医学计量讲义

医学计量讲义

第一章……医用电生理计量

§1何谓心电图机：

§2心电图的导联：

§3心电图机的分类

§4脑电图和脑电图机

§5监护仪

§6监护参数及测量方法：

§7心率

§8多参数监护仪无创血压：

§9多参数监护仪无创血压

第二章……医用超声源计量

§1超声波简述：

§2超声波的声学物理量：

§3超声波的特点

§4超声波的物理特性及超声的发生

§5超声波的声场

§6治疗设备

§7治疗方法

第三章电离辐射及其防护

第一节：基本概念

第二节：电离辐射与物质的作用

第三节电离辐射量和单位

第四节/射线在物质中的减弱

第五节：电离辐射的生物效应

第六节电离辐射的探测和测量

第七节：电离辐射的应用

第一章：医用电生理计量

近年来，随着对人体科学研究的广泛需求和微电子技术的飞速发

展，许多新型的医用电子学仪器大量应用于临床研究、治疗、诊断等

各方面。对人体系统进行电子诊断的主要目的是通过电子诊断技术，

获取被查体的各种信息数据和图像，与正常人的数据和图像进行比较

分析，以判断备查体的组织结构、生理功能是否正常，并分析出疾病

产生的原因。

§1何谓心电图机：

心电图是从体表记录的心脏电位随时间而变化的曲线它反映

出心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电位变化，在心电图记

录纸上：横轴代表时间：当标准走纸速度为25mm/s时.每1mm

代表0.04s.纵轴代表波形幅度：当标准灵敏度为10mm/mV时.每

典型心电图波形

心电图的典型波形:

(a)P波：由心房的激动所产生。前一半主要由右心房

所产生，后一半主要由左心房所产生。正常P波的宽度不超过

0.11s,最高幅度不超过2.5mm。

(b)QRS波群：反映左、右心室的电激动过程，称QRS

波群的宽度为QRS时限，代表全部心室肌激动过程所需要的

时间，正常人最高不超过0.10s。

(c)T波：代表心室激动后复原时所产生的电位。在R波

为主的心电图上，T波不应低于R波1/10。

(d)U波：位于T波之后，可能是反映心肌激动后电位与

时间的变化，人们对它的认识仍在探讨之中。

(e)心电图的典型问期和典型段

(f)P—R间期：是从P波起点到QRS波群起点的相隔时

间，代表从心房激动开始到心室开始激动的时间、这一期间随

着年龄的增长而有加长的趋势。

(g)QRS间期：从Q波开始至S波终了的时间间隔。代表

两侧心室肌(包括心室间隔肌)的电激动过程。

(h)S—T段：从QRS波群的终点到T波起点的一段、正

常人的S-T段是接近基线的，与基线间的距离一般不超过

0.05mm。

(i)P—R段：从P波后半部分起始端至QRS波群起点。

同样，这一段正常人也是接近基线的.

(j)Q-T间期:从QRS波群开始到T波终结相隔的时间。

它代表心室肌除极和复极的全过程。正常情况下令T间期的

时间不大于0.04so

(k)正常人的心电图典型值

(I)P波：0.2mV；Q波：O.lmV；R波：0.5〜1.5mV；S

波：0.2mV;T波：0.1〜0.5mV；

(m)P〜R间期：0.12〜0.2s；QRS间期：0.06〜0.1s；S〜T

段:0.12〜0.16s；P-R段:0.04〜0.8s。

§2心电图的导联：

将两个电极置于人体表面上不同的两点，通过导线与心电图

机相连就可以描出一种心电图波形、描记心电图时的电极安放位

置及导线与放大器的联接方式称为心电图导联。心电图是通过多

个导联而得出的体表电位差的不同时间的记录。临床诊断上.为

便于统一和比较，对常用的导联做出了严格的规定。现在广泛应

用的是标准十二导联：分别记为I、II、III、aVR、aVL、aVF、

VI〜V6、I、II、HI为双极导联，aVR、aVL、aVF为单极肢体

加压导联.VI〜V6为单极胸导联。获取两个测试点的电位差时，

用双极导联；获取某一点相对于参考点的电位时，用单极导联。

标准双极导联：I、n、m为标准双极肢体导联.简称标准导联、

它是以两肢体间的电位差为所获取的体表心电，其导联组合方式、

电极安放位置以及与放大器的连接为：

I导联：左上肢(L)接放大器正输入端，右上肢(R)接

放大器负输入端.

