醫學超聲成像的基本原理范文

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關鍵詞： 《醫學超聲儀器》原理 生物醫學工程 教學內容 教學方法

超聲在醫學上的應用始于20世紀20―30年代蘇聯科學家Sokolov的超聲熱療工作。經過幾十年的發展，目前已形成了一門年輕并蓬勃發展著的交叉學科――醫學超聲學。該學科以研究超聲波在生物組織內的傳播特性與規律、設計制造用于醫學診斷和治療的超聲設備為目的，涉及物理學、生物學、材料學、電子技術、圖像處理、計算機等多個領域，是生物醫學工程學科的重要分支之一［1］。而醫學超聲儀器則是醫學超聲學發展的載體及最終成果的體現。

溫州醫學院從2009年起對生物醫學工程專業醫學影像設備與技術方向的本科生開設《醫學超聲儀器原理》，旨在使分流到該方向的學生熟悉并掌握現代醫學超聲儀器的基本原理、結構、技術方法和設計思路，具有初步的儀器設計理念及開發新一代產品的綜合能力，為學生踏上工作崗位奠定良好的理論與實踐基礎。

1.教學內容的優化設計

目前，國內高校大多將醫學超聲作為《醫學電子儀器》或者《醫學影像物理學》的一部分進行授課。獨立開設醫學超聲儀器相關課程的僅西安交通大學、南方醫科大學、上海交通大學等少數幾個高校。此外，上述高校由于辦學優勢不同，對學生的培養目標不同，對教學內容的選擇沒有統一標準。而且，目前國內醫學超聲儀器相關的本科生教材非常少見，且出版時間大多較早，內容較為陳舊，對學科前沿知識介紹較少。因此，如何根據我校的實際情況，合理安排教學內容，做到既難易適中又能體現學科前沿發展，就成了該課程開設初期碰到的一大難題。

1.1教材與課程教學內容

我校生物醫學工程專業分流后，課程增多，課時減少。《醫學超聲儀器原理》按教學計劃，理論36學時，實驗3學時，課時非常有限。講授內容需突出重點，去粗取精，點面結合。其次，生物醫學工程專業的主要目標是培養醫學儀器的操作人員、維護人員、銷售人員、設備管理人員和研發人員，授課過程中要既重基礎又結合實際。綜合各方面因素考慮，我們選擇西安交通大學萬明習教授主編的《生物醫學超聲學》作為教材。該書是目前國內對醫學超聲學的基礎理論、關鍵技術及超聲新技術發展介紹最為全面的一本專著，但內容較多且難，并不完全適用于3時的本科教學。因此，在教學過程中，我根據實際需要對其內容進行了相應篩選調整，并結合具體超聲儀器實例進行授課，真正做到既重基礎又結合應用實際。

具體課程內容歸結為如下8個章節［1］。（1）緒論：介紹醫學超聲儀器的分類，發展歷史、現狀及趨勢。（2）醫學超聲的物理基礎：介紹描述超聲波的重要物理參數，超聲波的傳播特性、波動方程、多普勒效應，超聲波的生物特性及安全劑量。（3）醫用超聲換能器：介紹壓電效應及壓電材料特性，醫用超聲換能器的種類與結構、聲場的形成與分布。（4）超聲成像基本原理及性能指標：介紹脈沖回波法成像原理，A、B、M型超聲診斷儀及其異同點，超聲信號形式及其特征，超聲診斷儀的基本結構及主要指標。（5）超聲波束的發射、聚焦與控制：以B型超聲診斷儀為基礎，介紹多陣元超聲換能器的組合發射方式，超聲波束的聚焦、掃描方法及控制手段。（6）超聲波束的接收、預處理與DSC數字掃描變換器：介紹B型超聲診斷儀超聲回波信號的前置放大、接收多路轉換、可變孔徑技術、相位調整技術、增益控制與動態濾波、對數放大、檢波與勾邊技術，以及DSC數字掃描變換器。（7）超聲多普勒血流測量與成像：介紹多普勒血流測量的基本原理，所需提取的主要參數，血流速度大小及方向的檢測方法，多種多普勒血流儀系統和各自距離選通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。（8）其他醫學超聲技術及發展：介紹超聲治療技術、超聲顯微技術、超聲CT，以及醫學超聲研究的新進展。

1.2實驗設置

由于條件限制，目前本課程僅設置3個學時實驗，目的是指導學生熟悉B型超聲診斷儀的操作。在教學實踐的第一學年，我們采取的是以學生為檢測對象，指導學生完成對頸部主動脈、肝、腎的縱向和橫向掃查，并對圖像進行分析，但是教學效果不很理想。原因有兩個：一是雖然學生有一些解剖學基礎，但是實驗中讓其獨立準確找到解剖學位置仍有一定難度；二是教學資源有限，男女生同組，實驗過程中進行腹部檢測時難免尷尬，學生積極性難以調動。因此在第二學年，我們借鑒了其他高校的經驗［2］，將檢測對象由人換成熟雞蛋，不僅可以形象地顯示超聲波在不同介質中的傳播特性，而且很容易探測到熟雞蛋的蛋白與蛋黃的切面圖，避免了上述兩個問題的存在。同時還可引導學生向雞蛋內注入色拉油等物質，模擬組織內部發生病變的狀況，極大地提高了學生的學習興趣，教學效果鮮明、生動、直觀。

2.多種教學方法與手段的有機結合

多媒體為主、板書為輔的教學方式的運用。隨著計算機應用的普及，具有方便、快捷、高效特點的多媒體教學方式已成為高校教學的主要模式，并為高等教育改革帶來了新的契機。多媒體教學方式綜合利用了文字、圖片、動畫、視頻等資源，因此在講授一些抽象難懂的知識點時能更形象、直觀，在活躍學生思維、激發學生學習興趣上作用顯著［3］。但是也存在一定的弊端，比如信息量大、節奏快，學生難免跟不上進度，只能被動接受，缺乏必要的思考過程，容易疲勞甚至產生抵觸情緒。在多媒體教學的基礎上，輔以傳統的板書，則可以有效解決這些問題。特別是在講授知識重點難點的時候，學生可通過教師板書的間隙思考或者記筆記，加深對知識的理解。

針對教學內容，靈活應用多種教學方法。例如，采用啟發式教學，在每一章節授課前先根據教學內容針對性地設置幾個問題，讓學生帶著問題聽課，在課堂中尋求答案，變“填鴨式”的被動學習為主動學習。再例如，在第5―6章講授B型超聲診斷儀時采用案例教學法，引入阿洛卡SSD-256型的B超儀為例子，每當講授完基本原理后即以該機型為例引導學生對其相應部分的電路進行分析，提高學生理論聯系實際的能力。同時，為了培養學生的學習興趣，可利用介紹本學科的發展動態，國內外重大研究成果、新方法、新應用等內容來激勵學生，讓他們充分認識到這門課程的實用性和重要性。

構建網絡教學平臺，積極加強師生交流。將課程教學大綱、進度表、課件、課后練習、課程通知等教學資源及時在網頁，方便學生課后瀏覽下載；設置課后互動模塊，方便學生提問交流；設置超聲百科模塊，方便學生了解學科前沿發展動態。網絡教學平臺的使用，提高了教學的靈活性，增加了師生之間的互動，獲得了學生很高的評價。

3.存在的問題及解決思路

經過兩個學年的教學實踐，我在《醫學超聲儀器原理》課程的教學中已積累了不少經驗，也存在不足之處，其中最突出的是實驗教學內容略顯單薄。針對這一問題，我已著手解決，將在原3個學時實驗的基礎上再設置相應的開放性實驗，如生物組織超聲參數的測量與估計、單陣元圓形超聲換能器輻射聲場分布特性測試與分析、彩色超聲多普勒血流儀的操作及數據分析等［4］。所設計的實驗項目將與課程教學內容密切結合，進一步有效地增強教學效果。

4.結語

醫學超聲儀器原理涉及多個學科，內容較為抽象，且課時量有限，因此教學難度較大。我在教學過程中根據本專業的實際需求，以著重培養學生的實踐能力和創新意識為目標，結合教學體會和學生的反饋信息，從教學內容優化、教學手段、教學方法等方面入手，經過兩年多時間的實踐，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

［1］萬明習.生物醫學超聲學［M］.北京：科學出版社，2010.

［2］陳艷霞，孫媛，柴英，王桂蓮.醫學物理學B超實驗的新探索［J］.中國科技信息，2009，20：193.

［3］胡曉燕.淺析多媒體教學的利與弊［J］.中國醫學創新，2011，8（5）：146-147.

