雖然人類早已觀察到不少動物(如蝙蝠、鯨、海豚等)能發(fā)生及感受超聲,但壓電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后,人類才可能制造適于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的超聲波。超聲治療機(jī)和更為復(fù)雜的超聲診斷儀的發(fā)明均基于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
如“A型”超聲診斷是以曲線的幅度來反映反射回聲的強(qiáng)弱,因此需要用陰極射線示波器才能實(shí)現(xiàn),而“B型”超聲診斷則除了掃描技術(shù)外,更需灰階調(diào)制,實(shí)時(shí)成像、聚焦,圖像的預(yù)處理及后處理等。技術(shù)及裝備的發(fā)展,以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入。
1927年出現(xiàn)關(guān)于超聲波生物學(xué)效應(yīng)的文章后,次年就有人將超聲波試用于慢性耳聾的治療,以后超聲波治療不斷發(fā)展。到了二十世紀(jì)50年代,超聲治療工作已經(jīng)成熟,但超聲診斷工作對儀器要求更高,故發(fā)展較慢。
直至1950年,隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,超聲脈沖反射技術(shù)和陰極射線示波器的采用,幅度調(diào)制型超聲診斷才得以用于臨床。在輝度調(diào)制型超聲診斷中,運(yùn)動型或時(shí)間-運(yùn)動型出現(xiàn)較早,此即日后稱為超聲心動圖的心臟診斷技術(shù)。二維聲像圖則需要更高級、更尖端的技術(shù),故出現(xiàn)更晚。
超聲波對人體可以產(chǎn)生熱的作用,這種熱作用在很長一段時(shí)間內(nèi)被當(dāng)作超聲治療的主要機(jī)理。此后又發(fā)現(xiàn)超聲振動會引起組織內(nèi)微細(xì)的按摩作用(又稱細(xì)胞按摩),雖人體不能感覺,但它卻是治療作用的基礎(chǔ),其他的理論效應(yīng)以及熱作用均源于此。
超聲能改變神經(jīng)系統(tǒng)(中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng))的興奮性、傳導(dǎo)功能和動作電位等,甚至引起結(jié)構(gòu)、形態(tài)的變化。神經(jīng)系統(tǒng)對超聲遠(yuǎn)較其他組織敏感,神經(jīng)細(xì)胞的敏感性又高于膠質(zhì)細(xì)胞,而神經(jīng)細(xì)胞體高于神經(jīng)纖維。
超聲可引起肌張力變化、肌原纖維凝集,使其中出現(xiàn)空泡、變性;可引起消化液增加,胃腸蠕動增強(qiáng)、水腫,滲出、瘀血,甚至出血;小劑量(安全量)超聲波對生殖、泌尿、內(nèi)分泌、骨骼、心血管等系統(tǒng)有促進(jìn)功能的作用,但大劑量(損害量)則造成組織不可逆的損傷。
超聲對人體組織有選擇作用,如超聲只去除堅(jiān)硬的牙垢而不損傷柔軟的牙齦,故超聲潔齒有不出血操作的美稱;體外震波(壓電效應(yīng)震波)對結(jié)石的粉碎作用遠(yuǎn)大于對周圍組織的破壞;超聲對某種細(xì)胞有特殊的“親和力”,或某些細(xì)胞對超聲特別敏感,在一定條件的超聲波作用下,一些細(xì)胞破壞、死亡,而夾雜其間的其他細(xì)胞卻可安然無恙。
如腦垂體直射治療能選擇性地破壞腫瘤細(xì)胞,而不波及其他細(xì)胞,是一種治療肢端肥大癥的安全方法。超聲節(jié)育技術(shù)也是基于一定條件的超聲波只影響生精細(xì)胞的生長,而又不損害睪丸的間質(zhì)細(xì)胞的原理而開發(fā)的。
超聲治療時(shí)要控制劑量、超聲診斷時(shí)要求更為嚴(yán)格,尤其在產(chǎn)科應(yīng)用時(shí)必需考慮到超聲對胚胎的影響。另一方面,為了有意地破壞組織,將聚焦產(chǎn)生的超聲波用于顱內(nèi)手術(shù)和體外震波碎石。
超聲還可用于細(xì)胞或亞細(xì)胞水平的研究。超聲照射血液后會出現(xiàn)紅細(xì)胞聚集成緡錢狀排列的假血栓、異型及大小不等的紅細(xì)胞增加、而淋巴細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞減少等的現(xiàn)象。在各種血細(xì)胞中淋巴細(xì)胞及單核細(xì)胞對超聲抵抗能力最大,嗜酸性粒細(xì)胞則敏感,各種細(xì)胞對超聲的抵抗能力又受飲食、睡眠、內(nèi)分泌、勞動、疾病、年齡等的影響。超聲作用下血紅蛋白、氫離子濃度、血糖、膽固醇、乳酸、出血時(shí)間、凝血時(shí)間也有變化。
超聲在分子水平的生物學(xué)效應(yīng)包括對DNA的解聚作用等,超聲可以分裂各種多糖和單糖、核酸,使淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)楹拱被崦摪焙头至训獨(dú)滏I等。超聲還能改變維生素、酶、激素的活力及功能。
超聲在臨床上的應(yīng)用可分為超聲診斷和超聲療法。超聲診斷無損傷性、檢查方便,圖像直觀,診斷快速,故應(yīng)用廣泛。
超聲檢測技術(shù)除用于疾病診斷及動態(tài)觀察病情變化外,還用于許多反映機(jī)體及其組織生理、病理狀態(tài)的測量工作。如測量眼軸和晶狀體曲度以診斷及矯正屈光不正;測量脂肪厚度以了解肥胖與否及脂肪分布;測量骨質(zhì)密度以診斷骨質(zhì)稀疏與否及觀察骨質(zhì)狀態(tài)等等。
超聲療法包括傳統(tǒng)超聲波療法、小聲頭局部治療、超聲針灸、用大直徑聲頭的大面積治療(透聲療法)、應(yīng)用超聲波把藥物推入人體內(nèi)的超聲藥物透入療法(聲透療法)。超聲波治療與其他治療的復(fù)合應(yīng)用也極多。
超聲波的特殊治療目前已有超聲波接觸性碎石與非接觸性(聚焦)碎石,白內(nèi)障的超聲乳化,根管治療,去除金屬牙冠等。超聲顱腦手術(shù)、超聲治療癌癥也在研究中。