B型超聲診斷儀工作原理初探

郝國防

摘 要：當前，超聲診斷技術被廣泛應用于醫學檢測中，超聲診斷儀是利用超聲波的方向性好、穿透能力強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，對于醫學影像的觀察和病理診斷具有重要的意義。

關鍵詞：超聲波；壓電效應；高頻振蕩電路

早在1842年，奧地利醫生杜西客就開始利用超聲技術掃描人的腦部結構。直到20世紀60年代，超聲波開始被應用于人體腹部器官的探測，隨后經過幾十年的發展，超聲技術被廣泛地應用于臨床診斷、治療及基礎醫學的研究等方面。

超聲診斷儀是利用超聲波探測人體內部情況的儀器。我們知道超聲波是指頻率高于20000赫茲的聲波，其本質與波完全相同，在空間傳播過程中也完全遵守波的運動規律，因它的頻率超出了人耳的聽覺范圍，所以不會引起人的聽覺。

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、超聲診斷儀基本構成

超聲診斷儀通常是由高頻信號發生器、探頭、回聲信號處理器、回聲信號顯示器和電源五個基本單元構成。

超聲診斷儀的探頭相當于一個換能器，它是利用晶體材料的壓電效應，把高頻交變電壓信號轉變為超聲波射出，同時，又能把接收到的超聲波回波轉變為高頻交變電壓，輸送到顯示器上顯示回波的信息。

探頭向人體內以脈沖的形式斷續發射超聲波，在發射的間歇期可以接收人體內部各個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，獲得人體內部各部分反射面的相關信息。高頻信號發生器是一個高頻振蕩電路，用于為超聲波探頭提供高頻交變電壓。

探頭接收回波產生交變電壓，由于超聲波在人體內傳播時的能量損失，致使探頭產生的交變電壓非常微弱，這個微弱的信號需要經過回聲信號處理器進行放大，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（簡稱B超）在醫學檢測領域占有非常重要的地位，當B型超聲診斷儀工作時，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的亮度表示的，明暗程度不同的光點組成了組織或器官的切面圖，這種圖像屬于亮度調制型，所以稱為B型[ 1 ]（brightness mode）。

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

由于與發射脈沖同步的時間掃描電壓加在垂直偏轉板上，所以距離探頭近的界面產生的回波信號形成的光點在顯示器的上面，距離探頭遠的界面產生的回波信號形成的光點在顯示器的下面回波信號在顯示器上形成了自上而下分別的光點群，光點之間的距離代表界面之間的距離，光點的亮度代表回波信號的強度，當探頭沿某一部位移動時，在顯示器上就會得到相應部位的二維切面圖像，如圖2。

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

因B超具有直觀性、真實性、無損傷、診斷準確等諸多優點，稱為目前應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會產生一定的生物效應，但通過長期的醫學實驗和檢測表明，目前所用的超聲診斷儀所用劑量對人體是無害的，但在臨床醫學中進行超聲診斷時，本著既要滿足醫學診斷的需要，又要做到確保人身安全，人們總結出了超聲診斷的安全劑量圖，在一定范圍內，超聲安全劑量的強度和時間的乘積為一常量，檢查時間很長，就要在較小的劑量下使用。另外，對于不同的檢查對象，安全劑量的大小也不相同。如對胎兒進行檢查，就要使用盡可能小的安全劑量，一般控制在20mW·cm2、30分鐘內，而檢查成年人的心臟時可稍微大一些，對于其他體內器官的檢查，安全劑量可以更大一些，通常控制在40mW·cm2、60分鐘內。

參考文獻：

[1] 李光勛，王云創.醫用物理學[M].科學出版社，2013-3.65.

[2] 侯玉林，樓渝英.醫用物理學[M].西安交通大學出版社，2012-8.97.