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【關鍵詞】醫學影像；臨床醫療；重要性

從1895年倫琴發現X線成像至2010年的時間里，醫學影像學的發展可謂是日新月異，并且從事研究醫學影像學的人員分別于1910、1952、1979和2003年四次獲得諾貝爾物理學獎或諾貝爾醫學生物獎，由此可見醫學影像學在臨床醫學中的地位和作用是無可比擬和不能替代的。

一、醫學影像中的X線成像

1.1 X線成像的基本原理

X線之所以能使人體在熒光屏上或膠片上形成影像，是基于X線具有穿透性、熒光性和感光性，再加之人體組織之間的密度或厚度差異，即人體對X線的吸收程度不同，這樣穿過人體并攜帶人體信息的X線即在熒光屏或X線照片上形成明暗或黑白對比不同的影像，這種影像是以密度來反映人體組織結構的解剖及病理狀態。

1.2 X線圖像的特點

顯示的結構層次比較豐富，有利于整體上觀察受檢部位的組織結構，具有較高的空間分辨率，但其缺點是密度分辨率低，無法區別組織密度差別小的結構，在密度分辨率方面無法與CT、MRI相比。

1.3 X線診斷的臨床應用

X線診斷是重要的臨床診斷方法之一，是影像學的基礎，已經積累了非常成熟的經驗，也是臨床上使用最多和最基本的診斷方法，特別是在骨骼、胸部及胃腸道應首先選用X線檢查。

二、醫學影像中的計算機體層成像（CT）

2.1 CT成像的基本原理

CT成像的基本原理是用X線束對人體檢查部位一定厚度的層面進行掃描，由探測器接受透過該層面的X線，轉變為可見光之后，由光電轉換器變為電信號，再經模擬/數字轉換器轉為數字信號，輸入計算機處理。圖像形成的處理有如將選定層面分成若干個體積相同的長方體稱為體素。掃描所得的信息經計算機處理獲得每個體素的X線衰減系數或吸收系數，再排列成矩陣即數字矩陣，數字矩陣可存儲于磁盤或光盤中。經數字模擬轉換器把數字矩陣中的每個數字轉換為黑白不等灰度的小方塊，即像素，并按矩陣排列，即構成CT圖像，故CT圖像是數字化圖像，是重建的斷層圖像。

2.2 CT成像的特點

CT圖像是由一定數目由黑到白不同灰度的像素按矩陣排列所構成，這些像素反映的是相應體素的X線吸收系數。CT圖像可以用組織對X線的吸收系數來說明其密度高低的程度，具有一個量的概念，即用CT值來表示，其單位為Hu，CT值表示組織結構的相對密度。

2.3 CT的臨床應用

CT的診斷價值高已得到普遍承認，并被廣泛應用于臨床，但CT設備比較昂貴，檢查費用偏高，對某些部位的檢查，還有一定限度，所以目前尚不易將CT檢查作為常規診斷手段，應在了解其優勢基礎上，合理選擇應用。CT檢查對中樞神經系統疾病的診斷價值較高，對顱腦外傷、顱內占位、腦血管病變以及椎管內腫瘤、腰椎間盤突出等病診斷效果好。螺旋CT掃描可以進行腦血管造影即CTA，在一定程度上可取代常規的腦血管造影。

三、醫學影像中的磁共振成像（MRI）

3.1 磁共振成像原理

磁共振成像（MRI）是根據生物體磁性核（氫核）在磁場中表現出的共振特性進行成像的高新技術，它的物理基礎為核磁共振理論，其本質是一種能級間躍遷的量子效應，實驗結果表明，利用磁共振現象可以研究物質的微觀結構。磁共振現象產生有三個基本條件：具有磁性的原子核、外界靜磁場和適當頻率的射頻脈沖。據此，人們以不同的射頻脈沖序列對生物組織進行激勵，從而使原子核產生共振，向外界發出電磁信號，并用線圈技術檢測其弛豫或質子密度，就出現了MRI。

3.2 磁共振成像的特點

3.2.1 多參數成像一般醫學成像技術都使用單一的成像參數，例如，普通放射、CT成像參數僅為X射線吸收，超聲成像只依據組織界面所反射的回波信號等；MRI成像可充分利用適當射頻脈沖序列，進行MRI掃描，以獲取更多有用的診斷信息。

3.2.2 任意方位成像CT主要為橫軸位斷層，冠狀位和矢狀位斷層比較困難。MRI掃描在患者不變的情況下，通過選擇梯度場進行橫軸位、矢狀位及任意方位成像，這樣對病變的顯示極為有利。

3.2.3 能夠人體能量代謝進行研究T1和T2弛豫時間及其加權像本身反映質子群周圍的化學環境，即生理和生化信息的空間分布。正是因為大腦灰質中的氫幾乎都存在于水中，而白質中的氫大量存在于蛋白質中，所以二者在磁共振圖像上出現明顯對比。

3.3 磁共振成像的局限性

3.3.1 成像速度慢第三代CT每幅圖像時間為幾秒鐘，螺旋CT僅為1 s左右，MRI，常規自旋回波序列一幅T1WI和T2WI的成像時間分別為15～30 s和25～35 s。

3.3.2 對鈣化灶和骨皮質病灶不夠敏感鈣化灶在發現病變和定性診斷方面均有很大的作用。在MRI上鈣化通常表現為低信號，另外，由于骨質中氫原子的含量較低，骨的NMR信號比較弱，使得骨質病變不能充分顯示，對骨細節的觀察比較困難。

3.3.3 圖像易受多種偽影影響MRI的偽影主要來自設備、運動和金屬異物3個方面，常見的有化學偽影、卷褶偽影、截斷偽影、非鐵磁性偽影和鐵磁性金屬偽影等。

四、MRI診斷的臨床應用

MRI診斷應用于臨床時間雖短，但已顯示出它的優越性，在神經系統應用較為成熟。三維成像和流空效應使病變定位診斷更為準確，MRI明顯優于CT。在縱隔MRI上，能夠很好地觀察腫瘤與血管間的解剖關系。對心臟大血管的形態與動力學的研究可在無創的檢查中完成。對腹與盆腔器官，MRI也有相當價值。在惡性腫瘤的早期顯示，對血管的侵犯以及腫瘤的分期方面優于CT。MRI對骨髓病變相當敏感，對關節及軟組織創傷或病變也很有優勢。功能磁共振成像就是人體行動功能活動的同時成像，有利于代謝功能方面進行研究，給惡性腫瘤的早期診斷帶來希望。

綜上所述，各種影像學檢查方法各有其特點及局限性。在臨床工作中，應根據病情需要有針對性地選擇檢查項目，既能解決臨床問題，又能避免浪費，節省醫療開支，臨床醫生應根據患者病情需要有的放矢地選擇不同的醫學影像學檢查方法，使其在不同疾病的診斷治療中發揮最有效的作用。

【參考文獻】：

[1]高元桂.磁共振成像診斷學[M].北京：人民為生出版社，1997：98.

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1916年朗之萬（P.Langevin）首次研究了用水下超聲作為偵察手段，這項研究為超聲材料探傷和醫學診斷開辟了道路，有人把這項重大研究作為超聲學的誕生。

1927年伍德（R.W.Wood）和盧米斯（A.E.Loomis）首次發表了有關超聲能量作用的報告，為功率超聲技術奠定了基礎。

一、超聲成像技術

1.超聲成像的基本原理

聲成像對于許多人來說是一個新概念，但在人們的生活和生產實踐中，聲成像已經有著廣泛的應用。一個典型的例子是醫學中用的B型超聲診斷儀，這種儀器就是利用聲波對人體內部的器官進行成像以幫助診斷。

2.B、C、D掃描成像及A掃描

B型超聲診斷儀是目前使用最為廣泛的聲成像的儀器。它的部件一般包括同步、發射和吸收、掃描、放大電路、換能器、顯示器和機械同步等部分。同步信號同時觸發發射電路和掃描電路，發射的電信號通過換能器換成超聲波并入射到人體內，在超聲波的傳播中如果遇到聲阻抗不同的組織，就會發生反射，換能器再把接收到的反射聲信號轉換成電信號。超聲回波在示波管熒光屏上可有不同的顯示方式，通常采用所謂A掃描顯示。這時，示波管的電子束是振幅調制的，熒光屏上的X軸代表脈沖回波的振幅。換言之，A掃描顯示的內容是當探頭駐留在樣品中的某一點時，沿樣品深度方向的回波振幅分布。

將示波管和電子束作強度調制，即用熒光屏上的每一點代表被測樣品某個截面上的一個點，而用該點的亮度大小表示從樣品上對應點測得的回波振幅的大小，就得到了B、C、D顯示方式。B掃描所顯示的是與聲束傳播方向平行且與樣品的測量表面垂直的樣品剖面，D掃描所顯示的是與聲束平面及測量表面都垂直的剖面，因此，B、D掃描所顯示的剖面正交。C掃描顯示的則是樣品的橫斷面。

超聲C掃描是在無損檢測領域中發展并得到廣泛應用的超聲成像檢測技術，C掃描的成像范圍可由幾個平方毫米的精細結構到幾個平方米。

例如，精密超聲C掃描技術，工作頻率為幾十兆赫茲。C掃描在復合材料、蜂窩結構、結構陶瓷、集成電路等新型材料檢測中顯示出了很大的優越性，它的主要缺點是不能成實像。

3.其它成像技術

實踐中還有許多的聲成像技術，諸如超聲顯微術、P掃描圖像顯示、ALOK超聲成像技術、合成孔徑聚焦成像技術（SAFT）、超聲相機、超聲全息術和聲CT。

超聲顯微鏡的工作模式有內部成像、表面和亞表面成像以及Z軸掃描工作模式等，可觀察不透明樣品的內部結構、表層和亞表層結構，用于陶瓷發動機和航空航天裝置、電子郵件、切削刀具和其它要求進行精密檢測的器件等。

P掃描是“投影成像掃描”的簡稱，是專為檢測焊縫而開發的。其掃描系統簡單，大部分硬件可由商品儀器搭配而成。

ALOK成像系統已試用于核電站作役前和在役超聲檢測，它是目前獲得實際應用的少數高級成像系統之一。ALOK成像分辨率可達3/2個波長。在2MHz縱波檢測時，分辨率約為4-5mm。ALOK對裂縫平直部分的重建存在著困難。

SAFT是70年展起來的一種高級聲成像技術，現在尚處于實驗室研究階段，其分辨率高，并能實現三維成像，所以其對硬件和軟件的要求都較高。

超聲CT需要全方位的投影信息，這在無損檢測實踐中很難做到。目前，在有限角度內投影的CT及新的重建算法的研究已經取得了較大進展。

二、小結和展望

現代聲成像大多都與計算機技術、信號和圖像處理結合起來，因而有著相似的工作過程，即數據采集和圖像重建。數據采集涉及：

1.掃描機構。

2.超聲探頭，通常要寬帶。

3.模擬激勵，接受電路。

4.A/D轉換。

5.硬拷貝輸出（硬件）等方面。

此外，還有作控制和處理的計算機。上述技術的進步都會促進聲成像技術的發展。

參考文獻

[1]Netzelmann Uetal. Defect sizing in ceramic materials by high-frequency ultrasound techniques.20rh Inter.Symposium on Acoustical Imaging，1992，32.

