浅谈超声医学论文

摘要]本文主要介绍了超声波的特点,超声波传感器的原理与应用等多个方面。文中阐述了超声波与可听声波的区别,超声波传感器在医疗,工业生产,液位测量,测距系统等多个领域中得到了广泛的应用。因超声波具有的独特的特性,使得超声波传感器越来越在生产生活中体现了其重要性,具有一定的研究价值。 [关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量 一、超声波传感器概述 1.超声波 声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。 超声波的特点:(1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;(3)超声波与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应)。 2.超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。二、超声波传感器的应用 1.超声波距离传感器技术的应用 超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。 2.超声波传感器在医学上的应用 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。 3.超声波传感器在测量液位的应用 超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 4.超声波传感器在测距系统中的应用 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。 三、小结 文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发,讨论了超声波传感器的原理与特点,并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是,超声波传感器也存在自身的不足,比如反射问题,噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习,仍具有很大的价值。 参考文献: [1]单片机原理及其接口技术.清华大学出版社. [2]栗桂凤,周东辉,王光昕.基于超声波传感器的机器人环境探测系统.2005,(04). [3]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社. [4]王松,郑正奇,邹晨祎.超声定位车辆路径监测系统的设计.2006,(10). [5]俞志根,李天真,童炳金.自动检测技术实训教程.清华大学出版社. 转贴于 中国论文下载中心

关于超声医学的论文范文篇二 医学超声远程现状与案例分析 摘 要： 超声远程是远程医疗的一个重要应用分支，可以远程为边远地区的患者提供高质量的专家医疗服务，节约就诊时间和成本。同时也提升了基层医生与专家的沟通平台，弥补了国内医疗资源分配不均匀的状况。依据超声诊断的特点对超声远程的应用特点、市场远程设备的情况、超声远程的应用效果，以及国内超声远程的应用案例做了介绍。 关键词： 超声远程; 远程医疗; 病例分析; 超声诊断 中图分类号： TN911?34; 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X(2014)20?0137?04 Current situation and case study of medical tele?ultrasound GAO Hai?juan， PING Zi?liang (Department of Communication and Information Engineering， Century College， BUPT， Beijing 102101， China) Abstract： Tele?ultrasound is an important branch of tele?medicine， which can provide high quality medical service from tertiary hospital