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超声图像分辨率主要分为轴向分辨率和侧向分辨率[1]。轴向分辨率指可以鉴别两个沿超声波束轴方向分布最短间距之间组织结构的能力,与超声波长或频率、超声脉冲时间等因素有关。侧向分辨率指可以鉴别两个垂直于声束方向分布最短间距之间组织结构的能力,影响侧向分辨率最主要的因素是超声波束的宽度。
超声伪差(artifacts)[2]亦称超声伪像,指超声显示的断层图像与其相应解剖面图像之间存在着差异。这种差异主要是由声像图中信息回声的增添、减少或失真引起。
当超声波束与组织结构界面接近于平行时,几乎没有反射到探头的回声,称为回声失落。比如,在心尖四腔心切面,房间隔几乎与超声波束平行,往往观察到房间隔部位的回声失落(图1)。
注:LA左心房;RA右心房;LV左心室;RV右心室;MV二尖瓣
回声非常致密(声阻抗较高)的结构均可能形成声影,从而掩盖其后的组织结构。比如从心尖部检查心脏时,由于人工二尖瓣,将无法观察到其后的左心房(图2)。
人体组织对超声能量有比较大的吸收本领,因此,当超声波在人体组织中传播过程中,其能量不断地被组织吸收而变成热量,结果是组织自身温度的升高。在超声理疗中,为防止人体组织内局部升温过高,需不时地移动探头辐射位置。
声波在人体内传播,会出现谐波滋生、辐射压,影响作用于组织即产生机械效应。与声场有关的力学量有质点的振动位移、速度及加速度以及声压等,这些力学量都可能与生物效应有关系。
广义而言,所谓超声空化效应是指声致气(汽)泡各种形式的活性。这些气(汽)泡的活性表现,在一些情况是有规律可循的,而在另外一些情况下又是相当激烈而难以预言的。按照气(汽)泡不同的动力学表现行为,分成稳态空化与瞬态空化(图5)[4]。
当液体媒质内的声场中存在适当大小的气泡时(气泡太大会漂浮至液面而逸去;反之,气泡太小时,因表面张力很大,会溶解在液体中),它会在声波的交变声压作用下进入振动(即体脉动)状态。当声波频率接近气泡共振的特征频率时,气泡的振动就进入共振状态,使脉动的幅度达到极大。气泡的这种动力学表现称之为稳态空化。
当用强度较高的超声波辐照液体时,声场中气泡的动力学过程变得更为复杂和激烈。在声波的负压半周期内空化核(微小气泡)迅速膨胀,随后又在声波正半周期内气泡被压缩以至崩溃,这一过程称为瞬态空化。当气泡被压缩至崩溃前的暂短时间内(可能为1 ns以下),气泡内的温度可高达数千度,压力可高达几百个大气压。气泡内的水蒸气在这种极端物理条件下可以裂解为H和OH自由基,它们因具有高度化学活性而迅速与其他组分相互作用而发生化学反应。这正是20世纪80年代中期崛起的声化学(sonochemistry)的物理基础。
瞬态空化或惯性空化(inertial cavitation)在超声溶栓中起主要作用。此外,在瞬态空化发生时还常常伴有声致发光、冲击波及高速射流等现象发生,因此处在空化泡附近的细胞等生物体将会受到严重损伤乃至破坏,因此也限制了其在治疗中的应用。