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生物物理论文

生物物理学课程论文

超声波在医学上的应用

课程名称：

生物物理学

姓名：

米克拉伊·尼扎买提

系别：

生命科学专

班级：

8班

论文评分：

2013年12月10日

摘要3

前言3

1.超声波的物理特性3

2.超声诊断和工作原理3

多普勒效应3

多普勒效应的应用4

多普勒超声仪工作原理4

3.超声波在医学诊断中的应用4

利用超声波的反射折射原理4

利用超声波的多普勒效应5

4.超声波在医学医治中的应用5

5.超声波在临床医学中的应用5

6.超声波在医学中的进展趋势5

宽频带化5

数字化6

多维化6

7.对我国中，近期进展生物医学超声研究的观点和建议6

超声波在医学的意义6

超声波重点研究课题6

为进展超声事业以下建议7

建议有关部门取以下方法7

参考文献7

【摘要】高于人耳听觉上限值得声波

，称为超声波。

超声室人儿听不到的。

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于取得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清楚，焊接，碎石，杀菌杀毒等。

在医学，军事，工业，农业上有很多的应用。

尤其在医学生，超声波频率高，波长短，有良好的指向性，衍射现象少，可在组织界面上反射，可悲血细胞反向散射。

另外，超声波可被生物介质所吸收。

吸收程度大体上决定与介质的特性和超生的频率。

一样而论，介质中的含水量越大，吸收越少，频率越高，吸收越多。

超生的这些特性，关于他在生物医学方面的应用极为有利。

本文就以超声的这些特点为线索，论述其应用与医学方面的优势，并提出相关的建议。

【关键词】超声波，临床医学，

激光在生物物理中的应用

前言

人类赖以生存的世界，是一个不断运动着的物质世界，而波动是物质运动的一种大体形式，其中应力波作为一种要紧的形式存在着，如地震波、固体中的声波、超声波等。

1949年，JohnWild是一名英格兰裔美国内科医师，因为致力于这一工作被称为“医学超声之父”，超声成像等技术开始被运用于医学，使医生在诊断、医治疾病方面不仅速度有了大幅度的提升，准确度也有了专门大的提高。

1.超声波的物理特性

超声波是指频率在20kHz以上的声波，其在传播进程中一样会发生折射、反射、散射、绕射和多普勒效应等现象。

当超声波在密度均匀的介质中传播时，可不能发生折射、反射等现象。

当其通过不同的介质时，且两介质的交壤面大于超声波的波长时，就会在两介质的交壤面处发生折射和反射现象。

反射声强的大小取决于两介质声阻的不同程度及入射角的大小，当垂直入射时反射声强最大，反射声强愈强那么折射声强愈弱。

折射进入第二介质的超声波会继续前进，假设再次碰到不同声阻介质交壤面时，会再次产生反射和折射。

依次类推，被测物质密度越不均匀、界面越多，产生的反射和折射的次数也就会越多。

当两介质交壤面小于超声波的波长时，超声波那么会产生散射或绕射现象，散射是指超声波会以此小介质为中心向周围发散，使其成为新的声源；绕射是指超声波绕过介质的边缘，继续向前传播，好似此介质不存在。

2.超声诊断和工作原理

多普勒效应

多普勒效应是指当声源和接收体作相对运动时，接收体在单位时刻内接收到的频率，会与声源所发出的频率不一致，如接收体与声源的距离愈来愈近时，那么接收体接收到的频率会增加，且增加的频率与接收体相对与声源的速度有关；反之，接收到的频率会减少，减少的频率也与接收体相对与声源的速度有关。

