醫學超聲檢查

醫學超聲檢查（超聲檢查、超聲診斷學）是一種基於超聲波（超聲）的醫學影像學診斷技術，使肌肉和內臟器官——包括其大小、結構和病理學病灶——可視化。產科超聲檢查在妊娠時的產前診斷廣泛使用。 ^[1] 

超聲頻率的選擇是對影像的空間分辨率和患者探查深度的折中。典型的診斷超聲掃描操作採用的頻率範圍為2至13兆赫。

雖然物理學上使用的名詞“超聲”用於指所有頻率在人耳聽閾上限(20,000赫茲)以上，但在醫學影像學中通常指頻帶比其高百倍以上的聲波。

超聲診斷學的歷史並不悠久，是在20世紀才開始運用，但在現在的醫學診斷學中，卻有着難以取代的作用。現在超聲檢查在醫學中廣泛應用。它可能起診斷作用，也可能在治療過程中起引導作用(例如活檢或積液引流)。通常使用手持式探頭(通常稱為探頭)放置於患者身上並移動掃查，一種水基凝膠被塗在患者身體和探頭之間起耦合作用。

舉例來説，醫學超聲檢查通常用於： ^[2] 

盆腔超聲是多囊卵巢綜合徵的主要診斷工具，也可用於子宮、卵巢和膀胱的成像。妊娠時超聲用於檢查胎兒的發育情況。男性有時進行盆腔超聲用於檢查膀胱和前列腺的健康狀況。有兩種方式進行盆腔超聲檢查：經皮和腔內。腔內超聲可經陰道(女性)或者經直腸(男性)。參見:-

超聲診斷在對腹部臟器疾病的診斷中，因為它的快速、價廉而在腹部疾病的檢查中常作為首選。另外，近年來在心臟超聲、婦產科超聲和腔內超聲等領域也有了很大的發展。同時，隨着介入超聲和超聲治療的加盟，肝腎的穿刺、癌症的治療、震波碎石、造瘻等檢查和治療迅速發展起來，超聲診斷的同時進行治療。

由聲波產生圖像經由三個步驟：產生聲波，接收回聲並將這些回聲可視化。

在醫學超聲檢查中，壓電換能器（一般是陶瓷的）的相位陣列產生的短而強的聲音脈衝製造聲波。電線和換能器都封裝在探頭中。電脈衝使陶瓷振盪產生一系列的聲音脈衝。聲波的頻率可表現為2至13兆赫中的任一頻率，遠超於人耳能聽到的頻率。任何頻率超過人耳能聽到的範圍的聲波都可稱為“超聲波”。而醫學超聲的目的在於使由換能器散射出的聲波彙總產生單一聚焦成弧形的聲波。

為了使聲波有效地傳導入人體（即阻抗匹配），探頭的表面由橡膠包被。為此，在探頭和患者皮膚之間塗布水基凝膠。

聲波部分地從不同組織之間的界面反射回探頭，即為回聲。由非常小的結構散射的聲波也產生回聲。

聲波返回探頭，與探頭髮射聲波相似，只是過程恰恰相反。返回的聲波使探頭的單元振盪並使振盪轉化為電脈衝，脈衝由探頭髮送至超聲主機，並處理成數字圖像。

超聲儀必須確定接收到的回聲的3個要素：

一旦超聲儀確定了這3點，即可明確圖像中哪個象素應該顯示，亮度為多少。接收信號轉化為數字圖像可比方為往一個空白的電子表格上填寫數據。接收脈衝的探頭單元決定電子表格的哪一'列'(如A，B，C列等)。接收回聲所用的時間決定哪一'行'(如1，2，3行等)，回聲的強度決定亮度(白色表示強回聲，黑色表示無回聲，不同的灰階表示2者之間的不同回聲)，如同在電子表格的格子裏填入數據。