to remote area patients， and save much treatment time and cost. Meanwhile， the tele?ultrasound can also promote the communication platform between less experienced healthcare workers in remote hospitals and specialists in tertiary hospitals， making the discussion more easily and effectively. It balances the medical resource distribution inequality to some extent. According to specialty of the medical ultrasound test， the tele?ultrasound implementation situation， tele equipment features， application effect of tele?ultrasound in clinic and some typical cases in domestic environment are introduced. Keywords： tele?ultrasound; tele?medicine; medical case analysis; ultrasonic diagnosis 0 引 言 20世纪60年代，远程医疗成为欧美新型医学课题。80年代末远程医疗概念被正式提出，并且在计算机技术迅速发展的带动下，远程医疗被广泛应用起来。90年代末国内发表不少关于远程医疗的文章，成为医学界和计算机界共同关注的热门话题[1?3]。远程医疗的核心概念是借助互联网技术、电视传播、卫星通信等一系列现代通信技术将不同地域的医生(或者医护人员)连接起来，通过医生间实时的音视频交流或者离线传输病人数据来完成对疾病的诊断。远程医疗一定程度上弥补了医疗资源分布不均匀的弊端，让医疗条件落后的患者可以快捷的得到远端专家医生的诊断建议，既节约了宝贵的治疗时间，又降低了长途就医的费用。同时，基层医生也在每一次的远程会诊过程中向专家学习了如何解决此类疑难杂症，日积月累，不断提升自己的专业技能，进而吸引更多的病人前来就诊，这对于基层医院的发展是非常有利的。而对于专家医院来讲，远程诊断这种新型医疗服务模式，可以减少非急诊患者的求诊人数，减轻医生问诊的负担，同时也避免了医院的拥挤，再加上远程会诊所带来的医疗收入，以及对医院影响力的提升都有所促进，因而也广受欢迎。远程医疗应用十分广泛，可用于放射科、病理科、皮肤科等课室。但是，远程医疗在超声课室的应用相对起步晚，在此本文将介绍超声远程的应用特点、国内外超声远程设备情况、以及超声远程的应用效果和国内的应用案例。 1 超声远程的应用特点 超声检查与X线，MRI，CT相比，一个显著的特点是它的检查方式很大程度上依赖医生的扫查手法，一个探头在一个医生的手上就像一副眼镜在一个人眼睛上一样，医生更习惯按照自己的扫描习惯，调整探头的扫描方位，选取扫描切面来诊断病人。如果借助超声远程，将A医生扫描的病人图像发送给B医生，让B医生来分析诊断，那么B医生一定会非常的谨慎，这就如同让B医生带着A医生的眼镜来走路一样，因为图像往往并不是B医生所习惯看到的图像，如果图像的信息量远远的低于B医生所期待的，那么远程会诊就会失败。A医生必须重新提供病人的超声图像，如此地重复扫描大大的降低了远程的效率和医生应用的信心，不利于超声远程的推广和发展。 目前，一些国内超声水平高的医院已经重视起超声远程规范化扫描的制定，例如北京安贞医院胎儿心脏远程会诊中心提出了胎儿超声心动图远程会诊检查流程及基本切面的规范要求。文献[4]提出胎儿远程会诊所需的图像切面、存储要求、测量参数等具体规范，重点提出对胎儿心脏畸形的产前超声远程心动图检查，明确定义16幅必存动态切面图像和14幅必存静态图像的内容，规范了胎儿超声远程的操作方法，有效提高医生之间进行远程诊断的效率。超声扫描规范化的脚步从未停止过，超声远程的规范化也会发展起来，让不同地域的医生能在一个标准的扫描框架下，有效地传输超声数据，彼此接受对方的扫描图像，有效的完成超声会诊。 