超聲醫(yī)學（Ultrasonic Medicine）是利用超聲波的物理特性與人體器官、組織的聲學特性相互作用后得到診斷或者治療效果的一門學科。

1、超聲醫(yī)學發(fā)展回顧

     1942年奧地利Dr.Dussik使用A型超聲波探測顱骨拉開了超聲醫(yī)學發(fā)展的序幕，經(jīng)歷了從A超、M超、B超、彩色多普勒超聲幾個階段。

         近三十年來，發(fā)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，90年代的血管內(nèi)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。進入21世紀后，超聲圖像引導進入了腫瘤放射治療領域，主要產(chǎn)品有BAT系統(tǒng)和Clarity系統(tǒng)，圖像引導放射治療也翻開了嶄新的一頁。

2、超聲成像原理

      利用超聲聲束掃描人體，通過對反射信號的接收、處理，以獲得體內(nèi)器官的圖象。超聲波有三個主要物理量：波長、頻率、聲速，三者關系如下：頻率越高，波長越短，分辨率高但穿透力越差，適合表淺器官的探查；頻率越低，波長越長，分辨率低但穿透力越好，適合心臟等深部器官的探查。

       上圖中的回聲反射強弱由界面兩側介質的聲阻差決定。相鄰的組織如果聲阻很大，如骨骼和肌肉，超聲的能量幾乎能全部被界面反射回來，阻擋超聲入射波向深層穿透；反之則超聲在界面小部分被反射，大部分透射到人體的深層；在均勻的介質中不存在界面，就沒有超聲反射，儀器就接收不到該處回聲，如膽汁和尿液中就沒有回聲，聲像圖上出現(xiàn)無回聲的區(qū)域，就是液性區(qū)域。

3、超聲設備分類（共四大類）

3.1 探頭種類

主要分三類：線陣探頭、凸陣探頭、扇形探頭。

3.2 A超（一維）

      一種幅度調(diào)制超聲診斷儀，把接收到的回聲以波的振幅顯示，振幅高低代表回聲的強弱，以波型形式出現(xiàn)。

       主要用于測量器官的徑線，以判定其大小，可用來鑒別病變組織的一些物理特性，如實質性、液體或是氣體是否存在等。

3.3 B超（二維顯像）

       輝度調(diào)制型超聲診斷儀，把接收到的回聲，以光點顯示，光點的灰度等級代表回聲的強弱。

      B超是超聲發(fā)展史上的一大突破，它將聲波轉換為圖像，這種方法直觀性好，重復性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。

3.4 M型超聲診斷儀（一維）

      它是B型的一個變化，介于A型和B型之間，得到的是一維信息。它在輝度調(diào)制的基礎上，加上一個慢掃描電路，使輝度調(diào)制的一維回聲信號，得到時間上的展開，形成曲線，用于觀察活動界面時間變化的一種方法。

        它最適用于檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結構的位置、活動狀態(tài)、結構的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。

3.5 D型超聲診斷儀（Doppler）

       在二維圖像上某點取樣，獲得多普勒頻譜加以分析，獲得血流動力學的信息，包括脈沖多普勒、連續(xù)多普勒、彩色多普勒血流顯像。

       見上圖，D型超聲診斷儀是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法，可確定血管是否通暢、管腔是否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內(nèi)血液的流量。近幾年來科學家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動圖解剖標志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速。

4、超聲引導在放療時IGRT的優(yōu)勢

       從上面的原理介紹和發(fā)展歷史可以知道，超聲圖像的信息量豐富，具有灰階的切面圖像、層次清楚，接近解剖真實結構；它對活動界面能作動態(tài)的實時顯示，便于觀察；能發(fā)揮管腔造影功能，無需任何造影劑即可顯示管腔結構；對小病灶有良好的顯示能力；能取得各種方位的切面圖像，并能根據(jù)圖像顯示結構和特點，準確定位病灶和測量其大小。

4.1 乳腺癌超聲IGRT優(yōu)勢

    乳房主要成分是脂肪、乳腺等，乳腺癌行保乳術后放療，定位CT掃描下不易區(qū)分手術瘤床：

超聲掃描后，可以清楚看到瘤床：

定位CT與超聲圖像融合后靶區(qū)的立體三維顯示：

       通過上面三張圖可以很清楚的提示乳腺癌瘤床位置，乳腺癌病人CT定位融合超聲定位影像數(shù)據(jù)，對靶區(qū)勾畫更加準確定位，隨后的分次治療時又可以修正因呼吸運動造成靶區(qū)移動。

4.2 前列腺癌超聲IGRT優(yōu)勢

        與乳腺癌不一樣的是，前列腺與直腸、膀胱比鄰，前列腺癌放射治療會引起以下這些器官或者部位產(chǎn)生副作用：膀胱的頸部、尿道、直腸等。其中最關注的是一般是直腸，直腸的前壁如果受到嚴重的損傷后，會造成放射性潰瘍的膿血便，患者會覺得肛門部位下墜，嚴重影響患者的生存質量。而且這種副作用的發(fā)生情況在20年前的話，差不多能夠達到20%以上。隨著放療技術進步，現(xiàn)在這種副作用已經(jīng)減低很多。

       臨床實踐中，與乳腺癌病例可以直接定位瘤床不一樣，盆腔腫瘤的超聲引導是間接定位，主要以膀胱等器官作為基準位置，根據(jù)腫瘤和這些基準位置相對固定關系確定它們的治療位置。以前列腺為例，它與直腸、膀胱比鄰，與膀胱的相對位置關系固定，根據(jù)膀胱的充盈程度可以確定前列腺的位置，以下三張圖可以解釋超聲引導在前列腺癌治療中的作用。

定位CT圖像：

相同部位的超聲圖像：

超聲與CT融合后的圖像，很容易確定其他器官的相對位置：

        據(jù)國內(nèi)已經(jīng)開展超聲實時定位技術的醫(yī)院報道，使用超聲IGRT可以讓前列腺癌放療精度達到毫米之內(nèi)，將對病人生存質量的影響副作用的產(chǎn)生幾率降低到1%之內(nèi)。

5、超聲引導流程

（1）與其他病人一樣先做定位CT（CT Sim），得到定位CT：

（2）CT Sim結束后，保持當前狀態(tài)，馬上進行超聲定位掃描：

（3）CT圖像與超聲圖像導入相應工作，完成圖像融合：

（4）按平時正常放療流程進行靶區(qū)與正常組織勾畫，物理師完成該病例的放射治療方案的設計和臨床實施驗證，進入到治療實施階段，進行超聲掃描：

（5）超聲圖像引導系統(tǒng)進行在線修正，得出結果：

6、超聲引導系統(tǒng)常規(guī)QA和校準

        為確保 超聲定位系統(tǒng)可以精確定位患者的組織結構，對它的校準及常規(guī)的 QA 是必不可少的。筆者個人認為，使用用戶需要關注下面各項內(nèi)容 :

（1）系統(tǒng)精度測量；

（2） 系統(tǒng)坐標系每日初始化校準程序；

（3）常規(guī)精確度驗證；

（4）超聲系統(tǒng)物理參數(shù)檢測，超聲探針架位置檢測；

（5）機械方面的檢測。