II导联：左下肢（F）接放大器正输入端.右上肢（R）接

放大器负输入端：

III导联：左下肢（F）接放大器正输入端，左上肢（L）接

放大器负输入端。

标推导联时，右下肢（RF）应直接接浮地.有些机型接右

脚电极驱动器的输出端间接接地。如图二：

§3心电图机的分类

（a）记录形式分类

热笔描记式、喷墨水描记式多点发热打印式等。

（b）放大器导联的分类

心电图有单导和多导数种、单导心电图机的心电信号放

大通道只有一路，各导联的心电波形要逐个描记、多导心电图

机的心电信号放大通道有多路.如三导心电图机就有三路放大

器.三个导联的心电信号同时可以得到放大。

（c）机器功能分类

心电图机按照机器的功能可分为模拟式心电图机数字式

智能化心电图机。

fll

图27T单板肢体加压导联的三种接法

§4脑电图和脑电图机

(a)如图所示脑电波形、在记录纸上纵坐标的高低反映波幅

的大小即两个电极间的电位差值.单位为uV、横坐标表示时间

单位为mso根据核坐标可计算出波的周期、频率、相位。波顶的

方向叫极性、波的周期、振幅、相位为波的基本特征。脑电图的

分析就是要分析这些基本特征以及它们之间的相互关系。

(b)脑电图的波形很不规律.由多种波组合而成。它们的振

幅、频率、波的形状、出现方式各不相同、当代脑电图学把这

些波划分成：

a波：颅枕部记录下来的一种脑电波，频率约为8Hz〜13Hz,

振幅约为20uV〜lOOuV,它是节律性脑电波中最明显的波。整

个皮层均能产生a波.只是在后脑枕区中信号最强，但这块不能

认为a波是皮层细胞独有的或单独话动而产生的。a波在清醒、

安静、闭目时即现。波幅表现由小变大，然后又由大变小，作规

律性的变化，因而呈棱状图形。睁眼、思考问题或接受其他刺激

时.Q消失而出现决波(B波)，这一现象称为a波的阻断，如

果被测者又安静闭目则a波又重新出现。

8波：它遍及整个大脑，通常可在额部及顶部记录到，它是

快波频率约为18Hz〜30Hz,将近a波频率的两倍，振幅约为5

PV〜20PV。B波往往是附加在a波上，如用外刺激抑制了a

波.则可显现B波、如果被测者睁眼视物，或听到突然的音响，

或进行思考活动时，则在头皮其他部位也出现B波。所以B波受

心理活动影响，它的出现一般代表大脑皮质兴奋的结果。

。波：主要发生在儿童的顶部和颍部，但一些成年人在感情

压抑期间特别是在失望或遇到挫折的时间，也能出现近20s的0

波、e波频率约为4Hz〜7Hz,振幅约为10uV〜50NV。

8波：正常只有在睡眠时出现6波。有时每2s或3s出现一

次。它们出现在熟睡、婴儿及严重器质性脑病患者中。在深度麻

醉及缺氧时也可出现6波。3波频率约为1Hz〜3.5Hz(是一种

慢波)，振幅约为20uV〜200UV

(c)脑电图机是描记脑神经细胞活动所产生的生物电信号

的精密仪器。它的核心部件脑电放大器的工作原理与心电图机的

放大器基本相同，但由于脑电信号的幅值范围为比标准心电信号

要小两个数量级，因此要求脑电放大器的放大增益要高得多。由

于信号太微弱因此要求脑电放大器要有更高的共模抑制比和更

高的输入阻抗。

脑电信号是由若干个头部电极从统一规定的部位引出引出的

电极线就有若干根，因此经常采用中间接线盒，又称输入盒。电

极引出线直接与输人盒相连，通过输入盒连接线再将脑电信号送

到脑电图机中。由于导联数较多，而目为了观察脑电场分布的对

称情况和瞬时变化.一般要求进行同步记录，因此必须有多通道

的放大器和记录器同时工作，常见的一般有8道、14道、18道、

32道、64道等。目前，脑电图机的发展趋势是由脑电图机过渡到

脑电地形图仪。脑电地形图仪的构造除了记录部分其他部分与脑

电图机一样，对脑电波的分析通过计算机完成。

(d)脑电图机电极：

电极安放位置：头皮上电极的放置方法大多采用国际联合

会的1O〜20电极系统。它应用确定的解剖学标志作为脑电图电极

的标准部位。为了便于区分电极与两大脑半球的关系通常规定右

侧用偶数，左侧用奇数。以从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线为

准。

图示为10—20系统在一个平面上所示出的所有电极和外侧裂、

中央沟的位置。外圈是枕骨粗隆和鼻根的高度，内圈代表电极的

颍线.

单极导联:

单极导联法是将作用电极（活动电极）置于头皮，参考电极（无

关电极）置于耳垂。通过导联选择器的开关分别与前置放大器的

两个输入端G1和G2相连。作用电极与参考电极之间有以下三种

连接形式：

a一侧作用电极与同侧参考电极相连接；

b两侧的参考电极连在一起再与各作用电极相连；

c左侧的参考电极与右侧作用电极相连接，右侧参考与左侧作用电

极相连接

§5监护仪

监护仪的分类：

1：按功能分:床边监护仪:它是在每个病人床边设置的监护,

能够对病人的各种生理参数或某些状态进行连续的监测，予以显

示报警或记录，也可以与中央监护仪构成一个整体来进行工作。

中央监护仪:称为中央监护系统，它是由主监护仪和若干床边监

护仪组成的，通过主监护仪可以控制各床边监护仪的工作，对多

个被监护对象的情况进行同时监护，它的一个重要任务是完成对

各种异常的生理参数和病历的自动记录。

遥测监护仪：它是将多个病员（一般4-8人）的心电信号用无线

通讯的方法接收到一台监护仪中进行接收放大、参数处理、显示

报警等。

离院监护仪：一般是病人可以随身携带的小型电子监护仪，可

以在医院内外对病人的某种生理参数进行连续监护，供医生进行

非实时性的检查。它不同于Holter,不需要配备回放系统，属于结

构精巧、功能简单的小型监护仪器

2:按结构分类

便携式监护仪：便携机小型方便，结构简单，性能稳定，可

以随身携带，可由电池供电，一般用于非监护室及外出抢救病人

的监护.

一般监护仪：一般监护仪通常指床边监护仪，这种机型应用

最为普遍。它设置在病床边与病人连接起来对病人的某些状态（如

心率、呼吸、脉率、体温和血压等）进行监视，并显示出参数。它

往往与中央监护仪构成一个系统进行监护。

Holter磁带记录式心电监测系统：该系统在病人走动、生活或

工作条件下，能连续记录长达24小时的心电活动，捕捉短时发作

的异常心电，记录后的信号在动态心电扫描仪上回放并处理。

3.按监护参数分类

单参数监护仪：如血压监护仪、血氧饱和度监护仪、心电监护

仪等。

多参数监护仪。可同时监护病人的心电、心率、血压、体温、

呼吸、血氧等多个生理参数.这类监护仪一般是为满足临床科室

的需要而设计的.

插件式组合监护仪.这类监护仪属高挡监护仪，它是由各个分

立的可拆卸的生理参数模块和一台监护仪主机构成。用户可按照

自己的要求，选择不同的插件模块来组成一台适合自己要求的监

护仪.

