組員: 4A227042邱猷舜 4A227047莊宸祐 4A227033楊承翰 4A227032王正元 4A227052董承堯 醫用超音波 組員: 4A227042邱猷舜 4A227047莊宸祐 4A227033楊承翰 4A227032王正元 4A227052董承堯

簡介 超音波是指高於人類耳朵所能接受的音波(20kHz)， 人耳可以聽見的波動，其頻率約在16Hz到20KHz間， 而有些動物的耳朵能接受的範圍比人類還高，也又 利用超音波做其他用途的動物，例如蝙蝠運用超音 波辨識障礙物及獵物，海豚運用超音波進行回聲定 位。

醫用超音波前史 雖然早在1842年都卜勒(C.A.Doppler)提出都普勒 效應(Doppler effect)之物理現象，但是應用都卜勒 於醫療用途卻在100年後才開始，都普勒效應是指 『光、音源或光、音波與接收者之間若有相對運動， 則接收到的頻率會有所改變』。

發展歷史 超音波的研究歷史，可追溯自1880年皮埃爾· 居禮和 雅客· 居禮兄弟發現電氣石(ex:石英)具有壓電效應。 啟於1940年代的二次世界大戰，當時以此科技製造 成「聲納」，用來進行水下探測。二次大戰後，這 類科技被運用至醫學，1922年，德國出現了首例超 音波治療的發明專利；1939年發表了有關超音波治 療取得臨床效果的文獻報道。

40年代末期超音治療在歐美興起，直到1949年召開 的第一次國際醫學超音波學術會議上，才有了超音 治療方面的論文交流，爲超音治療學的發展奠定了 基礎。1956年第二屆國際超音醫學學術會議上已有 許多論文發表，超聲治療進入了實用成熟階段。

常見超音波應用 醫用超音波則用來透視肌肉及軟組織，使得這項技 術常用來掃描很多器官，以協助醫療上的診斷和治 療。 產科超音波也常用在懷孕時期的檢查，醫生可以利 用超音波成像法透視身體，但由於超音波不能穿透 骨頭，所以雖然超音波對人體傷害比較低，但仍不 能完全取代Ｘ光。典型超音波大約2MHz到10MHz 的頻率，較高頻率通常用在泌尿道碎石振波。檢測 超音波設備有發射及接收。

肌肉鬆弛: 超音波的機械振動會刺激組織，導致肌肉鬆弛。但 超音波也很可能直接刺激神經纖維，導致正交感神 經活動的壓抑而產生肌肉鬆弛的結果。 機械作用: 超音波在組織產生的第一種作用是它的「機械特 性」。除了在真空狀態下，超音波在不同的介質中， 會產生不同的變形，因此，在相同頻率的振動下， 超音波在組織中會產生伸縮變化，就好像按摩一樣， 所以其機械作用又可稱為「微量按摩」。

增加細胞膜的通透性: 超音波可增加細胞膜的通透性。經由實驗發現，連 續、脈衝式的超音波，會使組織分泌液被迫進入細 胞膜，改變游離濃縮的結果，導致細胞刺激性的改 變，提升生理交換反應的過程。 孕婦產檢: 原理是利用超音波穿透不同密度的介質時會有反射 的特性，隨組織密度之別出現不同強度的反射波， 返回接收探頭而轉換成影像來觀察 有2D、3D、4D的檢測儀器了。

超音波熱治療之 現階段發展與應用 何謂『超音波熱治療』: 超音波熱治療之 現階段發展與應用 何謂『超音波熱治療』: 超音波在人體組織中具有相當良好之穿透性，因此 可以將能量傳至深層部位。傳統診斷式超音波由於 所激發出來之能量相當小，不會對人體造成傷，將 超音波聚焦，在焦點處所產生之能量可以高至數千 倍，使細胞產生凝固性壞死，超音波將大部分能量 集中至焦點處，因此中介組織所吸收到之能量極低 不會產生溫升，因此超音波可以在完全非侵入的條 件下破壞深層組織。因此，此種治療方法可以作為 輔助性外科切除患部之一相當有潛力之新工具。

腫瘤作單獨之熱手術治療: 主要是使用聚焦式超音波所產稱之高強能量來加熱 腫 瘤部位，並透過熱效應來殺死癌細胞。 超音波止血: 超音波聚焦所產生之瞬間高熱，除可治療腫瘤外， 亦可用來做內出血之處理。

醫用超音波 一個標準的醫用超音波系統大致分為發射與接收聲 波訊號的「探頭」（依探測部位與發射頻率不同， 一般有三種）、類比前端電路、將音訊「轉譯」為 影像的後端成像運算技術。