[2]Johnson A. DRUID——A Co lour Graphic Ultrasonic Imaging Device. British J.NDT，1984，203-207.

[3]Nielsen N. P-scan system for ultrasonic weld inspection.British J.NDT， 1981，63-69.

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關鍵詞：超聲波影像、腹膜后占位性病變、診斷

能夠在聽覺器官引起聲音感覺的波動稱為聲波。人類能夠感覺的聲波頻率范圍約在20-20000HZ。頻率超過20000HZ，人的感覺器官感覺不到的聲波，叫做超聲波。超聲成像的基本原理就是：向人體發射一組超聲波，按一定的方向進行掃描。根據監測其回聲的延遲時間，強弱就可以判斷臟器的距離及性質。經過電子電路和計算機的處理，，形成了我們今天的B超圖像。

20世紀50年代建立，70年代廣泛發展應用的超聲診斷技術，總的發展趨勢是從靜態向動態圖像（快速成像）發展，從黑白向彩色圖像過渡，從二維圖像向三維圖像邁進，從反射法向透射法探索，以求得到專一性、特異性的超聲信號，達到定量化、特異性診斷的目的。近三十年來，醫學超聲診斷技術發生了一次又一次革命性的飛躍，80年代介入性超聲逐漸普及，體腔探頭和術中探頭的應用擴大了診斷范圍，也提高了診斷水平，90年代的血管內超聲、三維成像、新型聲學造影劑的應用使超聲診斷又上了一個新臺階。其發展速度令人驚嘆，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法，并成為一種非常重要的多種參數的系列診斷技術。

“占位性病變”是醫學影像診斷學中的專用名詞，通常出現在X射線、B超、CT、MRI（磁共振）、DSA（數字減影動脈造影）等檢查結果中。它的意思是：被檢查的部位有一個“多出來的東西”。這個“多出來的東西”可使周圍組織受壓、移位。占位性病變通常泛指腫瘤（良性的、惡性的）、寄生蟲、結石、血腫等，而不涉及疾病的病因。占位性病變根據性質不同又可分為惡性占位性病變和良性占位性病變。惡性占位性病變主要包括癌、肉瘤等，其中常見的是癌。肉瘤是一種來源于血管內皮細胞的惡性腫瘤，比較少見，但一般不會到處轉移，生存期比癌時間長。

案例分析：

患者，男，53歲，因“飲酒后突發胸悶、頭暈2小時”入院。入院診斷為：頸椎病、 腦供血不足。進行常規腹部超聲檢查顯示：左腎增大，形態失常，下極見一個大小約93×83×85mm低回聲團塊，邊界清晰，形態規則，向外凸出，內部回聲不均勻，局部見偏強回聲區，CDFI顯示團塊內條狀及繞邊血流。左腎門區未見明顯腫大淋巴結。考慮左腎占位性病變，性質待查，建議進一步檢查。實驗室檢查：血常規：白細胞18.3× /L，中性粒百分81%，中性粒絕對值14.81× /L，C-反應蛋白 12.8mg /L，雙腎增強CT所見：左側腹膜后見一個大小約76×98×80mm橢圓形軟組織團塊，邊界清晰，內部密度較均勻，位于左腎外下方，注射高密度對比劑后，病灶強化明顯，其內見不規則條線狀低密度區，無強化，病灶緊貼左腎下極，腹膜后未見明確異常腫大淋巴結。

考慮此病人可能為：①腹膜后占位性病變：間質瘤；②左腎腎癌。本患者后在上級醫院行手術治療證實為后腹膜占位性病變：脂肪肉瘤。占位性病變巨大的腹膜后腫瘤病人常有腹部脹滿感，，于腫瘤所在部位可觸及位置深、活動度較差的包塊，影響呼吸功能，腫瘤出血壞死時癥狀可以突然加劇，伴有腹痛。亦可表現為有壓迫、阻塞或侵犯鄰近臟器的現象。根據腫瘤壓迫器官的不同，也可以產生相應的癥狀和體征，如內分泌功能紊亂、 某些具有內分泌功能的腹膜后腫瘤尚可以產生內分泌征候群等。

分析：脂肪肉瘤約1/3來自腎周圍脂肪組織，為最常見的腹膜后腫瘤，多發生在50歲以后男性，分為三型：實質型、假囊腫型、混合型。大多生長緩慢，無痛，質軟，故患者常在體積較大時方來醫院就診，有時有囊性感，與周圍組織可有粘連。切面呈油脂狀，大多有包膜。聲像圖特征為：病變區常呈分葉狀，有時可呈圓形、橢圓形或不規則形，病變范圍常較大，境界一般較清楚。內部回聲大部分呈分布稍不均勻的低至中等回聲，有時中間有小團塊狀高回聲，常提示有較大區域的粘液樣變。

總結：當腹膜后間隙腫塊與臟器重疊甚至包繞臟器時，單憑超聲波影像診斷就有可能會誤診，但是通過改變，多方位斷面、實時下結合患者呼吸等均有助于超聲波影像鑒別。本例腫塊較大，位置較固定，緊貼于左腎下極，下超聲診斷時不要太過絕對，應結合多方資料，先報超聲現象，團塊來源要考慮到不排除來源于后腹膜，團塊性質考慮良性可能性大，結合實驗室檢查亦應考慮炎性團塊及惡性腫塊。總之，考慮面要廣，勿太狹窄。

參考文獻：

1 徐英，陳文衛，等.超聲造影診斷腹膜后占位性病變的臨床應用.武漢大學學報（醫學版），2007，28（6）：748-750.

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摘要：

高頻彩色多普勒超聲檢查作為一種無創、方便快捷的影像學手段，已廣泛應用于乳腺疾病的檢查。近年來出現的超微血管成像、超聲造影、彈性成像及三維全容積成像等新技術應用于臨床診斷，提高了超聲檢查對乳腺良惡性腫瘤診斷的準確率、特異性及敏感性，并獲得臨床的認可，在乳腺疾病診療中發揮了更加重要的作用。

關鍵詞：

乳腺腫瘤;超微血管成像;超聲造影;彈性成像;全容積成像;高頻;彩色多普勒

乳腺癌發病率日益增高，已成為歐美發達國家惡性腫瘤發病率之首，病死率僅次于肺癌［1］，并呈現年輕化趨勢。中國的乳腺癌發病率增長速度是全球的兩倍多，城市地區尤為顯著。目前，乳腺癌是中國女性發病率最高的癌癥，癌癥死亡原因位居第六，統計數據顯示診斷為乳腺癌的平均年齡為45～55歲，比西方女性更加年輕［2］。本病的早期發現、診斷及治療是提高患者生存率，降低病死率的關鍵。目前應用于乳腺疾病的主要影像學檢查方法有乳腺X線攝影、超聲、MRI3種。隨著新技術的開發及臨床應用，乳腺超聲檢查日益成為臨床醫生必需的輔助手段之一，在早期診斷中發揮著重要的作用。

1超微血管成像技術

乳腺癌的生長需要足夠的血液供應，而腫瘤新生血管及微血管是乳腺癌研究領域的熱點，與腫瘤侵襲及轉移等惡性生物行為密切相關。彩色多普勒血流顯像(CDFI)技術是用彩色圖像實時動態地顯示血流方向、探測相對速度的一項技術，它能探測的參數包括血供及分布情況等，CDFI顯示的血管是管徑＞0．2mm、流速相對較高的血流信號［3］，在一定程度上提高了判斷乳腺腫塊良、惡性的靈敏度。彩色多普勒可反映乳腺腫塊血供特點，但僅能檢出一些較大血管，無法顯示血流速度較低的微血管。超微血管成像(superbmicrovascularimaging，SMI)又稱魔鏡成像，通過彩色多普勒原理，提取微血管與正常低速運動組織的差異，實現低速血流和微小血管的檢測，并且可有效減少組織運動雜波的影響，無創顯示微細血管［4］，SMI可顯示最低速度0．8cm/s的血流，彌補彩色多普勒超聲的不足［5］。按照Adler的血流分級，0、I級為良性，Ⅱ、Ⅲ級為惡性，良性腫瘤大部分為非血管依賴性腫塊，少血供或無血供，血流信號也可呈星點狀;惡性腫瘤由于乳腺癌細胞能大量產生血管內皮生長因子(vascularen-dothelialgrowthfactor，VEGF)，誘導新生血管大量形成，因此彩色多普勒呈現乳腺癌腫塊內的血管走行與形態極不規則、紊亂、各個血管相互融合，廣泛形成動靜脈短路。國內學者研究發現，與CDFI相比較，SMI檢測腫物的微血管效果更好，SMI與BI－RADS聯合檢測可提高超聲對乳腺惡性腫物的診斷效能［4－6］。