§6监护参数及测量方法：

①心电图

心电图是监护仪最基本的监护内容。心电监护中的电极安放

在病人的胸腹区域。虽然安放位置不于心电图机，但他们是等效

的，定义也是相同的。因此，监护仪中的心电导联与心电图机的

导联是对应的，它们具有相同的极性和波形。

监护仪一般能监护三至六个导联，标准导联I、II、III及加压

导联aVR、aVL、aVF,能同时显示其中的一个或两个导联的波形。

功能强大的监护仪可监护12个导联的心电。

监护电极的数目根据需要监护的导联而定。要监护肢体导联

和胸导联的ECG,监护导联线至少有五个电极：如果只需获得肢

体导联的ECG（1、II、III、aVR、aVF、aVL）,没有胸导联，监护

导联线可以用3个或4个电极：最简单的监护仪一般有三个监护

电极。

监护导联线电极的颜色标识有AHA（美国心脏协会）和IEC（国

际电工委员会)两个标准。电极颜色与心电图电极一致。按照EC

标准，三个监护电极中，黄色代表L、红色代表R、绿色代表F；

五个监护电极中，R、L、F颜色不变，黑色代表RF(N)、白色代

表V。

心电监护原理与标准心电图机的检测原理基本相同，但目前监

护心电的波形细微结构的诊断能力还不强。监护的目的主要是长

时间、实时的监测患者的心率情况，而心电图机是在特定条件下，

短时间内的结果。两种仪器在测量电路中放大器的通带宽度及时

间常数都不一样。心电图机至少要求通带宽0.05Hz〜80Hz、时间常

不小于3.2s,而监护仪带宽度一般在1Hz〜25Hz、时间常数不小于

0.3so所以，整个监护仪放大器电路的性能要求较心电图机要低的

多。

§7心率

心率是指心脏每分钟搏动的次数。健康的成年人在安静状态下

平均心率是75次/分，正常范围为(60-100)次/分。在不同生理条

件下，心率最低可到(40-50)次/分，最高可到200次/分。监护

仪的心率报警范围可由操作者根据病人的个体情况随意设定，通

常低限选取(20〜100)次/分之间，高限(80〜240)次/分之间。有些

型号的监护仪机内设定好了若干挡心率报警限，操作者只能从中

选择某一挡。

心率测量多数用心电波形中的R波测定，也有从主动脉波、

指脉波或心音信号来求得心率。有两种类型的心率检测：平均心

率和瞬时心率。

平均心率是在已知时间内计算脉搏数，即R波个数来决定瞬

时心率。

瞬时心率是指每次搏动时间间隔的倒数，即心电图两个相邻

R〜R间期的倒数。如果每次心搏间隔内有微小的变化，利用瞬时

心率都可检测出来。

R波的识别是心率测量的关键。心电检出波形中，一般R波幅

值高、变化快，所以易于识别：但有些病人T波幅值高于R波，

但T波上升时间比R波要长，为检出R波，通常是对心电信号先

行微分(或经10Hz-50Hz的带通滤波器)，以除去低频噪声和基线漂

移，同时低频的T波和P波产生了衰减，快变的R波进一步突出，

降低了因T波所引起的双计数误差。心率检测电路对心电信号h(t)

