超声的生物效应.ppt

超声波生物效应，第一，超声波特征，第一。声压、振幅、加速度，如在水中安装500KHz频率的超声波源，以水中特定声音的强度为105Wm-2测试声压、振幅、加速度。已知u=1500m/s，=1000kg/m3，超声波声压为中，振幅很小，加速度很大。2，辐射压力，在向任何接口或介质发射超声波时，声音沿声音的传播方向大幅减少，作用于界面的压力称为辐射压力。与交变声压不同，单向，即沿传播方向：P=I/u，以上示例P=66Pa，这种压力可以从水面喷出6.7毫米，这是辐射压力引起的骚动效果。这种效果使蛋白质、细胞、组织变性，另一种效果在溶剂分子和悬浮粒子之间产生内部摩擦，分离碳键，分解生物大分子。3，特性，好方向：近似直线传播，定向聚焦超声束，大渗透能力：容易通过水、脂肪和软组织；不易通过骨和肺组织，产生重要的反射。钢铁体的气泡，人体组织的弊病是超声波诊断的基础，其次是超声波的生物学影响，第一，生物大分子，超声波对水溶液大分子，尤其是DNA的作用明显，其效果主要导致分解。通过0.254MHz，1W/cm2的超声波，DNA的双螺旋破裂，平均分子量从107降低到2.5105。可能是因为超声波引起的液体的空化作用使螺旋链断裂。2，细胞，细胞膜可以破裂： (以超声波粉碎细胞技术为基础)，引起细胞膜损伤，电泳迁移率降低，反映细胞膜表面的净电荷减少，原因是空化作用，通透性增加：原因是热作用，悬浮红细胞的破坏：溶血作用，3，生物组织改变其功能是超声物理治疗的基础。医学上集中超声检查皮下部分病变组织，以治疗腰扭伤、疼痛、关节周围的炎症和软组织的炎症。(1)对血流和血管的作用：用频率1MHz、强度低于0.5W/cm2的超声波照射小血管，可以阻断血流。用弱超声照射血管，可以引起扩张，强超声诱发血管收缩，直接在颈部迷走神经上产生超声波，从而看到明显的降压效果。(2)对恶性肿瘤的作用：吸收热提高了局部温度，可用于人工加热治疗肿瘤。实验表明，高强度聚焦超声能破坏胶质瘤，抑制肿瘤生长。例如，最高聚焦强度1000W/cm2持续2秒的超声波调查表明，可以抑制移植到鼠标的胶质瘤生长，超声暴露可以提高老鼠的免疫活性。(3)对组织再生的作用：用兔耳的实验性损伤进行实验，频率为3.6MHz，强度为0.5W/cm2，脉冲时间为2毫秒的超声波暴露5分钟，损伤的修复率达到30%。4、整个动物，首次发现超声波损伤效果，将超声波束放在小动物的死亡上，以及悬浮单细胞体或微生物的破坏上。不同的身体对超声波的敏感性不同，面和部分效果是可逆的。据悉，低强度超声波对人体没有有害影响。高强度超声波作用下的疲劳、头痛、恶心、呕吐可能不是超声波引起的，而是与噪音有关的结果。超声波诊断中，是否危险与强度和时间有关，一年3次，一年30次，没有危险，强度低于40W/cm2，也有人认为，不管作用多么长，都没有关系。脉冲超声波(强度为30W/cm2，脉宽为0.7微秒，重复频率为1000Hz的总运行时间不应超过5.5小时，仅在由于安全限制不确定性需要时执行超声诊断)。第三，超声波生物作用机制可以分为热作用、机械作用和化学作用，空化包括所有这三种作用。1，热作用，超声波在介质中传播时，部分能量被介质吸收，转化为热，引起介质的温度上升，称为热效应或热效应。产生的热量的大小由介质的吸收系数和超声波的强度以及辅助拍摄时间决定。生物体中部分丢失的声音被蛋白质分子多种松弛过程吸收。早期用于临床物理治疗，近年来它作为一种温暖治疗癌症的热源受到了关注。2，机械作用，(1)发射压力：超声波入射到两种介质的界面时，除反射和透射外，还生成沿界面上称为发射压力的恒定传送方向的静态压力。辐射压力对生物体产生两种生物效应。(a)骚动效应。强力束通过液体时，可以看到水的沸腾或喷射现象等强烈的骚动效果。能够变质蛋白质，能够变形细胞。