2万赫兹以上的超声技术在本世纪前半期广泛应用于军事、工业等领域。50年代反射式A型超声步入医学领域显示其诱人的应用前景。近30年来随着两维高分辨力图像显示技术、灰阶实时动态显示技术、多普勒血流检测技术的问世和发展,超声医学这门集现代超声物理学、电子探测技术、计算机技术与现代生物医学于一体的新兴交叉边缘学科发展极为迅速并在临床上取得巨大成功。它包括超声诊断、超声理疗及超声外科三个部分。早在1980年,美国氢弹之父、著名科学家E · 泰勒在《80年代物理学》一文中就断言,超声对于医学诊断有着无可比拟的作用。
1980年,美国因临床应用的超声显像仪台数已超过X射线机总台数,并在临床上发挥日益重要的作用而宣称美国医学已进入了“超声医学年”。由于超声诊断对人体无损伤、无辐射、直观动态显示,对软组织具极高的分辨显示能力,且使用方便、价廉,因而已成为现代影像诊断技术中最具竞争力的检查手段。它已成功地用于肝、胆、胰、肾、眼、甲状腺、下尿路和子宫附件等器官的诊断,尤其是对心血管、妇产科、儿科、癌症诊断更有独到之处。
现代超声医影技术除了进一步提高二维图像分辨力、改善信噪比等外,主要有下列方面的进展。
彩色多普勒血流成像 自1983年该技术由日本Aloka公司首先开发用于心脏疾病诊断来,80年代末期对低速血流检测灵敏度明显提高,已广泛用于内脏血管,周围小血管和肿瘤血管的检测。早期所用的频谱处理技术对检测过高的流速易产生混迭伪差;后采用时域相关彩色血流成像可消除该现象。上述技术可区分流向、流速,以不同色调编码。但彩色灵敏度与声束-血流束之间夹角有关,即明显的角度依赖性。彩色多普勒能量图则利用频谱多普勒曲线下的面积积分进行调制,可显示较低的血流信息,且几乎不受角度的影响,因此血管的走向、小分支可作整体显示,目前已成功地用于肾脏皮质的血流显示,以了解肾组织灌注状况。但其不能区分血流方向,且灵敏度过高,信噪比较低,周围组织的轻微移动即可导致大片彩色以致不能分辨血管本身。上述技术均无法测定血流量。1996年问世的多普勒血流测定技术包括 :使用时域法彩色显像显示血管流道;用M型取样线截取血管最大前后径,获得随心动周期变化的血管腔内径数据;实时显示被截取血管段内的流速剖面;快速计算每10 ms间隔内的空间平均流速与血管截面积的乘积,并予以实时流量显示。目前该技术对3 mm以上的血管内血流量测定可靠性较好。
超声造影技术 已进入临床应用阶段。造影剂主要成分为含微气泡颗粒的溶液,以增强组织的反射能力,提高多普勒信号。目前超声造影剂可分为几个大类 :用白蛋白包裹的微空气泡;糖基化的微气泡表面包裹剂;液气相转换型的全氟戊烷悬浮液;为网状内皮细胞吞噬后释放微气泡的造影剂,后者具有组织选择特异性。对造影剂目前的要求条件是 :1. 可通过毛细血管循环;2. 在体循环中维持足够的时间,至少在5分钟左右,且有足够粒子浓度,具均匀性;无毒性、过敏及其它不良反应。
微小导管化腔内超声 使用细小的导管(可小至2 F),将高频率(10~20 MH2或更高)的单晶片换能器装在导管顶端,送入体内小血管或腔道,实时横切显示组织图像。该技术目前已有商业化仪器。最初应用于诊断动脉斑块,显示其范围及深度,并用来监测斑块切除术和狭窄区的扩张术。以后较广泛应用于尿路、胆道、生殖系、消化系。对于粘膜下的病变显示具极高的检出率,且可明确邻近组织、脏器是否累及等状况。这无疑对早期发现癌肿及指导治疗有较大的价值。该技术将拓展超声应用的新领域。
三维超声 这是超声医师、临床大夫一直追求的更高影像技术境界,可以显示二维超声不能显示的脏器和病灶的立体结构并指导手术治疗。静态三维超声已成功应用于胎儿,可显示胎儿的面貌和整体结构;心脏动态三维超声已开发成功,被誉为心脏外科影像学上的革命。但目前这些技术基本上使用的是系列两维图像的重建,技术要求严格,计算机计算速度和容量均有较高的要求。实时三维超声使用二维阵列式晶片排列探头近几年正投入巨资研究。已有实验室产品。
非线性超声诊断研究 近几年正在兴起。10多年前发现,有些病变组织后非病变组织声阻抗虽相近,但其非线性声学参量B/A却存在显著的差别。因而有学者提出,只要界面两侧的非线性声学参量不同便会引起反射,从而就可显示出界面,这一结果可望成为应用非线性声学效应进行医学诊断的物理依据,并进而可作为超声成像的新参量。超声造影剂具非常强的非线性声学特性,故非线性超声与超声造影剂的发展密切相关。由于微泡对入射声能的强烈散射致使回声的频率除主频以外产生二次谐频,三次谐频……等,只要达到一定强度时就可予以检出。二次谐频的回声强度最大。近年来的谐波成像的应用便是例证,可实时显示脏器内小血管中的血液流动。