进行微分e(i)=dh⑴/d(t),若微分值大于设定阈值，则可确定该时

刻的心电波为R波。

§9多参数监护仪无创血压：

监护仪采用振动法测量无创血压。测量时自动对袖带充气，到

一定压力：(一般为180mmHg~230mmHg)开始放气，当气压降

到一定程度，血流就能通过血管，波动的脉动血流产生振荡波，

振荡波通过气管传播到机器里的压力传感器，压力传感器能实时

检测袖带内的压力及波动。气泵逐渐放气，随着血管受挤压程度

的降低，振动波越来越大，再放气由于袖带和手臂的接触越来越

松，因此压力传感器所检测的压力及波动越来越小。

医用超声源计量

由于超声诊断具有无创性、实时性和机动性等优点，使得

超声诊断仪成为各级医院的必备常规诊治仪器。

§1超声波简述：

（一）、振动与波：物体沿着直线或者弧线在平衡位置做往复

运动，叫着机械运动，简称振动，振动波的类型：

1:根据质点运动的方向和波的传播方向的关系，声波可分为

两种基本形式：即横波、纵波，媒质质点振动方向跟波的传播方

向垂直的波叫横波，媒质质点振动方向跟波的传播方向在一条直

线的波叫纵波。

2：根据声波在传播时，弹性媒质质点的振动状态，可分为平

面波、球形波和柱面波三种波型。

1：波长，机械波是在弹性媒质中传播的波，在相继的波上任

意两个同相位点之间的距离称为波长。

2：周期，振动质点完成一次完全振动（来回一次）所需要的

时间称为振动周期，单位为秒（s）,常用字母T来表示。

3：频率：周期的倒数称为频率，它表示单位时间内质点所做

完全振动的次数，基本单位是赫兹（Hz）,常用字母f来表示。

4：波速：在波的传播过程中，振动在媒质中传播的速度。它

的大小由媒质的性质所决定。

5：波长入、周期T和频率f与波速c的关系

c=人/T,f=l/Tc=入f

物质在媒质（如空气）里振动时，压缩邻近的空气，可是部

分空气随振动做密疏相间的变化并逐渐向外传播形成声波。传入

人耳，使鼓膜振动引起声的感觉

频率低于20Hz和高于20000Hz的声波都不能引起人的听觉。

低于20Hz的声波称次声波，高于20000Hz的声波叫超声波。医用

超声学上运用的超声波频段为1MHz〜15MHz。超声波的种类很多

其中主要有：纵波、横波、表面波、对称板波等。振动方式又分

为连续振动和脉冲振动。在超声振动中最常用的是纵波。

由于超声波是一种高频声波，它的频率较高，突出特点为：

（1）频率高，波长短，所以他不易发生衍射，使能量集中向

一指定方向发射。

（2）由于频率高，媒质质点的振幅即使很小，传播速度也非

常大，即为大能量传播。

（3）具有很强的穿透能力。

§3超声波的特点

超声波是指频率在2000Hz以上，不能引起正常人听觉反应的

机械振动波（图7.1）。将超声波作用于人体以达到治疗目的的方

法称为超声波疗法。频率500-2500千赫的超声波有一定的治疗

作用。现在理疗中常用的频率一般为800〜1000千赫。

近年来超声波疗法的使用范围日益广泛，已远远超过理疗科原来

的一般疗法，如超声治癌、泌尿系碎石及口腔医学的应用等，因

此超声波疗法的概念应有广义的（包括各种特殊超声疗法）及狭

义的（指理疗科常用的无损伤剂量疗法）两种。同时随着现代科

学技术的进步，超声波不仅用于治疗，还已广泛用于诊断、基础

及实验医学、因此已有“超声医学”之称。

§4超声波的物理特性及超声的发生

超声波与声波的本质相同，都是物体的机械振动在弹性介质中传

播所形成的机械振动波。

（一）超声波的传播

1.因声波是物质传播能的一种形式，所以其传播必须依赖介质，而

在真空中则不能传播，此与光波、电磁波不同。

2.超声波向周围介质传播时，产生一种疏密的波形。这种连续的压

缩层和稀疏层交替形成的弹性波和声源振荡的方向一致，是一种

弹性纵波（图7.2）。由于超声波具有非常短的波长，可以聚集成

狭小的发射线束而呈束状直线播散，故传播具有一定的方向性

超声波示意图

不同频率声波的传播形式

3.传播速度声波的传播速度与介质的特性有关，而与声波的频率

无关。声波在空气中的传播速度为340米/秒，在液体中为1500

米/秒，在固体中为5000米/秒，人类软组织与在液体中相似，平

均约为1540米/秒，人类骨组织约为3380米/秒。声波的传播速

度都随介质温度的上升而加快，气温增高1℃,声速增加0.6米/

秒。

4.超声的吸收与穿透超声在介质中传播时，强度随其传播距离而

减弱，这说明超声能量被吸收，超声的吸收与介质的密度、粘滞

性、导热性及超声的频率等有关。超声在气体中被吸收最大，液

体中被吸收较小，固体中吸收最小，在空气中的吸收系数比在水

中约大一千倍。且介质的吸收系数又与超声波频率的平方成正比，

因而高频超声在空气中衰减异常剧烈，所以在治疗中声头下虽是

极小的空气光泡，也应避免。

在实际工作中常用半吸收层来表明一种介质对超声波的吸收能

力。半吸收层是指超声波在某种介质中衰减至原来能量的一半时

的厚度。半吸收层厚度大，表示吸收能力弱，不同组织对同一频

率的超声波其半吸收层值不同，如频率300千赫的超声波，肌肉

半吸收层值为3.6

厘米，脂肪为6.8厘米，肌肉加脂肪为4.9厘米。同一组织对不同

频率的超声波吸收也不同，超声频率愈高吸收愈多，穿透愈浅，

如90千周的超声能穿透软组织10厘米，1兆周的超声将穿透5厘

米，而4兆周的超声只穿透1厘米深度。因此，目前常用于理疗

的超声波选用8000千周/秒，穿透深度为5厘米左右。

5.折射、反射与聚焦超声波由一种介质传播至另一种介质时一,将

在界面处一部分反射回第一种介质（反射），其余透过界面进入第