2超聲造影

超聲造影技術被稱為超聲醫學史上的又一次革命，灰階諧波超聲造影技術是近年來興起的反映微循環血流灌注的新方法，越來越多地被廣泛應用于臨床實踐［7］。超聲造影克服了傳統超聲的缺陷，能清晰的顯示腫瘤實質內的微血管。近年來使用的第二代超聲造影劑，其中以聲諾維(SonoVue)為典型代表，是真正的血池造影劑，其微氣泡有很強的穩定性，更適于反映腫塊的血流灌注。乳腺腫瘤的實時灰階超聲造影技術是常規超聲檢查的一個有效補充手段，尤其對于常規超聲診斷較困難的部分，早期及特殊病理類型的乳腺癌具有一定的應用價值［8］。在乳腺超聲造影時，時間－強度曲線提供了豐富的定量信息:曲線上升斜率(wash－inslope，WIS)、始增時間(risingtime，RT)、達峰時間(timetopeak，TTP)、峰值強度(peakintensity，PI)、曲線下面積(areaundercurve，AUC)。根據定量參數能評估腫塊血供情況，可評估患者最后診斷結果的參考預測值及監測治療效果［9］。國內學者有研究認為，曲線上升支和下降支在一定程度上反映了超聲造影時，腫塊內血管床微泡流速和流量隨時間的變化;腫塊內造影劑稀釋過程的快慢可以通過平均渡越時間的長短反映出來;曲線尖端峰值的最大強度反映出進入腫塊血管床的微泡數總量;曲線下面積是一個很有價值的參數，它綜合評價了流速、流量及時間［10］。乳腺癌時間強度－曲線形態表現為上升陡直，下降段陡直或平緩，曲線峰值前移，呈“快進快出”或“快進慢出”的灌注過程。超聲造影除應用于良惡性腫瘤的鑒別，還可以用于乳腺癌新輔助化療療效的評估，作為血池造影劑，超聲微泡可以進入腫瘤周邊微血管，從而真實顯示惡性腫瘤的邊界及浸潤范圍，獲得的實際最大直徑較常規超聲更加準確，常規超聲常低估腫瘤實際大小。Partridge等［11］研究顯示腫瘤原發灶的體積及化療前后腫瘤體積的變化可作為預測腫瘤復發的獨立指標，化療1周期后腫瘤體積的早期變化與腫瘤復發有明顯相關性。新輔助化療后，超聲造影顯示化療后腫瘤TTP延長，PI下降，WIS減小，表明化療后腫瘤組織內血流灌注量較化療前明顯減少。

3超聲彈性成像

超聲彈性成像的基本原理是對組織施加一個內部(包括自身的)或外部的動態或者靜態/準靜態的激勵。在彈性力學、生物力學等物理規律作用下，組織將產生一個響應，例如位移、應變、速度的分布產生一定改變。超聲彈性成像是根據不同組織的彈性系數不同，在外力或者交變振動后其應變也不同，收集被測體的某時間段內的各個片段信號，用自相關法綜合分析，估計組織內部不同位置的位移，從而計算出形變程度，再以灰階或彩色編碼疊加而建立的成像新技術。病灶的形變即病灶的軟硬度可以通過編碼以灰階或彩灰圖像表現，灰階的五個梯度如界定以黑色為最硬，白色則為最軟，從硬到軟則分別以黑－黑灰－灰－灰白－白來顯示;彩階的五個梯度，若界定藍色為最硬，紅色為最軟，從硬到軟則以藍－黃藍－黃－紅黃－紅來顯示。根據病灶及周圍彩階分布，有學者提出了超聲彈性成像5分法:評分4分以上者:組織硬度大可判斷為惡性病變;3分以下者:組織硬度相對較小可判斷為良性［12］。超聲彈性成像技術的出現，能夠更加清楚的觀察腫塊大小及邊緣，并通過定量計算獲得關于腫物硬度的信息，使得借助于評價乳腺腫塊的硬度，以及鑒別乳腺腫塊的良惡性成為可能。生物組織的彈性或硬度改變與組織異常的病理狀態相關，當組織內有硬塊或腫物時，組織的彈性或硬度就會發生明顯變化［13］。目前，超聲彈性成像技術已較成熟地應用于臨床，按成像原理分為助力式和聲力式兩種方法。助力式彈性成像是指依靠組織外力加壓使組織發生形變后，獲得組織應變圖像。它又分為壓迫性及非壓迫性彈性成像，壓迫性彈性成像受人為加壓力度因素影響大，并由于體表的壓力使整移大于局部位移可以產生容積偽像，已少用于臨床。非壓迫性彈性成像:利用可檢測的患者自身的心跳與呼吸等使靶器官產生的微小位移和形變，并使其它影響因素減低。該技術幾乎可應用于全身組織器官的局灶性病變。目前，普通超聲儀器配備的彈性成像技術都為非壓迫性彈性成像。聲力式彈性成像是由探頭向指定的感興趣區域發射一個低壓脈沖波，包括縱向形變和橫向形變，使其局部產生微小的形變。通過測量橫向形變產生的剪切波速度來實現對組織質地量化測定的目的，是一種定性定量檢測組織彈性硬度的方法。研究顯示，剪切波速度則越快則所測得的VTQ數值越高，代表組織的質地就越硬，臨床上可用來指導乳腺良惡性腫瘤的鑒別診斷。而縱向形變的信息實現了組織成像，以灰階黑白色差成像，來檢測該區組織的相對彈性硬度。是一種目視觀察組織硬度的定性方法。某種程度上代替了外科大夫的觸診，實現“聲觸診”判定組織的軟硬度。研究顯示，剪切波速度則越快則所測得的VTQ數值越高，代表組織的質地就越硬，臨床上可用來指導乳腺良惡性腫瘤的鑒別診斷［14］。

4自動乳腺全容積掃描

自動乳腺全容積掃描是一項新型的超聲檢查技術，近年來，其臨床應用價值成為相關學者研究的熱點。常規超聲檢查，很大程度上依賴于超聲診斷醫師的臨床經驗及操作手法，對病變的檢出及判別腫塊的良、惡性受主觀因素影響較大，易造成漏診誤診。而ABVS的應用，使得檢查信息更加完整，有利于圖像的存儲，及不同醫師的再次復診及對比，其特有的冠狀切面為臨床上診斷乳腺疾病帶來了全新的外科手術視角。ABVS是能夠同時展示冠狀面、橫斷面及矢狀面的三切面圖像，尤其是冠狀面，以手術視角為臨床提供了更多的診斷及治療信息。乳腺良性腫瘤如纖維腺瘤、良性葉狀腫瘤，大部分表現為邊界清晰，三維冠狀面顯示完整的中－高回聲邊界，周圍腺體回聲正常，腫瘤內部可見粗大強回聲光斑。而乳腺癌三維表現則為中－高回聲與低回聲相間的“匯聚征”，其呈放射狀向腫塊聚集，此征象可出現在一個、多個層面、甚至全部冠狀層面圖像上，三維超聲可見多個呈簇樣分布的鈣化點。相關文獻報道，在三維圖像冠狀面上，乳腺惡性病灶呈現出明顯的“匯聚征”，其病理學基礎為，乳腺腫瘤細胞的生長是一個不斷增殖的過程，腫瘤細胞的浸潤性生長向對乳腺間質有著明顯的誘導效應，導致周邊正常的纖維結締組織廣泛反應性增生［15－16］。國內大量文獻結果提出“匯聚征”診斷乳腺病灶良惡性的敏感性并不高，但是有較高的特異性［17－19］。Kim等［20］用二維超聲及三維超聲對病灶的定位進行對比研究，認為三維超聲不但能夠提高活檢的可靠性和準確性，且三維超聲成像不依賴于臨床操作者的經驗。國內文獻報道，ABVS明顯提高了乳腺微小癌及形態特征不典型的乳腺癌的檢出率。而當腫塊較大時，由于ABVS容積探頭很難完全垂直于腫瘤表面，很難采集到滿意的圖像［21］。因此，聯合應用二維三維超聲檢查，對乳腺腫瘤的各個超聲征象進行綜合分析，是提高乳腺良惡性腫瘤鑒別診斷的關鍵。對于導管內占位，三維超聲也有其獨特的優勢，三維超聲其特有的旋轉功能，能360°翻轉圖像，很好的顯示腫塊及其周圍浸潤及腫瘤沿導管走行的情況。近年來，在歐美國家，乳腺導管內原位癌(ductalcarcinomainsitu，DCIS)占新確診乳腺癌病例的百分率已由5%上升至20%～30%。在國內，導管內癌的檢出率也有所增高［22］。作為超聲檢查的一種新途徑，乳腺ABVS系統彌補了以往乳腺手動掃查方式的不足，減少了二維常規超聲對臨床操作者經驗的依賴程度，使得檢查結果具有可重復性，其特有的冠狀面成像，為乳腺良惡性鑒別診斷提供了新標準［23］。用移動的光標對腫塊進行精確的定位，能夠清晰顯示乳腺腫瘤的結構包括病灶大小、內部回聲及邊緣情況，以及腫瘤與周圍組織的關系，提高了對乳腺腫瘤良惡性鑒別的準確率，同時為外科醫生制定手術方案提供了更多更好的信息［24］。相信在不久的將來，隨著影像技術的不斷發展，乳腺ABVS系統能夠在乳腺診治和治療方面，發揮更加重要的作用。超聲診斷技術在乳腺診療中發揮著重要的作用，新技術的應用為超聲工作者提高診斷信心，為臨床醫生提供更多的可靠信息，是乳腺疾病的篩查及診斷不可缺少的重要檢查方法。

