提高超声波成像的物理基础教学质量的几点做法
作者：王亚平 张岱 李福星 刘婉珠
【摘要】 通过对超声波成像的物理基础在超声医学中的重要作用的讨论，说明提高超声波成像的物理基础教学质量的重要性，并了提高教学质量的几点做法。
【关键词】 超声医学; 超声波成像的物理基础
超声医学是以物为基础，以工程技术为手段，将超生成像技术应用于医学诊断的一门新兴。从1954年B超开始应用于临床至今，超声诊断学已经获得了惊人的进展，它不但能显示组织器官病变的解剖学改变，同时还可应用Dopper技术检查血流量、血流方向，从而辨别器官的病理生理受损性质与程度。超声诊断采用实时动态灰阶成像，在掌握正确剂量的前提下，可连续对器官的运动和功能实施动态观察，而不会产生像X射线成像那样的累积效应及危险的电离损害。由于超声诊断具有无损伤性、检查方便、诊断快速准确、价格便宜、适用范围广泛等优点，得以在临床中迅速推广。医学影像物理学是医学影像学的基础。超声波成像的物理基础是超声医学的基础，该门课程设置在大二进行，相关的专业课设置在大四，两者不能有机的结合，往往造成学生对该门课程重要性的认识不足，在一定程度上影响了后续课程的教学质量。为此，我们在教学中进行了以下几点尝试:
1明确超声波成像的物理基础在相关执业医师资格中的重要性
通过向学生介绍相关执业医师资格考试大纲的要求，使学生明确学好该门课程的必要性。
2认清超声波成像的物理基础在临床图像诊断中的地位
声阻抗Z是描述介质声学性质的一个物理量，也是超声成像及读片的基本物理依据。人体组织中的高声阻（骨骼）及低声阻（气体）部分不能用来成像，只有中等声阻的液体和软组织的声阻相差不大，声速大致相等，可以利用不同类组织间的声阻抗造成的声波反射、散射来识别不同软组织与器官的形态和性质［1］。超声波的入射、反射定律是超声诊断的基础。目前超声显像仪绝大多数都利用反射法成像，当超声波垂直入射到两种声阻抗不同的介质界面上时，其声强反射系数 r1 和声强透射系数t1可分别用公式:r1 = Z2 -Z1Z2 +Z1 2 t1 = 4Z1 Z2（Z1 +Z2 ）2 来描述。只要两种介质的声阻抗相差0.1%，即可接收到反射回波，通过一定的主式使其以不同的亮度等级在显像屏上显示。掌握超声波的产生、传播、超声场的分布是选择正确方式成功诊断的前提。超声波的频率越高，波长越短，能量越大，分辨率越高，成像质量越好。但由于探查深度与频率成反比，高频超声成像质量高是以牺牲探测深度为代价的。只有掌握相关的物理知识，才可以根据不同患者、不同患病部位，选择正确的诊断方式。通常用于眼、乳腺等浅表部位的疾病探查的超声频率为十几至几十兆赫兹，而用于腹部疾病探查频率为5兆赫兹左右。掌握相关物理知识可以防止错误操作，保护探头，提高成像质量。探头又称为超声换能器，医用超声换能器目前多数采用陶瓷材料制成的压电振子。通常压电晶体的居里点并不高，如锆钛酸铅大约在300～380℃，碳酸钡为120℃左右，因此检查后不能采用加热法消毒，亦不可用消毒液消毒，防止腐蚀探头，通常用湿软纱布清洁探头。在探头与皮肤之间涂耦合剂，其目的是排除探头与皮肤之间的空气，防止全反射现象的发生。选择耦合剂时要考虑到与探头及人体软组织的声阻抗匹配问题，同时要具有对皮肤无刺激，对探头无损伤的特点，便于检查后的清除。除耦合剂外，不能随便在探头表面附加其它物质。临床上常见为防止交叉感染，在探头外加安全套的操作方法，在一定程度上影响成像质量。超声多普勒血流测量仪区别于其它仪器的本质是接收回波不同。在医用超声多普勒技术中，发射和接收换能器固定，由人体内运动目标，如运动界面和血流中的血细胞等产生多普勒频移，利用频移信号确定运动速度大小、方向及其在断层上的分布。