超聲檢查使用含有一個或多個換能器的探頭向物體發射脈衝。當聲波遇到聲阻抗不同的物體，部分聲波就會被反射，當探頭探測到時即為回聲。回聲返回探頭的時間被測量記錄，用於計算產生此回聲的組織界面的深度。2種物質之間的聲阻抗差異越大，回聲越強。液體和氣體之間的聲阻抗差異極大，導致遇到其界面的絕大多數聲能被反射，致使其區域外的物體不能顯像。

在不同的物質中聲波的傳播速度不同，這取決於該物質的聲阻抗。但是，醫學超聲的主機假定聲速恆為1540m/s。雖然由於產生回聲，會喪失一部分聲能，但與由於聲波被吸收而產生的衰減而言影響很小。

為了產生二維圖像，聲束採用機械或電子方式的聲學換能器相控陣列進行掃射。接收的數據則進行處理以構建圖像。

用於醫學超聲的聲波頻率一般在1至13兆赫。頻率越高相應的波長越短，所得影像的分辨率越高。但是隨着聲波頻率的增高，聲波的衰減也越快。所以為了探查更深的組織，使用較低的頻率(3-5兆赫)。

大多數超聲儀也能顯示各種彩色圖像。這僅僅是指定不同的顏色用以表示接收到的回聲的振幅。 此外。由一系列的2維圖像可以生成三維圖像，通常使用的是特殊探頭。

超聲造影是指在醫學超聲檢查中使用微氣泡造影劑以提高超聲信號的反射。此技術當前應用於超聲心動圖技術，將來可能應用於分子成像和藥物擴散。

多普勒超聲大大提高了醫學超聲檢查的能力，它利用多普勒效應判斷某結構（通常是血流）是否朝向或背離探頭運動，並計算出其相對速度。通過計算部分樣本容積的頻率漂移(例如心臟瓣膜上方的噴射血流)，可以確定其方向、速度，並顯示出來。這對心血管方面的研究特別有用，對其他的一些醫學領域也是必要的，比方説診斷肝臟門脈高壓症時的血流逆行。多普勒信息的圖形化顯示可以使用頻譜多普勒，也可以使用彩色多普勒或者能量多普勒。通常此信息利用立體聲揚聲器表現出來：是一種雖然為人工合成，但是特徵明顯的聲音。

嚴格説來，大多數現代超聲儀並不使用多普勒效應來測定流速，而是依賴脈衝多普勒(PW)技術。機器發出超聲波脈衝，然後再切換至接收模式。這樣，接收到的反射脈衝並沒有頻率漂移，聲學效應也不連續。但是，經過多次測量，這些序貫的測量的相變可以用來得到頻率漂移(因為頻率是相變的速度)。為了從發射信號和接收信號得到相變漂移信息，通常使用2種算法中的一種：自相關技術或者相關性技術。更舊的機器，採用連續多普勒(CW)技術，按上述方式顯示多普勒效應。為了做到這點，機器的發射和接收換能器必須是分立的。採用連續多普勒技術的機器，其主要缺點在於不能獲得距離信息（而這正是脈衝多普勒系統的主要優點——發射和接收脈衝所花的時間在知道聲速的情況下可以換算成距離信息）。

在超聲領域（但不是指信號處理領域），術語多普勒超聲兼指脈衝多普勒和連續多普勒系統，而忽視速度測量的不同機理。

對於超聲的安全性曾經有過爭議。既然超聲是能量的一種形式，那麼就存在一個問題：“此種能量波會對我的組織產生何種影響？”有一些報道稱一些接受了超出建議次數超聲檢查的產婦產出低體重兒 ^[3]  。

美國FDA警告説，實驗室研究表明診斷水平的超聲波會對組織產生物理效應，例如機械震動和温度升高。並且建議，公眾如無必要，不要隨便暴露在超聲波下，尤其是孕婦。儘管沒有證據表明這些物理效應會傷害胎兒，但絕不可認為超聲波檢查傳送的能量對胎兒完全無害，並且FDA不許可利用醫學超聲波成像設備進行胎兒寫真、視頻留念等非醫學用途行為，並將醫學超聲波成像設備列為處方設備。

可能的一些副作用：