(b)摩擦现象。辐射压力给溶剂和分子不同的加速度，在小分子和大分子之间产生强烈的摩擦，使碳键破裂，大分子分解的力。(2)超声波压力、替代正压和负压发生的中频率超声波，这种压差可以达到数百Kpa的压力差。有人利用这种压差来说明超声波对细胞的分解作用和细胞内细胞质的作用。3，化学作用，提高化学反应速度，促进氧化，分解。特别是胶体系统的化学键和范德华形态的分子键有相当的效果。影响超声波化学的因素包括频率、强度、持续时间和温度。二次作用首先引起组织内空化、电现象、变暖、压力变化等，这些都可能在以后引起化学反应。4，空化，高频超声通过液体时，液体密度发生变化，厚区域被压缩，稀区域被拉。拉的时候不能承受液体拉的力，特别是包含杂质和气泡的情况下，液体被拉出来形成空腔。接着，静负压连接，中空快速关闭的瞬间产生了局部高压、高温、放电现象的气穴。空化可以通过两种方法改变生物体的结构。(1)组织结构之间发生的相对振动运动倾向于在周围液体中产生稳定的冲击流，因此局部产生足够高的速度梯度，破坏细胞的膜系统和生物大分子。(2)剧烈振动的结果，气体在微气泡中压缩时，会发生极端温度和压力的急剧变化，从而产生电离作用。空化通常用作洗涤、雾化、乳化和促进化学反应。第四，超声波生物效应法，超声波生物效应与频率、强度和作用时间有关，但没有定论。1，频率，数万赫的超声波是气穴引起的，m-虚级超声波是热作用。其间都在。生物损伤与频率成反比，5MHz以上不会发生可见损伤。2，强度，超声波弱，氧化强；在强超声作用下，机械作用强，氧化作用弱。在脑损伤的情况下，低声强，长时间作用的话，热量起主要作用，而高声强，短时间作用的话，瞬态空化作用。如果声音强度小于10mW/cm2，则没有生物效应。3，时间：不同类型超声和不同调查方法的生物效果不相同，未发现超声生物效果的累积效果。4、超声诊断的安全容量、人体安全调查的超声波容量取决于调查时间，也与超声波频率和强度有关。其他检查对象和部位也发生变化。例如，可以检查胎儿的安全量，在20mW/cm2和30分钟内控制，而成人腹部器官检查等可以在40mW/cm2和60分钟内控制。5，超声波收发，1，超声波发生器由高频脉冲发生器和压电转换器组成，高频脉冲发生器用于产生超声波频率电振荡。压电转换器：在芯片的两侧施加压力或拉动时，在两侧产生等量的电荷。这称为正效应，如果添加电压并产生压力，则称为逆效应。探针可以发射超声波或接收超声波。各种超声波诊断会的超声波发射和回声接收是由超声波转换器完成的。，2，发射电路，一般而言，脉冲发声电路产生短脉冲电压，激励转换器，发射短时间超声脉冲、灵敏度和分辨率。3，接收放大电路，人体内超声回波信号一般较弱，需要进行观察和分析所需的放大，因此，无论接收放大器的性能好坏，直接诊断设备的许多功能(例如灵敏度、分辨率、盲区、动态范围等)都会受到影响。4、超声波接收和显示、超声波进入人体后，身体器官的声音阻抗遇到不同的接口，就会产生发射，接着接收器，回声信号强度进行数字处理。(1)距离测量；(2)字符显示；(3)显示零件和探针位置；(4)图像冻结装置；(5)部分放大；(6)图像轮廓增强和自动面积计算；(7)使用计算机自动化操作程序和信号处理。VI、超声波诊断仪简介、超声波扫描仪(超声波检测人体内部)、原理：超声波遇到人体内密度不同的组织的界面时，生成反射波回波。器官变形或有异物时，形状、位置和协调阻抗的变化也会导致回声的位置和强弱发生变化。探针发射和探针超声波通过处理显示在示波器的荧光屏上。1，a型超声诊断仪：(调幅)，原理，接收的回波信号经过放大处理后，可以将暂时基准电压(锯齿波电压)添加到显示管(或显像管)中的垂直偏转板，以便在荧光屏幕上随时间显示起始波和每个接口的回波信号。反向脉冲振幅提供产生反射的接口种类的信息，每个反向脉冲和起始波的时间间隔提供每个反射面的深度信息。