B型超聲診斷儀工作原理初探

郝國防

摘 要：當(dāng)前，超聲診斷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)中，超聲診斷儀是利用超聲波的方向性好、穿透能力強(qiáng)和在不同界面反射明顯的特性制成的，了解和掌握超聲診斷儀的工作原理，對(duì)于醫(yī)學(xué)影像的觀察和病理診斷具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：超聲波；壓電效應(yīng)；高頻振蕩電路

早在1842年，奧地利醫(yī)生杜西客就開始利用超聲技術(shù)掃描人的腦部結(jié)構(gòu)。直到20世紀(jì)60年代，超聲波開始被應(yīng)用于人體腹部器官的探測(cè)，隨后經(jīng)過幾十年的發(fā)展，超聲技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于臨床診斷、治療及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的研究等方面。

超聲診斷儀是利用超聲波探測(cè)人體內(nèi)部情況的儀器。我們知道超聲波是指頻率高于20000赫茲的聲波，其本質(zhì)與波完全相同，在空間傳播過程中也完全遵守波的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因它的頻率超出了人耳的聽覺范圍，所以不會(huì)引起人的聽覺。

超聲波具有方向性好、在固體和液體中穿透能力強(qiáng)及在不同物體界面反射明顯等特性，超聲診斷儀就是利用了超聲波的以上特性制成的。

一、超聲診斷儀基本構(gòu)成

超聲診斷儀通常是由高頻信號(hào)發(fā)生器、探頭、回聲信號(hào)處理器、回聲信號(hào)顯示器和電源五個(gè)基本單元構(gòu)成。

超聲診斷儀的探頭相當(dāng)于一個(gè)換能器，它是利用晶體材料的壓電效應(yīng)，把高頻交變電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ㄉ涑觯瑫r(shí)，又能把接收到的超聲波回波轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交變電壓，輸送到顯示器上顯示回波的信息。

探頭向人體內(nèi)以脈沖的形式斷續(xù)發(fā)射超聲波，在發(fā)射的間歇期可以接收人體內(nèi)部各個(gè)界面反射回來的超聲波。超聲波診斷儀就是利用反射回來的回波攜帶的信息，獲得人體內(nèi)部各部分反射面的相關(guān)信息。高頻信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)高頻振蕩電路，用于為超聲波探頭提供高頻交變電壓。

探頭接收回波產(chǎn)生交變電壓，由于超聲波在人體內(nèi)傳播時(shí)的能量損失，致使探頭產(chǎn)生的交變電壓非常微弱，這個(gè)微弱的信號(hào)需要經(jīng)過回聲信號(hào)處理器進(jìn)行放大，然后，在顯示器上才能顯示出回波的波形或圖像。

二、B型超聲診斷儀的工作原理

B型超聲診斷儀（簡(jiǎn)稱B超）在醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域占有非常重要的地位，當(dāng)B型超聲診斷儀工作時(shí)，超聲波束按固定方向掃查，并與超聲波的傳播方向形成二維切面。因回波幅度的大小是用顯示器上光點(diǎn)的亮度表示的，明暗程度不同的光點(diǎn)組成了組織或器官的切面圖，這種圖像屬于亮度調(diào)制型，所以稱為B型[ 1 ]（brightness mode）。

我們知道，超聲波在不同界面反射會(huì)獲得不同時(shí)間的回波，從而可以確定不同界面的距離，其回波信號(hào)加在顯示器電子槍陰極或控制柵極上，以控制電子束的強(qiáng)弱，就會(huì)在顯示器上得到明暗程度不同的光點(diǎn)，探頭在檢查部位移動(dòng)，便在顯示器上形成一個(gè)在探頭超聲波發(fā)射方向的縱斷層二維圖像，改變探頭的位置及行進(jìn)方向，就可以得到不同位置、不同方向上的二維切面聲像圖，相當(dāng)于將體內(nèi)的器官或組織一層層縱向切開進(jìn)行觀察，所以這種顯像方式又稱為超聲斷面顯像技術(shù)[ 2 ]，如圖1所示。

由于與發(fā)射脈沖同步的時(shí)間掃描電壓加在垂直偏轉(zhuǎn)板上，所以距離探頭近的界面產(chǎn)生的回波信號(hào)形成的光點(diǎn)在顯示器的上面，距離探頭遠(yuǎn)的界面產(chǎn)生的回波信號(hào)形成的光點(diǎn)在顯示器的下面回波信號(hào)在顯示器上形成了自上而下分別的光點(diǎn)群，光點(diǎn)之間的距離代表界面之間的距離，光點(diǎn)的亮度代表回波信號(hào)的強(qiáng)度，當(dāng)探頭沿某一部位移動(dòng)時(shí)，在顯示器上就會(huì)得到相應(yīng)部位的二維切面圖像，如圖2。

利用B超掃描，可以得到人體內(nèi)部器官或腫瘤等病變的斷層圖像，且斷層可隨意移動(dòng)。

因B超具有直觀性、真實(shí)性、無損傷、診斷準(zhǔn)確等諸多優(yōu)點(diǎn)，稱為目前應(yīng)用最為廣泛的超聲儀器。

三、超聲診斷儀的安全劑量

超聲作用于生物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的生物效應(yīng)，但通過長(zhǎng)期的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)表明，目前所用的超聲診斷儀所用劑量對(duì)人體是無害的，但在臨床醫(yī)學(xué)中進(jìn)行超聲診斷時(shí)，本著既要滿足醫(yī)學(xué)診斷的需要，又要做到確保人身安全，人們總結(jié)出了超聲診斷的安全劑量圖，在一定范圍內(nèi)，超聲安全劑量的強(qiáng)度和時(shí)間的乘積為一常量，檢查時(shí)間很長(zhǎng)，就要在較小的劑量下使用。另外，對(duì)于不同的檢查對(duì)象，安全劑量的大小也不相同。如對(duì)胎兒進(jìn)行檢查，就要使用盡可能小的安全劑量，一般控制在20mW·cm2、30分鐘內(nèi)，而檢查成年人的心臟時(shí)可稍微大一些，對(duì)于其他體內(nèi)器官的檢查，安全劑量可以更大一些，通常控制在40mW·cm2、60分鐘內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李光勛，王云創(chuàng).醫(yī)用物理學(xué)[M].科學(xué)出版社，2013-3.65.

[2] 侯玉林，樓渝英.醫(yī)用物理學(xué)[M].西安交通大學(xué)出版社，2012-8.97.