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篇6

【關鍵詞】 甲狀腺結節； 鈣化； 超聲彈性成像技術； 甲狀腺癌

Application Value of Ultrasonic Elastography in the Diagnosis of Thyroid Cancer/XIAO Li-xia，MEI Feng，ZHONG Rui-fang，et al.//Medical Innovation of China，2016，13（20）：057-059

【Abstract】 Objective：To study the application value of ultrasonic elastography in the diagnosis of thyroid cancer.Method：The 931 patients treated from June 2015 to May 2016 in the thyroid department were selected.All the patients received the color Doppler ultrasound and ultrasonic elastography.The patients were confirmed by the surgical pathology.The accuracy based on two methods was comapred.Result：The total rate for calcification cases was 36.0%（329/931） of which the bulky cases accounted for 33.7%（111/329）；the tiny cases accounted for 60.5%（199/329）；the cyclic cases accounted for 5.8%（19/329）；there were 787 benign cases，211 complicated cases of calcification（26.8%），144 thyroid cancer cases and 118 complicated cases of calcification （81.9%）.Merger of calcification in the proportion of benign and malignant thyroid tumors was compared，the difference was statistically significant （ 字2=161.931，P

【Key words】 Thyroid nodule； Calcification； Ultrasonic elastography； Thyroid cancer

First-author’s address：Dongfeng People’s Hospital of Zhongshan City，Zhongshan 528425，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.20.015

甲狀腺占位性病變為臨床常見病，而甲狀腺癌的發病率逐年上升，其中臨床確診的結節中約5%為惡性，早期發現病灶并鑒其良惡性對臨床治療及手術選擇有重要意義[1]。研究發現，甲狀腺結節內鈣化與甲狀腺癌的發生有密切聯系[2]。超聲檢查甲狀腺結節鈣化情況已成為臨床初步診斷甲狀腺癌的主要方法之一[3]。超聲彈性成像是近年來發展的一項新技術。文獻[4]報道，應用實時組織彈性成像技術鑒別甲狀腺結節的良惡性敏感性與特異性分別為92%、90%。本研究對2015年6月-2016年5月本科在甲狀腺檢查中發現的結節性病變進行彈性成像，并根據鈣化情況、彈性成像特點等進行良惡性評價。對所有研究對象進行追蹤、隨訪，以手術病理為標準，回顧性研究甲狀腺結節內鈣化情況結合超聲彈性成像特點診斷甲狀腺癌的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2015年6月-2016年5月在本院甲狀腺科就診的931例患者為研究對象。所有研究對象檢查中均發現結節性病變，并排除合并彌漫性病變。931例患者中男381例，女550例，年齡19～63歲，平均（46.14±5.86）歲，結節直徑0.6～4.4 cm，平均（2.61±1.13）cm。

1.2 方法 采用GE Logiq P6彩色多普勒超聲診斷儀，探頭頻率7～12 MHz，探查患者甲狀腺，探查是否存在結節及結節的部位、大小、數目、形態、邊界、內部回聲、有無鈣化等。對可疑病灶盡可能地放大，以免遺漏微小鈣化。重點觀察并記錄鈣化情況（粗鈣化、微鈣化、環形鈣化）。對所有患者采用彈性成像技術實時雙幅模式分別顯示彈性圖與灰階圖，動態觀察結節彈性成像顏色分布情況。對患者進行隨訪，追蹤患者的手術病理結果，以手術病理結果為標準，分析甲狀腺結節內鈣化結合彈性成像技術對甲狀腺癌診斷的意義。

1.3 判定標準 （1）按照Lu等[5]制定的標準對鈣化灶進行分類。①粗大鈣化：直徑大于2 mm，伴有聲影的強回聲光團或其他不規則強回聲；②微小鈣化：直徑小于2 mm，顆粒樣、針尖樣或點狀等鈣化點，伴或不伴聲影的高回聲；③環狀鈣化：呈外周曲線型或蛋殼樣，環繞于結節周圍的粗鈣化。（2）以Rago 5分法對甲狀腺結節硬度進行分級[6]。

0級：病灶區呈紅-綠-藍三色相間；Ⅰ級：病灶區呈均勻的綠色；Ⅱ級：病灶區以綠色為主，綠色區域面積>50%，；Ⅲ級：病灶區以藍色為主，藍色區域面積占50%～90%；Ⅳ級：病灶區幾乎為藍色覆蓋，藍色區域面積>90%。以Ⅲ～Ⅳ級為判斷甲狀腺惡性結節的診斷標準。

1.4 統計學處理 采用SPSS 20.0統計學軟件進行數據分析，計數資料以頻率及百分率表示，比較采用 字2檢驗，以P

2 結果

2.1 超聲檢查全組患者鈣化類型及分布 超聲結果顯示931例患者總鈣化率為36.0%（329/931），其中粗大鈣化占33.7%（111/329），微小鈣化占60.5%（199/329），環狀鈣化占5.8%（19/329）。病理結果顯示，931例患者中甲狀腺良性疾病787例，合并鈣化者211例（26.8%），甲狀腺癌144例，合并鈣化者118例（81.9%）；合并鈣化者在甲狀腺良、惡性腫瘤中所占比率比較差異有統計學意義（ 字2=161.931，P

2.2 甲狀腺結節的超聲彈性成像圖分級 787例甲狀腺良性疾病患者中，461例（58.5%）為0級，141例（17.9%）為Ⅰ級，176例（22.4%）為Ⅱ級，9例（1.2%）為Ⅲ級；144例甲狀腺癌中，47例（32.6%）為Ⅲ級，93例（64.6%）為Ⅳ級，Ⅲ～Ⅳ級率為97.2%。見表2、圖1。

2.3 兩種方法診斷甲狀腺癌陽性率比較 超聲檢查合并鈣化灶患者中甲狀腺癌陽性率為35.9%（118/329），彈性成像技術中Ⅲ～Ⅳ級結果中甲狀腺癌陽性率為93.9%（140/149），后者診斷陽性率高于前者，差異有統計學意義（ 字2=91.761，P

3 討論

研究發現，甲狀腺結節中的鈣化與微鈣化與甲狀腺癌的發生有密切聯系，尤其微鈣化是甲狀腺癌的特征性診斷標志，因此，超聲檢查甲狀腺結節鈣化情況已成為臨床初步診斷甲狀腺癌的主要方法之一。鈣化是指組織中鈣鹽的沉積。甲狀腺良、惡性結節均會發生鈣化，其產生機制目前尚未明確。有報道稱甲狀腺癌性結節鈣化灶的產生機制主要有腫瘤組織中血管及纖維組織的過度增生，導致鈣鹽沉積；腫瘤本身分泌蛋白或糖類鈣化物質；營養不良導致鈣鹽沉積等[7]。國內外學者通過大量實踐發現甲狀腺結節鈣化灶在良、惡性結節中的表達率存在顯著差異，惡性結節的鈣化率明顯高于良性患者[8]。然而，部分良性結節內也會出現鈣化與微鈣化，給臨床診斷帶來一定的困擾。

超聲彈性成像技術是近年來開始應用的一項新技術。生物組織的彈性或者硬度很大程度上依賴于組織的構成，正常人體組織中不同的解剖結構之間也存在較小的彈性差異，但在大多數情況下正常組織與病理性組織間存在較大的彈性差異[9]。彈性成像的基本原理是對組織施加一個內部（包括自身的）或外部的動態或靜態/準靜態的激勵，組織將遵循彈性力學、生物力學等物理規律產生一個響應，例如位移、應變、速度的分布產生一定改變[10]。利用超聲成像方法，結合數字信號處理或數字圖像處理技術，估計出組織內部的相應變化，間接或直接反映組織內部的彈性模量等力學屬性的差異，多根據病灶的顏色進行評分。彈性成像目前主要應用在高頻探頭，因檢查時要加壓，其應用范圍在理論上可適用許多淺表器官，文獻[11-13]報道較多的是診斷與鑒別診斷乳腺良惡性腫瘤。正常甲狀腺組織質軟均勻，彈性圖上表現以綠色為主，惡性病變后則以藍色為主。一般將檢查結果Ⅲ～Ⅳ級作為判斷甲狀腺惡性結節的診斷標準。本組研究中，787例甲狀腺良性疾病患者中，Ⅲ～Ⅳ級僅有9例（1.2%），144例甲狀腺癌中Ⅲ級47例（32.6%），Ⅳ級93例（64.6%），Ⅲ～Ⅳ級率為97.2%。超聲檢查合并鈣化灶患者中甲狀腺癌陽性率為35.9%，彈性成像技術中Ⅲ～Ⅳ級結果中甲狀腺癌陽性率為93.9%。提示與超聲檢查相比，超聲彈性成像技術對甲狀腺惡性病變的診斷準確率更高。但同時應注意，任何一種技術都不可能做到完美無缺，由于疾病的病理改變是多樣的，從實踐中使筆者體會到認識疾病的病理變化是提高診斷符合率的要素之一[14-15]，由于良性病灶當病程較長，合并出血、感染、纖維性增生后也使其硬度增加而彈性成像顯示與惡性腫瘤樣表現，在做出診斷時結合臨床病史、二維聲像圖表現及彩色多普勒結果等綜合分析也非常重要[16-18]。