和一切应力波相似，其在介质中传播时，随着传播距离的增加，波强会慢慢减弱，这种现象被称为超声的衰减。

引发衰减的要紧缘故是介质对超声的吸收，超声波的频率越高介质的吸收就越多，使得波强在原传播方向上的能量慢慢减弱。

而这些散失的波强都转换成了热能，这又被称为超声的热效应。

.多普勒效应的应用

多普勒超声诊断技术的进展、多普勒彩色血流成像，多普勒图谱效应和色彩多普勒血流图都是基于多普勒效应。

用于实现对血流参数的邪恶梁。

血流参数测量的进展经历从持续多普勒血流测量，到脉冲波多普勒血流测量，到测赛多普勒血流图的进程。

多普勒超声诊断仪从最初的具有CFM功能，到同时显示B型图像和多普勒血流数据的双重超声扫描成像系统，进展到采纳计算方式处置技术，能及时分析大量暗反射波，实时捕捉图像的三位超声波扫描技术。

多普勒超声仪工作原理

利用多普勒小影院里检测运动物体。

当发射超声传入人体某一血液流动去，悲鸿细胞灿社返回探头，回声信号的品庐可憎可见，超声探头运动的血流，探头接收到的频率较发射频率增高，背离探头的血流那么频率减低。

接收频率与发射频率只差成多普勒移或差频。

多普勒频移fd与发射频率fo，血流速度v,超声束与血流之间的夹角θ，超速c的关系为fd=+-2vfocos

θ/c.其中留学速度v可有公式计算，党生属于血流方向平行时刻记录到最大血流速度，党生属于血流方向垂直时那么测不到学信号。

通过对多普勒信号检出加以分析和处置，经放大或检波，在示波器的荧光屏上显示出来，就可制成各类多普勒朝上诊断仪。

3超声波在医学诊断中的应用

利用超声波的反射折射原理。

依照前面的超声波反射折射原理，可知假设将超一束超声波发射到人体内，当它在体内碰到界面时就会发生反射及折射现象。

因为人体各类组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射和吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影像的特点来分辨它们。

另外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，即可诊断所检查的器官是不是有病。

利用医学超声检查，能够做到探查与提取人体的生理和诊断信息的目的，具有平安、无痛、适用面广、直观、可重复检查、灵活及廉价等一系列的优势，成为今世医学图像诊断中的重要技术之一。

目前，依照不同的成像原理，超声波诊断方式能够分为A型、B型、M型及D型四大类。

A型：

是以波形来显示组织特点的方式，要紧用于测量器官的径线，以判定其大小。

可用来辨别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是不是存在等。

B型：

用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情形。

检查时，第一将人体界面的反射信号转变成强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现出来，这种方式直观性好，重复性强，可供前后对照，因此普遍用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。

M型：

是用于观看活动界面时刻转变的一种方式。

最适用于检查心脏的活动情形，其曲线的动态改变称为超声心动图，能够用来观看心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。

D型：

是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方式，又称为多普勒超声诊断法。

可确信血管是不是通畅、管腔是不是狭小、闭塞和病变部位。

新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。

近几年来科学家又进展了彩色编码多普勒系统，可在超声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速。

此刻还有立体超声显象、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来，而且还能够与其他检查仪器结合利用，使疾病的诊断准确率大大提高。

当前超声诊断向三维方向进展，从而能够获取更为直观的立体图像图，这在心肌损伤的定位、胸腹部肿瘤的检测、怀孕期的评估等方面有重大的价值。

利用超声波的多普勒效应

依照前面所述的多普勒效应原理，利用多普勒效应能够测量运动物体的速度，在医学上要紧用于测量人体某一区域血液流动的速度。

当超声波被传入人体某一区域时，该区域血液中的红细胞就会对超声波进行散射，另外有个探头会到散射回的超声波频率进行测量，并与发射的超声波频率进行比较。

被散射回的超声波频率可增可减，而那个增加或减少的频率不仅代表了血液的运行速度还表征了血液的运行方向，并被称为多普勒频移。

利用多普勒频移现象人们制作成了各类多普勒超声诊断仪。

4超声波在医学医治中的应用

超声波作为一种应力波，其在传播进程中，介质的各个质点会交替性的紧缩与伸张，从而在相邻的两个质点之间形成压力差，这对增强组织渗透、提高代谢增进血液循环、刺激神经系统及细胞的功能，均有重要的意义。