超音波探頭 利用所謂的壓電效應。 電壓機械波(雙向換能)。 具有發送超音波跟接受超音波的功能。

超音波探頭

何謂壓電效應 當對壓電材料施以物理壓力時，材料體內之電偶極 距會因壓縮而變短，此時壓電材料為抵抗這變化會 在材料相對的表面上產生等量正負電荷，以保持原 狀。這種由於形變而產生電極化的現象稱為「正壓 電效應」。 當在壓電材料表面施加電場（電壓），因電場作用 時電偶極距會被拉長，壓電材料為抵抗變化，會沿 電場方向伸長。這種通過電場作用而產生機械形變 的過程稱為「逆壓電效應」。

此為較誇張舉例的圖

壓電材料 壓電單晶體: 壓電單晶體大多數為鐵電晶體。另外還包括石英、 硫化鎘、氧化鋅、氮化鋁等晶體。 目前應用最廣泛的非鐵電性的石英壓電晶體、鐵電 型壓電晶體鈮酸鋰和鈮酸鉭等。

壓電多晶體（壓電陶瓷）: 陶瓷的壓電性質最早是在鈦酸鋇上發現的，1950年 左右發明的鋯鈦酸鉛（簡稱：PZT）則是迄今為止使 用最多的壓電陶瓷。 壓電聚合物: 早在1940年，蘇聯就曾發現木材具有壓電性。之後 又相繼在薴麻、絲竹、動物骨骼、皮膚、血管等組 織中發現了壓電性。1960年發現了人工合成的高分 子聚合物的壓電性。1969年發現電極化後的聚偏二 氟乙烯具有較強的壓電性。

壓電複合材料: 壓電複合材料是有兩種或多種材料複合而成的壓電 材料。常見的壓電複合材料為壓電陶瓷和聚合物 （例如聚偏氟乙烯活環氧樹脂）的兩相複合材料。 壓電複合材料在醫療、傳感、測量等領域有著廣泛 的應用。

後端影像應用技術 Amplitude (A) mode Brightness (B) mode Motion (M) mode Color Doppler

都卜勒效應

都卜勒效應公式 假如波源發出的頻率為fo 波源週期To 波長λo 波速vo的波 觀察者觀測的頻率為f 觀察者速度v 發聲體速度u

假如波源靜止 ，觀察者運動 1.觀察員接近 2.觀察員離開

若發聲體以u之速度向靜止的觀 察者接近 把前面的公式統整起來

聲波距離公式 此334是為音速

簡單計算題 甲車每秒32公尺，乙車每秒20公尺，甲領先乙， 乙車發出超音波（聲速每秒320公尺），0.4秒後聽 到回聲，求甲、乙兩車原本距離是多少？

X + Y =320 * 0.4 = 128……….(1) A = 0.4 *20 = 8 X = A + Y = 8 + Y………………(2) (1)(2) 解聯立方程式 X=68 , Y=60

從原乙到後甲，超音波共用了 X / 聲速 = 68 / 320 此段時間為原甲跑到後甲的時間 B B = ( 68 / 320 ) * 32 = 6.8 B + Z = X ， 6.8 + Z = 68 ， Z= 61.2

A-mode 一維的A-MODE可定量測待測物回波大小、待測物 位置及待測物的大小。 已經被B-MODE取代。

B-mode 把A-MODE所偵測到的振幅改用亮度顯示。 多條線掃瞄形成二維影像(X,Y) 。 最常見到的臨床使用方式。

M-mode 原理類似B-MODE，最大的不同在於B-MODE顯示為 一個區域的組織影像(空間座標) ，M-MODE則是顯示 一段時間的組織影像(時間座標)。 大部分只用於心臟診斷。

Color Doppler 比對B-MODE並應用都卜勒效應，所知道的差異並 幫其上色以期了解內部的動作快慢。 常用於測量血管內血液流速。

超音波動作原理

超音波檢查

診斷的附加裝置 超音波診斷用Gelly 由於音波碰到空氣幾乎就無法傳遞，所以探觸頭和 人體之間必須塗上媒介物來傳導。

註解 類比電路: 在類比電路和數位電路中，訊號的表達方式不同。對 類比訊號能夠執行的操作，例如放大、濾波、限幅等， 都可以對數位訊號進行操作後端成像運算技術。

參考資料 http://ultrasound.ee.ntu.edu.tw/classnotes/bme2/ 2007/3_26_07.pdf http://bmeimage.be.cycu.edu.tw/Lab/database/ult rasound2/ultrasound2.html http://www.julia4christ.org/TouchLife/surprise.ht m http://kenalice.pixnet.net/blog/post/41070253- 3p%E5%BF%83%E8%87%9F%E5%81%A5%E6% AA%A2-in- %E5%8F%B0%E5%8C%97%E5%B0%88%E5%BF %83