綜上所述，作為一種全新的成像技術，超聲彈性成像技術能夠半定量地對腫塊性質作出評價，對于甲狀腺癌的診斷具有重要價值。因此在傳統彩色多普勒超聲檢查基礎上，結合彈性成像技術，能顯著提高甲狀腺癌的準確率和特異性。

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篇7

“當然不是什么自設專業。生物醫學工程是交叉學科，可是個大熱門，我也許會做個工程師吧?！蔽倚χ鴳稹?/p>

“是不是也要和典型工科男一樣，整天對著電腦看數據，或是畫圖呢？”

“這會是工作的一部分，因為有不同的分支，就業也有很大的不同?！?/p>

很多人聽說我學生物醫學工程專業，都表現出驚詫的眼神，不知道會學些什么。當他們得知我在醫學院，眼里的驚訝就又升了一個等級。是的，我在醫學院讀工科博士學位，夢想著能成為一個為醫學事業效力的工程師。

下一個諾貝爾獎的產出地

生物醫學工程是一門新興的交叉學科，它是工程學、生物學和醫學的完美結合。通過研究人體系統的狀態變化，運用工程技術手段去控制這類變化，來解決醫學中的有關問題，保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康復服務。如果說醫生是在臨床上給予病人直接的救助，那么生物醫學工程師就是通過研發的方式，為醫生提供技術支持。

現代醫學的迅速發展，離不開高新設備的推動。手術室中高端器械，如高頻電刀、激光刀、呼吸麻醉機、監護儀、X射線電視、超聲、核磁共振成像技術等，都是生物醫學工程高速發展的產物，生物醫學工程研究者就是這些醫用電子儀器的研發者。當你看扣人心弦的美國醫療劇時，醫生常常使用的挽救了無數生命的除顫儀，就得力于醫學工程師的研究和設計。

生物材料制作也是生物醫學工程的重要組成部分之一。在我國器官捐獻還較少，而很多終末期器官衰竭者又在等待新的器官來延續生命，于是人工器官應運而生。生物材料為各種人工器官提供物質基礎，器官制造直接關乎生命，是個大學問。制作人工器官的材料必須要充分考慮強度、硬度、撓度、韌性、耐磨性及表面特性等各種物理、機械等性能。由于這些人工器官大多數是植入體內的，所以要求具有耐腐蝕性、化學穩定性、無毒性，還要求與機體組織或血液有相容性。這些材料包括金屬、非金屬及復合材料、高分子材料等，其中輕合金材料的應用較為廣泛。所以，從事這一領域研究不僅要有豐富的醫學知識作為基礎，還要對物料、材料等方面有深入了解和研究。相信在未來隨著技術的成熟，我們會設計出質量高而又成本低的人工器官，為人類的健康作出更大貢獻。

最有趣、最前沿的要數神經網絡的研究了。大腦是人體最復雜的器官，對腦神經的研究是目前世界各國科學家掀起的一個新熱潮。這是一個可能引起重大突破的新興邊緣學科，它研究人腦的思維機理，將其成果應用于研制智能計算機技術。運用智能原理去解決各類實際難題，是神經網絡研究的目的，現在這一領域已取得可喜的成果。也許，下一個諾貝爾生物或醫學獎的獲得者就是研究該領域的生物醫學工程科學家。

除此之外，生物醫用陶瓷材料、納米醫學、微創醫學、生物力學、生物信息學、遠程醫學與健康信息學等，都是生物醫學工程的重要分支。

英語想不好都難

單看這個專業的名字，就能看出這個新興的交叉學科的三大板塊――生物、醫學、工程，缺一不可。

第一板塊：生物。在該領域，學生要修讀化學生物學、生物傳感與分析、生物信息學、生物電子學等相關課程。不僅要掌握這些理論基礎，還要有生物科學的基本實驗技術，能從事試驗工作。

第二板塊：醫學。在醫學方面，學生要修讀人體生理學、人體解剖與組織學、神經科學、醫學統計學等。同時要學習生物醫學儀器的基本原理、設計方法，并了解相關儀器的發展趨勢，掌握現代醫學影像技術的基本原理、技術現狀和發展趨勢。此前我對醫學影像學一無所知，后來去醫院和一些廠家實際參觀，一張張生動立體的器官美圖、核磁共振檢查帶來的精確診斷，讓我領略了生物醫學工程的巨大魅力。

第三板塊：工程。盡管此專業在很大程度上是為了服務于醫學領域，但是在學習的過程中，涉及工科的課程最多，也最復雜。生物力學是必修課，但是有其自身特點，這是一個應用力學原理和方法對生物體中的力學問題進行定量研究的學科。像生物流體力學、生物心血管系統、飛行等與水動力學、空氣動力學、邊界層理論和流變學等有關的力學問題，學習者了解了這些后可以對自己的身體有更深的認識。除此之外，納米科學技術引論、成像理論與技術、信息可視化技術、電路與電子技術、計算機硬件與軟件、信號處理與分析等實踐性較強的課程也是必修課。

作為工科專業，它對實踐能力的要求很高，較強的動手能力也是畢業生將來就業的基礎。在研究生階段，我們要學習硬件電路設計與調試，要像“碼農”一樣，熟練掌握計算機編程。此外，如果你以為生物醫學工程學生外語是弱項的話，那你就大錯特錯了。也許你入學的時候英語剛剛到國家線，甚至是自己的減分項，那么通過兩三年的研究生學習，你也能成為英語高手。因為生物醫學工程專業在歐美國家發展強勁，我們用的一些教材都是英文原版，如《磁共振成像原理》《系統與計算神經科學》等。同時我們也要閱讀大量的外文文獻，了解國外前沿動態。一些專業課還要全英文教學，在這樣的語言環境中，英語想不好都是難事。

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關鍵詞：肝臟病變，CT、MR成像技術

作為臨床最大的證源――醫學影像技術在全世界快速發展， 不僅因其簡便易懂的影像處理減輕了醫生的工作，更是因為其不斷優化的圖像清晰度及分辨率加大了醫生對病例的診斷能力，而CT、MR成像作為醫學影像技術的前沿科技更是將觀察和獲取人類活體組織代謝變化化為可能。與此同時在國內外各地相應的各種功能成像研究迅速開展， 并逐漸應用于臨床。為了更好地研究CT、MR成像在肝臟病變中的應用，本文以肝臟為例進行研究探討。

一、CT 功能成像進展

CT灌注技術最早由Miles于1991年提出，并先后對肝、脾、胰、腎等腹部實質性臟器進行了CT灌注成像的動物實驗和臨床應用的初步探討。隨著CT技術速度（包括掃描速度、重建速度和后處理功能速度）的不斷提高，圖像質量的不斷改善，新功能的開發，應用范圍的不斷擴大，仍處于快速發展階段。目前以血流動力學和組織微循環血流改變的血流灌注成像正是現如今CT功能成像中的熱門研究對象[1]。相對而言，正電子發射計算機斷層攝影 、單光子發射計算機斷層攝影及多普勒超聲等古老而傳統的測定活體組織灌注的方法因其檢查時間較長且圖像分辨率低等原因而受到各種使用限制。因CT、MR 血流兩者都擁有著的時空分辨率， 而在反映生理與病理情況下組織器官的血液動力學變化上相持不下。

但隨著新型CT――螺旋CT的出現，這種平衡被打破了。這種新型CT不僅能提高病變檢出率，提高了掃描速度，可建立重疊掃描層面;同時減少了X線照射劑量，可任意設定的掃描層面以及可引多層面及三維重建。這種技術大大提高了CT 灌注成像的應用范圍。特別是目前科技的發展使CT 灌注技術在單血供器官的灌注上也有所突破，進一步擴大了CT 灌注技字臨床醫學上的應用。

二、CT功能成像在肝臟病變的技術及原理

所謂CT灌注成像是指通過靜脈注射放射學對比劑，因通過左心室再到靶器官的過程中具有了藥物動力學原理，因而對選定層面進行連續的多次的同層動態掃描，從而獲得該層面上對比劑的運動時間-密度曲線，其曲線反映的是對比劑在該器官中映了組濃度的變化。CT 灌注成像技術正是以核醫學的放射性示蹤劑稀釋原理和中心容積定律為理論基礎。因此，借助放射性核素的示蹤原理即可對動態 CT 進行研究[2]。增強CT所用的碘對比劑與非彌散型示蹤劑相類似，所以同樣可以借用灌注成像原理。通過利用構建不同的數學模型計算出局部組織的血容量、血流量、對比劑的平均通過時間、肝動脈灌注指數 （HAF） 、對比劑峰值時間 （TTP）等參數， 同時也可以模擬計算出門靜脈期灌注量 （PVP）， 肝動脈灌注量 （HAP）以及門靜脈灌注指數 （PPF） ，以此來評價組織器官的灌注狀態。

