超声医学是将物理学、医学和电了工程技术相结合的一门新兴科学，由于超声诊断技术采用的超声波是频率在20KHz以上的机械波，具有频率高、波长短、能量集中、方向性强、贯穿本领大等优点，且超声波与人体组织相互作用时，不像X射线具有累积效应，与X射线不同，超声能量还不足以引起危险的电力损害。因此，超声诊断具有安全、价廉、可实时动态成像的优点。超声影像对人体软组织的探测和心血管脏器的血流动力学观察与X-CT,MRI,RNI相比有其独到之处。
1超声诊断技术发展简史
超声诊断技术的每一步发展，都与超声成像设备的进展密不可分。1942年，奥地利K.T.Dussik使用A型超声装置，用穿透法探测颅脑;1954年，B超应用于临床，同年M型用于检查心脏;1955年，PPI型作直肠内的体腔检查;1956年，多普勒效应原理用于超声诊断并在1959年研制出脉冲多普勒超声。到1990年，超声成像先后采用了扇形扫查法、电了扫描法、相控阵扫描法以及灰阶显像、BSC技术的图像后处理，同时实现了超声实时现象，使超声图像质量得到了明显的改善。特别是1983年彩色血流图,1990年3D扫描器的研制成功，使超声成像进入了一个划时代的发展阶段。1991年美国ATL公司推出世界第一台全球数字化超声诊断系统后，使超声诊断的水平跨上新台阶。
2临床上应用的主要超声诊断仪器类型
目前临床上应用的超声诊断仪器繁多，互有交叉。但从接收信号的特点上看，应用的都是回波法。
2.1回波幅度法
回波幅度法接收的是生物组织声学界面形成的反射回波，回波频率与入射波相同。按成像方式可分为一维A型和M型，二维B型、C型、F型、伪彩，三维3D立体图。
2.2多普勒法
多普勒法接收的是运动物体反射成散射所产生的多普勒频移信号，该信号不再是超声频率而为音频信号。多普勒法可分为一维D型(包括CW,PW两种)，二维CDFI,CDTI,CDE,DPA，三维立体透视图或立体图。
2.3HI法即频率成像，是一种非线性超声成像。
其中CHI显示一次谐波所传递的信息，THI显示高频和一次谐波所传递的信。
3各类超声诊断仪的应用现状
随着计算机技术在超声成像中的广泛应用，超声诊断越来越具有强大的信息处理能力、高速运算能力、灵活的软件控制能力及精细的的测量功能。因此，许多超声诊断仪都具有一机多能的功用。
3.1A型、M型和B型超声诊断仪的应用现状
A型超声诊断仪提供仅是体内器官的一维信息，而不能现实整个器官的形状。M型超声诊断仪一般用于观察和纪录脏器的活动情况，特别适用于检查心脏功能。B型超声诊断仪能得到人体内部脏器和病变的二维断层图像，并目能对运动脏器进行实时动态的观察。由于A型功能单一，日前在临床上以极少应用，但医学影像物理学教学中仍有广泛应用。自二维实时超声显像诊断仪(B型)开始使用后，目前己无单纯的M型超声诊断仪生产和销售，对M型超声心动图的检查，都是以二维超声图像为基础，调节取样线来选取能需要的M型超声图像，而单纯的B型的超声诊断仪也不常见，取而代之的是脉冲多普勒型和B型的结合，组成双功能超声诊断系统。
3.2超声多普勒系统
一维连续波多普勒(CW)血流仪，发射的是连续的、接收也是连续的，因而失去了距离分辨能力，但可测高速血流。一维脉冲波多普勒血流仪发射脉冲波，能确定目标的深度、位置。但可测最高血流速度受脉冲重复频率限制。彩色多普勒血流成像仪(CDFI)属于实时二维血流成像技术，可以实现解剖结构与血流状态两种显像，彩色血流信号显示在相应的一维黑白图像的液性暗区内是诊断心脏病的先进工具之一。
3.3CDFI在临床中的扩展使用