3医用物是学好超声成像物理基础的前提
学生难以把握各学科之间的关联，要成功地将各学科知识有机的联系在一起，老师的引导是很重要的。学好超声成像物理基础的前提是掌握好医用物理学的相关内容，主要知识点有:① 振动和波是学习圆活塞超声场轴线上声压分布的基础。② 波的反射、折射、干涉、衍射、散射在超声成像中的作用。③ 示波器成像的基本原理及示波原理在超声成像中的应用。④ 利用多普勒效应，从回波频率的变化来获取人体组织器官的运动和结构信息。如一维多普勒连续波可测高速血流，但不能检测血流深度、位置;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等。
4物理知识是解释超声伪像的根本，同时可指导人们正确地利用伪像诊断及采取正确方法消除伪像
超声图像的质量评价包括伪像及形成原因。就其成因而言，除成像系统原理上的不足、技术上的限制、方法上的不全、诊断上的主观推断等因素外，伪像的形成具有一定的声学意义。教材上对伪像形成的物理机制进行了详细的介绍，但相关的声像图却几乎没有。为了让学生能将理论与实际声像图有机地相结合，教学中注重发挥多媒体的优势，引入典型伪像声像图［2，3］，收到事半功倍的效果。超声伪像的表现形式多种多样，由于超声图像失真造成的伪像的物理实质不外手两种形式:形状位置失真（如透镜效应伪像）和亮度失真（如声影）。而由于换能器的不良特性引起的旁瓣效应伪像在使用相控阵探头时较为突出，几乎随时都可能出现，必须熟悉其声像图特征，才能鉴别清楚［4］。总之，只有明确伪像产生的物理机制，才能正确地加以识别和利用。
5设计相关实验加深学生对知识的理解
利用A型超声波诊断仪使用方便、显示直观、易于操作的特点，设计相关实验，加深学生对所学知识的理解。
5.1对声波在介质中的传播规律的研究 主要验证反射与透射定律，同时说明强反射与全反射的本质区别。
5.2对超声场分布的研究通过实验确定圆活塞探头形成的超声场的近场长度、半扩散角等重要参数。
5.3对伪像的形成机制及现象的研究通过人为设置伪像的产生条件，模拟多重反射伪像、声影、后方回声增强、折射声影、声速失真、多途径反射伪像、透镜效应伪像等多种伪像的产生条件及现象。实验的可操作性强，成功率大，相关实验在其它院校也见开设［5，6］。超声医学的日新月异，作为基础课程的超声波成像的物理基础变化却不大，但新技术的诞生都对应一定的物理基础，都有一定的物理依据。因此，必须提高对本门课程重要性的认识，从而提高教学质量。
6调整教学计划，使基础教学与临床实践密切相连
根据超声波成像的物理基础在超声医学中的作用及重要性，将原计划中在大二第四学期开设调整为大三第六学期开设，使基础教学与临床教学密切相连，收到了良好的教学效果。以上是我们为提高超声波成像的物理基础教学质量的几点做法，随着超声技术的不断发展，提高教学质量的方法必然随之改进，这就要求我们在今后的教学过程中不断探索和进步，以期为培养合格的超声诊断医师打下牢固的物理基础。
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1 张波宝.医学影像物理学.人民卫生出版社，2005，176.
2 曹海根，等.实用腹部超声诊断学.人民卫生出版社，1994，97～98.
3 钱蕴秋.超声诊断学.人民军医出版社，1991，117.
4 曹海根，王金锐.实用腹部超声诊断学.人民卫生出版社，1994，96.
5 吴祖明.用A型超声示波法研究8种2D超声伪像的形成.物理实验，2002，22（8）:12～16.
6 仇惠，张瑞兰.医学影像物理学实验.北京:人民卫生出版社，2002，35～50.
