超声医学是超声学与医学结合、或超声技术应用于医学各部门而形成的学科。主要包括超声在基础医学、临床医学、卫生学及其他医学领域中的研究与应用。该学科正随着超声检测与超声处理的发展在不断发展。例如超声成象技术的成就很快被应用到超声医学中。超声医学指的是通过超声学与医学进行结合,从而分析病人的病理特征,结合病人的临床表现,对病人的症状进行归纳,确定病理,并通过有效预防与及时救治等手段,减轻病人所遭受的痛苦,降低病人所面临的风险,提升治疗水平,保障人体健康的一种医学。本文简述了超声医学在心血管、腹部器官、妇产和浅表器官及外周血管等领域的高新技术现状和发展趋势,旨在为上述高新技术的推广应用和进一步发展提供清晰思路。
一、心血管超声技术
心血管超声技术主要包括全方位M型超声心动图技术、曲线M型超声心动图技术、高帧频二维灰阶超声心动图技术、多向双选通门脉冲波多普勒超声心动图技术、定量组织多普勒显像技术。
(一)全方位M型超声心动图技术
采用二维灰阶或二维组织多普勒超声心动图引导下通过调节多条直线取样线位置,能够同时对任意角度上的多个对应室壁运动形式进行多角度对应分析,从而可以获取不同位置核方向心脏室壁及其对应位置的心室壁运动时间信息,将有助于判断心脏整体室壁运动的起始和最大位移出现的时间顺序,整体量化评价室壁运动的同步性和协调性。
(二)曲线M型超声心动图技术
在二维灰阶或二维组织多普勒超声心动图引导下,采用可弯曲取样线,能够获取心室壁不同部位的心肌运动时间曲线。该项技术有助于进行不同节段间的心肌组织运动状态比较。超声心动图的特点是利用超声波检查心脏并记录回波信息。用于超声心动图的声波的频率范围是1~10MHz(1MHz=1000kHz,1kHz=1000Hz)。超声心动图能够清晰显示心脏的内部结构,动态观察心脏的各切面,心内结构解剖的连续性、空间关系及其在心动周期中的实时活动,还可以测定心腔内径、显示心脏和大血管结构、分辨心脏和血管的血流状态、判断心腔内压力变化、评价左心室功能(收缩、舒张)、评估心脏运动的协调性。
(三)高帧频二维灰阶超声心动图技术
目前高频二维灰阶超声心动图技术已经具有其它任何心脏显像技术所不具备的较高帧频显像能力。较高的图像帧频使二维灰阶超声心动图能够更好地表现快速运动的心肌组织结构运动状态和功能情况。同时通过对二维灰阶超声心动图图像进行相角分析,能够显示收缩早期心脏室壁心肌开始运动的起始点大致位置。该方法已被应用于标测显性预激综合征左心室壁旁道预激区域。
(四)多向双选通门脉冲波多普勒超声心动图技术
通过在两条可调节位置取样线上发射脉冲波超声并在每一条取样线上使用单选通门技术,同时定点获取两个部位血流或心肌运动的频移信息。使用该项技术有助于进行两个不同部位的血流或组织运动状态比较,进行组织运动定量同步性分析评价。
(五)定量组织多普勒显像技术
应用定量组织多普勒技术可在常规组织多普勒显像基础上衍生出应力、应变率、旋转角度和位移等多种心肌运动评价参数。目前该项技术已经能够应用于定位量化评价心脏室壁不同层次的心肌力学功能状态。应用该项技术同时能够检出室性异位起搏点异常起始的心肌机械兴奋位置及其传播过程。与心腔内超声显像技术相结合,能够应用于确定心脏传导系统重要结构空间位置及结构内的心肌电机械兴奋传导过程。
二、腹部器官超声技术
腹部器官超声技术主要包括超声造影技术、超声三维导航技术、医学图像融合及导航技术、腹腔镜和内镜超声技术。
(一)超声造影技术
近10年来起源于心脏造影的超声造影技术逐步在腹部器官疾病诊断中得到充分应用,已经在占位病变的诊断和鉴别诊断、肿瘤介入治疗疗效判别、实质器官血流灌注、空腔脏器结构和功能观察等方面发挥了显著作用。通过不断改进超声造影技术方法,超声造影在微泡制备、造影微泡显示以及量化评价等方面不断进步,目前已经成为较为成熟的、能够与CT和MRI造影技术相提并论的第三大腹部造影技术。主要的国外和国内超声诊断设备均已装备了超声造影技术,商品化的国内制造的超声造影剂也已出现,将打破国外超声造影剂垄断超声造影剂市场的局面。可以预期,常规超声造影技术将在更为广阔的临床诊断范围内得到应用和继续发展。
(二)超声三维导航技术
随着临床对介入诊断和治疗要求的不断提高,精确的观察、定位导航以及监护已经成为介入诊断和治疗的必要技术保障。单纯二维超声导航技术在准确判断介入装置的准确空间位置、观察介入治疗过程等方面存在明显的局限性。通过电磁定位系统,在三维空间内引导介入治疗装置进行精确诊断和治疗已经成为介入治疗发展的重要前沿方向。近年来,超声三维导航技术得到较快发展,千美元级的超声导航系统已经成熟,并开始广泛应用于临床实践。
