遼寧省醫(yī)療器械檢驗檢測院 (遼寧 沈陽 110179)

內容提要：當人類進入21世紀以來，超聲醫(yī)學作為臨床影像醫(yī)學的重要組成部分，正在以非常高速發(fā)展的面貌展現(xiàn)到人們的面前。超聲波廣泛應用于診斷學、生物學、治療學、工程系等領域。隨著聲學、電子學、計算機科學、影像學技術的不斷發(fā)展，超聲在各個領域的應用日趨廣泛。每項醫(yī)用超聲設備的誕生和新技術的應用都是理、工、醫(yī)學相互合作的結晶。眾所周知，在醫(yī)學發(fā)展的過程中，人們知道放射性射線輻射對人體的損害。同時，知道超聲波是振動機械波，屬于聲音類別之一，人們非常關心超聲診斷對人體到底有沒有害，或者說是否有益。這個問題自從超聲技術開始應用到醫(yī)學診斷中就一直存在。有不少研究者已經在這方面進行了大量的動物實驗和一些超聲生物效應探索，文章是對超聲生物效應的探索。

超聲設備是通過超聲波傳導，不存在電離輻射和電磁輻射。超聲檢查能直觀地顯示病變的解剖結構，血流情況、肝膽脾等實質臟器的解剖結構。超聲為什么會影響生物體的安全，其作用機制是什么？大致分為以下幾個觀點。

1.超聲對生物體影響的作用機制

1.1 空化作用

只有在液體狀態(tài)下才能產生空化作用?？栈饔镁褪窃谝后w中產生超聲時，會出現(xiàn)霧狀氣泡，就像生活里遇到的輪船推進器在產生推動力同時會產生氣泡?？栈饔檬钩暰哂袕娏业钠茐淖饔?。只要在液體中含有直徑是幾微米的氣泡，這些氣泡對強度較低（0.5～2MHz）超聲會產生空化響應，進入諧振狀態(tài)，結果能使震蕩周圍的液體產生黏滯，能夠使其附近的生物細胞受到擾動或者損傷。生物組織中大多是軟組織，在超聲的作用下，細微結構會發(fā)生變化，這種變化，隨著超聲強度的增大而增加。在小的強度超聲作用下，雖然形變，只要不產生破壞性作用，或者產生不良的遺傳學影響，在超聲診斷中，均在劑量允許范圍里。在較大強度超聲作用下，生物組織會因為超聲空化作用產生不能復原的破壞性形變，以至使細胞壞死和整個生物組織壞死，這種劑量在治療中，用來粉碎結石等。一般用在外科手術中，而不是用在超聲診斷中。因為超聲是一種機械能，哪怕在強超聲劑量下，對生物組織的損壞作用也不會像射線傷害那樣大。

1.2 熱作用

組織在超聲機械能的作用下，由于黏滯作用，一部分超聲能轉化為熱能，使組織的溫度升高。超聲波產生兩種形式熱效應，第一種是連續(xù)波產生的熱，第二種是瞬時產生的熱。連續(xù)波產生的熱效應是一定時間內超聲波連續(xù)作用，使媒介中聲場區(qū)域產生溫度升高。二是瞬時熱效應是空氣氣泡閉合產生的高溫。超聲波傳播的過程中，振動被媒介吸收轉化為熱能，吸收的熱量可升高整體溫度和局部溫度。產生熱機制有以下幾個方面：超聲振動、媒介點的周期性收縮和不同界面的組織分層。在這些因素中，介質的吸收為熱形成的主要因素。熱能產生的過程是機械能在介質中轉換的熱能。超聲的熱效應能夠加速血液循環(huán)，增加代謝能力，增強組織營養(yǎng)。因為組織吸收聲能，尤其是在骨膜上產生的局部熱，這有益于韌帶。關節(jié)等位置的治療。所以在對骨骼的治療上，對刺激組織增長、促進組織損傷的恢復超聲波是有治療意義的。另外，因為超聲波產生的熱效應，超聲波能夠促進皮膚排泄功能，增強皮膚的再生能力。