CT灌注成像使用的方法通常有兩種，分別是非去卷積法和去卷積法。第一種先忽略對比劑的靜脈流出，在一定程度上假設在對比劑沒有外滲和消除等各種現象發生下，也就是說對比劑從第一次進入毛細血管開始到進入靜脈前的時間內，沒有進入靜脈再次循環的現象的情境下，來計算BF、BV、MTT等參數。而去卷積數學模型概念復雜，主要是通過觀察計算注射對比劑后組織器官中存留的對比劑隨時間的變化量來考慮的，而這種模型概念則不需要像第一種方法對其進行一定程度上的關于組織器官血流狀況的假設，只需綜合考慮流入動脈和流出靜脈就可以了，因此相較于非去卷積法更能真實反映其的內部情況。

三、MR功能成像進展及在肝臟病變的應用進展

MR技術和CT技術的發展相仿，無論是硬件還是軟件一直處于不斷發展、不斷完善的進程之中。隨著發展，肝臟MR檢查不僅能檢查出病理生理等信息，同時也可以一定限度的提供解剖學圖像。在本文中，僅討論MR技術在肝臟病變上的進展。

肝臟擴散加權成像隨著MR技術不斷發展及完善，應用前景日趨廣闊。其原理便是基于水分子的布朗運動。DWI成像時，當水分子擴散不受限時，質子失相位較明顯，信號較低;反之一旦水分子擴散受限制，則失相位較少，信號也顯得較高。擴散敏感梯度可與任何脈沖序列融合[3]。在此采用的是單次激發SE- EPI的序列。擴散加權的方法是通過調整一對梯度場的場強（G）、持續時間（δ）和間隔時間（Δ）從而調整擴散敏感度（b），可以通過下式計算：b=γ2G2δ2（Δ-δ/3），式中γ為磁旋比。 肝臟DWI近年來在腫瘤療效預測及監測等方面的研究應用中日趨廣泛，體現出其較高的應用價值。如在DWI上，由于惡性腫瘤組織中的水分子擴散受限制，較少失相位，而表現出高信號，易被檢出肝惡性病灶。

目前隨著影像醫學在全世界大范圍擴展，影像醫學逐漸脫離傳統的形態學檢查，轉而向由形態學和功能學（反映細胞分子生理生化的改變）相結合的方向發展。

參考文獻

[1] 方捷，楊立，肖越勇，邢寧，李功杰.原發性肝癌肝臟灌注的多層螺旋CT對照研究[J].中國醫學影像技術.2013（05）.

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關鍵詞：物理學，人體，醫學，醫療技術

 

物理學是研究物質運動形式的，具有最基本最普遍的性質。醫學是以人體為研究對象的生命科學，生命現象屬于物質的高級運動形式。因此生命現象在物理學的研究范疇之內，二者之間必有一定的聯系。

一、人體時時刻刻處在各種物理場的包圍之中，地球物理場的巨大變化及大量人工物理場的產生，給人類健康帶來了嚴重的危害，成為很多疾病的誘因。

1、重力場

地球周圍是一個充滿重力作用的空間，即重力場。它是人類生存的基本環境因素。但是重力的改變，會使人感到難受。長時間的失重，會嚴重破壞生理過程，耳內的耳石器會失去常有的重力刺激。耳石重量的喪失，又解除了對半規管感受器的正常抑制作用，于是引起前庭系統穩定性喪失，從而導致運動病的發生。

2、地磁場

地球是一個磁化球體，周圍存在著相當強的磁場，即地磁場。地磁場在人體心血管系統的活動中起著重要的作用。地磁場的突然變化，是造成心血管意外事故的直接原因之一。磁暴期間，老年人脈搏會加速，動脈壓增高，心血管意外事故的發生和死亡率顯著上升。地震也引起地磁場的快速變化，并與人體生物磁場產生共鳴，使人感到不適、頭痛。

3、天然電場

地球表面存在著各種電場。地殼為一較強的負電場，大氣層則為一非?；钴S的正電場。電場的波動對人體產生各種有害影響并出現一些癥狀，如頭痛，癲癇發作等。高壓雷電可以損傷人體細胞染色體；局部地區的電場強度增大，這些地區膽結石，腎結石的患者就會增多。

4、放射性場

地球表面層存在著許多天然放射性核素，它們在衰變的同時放出射線，構成放射性場。當天然放射線強度超過一定限度時，就會對人的骨髓、肝、腎等生理功能及生化過程產生破壞性作用。

5、各種人工物理場

近幾十年來，隨著科學技術和社會經濟的發展，電子工業迅速發展，使電磁輻射廣泛應用。各種電子設備無時無刻地不在向周圍地區發射不同頻率、不同能量的電磁波。電磁污染是無形的，它危害人體的中樞神經系統，促進心血管疾病的發生和發展，損傷視覺系統。

二、隨著現代物理學的迅速發展，人類對生命現象的認識逐步深入，生命科學和醫學已從宏觀形態的研究進入微觀機制的研究，從細胞水平的研究上升到分子水平的研究，并日益將其理論建立在精確的物理學基礎上。任何生命過程都是和物理過程密切相聯系的，如能量的交換、信息的傳遞、體內控制和調節、疾病發生機制、物理因素對機體的作用等。物理知識成為了揭示生命現象不可缺少的基礎。

1、力學

力學研究的物體運動規律及其相互作用，也適用于人體骨骼、肌肉、血液循環和臟器活動。人的骨骼是高強度且靈活的機械。通過不同方向的力作用在骨骼時骨骼的應力和應變，可以得到骨骼在某個方向上的剛度和強度最大，在某個方向上的剛度和強度最小。通過建立肌肉的物理模型（三單元模型），可以解釋肌肉長度的增加，對其收縮速度有良好影響以及肌肉生理橫斷面的增加會導致肌肉收縮力的增加。

2、流體力學

流體力學是研究流體在流動時的性質。人體中的血液作為一種流體，其特點也可以通過流體力學中的定律和定理來研究。研究血液流變的性質，已經形成了一門新的學科—血液流變學。它研究血液流變因素對血液流變特性的影響，不僅對心血管疾病和癌癥等病因學十分重要，而且可為診斷、預防和治療提供關鍵性的手段。血沉就是利用血細胞沉降速度來判斷病情。通過研究狹窄血管內偶應力流體流動阻抗、流量和壁切應力及紅細胞變形能力，可以為心血管系統病理提供診斷依據。

3、分子動理論

分子動理論是從物質的微觀結構出發來了解物質宏觀規律的本質。通過分子動理論中的表面張力系數，可以清楚地解釋肺泡表面液層中分布一定量的，由飽和卵磷脂和脂蛋白組成的表面活性物質的作用，即使大小不同的肺泡具有不同的表面張力系數值，起到穩定大小肺泡，減小了呼吸功的作用。新生兒通過借以大聲啼哭來進行第一次呼吸就是以克服肺泡的表面張力而獲得生存。

4、電磁學

人體內存在生物電，如心電、腦電、肌電、胃電等。生物電流是否正常與生理功能是否正常相一致。廣泛使用的心電儀、腦電儀，就是用來探明腦、心的生理功能。人是電導體，由此產生了電療這個重要的治療方法。磁場產生生物效應，影響人體的生理病理過程。可以調節人體的生物電和生物磁場，以達到治病保健的作用。60年代以來，已逐步形成了一門新的學科—生物磁學，它研究磁場對生物分子、細胞組織、器官和生物整體的作用。

5、光學

人眼就是一個光學儀器。正常眼可看清十幾厘米到無窮遠的物體。當有眼疾時，如屈光不正，其發病機制和矯正方法，都要有光學知識來計算。最新醫療技術科用車削角膜內半徑來調節屈光度。

三、隨著近代物理和計算機科學的迅速發展，人們對生命現象的認識逐步深入，物理學的技術和方法，在醫學研究和醫療實踐中的應用也越來越廣泛，并且不斷更新。

1、X射線

1895年倫琴在研究稀薄氣體放電時發現了X射線，之后僅三個月就應用于醫學研究。X射線透視機早已成為醫學中不可缺少的工具。X射線透視時根據不同組織或臟器對X射線的衰減本領不同，強度均勻的X射線透過身體不同部位后的強度不同，透過人體的X射線投射到照相底片上，顯像后就可以觀察到各處明暗不同的像。X射線透視機已成為醫院的基本設備之一，它可以清楚地觀察到骨折的程度、肺結核病灶、體內腫瘤的位置和大小、臟器形狀以及斷定體內異物的位置等。

2、B超

B超是超聲波B型顯示斷層成像的簡稱，之所以稱為B型顯示，是因為對過去顯示超聲檢查結果的方法又創立了一種方案而增加的新名稱。其原理是將一束超聲波從體外垂直于人體表面射向體內，當超聲從體內組織中傳播時，碰到組織有分界面或不均勻處就會產生反射。把這種反射超聲波再在體外同一部位接收下來，根據發射探頭的所在位置，就可以知道反射點在體內對著探頭的位置，而根據發射超聲波的時間差，可以知道它在體內垂直于體表的深度。論文參考網。