另一个解决此手法依赖性问题的途径是借助超声远程设备的特殊传输功能。比如传输的超声数据中携带着大量的机器原始参数，可以在专家处理端还原超声扫查的过程，重新调整扫描的机器参数和选取扫描的切面，按照专家的习惯重新定位病灶的位置，进行病灶的测量和分析，这样将极大地提高会诊的成功率。目前美国通用电气(GE)的RAWDATA[5]扫描技术即可以满足这样的需求，从技术层面解决扫描手法依赖性问题。 2 国内外超声远程设备情况 超声远程设备按照工作模式，可以分为两种模式，一种是在线模式(也称同步模式)，一种是离线模式(也称异步模式)。 所谓在线模式，就是申请端医生和处理端医生同时在线，实时的进行视频和音频的沟通。处理端医生可以实时看到申请端超声设备的动态图像，可以看到探头的扫查位置，可以和申请端医生进行通话交流，实时指导申请端医生调整探头的扫查位置，调整病人的体位，以及根据图像的质量来调整机器参数。这种模式的特点是：指导性强，互动性强，图像质量高;对双方的时间要求有约束性，缺乏灵活，在实际的应用情况比较难实现，因为专家医生日常工作时间紧张，会诊会占有太多的时间，时间成本提高，业内专家也有同样的顾虑[6]。 所谓离线模式，是指不需要处理端医生在线的等待，处理端系统自动接受申请端发送过来的病人二维超声图像或者三维容积数据，当图像或者数据传输完毕，处理端医生即可灵活安排时间完成会诊意见。此模式的特点是： (1) 会诊时间灵活，对双方的时间约束弱，可实施性强; (2) 离线发送过来的病人图像，专家可以进行更加详细的分析和处理，准确率高; (3) 可以归纳收藏病人的图像数据，进行后期统计分析，建立病例库。 超声远程设备按照会诊需要的医生人数，也可以分为两大类，一类是需要至少两位医生共同来完成，另一类是借助机器人代替申请端医生，只需要处理端一位医生操作完成。第一类设备和常规会诊设备一样，两端设备可以视为两台计算机工作站，两端的医生分别完成各自的任务分工，申请端提出会诊申请，填写病人基本的情况和初步诊断。处理端医生根据收到的病人数据做出会诊建议，并反馈给申请端医生。第二类设备称为远程机器人辅助超声检查系统(简称机器人超声)，它是借助于并行机器人技术[7]，在申请端搭建多个机器人装置，覆盖病人待检查部位，机器人模拟医生手持常规超声探头，对病人进行超声扫查，控制机器人的是处理端的专家。此类设备的特点为可以大幅度的发挥专家的技术，保证超声数据采集的有效性。其所涉及的主要技术问题有三个： (1) 处理端专家操作远端机器人所做动作的准确性。机器人需要施加合理的力度使探头在病人的皮肤上扫查，根据不同的检查部位，机器人需要调整探头的位置，倾斜的角度，锁定部位处进行旋转和微小移动。 (2) 机器人动作的延迟。理想的系统坏境是处理端专家触发控制信号，机器人同步完成动作，超声设备实时反馈图像给专家。但是，实际的情况是机器人机械控制和电路控制环节存在一定的时间延迟。 (3) 超声图像传输的速度和质量。 比较两类设备，机器人超声的最大优点是真正的将专家的“眼睛”延伸，考虑超声检查对手法的依赖性强，这种远程超声技术更能达到预期的诊断效果。在机器人技术的带动之下，持探头机器人的机械控制涉及的机械难点会得到解决，系统的精确性会得到较大的提高。至于图像传输质量，文献[7]对图像传输中使用的图像压缩技术进行了分析对比。采取的方法是：考虑人眼视觉的灵敏度，在粗略扫查，寻找感兴趣区域的过程中，使用有损压缩或高压缩比率的压缩技术，以提高传输的速率，而在找到感兴趣区域后进行仔细鉴别检查时，则采用无损压缩的压缩技术，以保证图像的质量。超声图像的失真主要是两个方面，一是图像对比度的下降，一是图像噪声的干扰。对比度的调整将由专家来调整，因为系统自动的调整将影响专家的诊断。噪声多数是由于人体组织的不同密度而产生后场散射声场造成的，采用合适的滤波器参数可以达到降低噪声而不影响诊断的作用。基于以上分析，机器人超声将凭借其技术的优势得到快速的发展。 3 超声远程的应用优势及效果 超声远程的应用优势包括减少病人不必要的转院治疗、节约病人的就医时间和成本以及在医学教学中的作用[8?10]。文献[11]介绍在急诊情况中应用超声远程缩短病人从入院到手术的时间大约3 h，既为救治急诊病人节约了高贵的“黄金”时间，又提升了急诊中救护车医护人员与医院手术室人员的交流效率， 所以文献中作者建议应将超声远程推广应用在高风险的孕妇和复杂性分娩等情况。 