表1.人體不同部位超聲強度的限定值(W/cm2)

1.3 化學作用

超聲波的空化作用和熱作用都和化學作用有有機聯(lián)系的，化學作用是氧化還原作用。在比較高的劑量下，超聲的化學作用會破壞蛋白質，低于10mW/cm2的低劑量不會產生化學作用。利用超聲波的化學效應，比如蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫，含有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸，染料經超聲處理會變色或者退色。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理后，吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這說明空化作用使分子結構發(fā)生了改變。利用超聲設備的化學作用，可進行清潔、焊接、滅菌、促進反應和生物學研究等，在工礦業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療獲得廣泛應用。

2.超聲的生物作用

2.1 超聲對組織器官的影響

超聲波治療通過組織，在深的組織內，在短時間內吸收能量，加速加熱，促進正常組織的再次和細微循環(huán)改善，從而疼痛得以恢復。不同的生物和人體組織在超聲作用下所得的結果是隨著頻率的增加，致傷于生物組織所需照射的時間也要增加。對于1MHz脈沖持續(xù)期為7.3s的脈沖波，就近乎成為連續(xù)波，只要一次照射，就可以產生致傷效果。在同樣的頻率下，脈沖寬度為10ms時，即使照射120s，仍然未出現(xiàn)致傷效果。

隨著頻率的增加，對于衰減系數(shù)較小的腦組織，致傷所需最短時間基本維持不變，而對于衰減系統(tǒng)較大的脊髓組織等，致傷所需最短接通時間隨著頻率的增加而顯著增加。而細胞內電游離子運動平衡的降低，將隨著頻率的增加而增加。另外空化閾值也將隨著頻率的升高而增加。眼的解剖結構層次多，大劑量超聲容易引起結膜充血，角膜水腫甚至是眼底病變，小劑量超聲可以促進吸收、改善循環(huán)等有較好的療效。

2.2 超聲對細胞的影響

將頻率為870kHz，超聲劑量為0.1～3.0W/cm2的劑量照射到細胞上，細胞有變化。然后將頻率為1MHz，超聲劑量為10mW/cm2照射，所得的結果，與原細胞相同，結論是診斷使用的超聲劑量對細胞沒有不利影響。超聲波在共振時有破碎細胞的作用。

2.3 超聲對精子的影響

德國的著名研究員曾研究了超聲對精子活動力的影響，他當時以超聲脈沖波和連續(xù)波為基礎，用0.01W/cm2，0.1W/cm2，3W/cm2，三種超聲劑量，按5min、10min、15min、20min四種時間進行照射，所得的結論是在脈沖波條件下，所有超聲劑量對精子活動力均無影響；但是在連續(xù)波條件下，3W/cm2超聲劑量對精子活動力均無影響；但是在連續(xù)波的條件下，3W/cm2超聲劑量時就易發(fā)生危害，對受精卵也是同樣的情況。他并且認為，采用診斷用的超聲劑量，則要達到危害被照射的精子的地步最長時間是2h。

3.超聲診斷的安全因素

超聲診斷儀的輸出脈沖聲強是關系到人身安全的重要問題，尤其對于孕產婦、胎兒影響更大。國際電工委員會IEC115792也對此作了規(guī)定（見表1）：空間峰值時間平均聲強＜100m/cm2。

4.超聲照射時間及波形方式

脈沖超聲采用的是短脈沖寬度、低平均聲強。比連續(xù)波超聲相比較為安全。超聲照射時間對組織會產生影響，所以在臨床使用上一般推薦10min左右，脈沖波源使用時間為30min之內。超聲診斷儀的輸出脈沖聲強是關系到人身安全的重要問題，尤其是孕產婦，胎兒影響更嚴重。嚴格執(zhí)行輻照時間，保護人們的人身安全。