CDFI作为一种先进的诊断工具，己不仅仅局限于心脏病的诊断。如临床上己成功地将二维彩色多普勒超声应用于腮腺肿块的诊断，利用高频超声图像结合彩色多普勒血流检查诊断乳腺肿块，还有将一贯是放射影像检查的专利部位应用于超声影像中，利用高频超声全面显示股骨散软骨以进行疾病诊断。
除用于疾病诊断，经食管超声心动图TEE技术是近年心血管外科围术期心脏功能，监测的重大进展，可在心血管外科围麻醉手术期持续监测心脏功能、心肌缺血和心肌梗死，能即时对手术进行指导和评价。
4超声诊断新技术及其发展
超声诊断技术是一种不断发展、创新的技术。目前新的诊断技术有:
4.1高频细微结构成像
利用15-60MHz二维超声成像设备，进行有关浅表现供脏器的成像，其中50-60MHz超声作眼球角膜仪成像是，可分出其上皮层、角膜全层及内层。
4.2数字编码高频成像
数字编码高频成像，采用低频脉冲用于穿透，高频脉冲用于深部超声成像，可获得深部脏器的高质量、高频声像图。
4.3其它超声新技术
其它新技术诸如绕射栅探头多普勒超声、分区环面积――流速剖面相乘叠加法计算血流率、多种超声血流造影技术、次谐频超声成像、正反脉冲谐频成像、静态三维成像、实时三维成像等，都己在临床研究和诊断上得到不同程度的应用。
5结语
超声诊断技术简便易行，无痛苦，价格适中。因此，临床从事超声诊断的医务工作者在临床实践中要不断发展超声的应用范围，完善超声的检查技巧，将超声诊断技术提高到一个新的水平。
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一年前，马大爷因直肠癌接受了直肠切除手术。但到了年底，在他的肝脏上又发现了一个大如鸡蛋的转移性癌灶。身体虚弱的马大爷此时已承受不了再一次的手术治疗了。故肿瘤科的医师决定为他使用“超声刀”治疗。马大爷在连续接受了5次的“超声刀”治疗后，其肝脏内的病灶在逐渐缩小。3个月后，癌灶已缩至黄豆大小。马大爷的食欲较前明显好转，面色也变得红润了。
据武汉总医院肿瘤科高建飞副主任介绍，马大爷使用的这种“超声刀”全称叫“高能聚焦超声刀”。由于用“超声刀”杀灭癌细胞的同时不损伤正常组织，故它又被称为“医学绿色治疗工程。”
为了进一步体验“超声刀”的“威力”，笔者来到了武汉总医院肿瘤科，亲眼目睹了一名胰腺癌患者接受“超声刀”治疗的全过程。在这间手术室内没有无影灯，没有麻醉机，更看不到各式闪着寒光的手术器械。只见62岁的胰腺癌患者刘先生趴在治疗床上，一边接受手术治疗，一边与医生聊天。医生先将B超的探头贴在他的中腹部，经操作电脑对肿瘤进行定位后，这台“超声刀”便开始自动进行“蚕食”肿瘤的工作了。
刘先生此次做的是整个疗程中的第5次治疗。由于刘先生的胰腺癌瘤较大，故需进行7次超声刀切除治疗。刘先生在接受超声刀治疗前，肿瘤已压迫到了胆总管。当时他全身重度黄染，皮肤瘙痒，恶心、呕吐以致无法进食。刘先生的前三次手术，是被人抬来的。在他进行第4次手术时，不仅黄疸已经消退，而且可以正常进食了。这回第5次手术，他是自己走来的。约一小时后，刘先生走出了治疗室，丝毫看不出他是刚从手术台上下来的病人。笔者问他在接受治疗时有何感觉。他说：“在治疗时只觉得患处有一点酸酸的胀痛感。”那么，“超声刀”对癌瘤何以有如此大的威力呢？为此，笔者采访了前面提到的高建飞副主任。
问：“超声刀”是怎样杀死癌细胞的？
答：超声波是“超声刀”的能源。数百束的超声波经过体外聚焦技术，再经过水介质的耦合作用，集聚在人体的肿瘤组织上，瞬间便可使肿瘤组织的温度达到70℃―100℃。肿瘤细胞在0．25―1秒之内，即被“烫”死。这个聚焦点如同一个切割肿瘤的手术刀，使焦点区的肿瘤细胞全部被杀死，而其周围的组织却不受损害。患者经短暂的休息后，就可以恢复正常的工作和生活。