(三)医学图像融合及导航技术
近5年来,超声显像与其它医学显像融合的技术方法不断发展和成熟。目前已经能够实现超声与MRI和CT显像的较为精确的融合,一些超声设备还能够同时实现两个超声显像方向的观察。上述技术目的的实现,为更为精确的病变显示和空间定位提供了全新的技术选择。在该项技术的发展过程中,已经出现了与射频或微波介入治疗结合的超声诊断和治疗一体机,大大提高了超声显像引导监控主导下的上述介入治疗的效率。
(四)腹腔镜和内镜超声技术
作为介入性超声的主要组成部分,腹腔镜超声和内镜超声在腹部疾病精确诊断和治疗等方面正逐步发挥重要作用。通过贴近观察和采用高频超声技术,能够较体表超声更为清晰和精确地观察到腹腔实质脏器内部和空腔脏器囊壁或管壁内的精细结构和血流分布状况及其相邻组织器官情况。该项技术在引导、监控和评价微创介入治疗和微创手术等方面具有无可比拟的优势。
三、妇产科超声技术
妇产科超声技术主要包括超声全容积三维显像技术、腔内超声技术。
(一)超声全容积三维显像技术
近10年来基于超声换能晶片机械扫描技术的超声全容积三维显像技术在妇产科领域中的应用日益广泛。由于采用该项技术能够获取胎儿颜面、躯干和肢体以及子宫卵巢的外部轮廓和三维血流,能够为胎儿畸形筛查和妇科疾病的诊断治疗提供更为丰富的解剖和功能信息。
(二)腔内超声技术
各种腔内超声的临床使用,实现了妇产科疾病的更为早期的和精确的诊断。与病理活检和各种介入治疗相结合,在腔内超声引导下已经能够实施各种精确的妇产科疾病治疗。
四、浅表器官和小血管超声技术
浅表器官和小血管超声技术主要包括超声超宽视野技术、超高频超声技术、超声弹性成像技术、血管功能超声显像技术。
(一)超声超宽视野技术
基于二维灰阶超声图像特征点确定的超声超宽视野技术为临床观察较大器官、肢体的组织解剖结构和血流提供了可能,同时弥补了传统超声技术由于显示范围局限不能同时观察较大体量组织器官相邻解剖和血流状态的局限。
(二)超高频超声技术
超高频超声技术的出现,使采用超声技术观察器官组织细微结构及其功能变化成为可能。“超声显微镜”的技术概念已经建立。
(三)超声弹性成像技术
近12年来超声弹性显像技术已经建立和成熟。通过观察组织形变过程中产生的应力和应变状态及其分布,有助于对组织的硬度进行半定量的分析和评价。该项技术已经被广泛应用于浅表和深部肿瘤性质的判别等方面。
(四)血管功能超声显像技术
血管功能超声显像技术是近5年来开始应用临床的全新功能可视化观察和量化评价技术。该项技术在同时精确获取动脉血管管壁脉搏波、管腔内径和管腔内血流频谱等信息后,通过计算能够得到与动脉硬化程度和循环系统整体功能状态相关的多参数功能信息。有助于早期动脉粥样硬化和异常整体循环功能状态的量化评价和分析。
五、超声治疗技术
超声治疗技术主要包括高强度聚焦超声导管治疗技术、超声靶向药物治疗技术。
(一)高强度聚焦超声导管治疗技术
通过发射高强度的聚焦超声波束还可能利用超声波的机械效应和热效应消融特定器官的正常或异常组织。实现这一治疗目的有两个基本途径。其一是将发射高强度聚焦超声波束的环阵换能晶片与发射显像超声波束的环阵换能晶片间隔排列同置于腔内超声导管的头端,间断交叉前向发射诊断和治疗性超声波束,以进行超声波实时显像直视下腔内的消融治疗。
(二)超声靶向药物治疗技术
经静脉输入载基因微泡后,微泡不仅能作为空化核增强基因转染效率,而且还能作为载体将基因携带至特定部位,达到靶向传输的目的。脂质微泡的脂质膜在超声的作用下膨胀和收缩;在血液循环中能耐压,且造影时间较长。
六、超声医学技术发展展望
微创介入技术、基因诊断和治疗技术以及组织工程技术是未来医学发展的前沿方向。所有上述医学高新技术均需要在精确的时空定位和丰富的病理生理信息的环境中才能够实现其应有的诊断和治疗价值。精确可靠的人体解剖和病理生理信息可视化技术是实现上述技术目的的根本保证。超声医学技术具有在体实时动态高分辨率地提供直观的整体和局部组织器官解剖和功能诊断信息的无与伦比优势。超声多维多参数显像技术、虚拟现实技术、微创介入超声诊断和治疗技术以及超声医学技术与其他医学高新技术的交叉融合已经成为未来超声医学技术发展的前沿方向。
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