(回波信号以脉冲幅度的形式随时间依次显示在荧光屏上。)，通过回声显示的位置和形式确定人体组织内组织的位置和病变的应用。特性：价格低，使用方便，声音图不直观，不提供图像显示。2、b型超声诊断仪可以获得人体内部器官和病变的二维断层图像，并可以实时环绕运动器官。与a的区别：亮度调制，缺陷超声波显示。(1)亮度调制：脉冲回波信号放大后添加到显示管(或显像管)的控制栅极使用脉冲回波信号改变音阶之间的电位，从而改变亮度。混响信号越强，荧光屏的光线越亮。所以，这是亮度调制。在垂直偏转板上加上深度扫描的基于时间的电压，回波信号将明暗转换为另一个光点，然后依次显示在荧光屏幕上。(2)缺陷超声显示：通过机械装置和电子手段，在探测的同时移动深度扫描线时，可以在人体组织内获得二维超声断层扫描(也称为超声波扫描)。线性点阵扫描和风扇扫描，b超声成像原理，新一代b添加了具有DSP系统(数字、扫描、信息处理系统)功能的微处理器，这些功能包括生成相位阵列所需的相位控制信号和扫描同步信号。多种显示，如冻结图像、慢速扫描、黑白翻转等：使用插值技术锐化图像。同时显示多个图像。生成各种形式的时间增益补偿(TGC)信号。显示符号，例如所需文本。通过长度、深度、周长、面积、体积、频率、周期、速度、心输出量和胎龄的计算和显示，极大地扩展了b超的见解，显着提高了诊断质量。b超应用：超声断层扫描可以获得人体内部器官及病变的断层扫描，检查的断层可以轻易移动和改变，目前被用作最普遍、最有效的医学诊断技术之一。主要用于腹腔及胸部内脏检查，可以静态观察肝、肾、脾、胰、胃、胆囊、肠、子宫等器官，也可以进行心脏、胎儿活动等动态观察。也可以用于脑肿瘤和眼科检查。3，m超级：水平轴表示时间，垂直轴表示深度。研究内部组织界面运动，如果深度随时间变化，则得到深度-时间曲线。在许多断层扫描仪中使用数字扫描转换器，通过模式/数字转换器将扫描平面中每个点的脉冲回波信号更改为像素值，从而创建存储在数字存储器中的数字图像。内存中的数字信号由处理器处理和分析，最终数字图像信号通过数字/模式转换器变为视频图像显示。在大多数系统中，观察者可以根据需要选择像素值范围并将其转换为完整灰度，从而控制图像的对比度。使用数字扫描转换器后，断层扫描仪的功能有了很大的提高。4，超声波多普勒流量计，设定：:探针发射频率，红细胞接收频率，探针接收频率，v3360血流速度，u:超声在血液中的传播速度，u，v方向之间的角度，多普勒频移。例如，用多普勒效应测量心脏壁运动时，用5MHz超声波直接心脏壁(即入射角为0度)测量接收和发射的波频率的差值为500Hz。联调局已知声波的速度为1500m/s，此时请求出心墙运动的速度。解决方案：在b超上设置多普勒和b超、多普勒采样，同时输出血流信息，以获得准确的血流采样位置。5、彩色多普勒已低(彩色多普勒超声)、实时二维血流成像技术、高速相控阵平面扫描、解剖和血流状态两种类型的图像、探针以两种方式接收信号：1、回声强弱，形成放大处理后的二维黑白解剖图像；2、全多点采样、多普勒频移检测、自相关分析处理信号、颜色编码。红色：表示探针蓝色。相反方向绿色：复杂的方向湍流血流速度大，颜色亮。这个颜色流信号可以观察对应的二维黑白图像图像的液体黑暗区域，即解决方案部分，室形状大小，观察血流活动。多普勒诊断仪在医学上的应用，超声多普勒方法对运动目标的独特敏感性，特别强调检查生物和人体内运动器官及组织的状态。(1)用于诊断心脏疾病的脉冲多普勒技术测量心脏的运动状态、速度、血流量，医学临床上称为脉搏导脉，诊断以下疾病：冠心病、心律失常、主动脉瓣疾病等。(2)血管和血流测量的最大优点是非侵入性。超声多普勒不仅能测量瞬时速度，还能测量血流分布度，确保血管端血流分布，对血栓、血管炎的