文献[7]将机器人超声应用在32例病例检查上，采用了两种不同的网络连接方式，分别为ISDN综合业务数字网连接(Integrated Services Digital Network)和具备动态带宽384 Kb/s的卫星连接。设计病人完成常规的腹部扫查，包括肝脏、胰腺、门静脉、主动脉、膀胱、子宫或前列腺，脾脏等组织的扫查，并对通用的诊断数据(包括组织的大小，轮廓等)进行了记录。用远程超声会诊的方式与传统超声检查方式进行了对比，结论是：机器人超声检查出58例病变的38例，达到66%的检出率。对漏诊的病变分析如下： (1) 根据病灶大小分为三类：7例是病灶小于 cm，包括胆固醇沉着症，肾结石，胆囊息肉;8例是病灶在1 cm左右，包括血管平肌瘤，肾结石，肝脏血管瘤;4例病灶在～ cm之间，包括囊肿，固态肾包块，肝脏多个低回声病灶。 (2)根据导致漏诊的原因分为：8例是由于图像分辨率低，3例是由于扫描参数设置的不佳，7例是由于不充分的图像数据传输，1例是由于病人的扫查条件不好。 (3)其中12位病人有症状呈现，比如黄疸，发热等，远程超声可以诊断出其中的10位，达到83%检出率。 (4)另外，超声检查常见的扫描局限性，比如病人过胖，过瘦或者年龄大也是漏诊的固有原因。 4 国内超声远程的案例 近五年国内超声远程网络得到迅速的发展，这主要得益于国家医疗改革的取向。2012年3月，国务院印发《“十二五”期间深化医药卫生体制改革规划暨实施方案》，明确指出：要让信息技术成为提升医疗机构管理效率和服务水平的重要手段。国内一些已经在远程医疗设备有一定技术积累的厂家也针对远程超声开展了研发和市场推广工作。 开展超声远程的医院和机构也在逐年增加。典型的有以北京安贞医院牵头成立的胎儿超声心动图远程会诊中心[4]，凭借在胎儿心脏的权威性，会诊中心帮助基层医院在胎儿先天性心血管结构畸形和心脏异常等方面展开会诊工作。大连市中心医院，天津市第一中心医院等也都有各自的超声远程网络系统[12?13]。值得提出的是由上海长宁区卫生部门主导发起的“上海市长宁区超声远程诊断网络项目”[14]。该项目以上海市第六人民医院为依托成立了超声远程诊断中心，并与长宁区的10家社区卫生中心实现网络联接，使市民在家门口就能享受到高水准的远程诊断服务，同时也节约了就诊时间和费用，促进了医疗资源的合理分配利用，是超声远程的典型应用。 此外，2013年在国家发改委的指导下，甘肃省卫生厅、甘肃省人民医院和通用电气医疗集团共同建立了基础医疗范畴内的超声远程省内医疗试点项目[15]，采用“1+3+3”的拓扑模式，即“1”是指一家三级医院，也就是甘肃省人民医院，第一个“3”是指3家县级医院，包括定西市第二人民医院、临洮县人民医院和岷县人民医院，另一个“3”是指3家乡镇卫生所，包括香泉镇中心卫生院、新添镇中心卫生院和闾井镇中心卫生院。据媒体报道，从2013年3月10日远程系统全面启动截止2013年5月15日，3家县级医院共完成37例会诊病例，3家乡镇卫生所共完成68例会诊病例，超声远程会诊不仅帮助当地病人及时的诊断疾病，为基层医生提供了诊断思路，也为上级医院减轻了负担。这种基层医疗机构负责治愈简单的病症，上级医院就专攻疑难、危重病症的模式正是中国整个医疗架构的理想资源分配形式。 5 结 语 本文介绍了超声远程的应用特点、常见设备分类、应用效果和国内的远程案例。技术上，伴随着计算机及网络通信技术的不断发展，超声远程设备必定会在技术上取得进一步的突破，更快，更高质量的传输图像，也可能会加入可穿戴智能辅助设备;服务模式上，随着国家全方位立体化远程医疗体系的建设，超声远程会进入社区，为居民提供远程咨询医疗服务;市场推广上，国家的政策以及地方政府都在积极的推动远程医疗的覆盖面，探索这种模式下的收费标准，用以提高医疗单位主动服务的积极性，保证超声远程的经济效益和长足发展。可见，超声远程在未来的几年一定会有较快的发展，也希望有更多的人关注超声远程的发展。 参考文献 [1] 王志中，李凌，蔡立羽，等.国内远程医疗的现状及展望[J].计算机工程，1999，25(5)：3?5. 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