二种介质，但会发生传播方向的偏转（折射）。声波在界面被反射

的程度决定于两种介质的声阻差，声阻差越大，反射程度也越大,

（介质的密度和声速的乘积叫介质的声阻）。表7.1可见脂肪、肌

肉之间反射很少，但在骨的表面则反射很多。声头与空气间反射

近于100%,所以超声治疗时需用石腊油等作接触剂，以减少反射。

实验证明，由声头进入组织的超声能量只有35〜40%而60〜65%

被反射。由于空气与组织间的反射，使大量超声能丧失，所以超

声波不能通过肺和充气的胃肠。

基于超声传播的反射、折射原理，采用透镜及弧面反射而将声束

聚焦于焦点上以产生强大的能量，而治疗某些疾病，如用集束超

声波破坏脑部肿瘤等（图7.4）

几种物质的声速、密度和声阻

密度克/厘声阻克105/厘米2

名称声速米/秒

米3秒

空气3400.001290.000439

水15001.0001.500

钛酸钢50005.427.000

石蜡油14200.8351.186

铝64002.717.28

人体软组织15001.061.59

肌肉14001.071.498

月旨肪15800.951.501

骨骼33801.806.184

超声集束的方法

§5超声波的声场

超声波在介质中传播的空间范围即介质受到超声振动能作用的

区域叫超声声场。超声因其频率高，具有类似光线的束射特性，

在接近声头的一段为几乎平行的射束，称之为近场区。其后射束

开始扩散，称之为远场区（图7.5）。由于超声场的这种特性，为

克服能量分布的不均，在治疗时声头应在治疗部位缓慢地移动。

超声声场

描写超声声场的主要物理量有声压和声强。

1.声压即声能的压力，代表超声波的强度。超声传播时在稠密区

产生正压，在稀疏区产生负压。

超声波由于其频率甚高，因而声压亦甚大。中等治疗剂量的超声

波在组织中产生的附加声压约为±2.6个大气压。（图7.6）

超声治疗时在人体组织中的声压

2.声强为单位时间内声能的强度，即在每秒内垂直通过每平方

厘米面积的声能。常用测量单位是瓦特/厘米2（W/cm2）。临床常

用治疗剂量为0.1〜2〜2.5W/cm2,而震耳欲聋的大炮声声强只相

当于0.0.〜0.0001W/cm2。可见超声波在介质中传播时，它的巨大

能量会使介质质点产生很大的加速度，一般中等响度的声波通过

水时，水分子获得的加速度只有重力加速度（约为9.8m/s）的百

分之几，如在频率为800〜lOOOKHz、声强为0.5〜2W/cm2的超声

波作用下，水分为得到的加速度可以超过重力加速度5〜10万倍。

（三）超声波的发生

产生超声波有各种方法，目前主要用压电式超声发生器，它是根

据压电效应的原理制成的。具有压电效应性质的晶体受到压缩或

伸拉时在其受力面上就会产生数量相等而符号相反的电荷，这种

物理现象称为压电效应

正压电效应略图

若在晶体两侧加以一定频率的高频电压，晶体薄片就能准确而迅

速地随着交变电场频率而周期性地改变其厚度（压缩与伸展）。由

此形成超声振动，向周围介质传播。

三、超声波的生物物理学效应及其作用机理

（一）机械作用

机械作用是超声波的一种基本的原发的作用。超声波在介质内传

播过程中介质质点交替压缩与伸张形成交变声压，不仅可使介质

质点受到交变压力（在治疗剂量下，每一细胞均受4—8mg压力变

化影响）及获得巨大加速度而剧烈运动，相互磨擦，而且能使组

织细胞产生容积和运动的变化，可引起较强的细胞浆运动（原浆

微流或称环流），从而促进细胞内容物的移动，改变其中空间的相

对位置（据观察，强度不大的超声波能使嗜伊红细胞的原浆颗粒

旋转，剂量大时甚至颗粒被抛出细胞外），显示出超声波对组织内

物质和微小的细胞结构的一种“微细按摩”的作用。

这种作用可引起细胞功能的改变，引起生物体的许多反应。可以

改善血液和淋巴循环，增强细胞膜的弥散过程，从而改善新陈代

谢，提高组织再生能力。所以治疗某些局部循环障碍性疾病，如

营养不良性溃疡效果良好。有人观察在超声波的机械作用下，脊

髓反射幅度降低，反射的传递受抑制，神经组织的生物电活性降

低，因而超声波有明显镇痛作用。超声的机械作用还能使坚硬的

结缔组织延长、变软，用于治疗疤痕、粘连及硬皮症等。

可见，超声波的机械作用可软化组织、增强渗透、提高代谢、促

进血液循环、刺激神经系统及细胞功能，因此有重要的治疗意义，

在超声治疗机理上占重要地位。

（二）温热作用

超声波作用于机体时可产生热，有些人甚至称为“超声透热疗法”。

超声波在机体内热的形成，主要是组织吸收声能的结果。其产热

有以下特点：

1.由于人体各组织对声能的吸收量各有差异，因而产热也不同。一

般超声波的热作用以骨和结缔组织为量显著，脂肪与血液为最少。

如在超声波5W/cm2,1.5分钟作用时，温度上升在肌肉为1.1℃,

在骨质则为5.9℃。

2.超声波热作用的独特之处是除普便吸收之外，还可选择性加热，

主要是在两种不同介质的交界面上生热较多，特别是在骨膜上可

产生局部高热。这在关节、韧带等运动创伤的治疗上有很大意义。

所以超声波的热作用（不均匀加热）与高频是及其他物理因子所

具有的弥漫性热作用（均匀性加热）是不同的（图7.8）。

3.超声波产生的热将有79—82%由血液循环带走，18—21%由邻

近组织的热传导散布，因此当超声波作用于缺少血循环的组织时,

如眼的角膜、晶体、玻璃体、睾丸等则应十分注意产生过热，以

皮下皮下

指肪布肪

四种深部透热治疗时各层组织温热曲线

（三）理化作用

基于超声波的机械作用和温热作用，可继发许多物理的或化学的

变化如:

1.氢离子浓度的改变炎症组织中伴有酸中毒现象时，超声波可使

pH值向碱性方面变化，从而使症状减轻，有利于炎症的修复。

2.对酶活性的影响超声波能使复杂的蛋白质解聚为普通的有机

分子，能影响到许多酶的活性。如超声作用能使关节内还原酶和

水解酶活性增加，目前认为在超声治疗作用中水解酶活性的变化

是起重要作用的。

3.近年来对超声作用机理的研究，已深入到细胞分子水平。在电镜

下观察发现，细胞内超微结构中线粒体对超声波的作用最敏感。

核酸也很敏感，实验发现低强度超声波作用可使细胞内胸腺核酸

的含量增加，从而影响到蛋白质的合成，刺激细胞生长。

4.在高强度的超声作用下，组织内可形成许多高活性的自由基，如

HOKOH、H2O2、O等，它们可加速组织内氧化还原过程，加速

生长过程。

目前，关于超声波的生物学作用机理仍有多种争义。但多数学者

认为，具有物理学特性的超声机械振动，以及在此基础上产生的

分布特殊的“内生热”和必然引起的生物理化改变，是有机联系的。

弧立的强调那一方面的作用都是片面的，并在上述三方面基本作

用因素的基础上，通过复杂的神经一体液调节途径治疗疾病的。

神经系统的反应和调节在超声波的治疗机理中起着主导作用，而

超声作用过程中发生的体液方面的改变，又是作用的物质基础，

二者有机结合构成统一的反应过程。

四、对机体组织器官的作用

(-)对神经系统的影响

小剂量超声波能使神经兴奋性降低，传导速度减慢，因而对周围

神经疾病，如神经炎、神经痛，具有明显的镇痛作用。大剂量超

声波作用于末梢神经可引起血管麻痹、组织细胞缺氧、继而坏死。

中枢神经对超波显示较高的敏感性，有人指出，即使是用0.1W/cm2

的强度直接作用脑组织，也可造成不可逆的损伤，因此，国外有

些人指出“超声波禁用于脑部”。但近年来国内不少单位通过实验

研究和临床实践证明，使用强度为L5W/CH12以下（常用0.6〜

1.2W/cin2）的脉冲式超声波移动法作用于头部，对脑实质无损害

（由于大部分超声波能量被头皮及颅骨吸收和反射，只有2.5—

20%透入颅内），并用于治疗脑血管意外偏瘫及其它某些神经系统

疾病有一定疗效。

（-）对循环系统的影响

房室束对超声波的作用很敏感。超声波主要影响心脏活动能力及

其节律。大剂量超声波可使心律减慢，诱发心绞痛，严重时发生

心律紊乱，最后导致心跳停止；小剂量超声波使心脏毛细血管充

血，对冠心病患者有扩张动脉管腔及解除血管痉挛的作用，故用

lW/cm2以下脉冲式超声波作用心脏，对冠状动脉供血不足患者有

一定疗效。

治疗剂量超声对血管无损害作用，通常可见血管扩张，血循环加

速。低强度超声作用下，血管器扩张；在较大剂量作用下，可引

起血管收缩。更大剂量的超声可使血管运动神经麻痹，从而造成

血液流动停止。用大剂量超声时可直接引起血管内皮肿胀，血循

环障碍。

（三）对眼睛的影响

由于眼的解剖结构特点是球体形态，层次多，液体成份和血循环

特点等因素容易热积聚致损伤。大剂量超声可引起结膜充血、角

膜水肿甚至眼底改变，对晶体可致热性白内障。还可以引起交感

性眼炎。但用小剂量（脉冲式0.4—0.6W/cm23-6分钟以下），可

以促进吸收，改善循环，对玻璃体浑浊、眼内出血、视网膜炎、

外伤性白内障等有较好疗效。

（四）对生殖系统的影响

生殖器官对超声波较敏感，治疗剂量超声波虽不足以引起生殖器

官形态学改变，但动物实验可致流产，故对孕妇下腹部禁用。睾

丸组织对超声波很敏感，高强度作用可有实质性损害和不育症。

实验证明适量超声波可以减少人和动物的精子产生，因此提出，

用超声波作为一种男性可逆性避孕的方法。

（五）对骨骼的影响

小剂量超声波（连续式0.1-0.4W/cm2、脉冲式0.4—lW/cm2）多

次投射可以促进骨骼生长，骨痂形成；中等剂量（3W/cm2以下5

分钟）超声波作用时可见骨髓充血，温度上升7℃,但未见到骨质

的破坏，故可用于骨关节创伤；大剂量超声波作用于未骨化的骨

骼，可致骨发育不全,因此对幼儿骨甑处禁用超声。超过3.25W/cm2

移动法被认为是危险的剂量。

（六）对结缔组织的作用

结缔组织对超声波的敏感性较差，对有组织损伤的伤口，有刺激

结缔组织增长的作用；当结缔组织过度增长时，超声波又有软化

消散的作用，特别对于浓缩的纤维组织作用更显著。因此超声波

对疤痕化结缔组织有“分离纤维”作用，有使“凝胶变为溶胶”的作

用。在临床上亦可见超声波对疤痕有较明显的软化散作用。

舞、设备与治疗方法

§6治疗设备

1.超声治疗机

（1）主要结构原理：由高频振荡器和输出声头两部分组成。

其主要结构原理如图7.9

图7.9超声治疗机原理示意图

（2）输出形式

连续超声波：是在整个治疗过程中，声头连续不断地辐射出声能

作用于机体。它作用均匀，产热效应较大，

脉冲超声波：是在治疗过程中间断地辐射出声能作用于机体，它

的热效应较小，

2.辅助设备是为特殊治疗需要或便于操作面准备的附件。如水

枕、水袋、水槽、水漏斗等。

3.接触剂要选择其声阻接近于人体组织者，以减少其与皮肤界

面间的反射消耗。常用有煮沸过的水，液体石腊，凡士林油等（图

7.13)o

就田振

最联剂

皮肽

M

§

7治疗方法

1.直接接触法将超声波头直接和治疗部位的皮肤接触进行治疗。

此时在皮肤和声头之间应加接触剂，如石腊油，凡士林等。

(1)移动法该法最常用。治疗时声头轻压皮肤，在治疗部位作

缓慢移动，移动速度以每秒1—2厘米为宜。常用强度0.5—

1.5W/cm2o

(2)固定法将超声波声头以适当压力固定在治疗部位。此法易

产生过热而发生“骨膜疼痛反应”。故治疗剂量宜小，常用强度为

0.2-0.5W/cm2,时间3—5分钟。

2.间接接触法

(1)水F法治疗时将超声波声头和治疗肢体一起浸入36-38℃

温开水中，声头与皮肤距离1—5厘米，剂量要比直接接触法稍大。

此法常用于不规则的体表，局部痛觉敏感的部位或声头不便直接

接触的部位如手指、足趾、踝、肘、溃疡等(图7.14)。

应用水漏凌斗进行超声

水下法治疗

治疗

（2）辅助器治疗法常用有水漏斗法（图7.15）,水枕或水袋法。

后者是用薄橡皮膜制成袋，灌满煮沸过的温水，然后再涂接触剂

进行治疗，用于面部、颈部、关节、前列腺、牙齿、眼等不平之

处（图7.16）。

（3）聚集照射法利用凹面镜和声透镜将超声波高度集中在某一