问：“超声刀”治疗与传统的射频、微波等热疗技术有何不同？
答：“超声刀”应用于临床，掀起了肿瘤治疗的革命。与传统的热疗相比，“超声刀”有以下优点：
1．可使肿瘤组织在瞬间达到较高的温度，并杀死肿瘤细胞。而传统的射频、微波等热疗技术使治疗部位升温的速度较慢，所能达到的温度也较低。故用“超声刀”技术治疗肿瘤明显优于传统的射频、微波等热疗技术。
2．使用“超声刀”治疗肿瘤，病人一般没有疼痛感，手术前也不需要进行麻醉，病人出现并发症的几率也较低。而用传统的热疗技术治疗肿瘤，手术前需要进行麻醉；病人有疼痛感；在治疗过程中热疗的部位约有7％―20％的皮肤会被灼伤；而且病人出现并发症的几率也较高。
问：用“超声刀”治疗肿瘤与传统的手术、化疗、放疗相比，有何优点？
答：用“超声刀”治疗肿瘤，在保持肿瘤周围组织完整的情况下，可对肿瘤细胞进行彻底的杀灭，并可降低肿瘤的转移和复发率。而用传统手术的方法治疗肿瘤，要降低肿瘤的转移和复发率，则必须扩大切除肿瘤组织的范围；用放疗和化疗的方法治疗肿瘤，要降低肿瘤的转移和复发率，就要扩大放射线照射的范围，增加用药的剂量和用药的时间。故手术、化疗及放疗与“超声刀”技术相比，副作用较大。但“超声刀”技术与化疗、放疗又不能够相互代替。
问：用“超声刀”治疗肿瘤与用“γ刀”治疗肿瘤有何不同？
答：“超声刀”与“γ刀”主要有两点不同：1．能量来源不同：超声刀靠高能超声，“γ刀”靠γ射线；2．适应症不同：“超声刀”主要适用于治疗腹腔与盆腔内的实体肿瘤，“γ刀”主要适用于治疗头部肿瘤。
问：哪些肿瘤患者适合用“超声刀”治疗？
答：“超声刀”适用于治疗生长在盆腔、腹腔内的各种实体肿瘤，如胰腺癌、肝癌、肾癌、腹腔软组织肉瘤、子宫肌瘤等。另外，因为用“超声刀”治疗肿瘤具有无痛苦、无毒副作用的优点，故它不排斥化疗与放疗。如果病情需要，病人在进行化疗或放疗的同时，也可采用“超声刀”治疗。
问：哪些肿瘤患者不适合用“超声刀”治疗？
答：胸腔内的肿瘤和有广泛转移或伴有腹水的肿瘤不宜采用“超声刀”治疗。
【关键词】医学影像；影响物理；成像技术
【中图分类号】R445-4【文献标识码】AA
【文章编号】2095-6851（2014）05-0478-02
1引言
人体成像包括对健康人的成像和对病人的成像，对于前者的成像主要用于科研和教学，后者主要用于医学临床诊断和治疗。医学影像物理和技术是医学物理学的重要分支，研究的对象包括了所有人体成像。
目前临床广泛使用的模态按照成像时使用的物质波不同，分为X射线成像、γ射线成像、磁共振成像和超声成像。
2对目前各种医学成像模态现状的分析
2.1X射线成像
X射线成像模态分为平面X射线成像和断层成像。人体不同器官和组织对X射线的吸收可以用组织密度进行表征，因此，可以利用平面x射线、x射线照相术对人体内脏器官和骨骼的损伤和病灶进行诊断和定位，同时也把胶片带进了医学领域。随着x射线显像增强技术的发展，x射线的血管造影术和其他脏器的专用x线机相继诞生，扩大了x射线成像的应用范围。平面x射线成像的未来发展方向是数字化的x光机技术其中，x线机是全世界的发展方向，但是其价格使得大多数用户望而怯步。
作为传统影像技术中最为成熟的成像模式之一的x射线断层成像，其速度对于心脏动态成像完全没有问题，加上显像增强剂，还可以对用于血管病变及其血脑屏障是否被病灶破坏进行检查，属于功能成像的范畴。当前，三维控件x射线断层成像的实验室样机已经问世，将会为x射线成像带来新的生命力。
2.2核磁共振成像