另外由于超声波在人体各组织传播时是一种机械运动，这种机械能由于波阵面处的阻尼作用而使其慢慢衰减并转换成热能，这一效应被称为超声波的热效应，它能够引发人体血管功能和代谢进程的转变，并发生一系列的复杂的神经反射，在人体组织产生各类效应。

另外超声波还具有生物作用和化学作用，相关研究说明超声波能够增进备注循环、加还组织的软化、增加细胞的新陈代谢等。

由于超声波具有以上特点，人们通过超声波各类作用的结合来使局部组织受到细微的按摩，使分层处的组织温度升高、细胞功能受到刺激、血液循环加速、多种蛋白分子和酶功能受到阻碍、生物活性物质含量改变等，并通过神经、体液途径对人体产生作用从而产生医治成效。

5超声波在临床医学中的应用

超声波在临床医学中的应用要紧集中在外科、妇产科、美容、减肥、结石、节育等环节，如超声药物透入疗法、超声雾化吸入疗法、穴位超声疗法、高强度聚焦超声系统等，随着这些超声技术的进展，也医生的临床诊断提供了愈来愈多的帮忙。

如穴位超声疗法，又称超声针或超声针灸，是现代超声技术和传统的针刺术相结合的一种新型穴位刺激法。

穴位超声疗法最要紧特点是无痛、无不适反映；第二，穴位超声疗法是通过声能透入穴位来医治的，具有对组织无损伤、无副作用、平安靠得住等优势，因此易为儿童和惧针的患者所同意。

高强度聚焦超声系统（HIFU）又称为“海扶刀”

，它在医学影像技术的协助下，将多束超声波准确聚焦在靶组织上，声强可达到2000W/cm2以上，并利用肿瘤组织血流量低，散热缓慢的特点，短时刻内（一样15～115s）照射靶组织，局部温度可达到70～100℃，使肿瘤的蛋白质固化，肿瘤组织坏死，在超声强度和照射时刻适那时，可在坏死组织周围形成一层组织膜幸免对周围组织的损伤，如此就可在高能量超声波作用下产生化学反映，杀伤肿瘤细胞。

6超声波在医学中的进展趋势

近些年来，由于运算机技术、图像处置与信息传输、微弱信号检测技术等重大技术的冲破，有力地增进了超声技术在医学中的进展。

现今医学超声诊断的新技术进展特点要紧体此刻宽频带化、数字化、多功能化、多维化及信息化等五个方面的综合应用上，也引导着以后先进医学超声诊断设备研制的创新思维。

宽频带化

宽频带技术的进展涉及到新型宽带超声换能器（探头）研制、宽频带信号接收、处置及显示技术，事实上表现新型压电材料、多阵元探头研制及宽频带信号处置的技术水平。

初期所应用的探头为单中心频率窄带探头，其带宽只有1MHz，使得深部组织回声高频信号损失较大，阻碍整幅图像的清楚度与灵敏度。

八十年代中期，人们依照超声在生物组织中的衰减规律及其对超声图像的阻碍，开发了宽频带探头，如中心频率为的探头，能够产生～6MHz的超声波，其有效带宽可达到3MHz左右，检测浅表组织时由于高频率能够提高分辨率，而对深部组织时由有较低频形成衰减较少的回声信号，从而使深部组织结构得以较清楚的图像显示，因此在宽频带探头的检测下能够形成多频率组成的图像，又称为图像融合技术。

这与动态滤波信号处置技术的应用是密不可分的，同时整个信号处置通道响应带通也应提高到相应宽带的程度。

数字化

数字化技术的开发与应用伴随着现代B型超声显像仪进展的整个进程。

一样说来，又可分为数字化后处置和数字化前端处置两个进展时期。

早在70年代中期，应用数字扫描转换（DSC）技术，它将由换能器接收的组织界面回声信号经前置放大、射频放大、视频放大等模拟信号处置后，再经DSC中的微机操纵A/D转换变成数字信号进入图像存储器，接着按帧读出的图像数字信号再经D/A转换变成模拟信号进入显像管进行显示。

