B型超声诊断仪工作原理初探

郝国防

摘 要：当前，超声诊断技术被广泛应用于医学检测中，超声诊断仪是利用超声波的方向性好、穿透能力强和在不同界面反射明显的特性制成的，了解和掌握超声诊断仪的工作原理，对于医学影像的观察和病理诊断具有重要的意义。

关键词：超声波；压电效应；高频振荡电路

早在1842年，奥地利医生杜西客就开始利用超声技术扫描人的脑部结构。直到20世纪60年代，超声波开始被应用于人体腹部器官的探测，随后经过几十年的发展，超声技术被广泛地应用于临床诊断、治疗及基础医学的研究等方面。

超声诊断仪是利用超声波探测人体内部情况的仪器。我们知道超声波是指频率高于20000赫兹的声波，其本质与波完全相同，在空间传播过程中也完全遵守波的运动规律，因它的频率超出了人耳的听觉范围，所以不会引起人的听觉。

超声波具有方向性好、在固体和液体中穿透能力强及在不同物体界面反射明显等特性，超声诊断仪就是利用了超声波的以上特性制成的。

一、超声诊断仪基本构成

超声诊断仪通常是由高频信号发生器、探头、回声信号处理器、回声信号显示器和电源五个基本单元构成。

超声诊断仪的探头相当于一个换能器，它是利用晶体材料的压电效应，把高频交变电压信号转变为超声波射出，同时，又能把接收到的超声波回波转变为高频交变电压，输送到显示器上显示回波的信息。

探头向人体内以脉冲的形式断续发射超声波，在发射的间歇期可以接收人体内部各个界面反射回来的超声波。超声波诊断仪就是利用反射回来的回波携带的信息，获得人体内部各部分反射面的相关信息。高频信号发生器是一个高频振荡电路，用于为超声波探头提供高频交变电压。

探头接收回波产生交变电压，由于超声波在人体内传播时的能量损失，致使探头产生的交变电压非常微弱，这个微弱的信号需要经过回声信号处理器进行放大，然后，在显示器上才能显示出回波的波形或图像。

二、B型超声诊断仪的工作原理

B型超声诊断仪（简称B超）在医学检测领域占有非常重要的地位，当B型超声诊断仪工作时，超声波束按固定方向扫查，并与超声波的传播方向形成二维切面。因回波幅度的大小是用显示器上光点的亮度表示的，明暗程度不同的光点组成了组织或器官的切面图，这种图像属于亮度调制型，所以称为B型[ 1 ]（brightness mode）。

我们知道，超声波在不同界面反射会获得不同时间的回波，从而可以确定不同界面的距离，其回波信号加在显示器电子枪阴极或控制栅极上，以控制电子束的强弱，就会在显示器上得到明暗程度不同的光点，探头在检查部位移动，便在显示器上形成一个在探头超声波发射方向的纵断层二维图像，改变探头的位置及行进方向，就可以得到不同位置、不同方向上的二维切面声像图，相当于将体内的器官或组织一层层纵向切开进行观察，所以这种显像方式又称为超声断面显像技术[ 2 ]，如图1所示。

由于与发射脉冲同步的时间扫描电压加在垂直偏转板上，所以距离探头近的界面产生的回波信号形成的光点在显示器的上面，距离探头远的界面产生的回波信号形成的光点在显示器的下面回波信号在显示器上形成了自上而下分别的光点群，光点之间的距离代表界面之间的距离，光点的亮度代表回波信号的强度，当探头沿某一部位移动时，在显示器上就会得到相应部位的二维切面图像，如图2。

利用B超扫描，可以得到人体内部器官或肿瘤等病变的断层图像，且断层可随意移动。

因B超具有直观性、真实性、无损伤、诊断准确等诸多优点，称为目前应用最为广泛的超声仪器。

三、超声诊断仪的安全剂量

超声作用于生物体时会产生一定的生物效应，但通过长期的医学实验和检测表明，目前所用的超声诊断仪所用剂量对人体是无害的，但在临床医学中进行超声诊断时，本着既要满足医学诊断的需要，又要做到确保人身安全，人们总结出了超声诊断的安全剂量图，在一定范围内，超声安全剂量的强度和时间的乘积为一常量，检查时间很长，就要在较小的剂量下使用。另外，对于不同的检查对象，安全剂量的大小也不相同。如对胎儿进行检查，就要使用尽可能小的安全剂量，一般控制在20mW·cm2、30分钟内，而检查成年人的心脏时可稍微大一些，对于其他体内器官的检查，安全剂量可以更大一些，通常控制在40mW·cm2、60分钟内。

参考文献：

[1] 李光勋，王云创.医用物理学[M].科学出版社，2013-3.65.

[2] 侯玉林，楼渝英.医用物理学[M].西安交通大学出版社，2012-8.97.