3、X射線電子計算機輔助斷層掃描成像（X—CT）

X—CT是利用X射線穿透人體某層面進行逐行掃描。探測器測量和紀錄透過人體后的射線強度值，將這些強度值轉換為數碼信號，送進計算機進行處理，經過排列重建，在顯示器上就能迅速顯示出該層面的切片圖，一個層面掃描完后，射線沿被檢查的人體旋轉1度，再進行下一個層面的掃描，這樣就可以得到一個完整的人體層面圖像。X—CT的優越性在于它可以清晰地顯示人體器官的各種斷面，避免了影像的重疊，大大提高了診斷的精度。

4、核磁共振斷層成像（MRI）

MRI是一種多參數、多核種的成像技術。其基本原理是利用一定頻率的電磁波向處于磁場中的人體照射，人體中各種不同組織的氫核在電磁波作用下，會發生核磁共振，吸收電磁波的能量，隨后又發射電磁波。MRI系統探測到這些來自人體中的氫核發射出來的電磁波信號后，經計算機處理和圖像重建，得到了人體的斷層圖像。MRI比X—CT和B超獲得人體內部信息要多的多，尤其是對于腦部病變和早期腫瘤病變的診斷，MRI更具有優越性。論文參考網。

5、激光手術和激光治療

利用激光器發射的激光作為手術刀進行切割、汽化等外科手術。論文參考網。激光手術有以下優點：①對凝固血管很有效，使不流血手術得以實現；②手術切緣銳利、平整；③由于激光手術是非接觸手術，對于一些操作困難的部位實施手術尤為方便；④切割惡性腫瘤時，因激光能隨時封閉毛細血管和淋巴液通道，有助于防止腫瘤細胞的擴散和轉移。

物理學作為嚴格的定量的自然科學的帶頭學科，一直在科學技術發展中發揮及其重要的作用，尤其隨著科學技術的發展，物理學與人體、醫學的聯系越來越緊密。在高等醫學院校里開設物理課的主要任務是給醫學生提供系統的物理學知識，使他們在中學物理的基礎上，進一步掌握物理學的基本概念、基本定律、研究方法，擴大物理學知識的領域，為學習現代醫學準備必要的物理基礎。因此，在高等醫學院校開設物理課是科技發展的必然結果，是時展的必然結果，現在是如此，將來也是如此。

參考文獻

（1）卞志榮 《利用物理知識在醫學中的應用進行STS教育》

（2）郭玉琢 《物理學與醫療技術》

（3）倪合一 《作用于人體的物理場》

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關鍵詞：肝臟；超聲造影；局灶性病變

超聲檢查具有檢查方便、成本低廉、無輻射等優點，廣泛應用于臨床輔助診斷，在腹部檢查中尤為普遍，但與增強CT檢查、MRI等檢查手段相比，超聲檢查的敏感性和特異性相對有限[1]。近年來，隨著超聲造影技術的發展，從組織微循環灌注水平研究病變已成為現實，廣泛應用于肝臟局灶性病變的實性診斷[2]，相比于傳統的超聲診斷技術，能夠有效的提高診斷的敏感性和特異性[3]。本文就近年來超聲造影在肝臟局灶性病變的應用進展，作一綜述。

1超聲造影的基本原理

超聲造影又稱聲學造影，是利用造影劑使后散射回聲增強，明顯提高超聲診斷的分辨力、敏感性和特異性的技術[4]，1968年開始臨床研究[5]，1986年開始利用CO2作為造影劑進行腫瘤學研究[6]，但因其創傷性使用受到限制。第2代造影劑的代表產品是聲諾維（Sonovue），由六氟化硫（SF6）和磷脂包裹組成。因其使用量小且主要成分是惰性氣體，短時間內就能從肝內排出，不影響內臟器官的功能，對于本身就有肝功能不全的患者更具安全性，且不需要額外的過敏實驗[7]。當在血液中加入造影劑（即微小氣泡）時，會發生背向散射（聲像圖上濃密的回聲實際是造影劑微小氣泡的背向散射回聲[8]），并且利用造影劑微小氣泡的非線性特性，最大限度地提取造影劑產生的諧波成分的同時，消除組織回波的線性基波成分，增強造影劑的分辨率，連續實時和動態的觀察病灶組織的血流灌注狀態[9]，從而對病灶性質進行明確診斷。

2超聲造影使用規范

首先行常規超聲檢查，記錄病灶的部位、大小，然后是準備靜脈造影劑，第3步是設置造影的條件，在注射造影劑的同時啟動記時器，以周圍肝組織為對照，觀察腫瘤病灶的顯影，達到峰值及開始消退時的變化及觀察有無異常造影劑聚集區在肝臟灌注中出現，若出現，則記錄出現的時間及在肝臟中的位置[10]。針對超聲造影的使用規范，歐洲醫學和生物學超聲協會于2004年發表共同意見：靜脈注射造影劑后，肝動脈相開始時間為10～20s，結束時間為25～35s；門靜脈相時間為30～45s，結束時間為120s；延時相為120s，消失時間為240～360s，是超聲造影的規范指導意見[11]。

3超聲造影在肝臟局灶性病變的應用

肝臟局灶性病變（FFL）是指由于肝內結構異常增生、炎癥或代謝異常所致的肝臟局部病理改變，是臨床上較為常見的肝臟占位性病變，其具體包括各種良惡性腫瘤、增生及炎性病變[12]。彩色多普勒超聲（CDU）受到檢測深度、角度及血流速度等因素的限制，聲像圖表現多樣且不典型，早期診斷困難，常不能真實反映病灶內部情況[13]，超聲造影增強檢查，通過實時動態觀察肝內病灶的增強特點，能極大提高肝內病灶的超聲診斷準確率[14]。

3.1肝細胞癌（HCC） HCC血供豐富，主要由肝動脈供血，供血動脈擴張迂曲，腫瘤周圍及中心異常增生血管及動靜脈吻合，使造影劑在腫瘤內的循環時間明顯縮短，而周邊肝實質主要由門靜脈供血，出現時間較晚[15]，這種血供特點使得HCC早期呈快速均勻或不均勻增強，門靜脈期或延遲期較快消退，即"快進快出"表現，但部分HCC可表現為"快進慢出"或整體病灶增強不明顯，有學者認為這是由于腫瘤細胞高度分化，病灶存在門靜脈和肝動脈雙重血供，造影劑可通過門靜脈持續進入病灶所致[16]。

3.2轉移瘤（MHC） MHC由于原發灶不同，病灶內血管的多少不同，增強方式也不同，多血管類MHC在造影增強時的表現是"快進快出"，少血管MHC則表現為動脈期無增強、微弱的點狀增強或環狀增強，門靜脈相及延遲相呈低增強[17]。雖然MHC動脈相可表現為多種增強模式，但造影后期階段均表現為低回聲病灶，這種顯影模式可能與瘤體的異常血流供應有關，動脈相不同程度對比增強后，門靜脈相中造影劑快速沖刷，因而不同于絕大多數的肝臟良性腫瘤[18]。

3.3肝血管瘤（HH） HH在超聲造影中的表現相對典型，主要有3種形式[19]：①向心性緩慢的填充式增強，即在動脈相的早期出現斑點狀或環狀強化；②呈現"快進快出"特征，即動脈相迅速增強，回聲顯著高于肝實質；③四周增強、中央始終無增強。且有研究認為[20]，在肝硬化背景與正常肝背景下的肝血管瘤的造影表現無明顯變化。

3.4局灶性結節樣增生（FNH） FNH為增生病變而非腫瘤，病理特征為病灶內有纖維性隔膜及瘢痕將正常肝細胞分隔為結節狀。具有豐富的動脈血供。超聲造影表現為[21]：動脈期早期病灶快速增強，由中央向四周放射狀展開，動脈期晚期病灶表現為均勻的高回聲；門靜脈期表現為稍高回聲；延時期表現為等回聲，中央伴多條短棒狀的低回聲。

3.5炎性假瘤（IPT） IPT是以局部變性壞死或感染壞死后炎性細胞浸潤和纖維組織增生為特征，致病原因多樣、發展過程和轉歸不相同，臨床表現和影像學表現均無特異性[22]。若IPT壞死部分沒有血供，在超聲造影上表現為三個時相均沒有明顯增強。

4超聲造影的優勢

肝臟血供的特點為血供少、流速低，有門靜脈及肝動脈雙重血供，因此肝臟是最適合超聲造影的臟器，且具有獨特的優勢[7，14，23]：①無輻射危害，成像時間短。②無創，操作簡便，可反復多次檢查。③無不良反應，不受年齡、肝腎功能、呼吸、金屬異物等因素的影響。④能實現真正的血池顯像，不會泄露至血管外。⑤操作全過程由一名超聲醫生獨立完成，避免CT及MRI因操作技師與診斷醫師因采用的方法不同而導致的誤差。

綜上所述，相對于常規超聲，超聲造影對肝臟局灶性病變的診斷及鑒別診斷價值很高，能夠客觀準確的反應病灶的血流灌注特點，實現良惡性占位的初步鑒別診斷，拓展了超聲診斷的范圍，且具有無輻射、無創，可多次重復檢查，不受年齡、肝腎功能的影響等優勢，可用于常規超聲檢查發現病灶后的進一步篩查及鑒別診斷。

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