显然DSC技术是一种在回声模拟信号处置后进行的数字化后处置技术，由它带来B型超声显像仪的一次重大的冲破性进展，它实现了图像的存储、冻结、无闪烁和灰阶电视显示，随着高速器件的应用，慢慢实现了实时动态显示，取得了临床应用的蓬勃进展。

多维化

尽管换能器多阵元和宽频带技术、数字扫描转换技术、数字声束形成器技术、超声多普勒技术等有力地增进医学超声二维图像技术的飞跃进展，但在深切应用中也发觉其不足的地方：

诊断的准确性较高地依托于诊断医师把握仪器的能力与医学知识；成像面间隙区域信号的丢失；受检体空间结构是在诊断医师大脑中刹时合成的印象；介入性医治明显受到平面声像制约。

实现超声体多维成像（Ultra-sonicVolumeImaging）就成为医学超声诊断技术进展的趋势，而用各类方式高速搜集体元象素（Vox-el）是技术关键，由此组成的体图像不仅弥补了平面声像的不足，而且将医学超声诊断推向多维化新时期，也为医师提供更多医疗所需的信息。

7.对我国中，近期进展生物医学超声研究的观点和建议

超声波在医学的意义

超声在医学上站的地位日趋重要，具有专门好的社会效益。

国内市场具有专门大的经济效益；目前入口超声仪器过量，国家每一年需花费大量外汇。

鉴于上述情形，进展我国的生物医学超声事业是必要的和必需的。

超声波重点研究课题

进展国的生物医学超声研究研究，必需进行应用基础研究和高技术储蓄，不然不可能有创新的仪器和质量可操纵的产品。

重点研究课题包括以下方面：

（1）提高压电陶瓷的性能，开展符合压电材料，薄膜压电材料的研究。

（2）换能器的高频和多样化。

频率从原有提高到6MHz，；研制高密集型线阵，同心圆环多济源扇形，小曲率凸阵，穿刺，控内，术中换能器。

（3）研制，推行，应用用户定制集成电路，开展数字信号处置和图像处置芯片在医学超声中应用的研究。

（4）研制高性能的CFM；进行高速，低俗血流测量新方式的研究。

（5）在巩固和提高现有超生诊断方式的基础上，开展控内超声成像，术中超声成像仪器的研制和临床应用，进一步开展介入型超声和CFMI临床应用。

（6）开展活体的声速，衰减，B/A等声学参数的研究。

（7）在超声医治方面，集中力量研究高性能聚焦式超声体外碎石技术，幸免或减少并发症。

（8）进行超声对人体作用的基础研究，增强超胜挚爱机制研究和指控方法。

为进展超声事业以下建议

为进展我国的医学超声事业，需增强横向协作，这种写作不单单是项目，产品的分工，而应是智能的分工，依照科研单位，大专院校，工厂各自的特长和久远目标来确信任务。

起七五期间，有些大专院校参加了共创牵头的样机研制，尽管对摆脱目前仪器研制的的掉队局面起到一点帮忙，但假设不同时弄一些高技术的储蓄研究，极可能一直步美国，日本超声仪的后尘而无创新。

建议有关部门取以下方法：

（1）限制没必要要的，大量的，重复的B型超声仪入口，鼓舞和提倡利用质量过关的国产超声仪器。

（2）对自生产超声仪器企业给予经济上的支持，如提供器件优惠价钱；一按期限内减免税收；关于研制单位给予入口样机的方便；关于一些必要的国内外学术交流给予支持。

参考文献

1.收稿日期：

2021－05－11超声波在医学中的应用方舸，吴强，巫琦，辅皋鸣（江苏省中医院设备处，江苏210029）〔中图分类号〕TH774〔文献标识码〕B〔文章编号〕1002－2376（2021）07－0013－04

2.王纯正，徐智章《超声诊断学》北京：

人民卫生出版社1999

3.赵近芳《大学物理学》北京：

北京邮电大学出版社，2006

4.王威琪《国外医学生物医学工程分册》