目前，各种各样的核磁共振设备产品已经大量进入市场。核磁共振成像集中体现了各种高新技术在医学成像设备中的应用。目前核磁共振主要应用包括人脑认知功能成像，用于揭示大脑工具机制的认知心理实验测量。
2.3核医学成像
核医学成像包括平面和断层成像两种方式。目前，以单光子计算机断层成像和正电子断层成像为主，为动物正电子断层成像主要是用于基础研究，而平面的γ相机已经处于被淘汰的水平。
核医学成像设备可以定量地检测到由于基因突变而引起的大分子运动紊乱继而引起的脏器功能变化，例如代谢紊乱、血流变化等。这是其他设备如超声波检查不可能完成的任务。这就是临床医学上所说的早期诊断，核医学影像设备能够快速发展归功于此。但是核医学成像存在空间分辨率差、病理和周围组织的相互关系很难准确定位的确定，因此，还需要医学物理工作的不懈努力。
2.4超声波成像
超声波是非电离辐射的成像模态，以二维成像的功能为主，也包括平面和断层成像两类产品。超声波成像由于其安全可靠、价格低廉，多以在诊断、介入治疗和预后影像检测中得到发展。目前，超声波设备已有超过x射线成像的势头。同样，超声波成像也存在一定的缺点，如图像对比度差、信噪比不好、图像的重复性依赖于操作人员等。
3关于医学软件问题
3.1基本情况分析
成像的硬件设备要完成功能离不开医学软件的支持，对于这些医学软件按照和硬件设备的关系，可分为三个层次：
第一层，工作和硬件紧密结合的软件。主要功能是负责成像设备的运动控制，对数据的采集，图像预处理和重建，完成数据分析。
第二层，主要负责对医疗器械产生的数据进行分析、处理软件。这种软件的应用需要来自医学物理人员，软件编程人员和医生三方的合作，目前，由于我国还没有建立这种三方合作机制，这类软件应用情况明显滞后。
第三层，主要功能是完成医学信息的整合的软件，用于医疗过程中医疗信息，医学工作的管理。例如PACS。这种软件也需要医生的参与，但是并没有依赖性。
3.2PACS
PACS是医疗发展信息化的体现，是医学影像技术集成管理和开拓影像资源应用范围的重要技术手段。PACS将医学影像中的各种软件和图像工作站连接起来，使之成为局域网中的节点，实现了资源的共享。不同科室的医生在完成对病人的信息收集和诊断后可以完成信息的录入。还可以利用商业设备上采集的数据运用于病人的诊疗中，结合数据和医学影像，对诊断信息综合处理，以此提高诊断的准确率。
4医学影像物理和技术学科今后的发展
虽然存在各种不同的医学影像模态，但是目标只有一个，即为了更好的进行医学研究诊断，随着物理和计算机技术的发展，医学影像技术会随之提高。为了更好的为医疗服务，在今后的发展中，医学影响物理和技术学科还需在以下几方面继续努力。
第一，用于成像的物质波产生装置还需要不断进行提升，为更好的满足成像需求，在提高波源产生物质波的同时，还需要改变物质波的束流品质；
第二，将物质波和人体组织发生相互作用的规律模型化，为减少误诊率和定位误差，把模型参数的最佳化，改善从影像中提取信息的质量和速度。同时努力消除探测中的噪声和伪影；
第三，把探测的信号收集，放大、成形实现数字化；
第四，为满足影像诊断和治疗中的监督需要，高质量的实现图像重建和显示等。
在科学技术方面，开展医学影像在脑功能成像研究中的应用、临床诊断中的应用等，有利于拓宽医学影像的市场。
5结语
本文介绍了当今主流的几种医学成像技术，对各种成像方式的优缺点进行了阐述，对日后医学影像物理和技术的发展提出了自己的看法，希望能为那些为医疗服务的工作者们提供一些参考。随着医学影像物理和技术的不断进步，医疗服务行业的科学化加速发展。
参考文献