浅谈医用超声诊断设备的MI、TI

　　1. 超声波的热机制和机械机制

　　超声波在生物体系内传播过程中, 其振动能量不断地被媒质吸收转变成热能而使自身温度升高。如果声波同时还导致生物体系产生某种效应, 用其他加热办法获得同样温升, 并重显同样效应时, 那么可以说, 产生该生物效应的原因是热机制。超声在聚焦点能量集中, 从而导致该位置附近的温升要比非聚焦情况下温升几乎高出 1倍。骨骼的声吸收比软组织还要高出几十倍, 因而在骨骼处的致热效应将更严重, 特别是超声设备的聚焦点就在骨骼附近时, 温升甚至将达到 10 倍以上。

　　在某些出现超声生物效应的情况下, 超声产生的热量是微不足道的, 这时就不能把产生生物效应的原因归结为热机制。超声波既是机械振动能量的传播, 那么描述波动过程的各有关力学参量, 如质点位移、振动速度或加速度等, 都有可能与声波的生物效应有关。例如, 当频率为 1MHz、声强为 100W/cm²的平面声波, 在密度为 1g/cm³、声速为 1500m/s 的媒质中传播时, 声场中的媒质质点 位 移 为 0.18μm, 振 动 速 度 为 120cm/s, 加 速 度 为7400m/s², 声压为 1723kPa(17atm)。可以设想生物系中的生物大分子、细胞及组织结构, 处在这样激烈变化的机械运动场中, 其功能、生理过程乃至结构都可能会受到影响, 尤其重要的是, 声场中一些二阶声学参量会变明显起来, 从而可能会有各种非线性现象对生物效应做出贡献。

　　2. MI、TI 的原理

　　MI(机械指数)的值作为超声波机械机制(如空化)的指示器。它是用作估算机械生物效应的潜在性。机械效应的例子, 包括当超声压力波贯穿生物组织时围绕着可压缩的气泡运动, 及经由短暂气泡的气穴现象瓦解时的能量释放。

　　TI( 热指数) 是指在某一确定点衰减了声功率值与将此点组织温度升高 1 度所需的衰减了的声功率值的比值。TIB、TIS、TIC 的值作为超声波热机制的指示器。

　　3. MI、TI 的计算方法

　　3.1 单一工作模式下 MI 的确定

　　MI=P_raF_awf^-1/2/C_MI

　　式中: C_MI=1MPa MHz^-1/2

　　P_ra=Pr(z)10^{(-αfawf Z/10)} ，是衰减的峰值稀疏波声压, 以MPa 表示;

　　f_awf是声工作频率, 以 MHz 表示。

　　3.2 单一工作模式下 TI 的确定, 见表 1。

　　———Ipi,a(zb)是在 TIB 的深度 Zb 处的衰减的脉冲声强积分, 用 mj/cm²表示;

　　———prr 是脉冲重复频率, 用 Hz 表示;

　　———Pa(Zb)是在 TIB 的 zb 深度处衰减的声功率单位为 mW