部位而获得大能量超声波的作用，以做特殊治疗。如治疗肿瘤时

用。

（三）治疗剂量

1.治疗强度以0.4—1.5W/cm2为宜，水下法、水枕法时强度可稍

大，实际使用时可参阅表7.2,临床多采用低、中等强度。

超声强度等级表

治疗方

固定法移动法

法

强度等低中,高代中高

级

0.10.30.6

连续式1-

0.5-0.61.2-2

W/cm21.2

0.20.40.8

0.30.51.0

脉冲式1.5

0.8-1.02-2.5

W/cm2-2

0.40.71.5

2.治疗时间一般固定法3—5分钟，移动法为5—10分钟，大面

积移动可适当延长至10-20分钟。

3.疗程一般治疗次数6—8次，慢性病10-15次或更多。每日或

隔日一次。疗程间隔1—2周。

六、主要适应证禁忌证

(-)适应证：

1.运动支撑器官创伤性疾病腰痛、肌痛，挫伤，扭伤，肩关节周

围炎，增生性脊柱炎，颍颌关节炎，腱鞘炎等。

2.疤痕，粘连，注射后硬结，硬皮症，血肿机化。

3.作用于局部及相应的神经节段时可治疗神经炎，神经痛，幻肢

痛，慢性等麻疹，带状疱疹，湿疹，搔痒症，消化性溃疡，支气

管哮喘，胃肠功能紊乱。

4.其他脑血管病偏瘫，冠状动脉供血不足，眼视网膜炎，玻璃体

混浊，营养不良性溃疡。

（二）禁忌证

1.凡恶性肿瘤（大剂量聚集可治），活动性肺结核，严重心脏病的

心区和星状神经节，出血倾向，静脉血栓之病区均禁用。

2.孕妇（早期）腹部及小儿骨骼处最好选用其它疗法。在头部、眼

睛、心脏、生殖器部位治疗时剂量要严格掌握。

电离辐射及其防护

第一节：基本概念

§1.电离辐射的发现

1895年德国物理学家伦琴在一只嵌有两个电极（阴极和阳极）

真空玻璃管两端电极上加上几万伏的电压时，发现在距离玻璃管两米

远的地方，一块用伯氟化钢溶液浸洗过的纸板发出明亮的荧光。当用

手去拿这块纸板时，竞在纸板上看到手骨的影像。当时伦琴认定：这

是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线。因当时无法解释它的原理

和性质，故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号，称之为X射线

有些元素具有天热放射性的这一事实最初是由贝克勒尔在1896

年发现的。那时他发现放在铀化合物附近的照相底片变黑了。后来认

识到这个现象是由于铀发射出辐射的缘故。在此后的十多年里，卢瑟

福/索迪/居里夫妇和其他科学家，在其著名的实验工作中证实了某些

原子核很不稳定，这些很不稳定的原子核能发射射线。我们说这些物

质是放射性物质。

§2元素、核素和同位素

凡质子数相同的原子均为同一种元素；同一种元素中中子数的元

素是同一种核素，并以该元素及其质量数来表示;同一元素中中子数不

同的核素均为该元素的同位素。

§3衰变及其性质

自然界存在的一些重元素,其原子核都是很大的，所以很不稳定。

不稳定的原子核能自发地发射6、a以及丫射线，同时自身转变成

另一种较稳定的核素。这种不稳定核素称为放射性核素,其转变过程

称为放射性衰变。

放射性样品的衰变具有统计学性质。因此要预示任何一种特定原子

的衰变是不可能的。任何一种特定原子行为的这种不确定性,其结果

是,放射性衰变的规律具有指数性质。即

N=W------------(1)

式中N「初始时刻放射性核素的原子数目

N一经过t时间衰变后该核素剩下原子数目

x―衰变常数

放射性核素的半衰期是指：放射性核素样品中原子核衰减到一半所需

要的时间，用TI/2表示。

按照上述定义，将N=N0/2代入(1)式得到

双。:'户-w。取对数得到

吗=-孙/2

因ln（5）=-ln2

故了“2=竽=^^------------（2）

因为样品的衰变率或放射性活度与不稳定原子核数成正比，所以

不稳定原子核数也是与时间成负指数关系而变化，即

-Xt

A=Aoe--------------------------------（3）

§4.放射性物质的原子核主要发射三种类型的辐射，即a,0和y辐

射。

a衰变：放射性核素发射a射线（粒子），变成原子序数减2、质量

数减4的新核素。a粒子由两个质子和两个中子组成,是核的原子核,

其动能一般为4〜6MeV。

B衰变：B衰变有三种形式。a）B衰变，即放射性核素发射负

电子（B）和中微子，变成原子序数加1的新元素。b）-衰变，即放

射性核素发射正电子（B'）中微子,变成原子序数减1的新元素。c）电

子俘获,核素的原子核俘获一个内层轨道电子,该电子与核内质子结

合生成中子，同时发射中微子,该核素变成原子序数减1的新核素。内

层轨道电子空位，由外层轨道电子补充,则会发射X射线。

B衰变中放出的电子的能量是连续的,从0到E„iax

Y辐射：放射性核素在发射a或P射线之后，新核素处于激发

态，在退激过程中发射y辐射。退激不导致新核素本身转变。y射线

是单能光子，是波长极短的电磁波。

§5.电离和电离辐射

电离是原子或分子释放出电子变成正离子的过程.

电离辐射是指能在介质中产生电离的带电粒子（如电子或质子）和

不带电粒子（如光子或中子）

电离辐射主要来自三个方面.a）地球上存在的天然放射性核素:大部分

天然放射性核素存在于针系、铀系和钢系三个衰变系列。b）人工辐射

源人造放射性核素:各种核反应堆、加速器，以及能够产生X射线的装

置都是人工辐射源。用核反应堆的中子或加速器产生的带电粒子轰击

各种靶核使其发生核反应,可以产生各种人造放射性核素。例如，钻

-59在反应堆中用中子轰击,可以产生放射性核素钻-60。

3）宇宙射线:来自银河系和太阳的射线,初级宇宙射线主要为质子,其

次为a粒子，还有少量的电子、光子、中微子等。

§6.射线的能量

对y射线，射线的能量等于其跃迁（退激）能级之差；对a射线、

0射线、电子、中子、质子和各种重粒子，是指它们的动能。射线能

量用电子伏（eV）表示，1个电子伏等于1个电子通过电势差为IV

电场所获得的能量，

-19

leV=l.60217733（49）X10Jo

第二节：电离辐射与物质的作用

§7.带电粒子（a、0）与物质的相互作用

带电粒子（a、B）与物质中原子的轨道电子电场和原子核电场作

用，发生弹性和非弹性散射而改变运动方向，从而损失能量，最后被

物质吸收。其中非弹性散射包括电离、激发和产生韧致辐射三种情况:

a）【电离】是带电粒子将原子的轨道电子击出成为自由电子,

而原子变成了一个正电子。

b）【激发】是带电粒子的能量较低时，只能将原子的低能级的

内层轨道电子击至高能级的外层轨道，使原子处于不稳定

状态。由电离和激发导致的能量损失统称为“电离损失”。

c）【韧致辐射】是高能带电粒子在原子核的电场中急剧减速

并改变运动方向而发出的电磁辐射（X射线），由此导致的能

量损失称为辐射损失。

§8.X射线和丫射线与物质的相互作用

X或y射线，通过多种机制与物质相互作用,主要与原子中的电子

以及原子核的电场相互作用，发生光子吸收、弹性散射和非弹性散射。

这三种机制是：

a）【光电效应（光电吸收）】是（X或Y）光子与原子中内层轨道电

子相互作用，光子被原子吸收,其能量全部交给电子,使该电子挣脱原

子束缚成为“光电子”。（X或丫）光子能量较低时，光电效应占主要地

位。

b）【康普顿散射】是当（X或丫）光子能量较高时,光子与原子的

外层轨道电子碰撞，光子将很少一部分能量转移给电子，电子被击出

成为反冲电子,而光子本身改变运动方向，成为康普顿散射光子。光子

能量越高,光电效应的几率越少,而康普顿散射几率高。

C）【产生电子对】是当（X或丫）光子能量大于1.022MeV时，光子

与原子核的电场作用，产生一个正电子和一个负电子。光子多于

1.022MeV的能量通常被正负电子均分，成为正负电子的动能。然后，

正电子与物质中的负电子相遇而甄灭,产生两个能量均为0.511MeV

的甄灭光子。

§9中子与物质的相互作用

中子不带电荷，因而不能直接引起电离。正如y射线那样，中子最终

是把能量传递给带电粒子。

此外，中子还可以被原子核捕获，随后引发y辐射。

第三节电离辐射量和单位

电离辐射量多达数十个,现介绍最常用的儿个。

§10电离辐射活度

在一确定时刻，某一特定能态的一定量放射性核素的活度用A表

示：

A=dN/dt

式中,dN是在时间间隔dt内,该能态自发核跃迁的数目。

也可以换一种表示:某一特定能态上一定量放射性核素的活度A,

等于该能态的衰变常数入和该能态核数目N的乘积，即

A=XN

除非另做说明，否则特定能态就是该核素的基态。

活度A的单位是贝克勒尔（Becquerel）,符号Bq

lBq=lJs-'（定义为:1核衰变/秒）

注:放射性活度的废除单位是居里，符号Ci91G=3.7X1（/。核衰变

/秒。显然，

ImCFS.7X107核衰变/秒；1〃G=3.7X10」核衰变/秒

§11比释动能

比释动能用符号K表示，单位是戈瑞（Gy）,lGy=lJ/kg。

K=dEtr/dm

式中dEtr-----不带电粒子在质量为dm的物质中释放出来的全部带

电子的出始动能之和。

§12吸收剂量

吸收剂量用符号D表示，单位也是戈瑞（Gy）,lGy=lJ/kg。

D=de:/dm

式中de——电离辐射给予质量为dm的物质平均能量。

提到吸收剂量时，往往要指明吸收介质。

（注）吸收剂量是对所有类型的电离辐射在任何一种介质中的能量沉

积的度量。吸收剂量的废止单位是拉德（符号rad）。其定义式为：Irad

=0.01J/kgo显然，它与戈瑞的关系:lGy=U/kg=100rad,即IcGy

=Irado

§13照射量

照射量用符号X表示，单位为库伦每千克（符号C/kg）°

X=dQ/dm

式中dQ——在质量为dm的空气中，由光子释放或产生的全部负电

子和正电子在空气中完全被阻止时，产生一种符号的离子总电荷的绝

对值。

（注）照射量的废止单位是伦琴（符号R）。按照过去的定义，1伦

琴的照射量在空气中沉积的能量为0.00869J/kg；在人体组织中沉积

的能量为0.0096J/kg。与吸收剂量相联系，若给出一伦琴的照射量：

在空气中的吸收剂量为0.00869/0.01=0.869rad^0.87cGy；在人体组

织中的吸收齐!J量为0.0096/0.01=0.96rad=0.96cGy。伦琴与SI的库伦

每千克的关系为：lR=2.58X10MC/kg

第四节7射线在物质中的减弱

§14丫射线在物质中是怎么减弱的

首先介绍一下Y射线通量的概念。为了定量的说明在空间某个

位置上y射线的多少常用丫通量的概念。通常把单位时间内通过某点

附近的一个单位面积上的Y光子数叫该点y射线的通量。注意：该单

位面积的取向应使Y射线与之垂直。通量可用符号6表示，单位是光

子/秒•厘米2。一个点状的放射源放出的丫射线在物质中随着与点源

距离的增加，丫通量要逐渐减小（减弱），减弱原因来自以下方面

（1）一方面是当与点源距离增加时，Y通量就会减弱，这叫几何

上距离影响，射线通量是与距点源的距离的平方成反比的。

即

22

（l）1/（i）2=R2/R1

（2）物质对丫射线的吸收。通过y射线与物质发生的三种形式的

相互作用，若发生光电效应，丫光子则消失，产生的光电子

很快也就消耗了能量终止在物质中；若发生康普顿散射，Y

光子损失了部分能量并偏离了原子射线方向，散射后的光子

虽未完全被吸收，但由于能量减弱了，则更容易进一步和物

质发生作用从而被吸收。

§15丫射线的指数减弱规律

窄束Y射线在物质中的减弱是随着物质厚度d的增加而减弱的，

它服从指数规律。即

Md

N=Noe

式中d——吸收物质（与Y射线方向垂直）的厚度；

N——该物质的线性吸收系数；

N。一一吸收物质厚度d为‘0'时的Y射线量。

窄束丫射线的指数减弱规律，所谓窄束，是因为实验上采用准

直、细束而得名，线性吸收系数U与丫射线的能量由线性吸收系数R

来决定，P的大小取决于y射线是否容易和该物质材料发生作用，对

于不同的元素和Y能量，R有很大的不同。丫射线在重元素物质中减

弱要比在轻元素中快得多，所以防护Y射线一般要选用原子序数大的

元素。

宽束Y射线情况下的减弱，宽束Y射线经过厚物质层的过程及

其定量的关系是很复杂的。这是因为在散射时不仅与Y射线的能量E

丫（波长）有关，还与物质层的厚度d、该物质层材料的原子序数Z

等因素有关。

ud

用函数表示：N=Noe-B（Ey.d、Z）此公式即为宽束丫射线经过

厚度为d的物质后，它的强度被减弱的关系表示。

函数B（E八d、Z）称为修正系数或增长因子。它等于幅度总强度

与初级辐射（Noe"1）之比。很明显，对于窄束B=l；对于宽束B（E1、

d、Z）肯定大于1。在实际上不必计算修正系数（即增长系数），可直

接查找图表（在参考书中）。

第五节：电离辐射的生物效应

§16引言

无论是来自体外的外部放射源还是来自体内的放射性物质的污

染,其电离辐射和人体的相互作用都会导致生物效应，以后将作为临床

症状表现出来。这些症状的性质和严重程度以及它们出现的时间都取

决于人体吸收的辐射总量和所接受剂量率。辐射损伤可分为两类：

a）躯体效应,损伤出现在被照射人身上。

b）遗传效应,因为电离辐射，损伤了性腺的生殖细胞。所以,这种效

应只出现在被照射人的后代人身上。

§17电离辐射与细胞的相互作用

核辐射与其他辐射（一般的电磁辐射、热辐射、光辐射）之间的根

本区别在于，核辐射具有足够的能量引起电离。人体细胞主要由水组

成，在水中的电离将使水分子发生变化并会形成一种对染色体有害的

化学物质。这种损伤使细胞的结构和功能发生变化。在人体内，这些

变化能显示出临床症状，如放射性病或以后在以后较长时间内出现

癌。

产生辐射损伤的过程是很复杂的，通常认为有四个阶段：

1）最初的物理阶段，只持续极短的时间（约IO5秒），在这

一瞬间，