波发生器的不同原理分类，即分为液电式、爆炸式、压电式及电磁式等；有按冲击波源到人体间的耦合方式分类的，如干式、湿式；有的则按机型的发展次序分类，如第一代、第二代等；也有的按治疗目的划分，即肾石碎石机及胆石碎石机等；还有的是按ESWL系统的规模分类，如体外碎石中心、大型体外碎石机及小型移动式体外碎石机等等。体外冲击波碎石机的结构原理

主要包括冲击波发生器、聚集装置、定位系统冲击波发生器：水中放电形成冲击波，是一个极其复杂的物理过程采用半椭球反射体作为聚能装置。其作用是把在椭球第一焦点处由高压放电产生的冲击波能量会聚到第二焦点处的较小区域内，以提高冲击波的压力，粉碎置于该处的结石。定位器指对体内结石的显像观察设备(如X线机、B型超声显像仪的探头与反射体组合的整体，它们之间的相对位置固定不变。借助于定位器与显像观察设备，就可以通过机械调整反射体与人体的相对位置，使体内结石准确地置于反射体的第二焦点处，以使会聚的冲击波能量最有效地粉碎结石，而不损伤周围组织。为保证治疗质量，定位系统具有十分重要的作用。倘若定位不准，冲击波的性能再好，也不能发挥作用，反而会损伤正常组织。冲击波的碎石机理水中高压放电产生的冲击波，经椭球反射休反射会聚在第二焦点处，形成高达几百乃至上千个大气压的冲击波压力，它足以粉碎人体内的结石而不致明显损伤人体组织。冲击波在结石前后界面上产生的应力空化机制的作用冲击波的能量中，对碎石起主要作用的频率为1-2MHz的超声波成分。高于2MHz的机械波在人体内的传播衰减较大，而低于1MHz的机械波聚焦效果欠佳。第二节高强度聚焦超声（HIFU）传统的外科手术在治疗疾病的同时，往往会给机体正常组织、器官带来一定副作用，此即手术并发症。现代外科发展的一个重要方向即是微创和无创(micro-invasiveandnon-invasivesurgery)。在保证治疗效果优于、至少不亚于传统手术的前提下，将对机体的不良影响降低至最小程度，即达到“精确”手术之目的。高强度聚焦超声(highintensityfocusedultra-sound，HIFU)即是其中之一。HIFU技术是现代工程技术和医学相结合并发展的产物，其是利用超声波的生物学效应，通过一定技术手段，将体外发射的声波聚焦于体内病变组织。由于聚焦部位的强大能量沉积，组织内温度瞬间即可上升到65摄氏度以上，可达到靶向破坏病变之目的。这种技术可达到精确外科所要求的精确“切除”病变组织之目的，因而又称为HIFU外科。其无需采用侵入性手段即可将机体内病变组织破坏，属于无创治疗技术，故也被称为HIFU无创外科。这将大大减轻对机体正常组织不必要的损伤。HIFU目前在临床上最广泛的应用是在肿瘤治疗。

结构组成包括：超声波发生和聚集单元、实时监控单元、自动控制单元。

1.超声波发生和聚集单元由于HIFU对能量要求高，理想的压电晶片应具有：①高压电效应系数，即保证较高的电／超声转化率。②稳定性好，HIFU使用时常需连续工作，此必然导致温度上升，随着温度的升高，超声的转化率将下降。虽然采用降温技术可在一定程度上予以弥补，但晶片自身的良好的稳定性仍是仪器可靠工作的重要保证。③易于制造，根据所采用的聚焦方式，理沦上应能制成任意形状、足够尺寸。HIFU焦域内声强一般均可达数百W／cm2，高者可达上万W／cm2，因此必须依赖于聚焦。聚焦的总体要求：①从声波发射到达目标组织要经过皮肤、皮下等一系列组织，因而聚焦要求对这些声波传播路线中的组织应不造成损伤，有时人们追求较大的皮肤声窗，即通过降低该部位的能量沉积而避免皮肤烧伤，即要求合适的聚焦夹角。②焦域的形态应为长椭球或雪茄形，长短径比例合适。③足够长的焦距满足以深部疾患治疗的需要。1)透镜聚焦2)多元换能器3)球面自聚集2.实时监控单元3.自动控制单元以采用B超监控为例，在治疗头工作对深部组织进行破坏时，要求诊断探头停止发射超声波，以避免相互干扰和损坏诊断探头，而在治疗间隙则要求诊断超声即时启动以反映靶区变化，这些都要求由自动控制单元来完成。采用目前技术成熟的透镜聚焦，对一个换能器而言，焦距是固定的，而病变组织的深度是变化的，这就要求治疗组织与换能器的相对位置应作调整在治疗过程中，对于一个三维的病灶而言，同样需通过调整相对位置而达到靶区完全破坏之目的。HIFU治疗系统功能原理框图

HIFU治疗肿瘤肿瘤治疗的基本原则是强调综合治疗，HIFU用于肿瘤治疗时同样如此。应该结合化学治疗、放射治疗、生物治疗等措施，最大限度杀伤恶性细胞，同时调节机体整体机能状况，发挥自身的抗瘤潜力，以达到满意疗效。肿瘤外科手术的基本原则是超范围切除和无瘤技术，这条原则同样适用于HIFU外科。1.治疗靶区指HIFU治疗时必须有效全部覆盖的组织范围，由于恶性肿瘤呈浸润性生长，病变实际波及范围较肉眼或影像技术所能见的范围宽，因而为保证治疗能有效破坏恶性组织，治疗范围至少应全部包括病变累及部位，即I+II。由于人体的运动，这必将导致治疗中病变的位置相对变化，如呼吸对肝、肾肿瘤位置均有影响。因而，为保证全部病灶均被有效破坏，必须予以修正治疗靶区，即有部分正常组织应被纳入治疗靶区范围即I+II+III。作为一种精确治疗技术，I+II必须被有效切除，同时III的范围应尽可能小，以保护脏器功能，减少治疗对机体的毒副作用。HIFU也被用于治疗某些良性肿瘤和非肿瘤患者，由于良性病变实际波及范围往往与大体和影像学检查所见病灶一致，因而治疗时，仅需考虑体位的修正因素，即I+III，即可达到满意效果。2.治疗计划系统(TPS)1）治疗靶区确定。2）选用的超声频率，换能器的聚焦口径、焦距。3）拟选用的辐照声强和辐照持续时间。4）“切除”方式。5）皮肤和组织的“声窗”。6）拟用治疗次数。7）治疗体位确定。原则上取声波到达靶区路径最短的体位。8）术前术后处理。术前确定TPS本身有一定的盲目性和风险性，因此常常不是最佳的，须根据情况予以修正，由于HIFU治疗往往采用实时监控，这给治疗中及时了解治疗情况，实时修正TPS提供了可能，这是其优于其他治疗措施的一个方面。如果拟用分次治疗，则更可借助其他手段更客观地评价前次治疗效果，更有机会获得最佳的TPS。4.治疗按TPS治疗，井根据实时监测情况，调整治疗计划，治疗过程中应保持患者体位固定，避免体位变化影响治疗靶区。同时必须保护透声区的皮肤免被灼伤，一旦烧伤形成，将影响声波穿透而影响治疗计划的实施。治疗的基本过程如下：治疗靶区、TPS－>确定治疗部位－>启动治疗系统治疗－>实时监控治疗时，应先从病变深部开始，逐渐向浅部扩展。如同手术过程一样，治疗过程中必须严