第一章 超声诊断的物理基础
第二节 医用超声探头
超声探头是任何超声诊断系统内最重要的组件之一。如图1-2-1所示为各种不同类型的超声探头，选择符合某一诊断特征的超声探头是非常重要的。
一、超声探头的工作原理
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而产生变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上会出现正负相反的电荷。当去掉外力后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发射变形。电场去掉后，变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。超声探头正是利用压电材料的压电效应，实现声能和电能的相互转换，完成超声波的发射和接收。
超声诊断仪发射规则的电脉冲电压，超声探头将脉冲电压转换为超声波信号进入人体内组织。超声波在人体内遇到不同的组织界面，产生超声回波信号发射至超声探头，探头接收到回波信号并发送至超声诊断仪，经过处理后呈现出人体组织的图像信息，完成超声检查。
二、超声探头的基本结构
1.单阵元探头的基本结构
单阵元探头中只有一个压电晶体，压电晶体是产生逆压电效应和压电效应的元件，用来发射和接收超声波。当超声设备发出脉冲电压，压电晶体将该电压信号转换为超声波后发射到人体（电能转化为声能）。人体内的回声信号被压电晶体接收，转换成电信号传输至超声诊断设备（声能转化为电能）。
背衬块主要作用是吸收背向发射方向的声能，抑制多余振动，使发射脉冲变窄。
声学匹配层是介入压电晶体和患者体表之间，并且影响超声探头敏感度（即超声诊断系统探查弱回声信号的能力）的重要因素。匹配层的存在可以减小压电晶体和人体内软组织之间的声阻抗差异，增加超声波的透射而减少超声的反射，提升传导声能的能力。
外壳是压电晶体的结构件，起到支撑、容纳、密封、绝缘、承压、屏蔽及保护压电晶体的作用。探头通过插座与诊断仪器相连。电缆线为电信号的载体。
2.多阵元探头的基本结构 多阵元探头的结构与单阵元探头的结构类似。其阵元一般是通过切割（线阵等）或使用专用的夹具加工（凸阵）成特定形状的。图1-2-5为线阵探头的基本结构。
多阵元探头由多个压电晶片组成。图1-2-6中所示的分别是线阵探头、一维相控阵探头、凸阵探头、面阵探头的晶片排列图。
三、常用探头及应用
1、线阵探头
使用线阵探头进行检查时，要根据临床要求选取不同的工作频率。常见工作频率在3.5MHz左右的探头主要应用于腹部、妇产科、泌尿科等领域。根据病人的胖瘦和具体脏器的大小可选取不同长度尺寸线阵探头。工作频率在5MHz的，主要应用于中等深度的脏器、血管等的检查。工作频率在7.5MHz的，常应用于乳腺、甲状腺、颈动脉、眼睛等表浅脏器或血管的检查。
2.凸阵探头 相比于其他类型的探头，凸阵探头在临床使用时具有下述优点：
⑴与线阵探头相同的体表接触面在深部具有宽的多的视野。
⑵能比较容易避开骨头所引起的死角（例如肋骨弓内、剑突下、耻骨联合下）进行观察。
⑶能避开由气体引起的死角（例如肺、胃、十二指肠等）进行观察（由于凸阵前部是圆弧状，所以压迫探头具有排除部分气体的效果。且能够自由选择方向进行压迫排气，操作方便）。
在临床使用中选择凸阵探头时，可根据病人具体情况和所检察脏器的大小选择探头的工作频率及曲率半径。图1-2-8为常用工作频率和曲率半径的凸阵探头。
工作频率在3.5MHz、曲率半径为R76mm的探头，适用于胖人、腹部深部脏器等；工作频率3.5MHz、曲率半径为R60mm和R40mm的探头，是腹部、妇产科、泌尿科应用最广泛的探头；3.5MHz的微凸探头，曲率半径为R30mm和R20mm甚至更小，可用于探查心脏和胎儿脏器。
临床中使用工作频率在5MHz的探头进行检查时，所能探测的深度浅一些，但分辨率相较于3.5MHz的探头会好一些。凸阵探头中工作频率达到或超过6.5MHz的，常适用于表浅脏器、外周血管等领域。同样需要根据病人和检查脏器的需求，选择不同的曲率半径。
3.相控阵探头 相控阵探头有1维阵列探头、1.5维阵列探头和2维列阵探头之分。其中临床上应用最为广泛的是1维阵列探头。相控阵探头的显著特点是声窗面积小，采用扇形电子扫描方式可得到视野宽阔的图像，可通过人体肋部间狭缝进行检查（图1-2-9）。
相控阵探头主要用于心脏疾病的诊断，在彩色多普勒超声诊断中配备较多。
4.专用超声探头 专用超声探头是指专门用于某个领域的具有特殊技术要求和功能的超声探头，常见的专用超声探头有腔内探头和术中探头。
⑴腔内探头：通过相应的体腔，避开肺气、肠胃气和骨组织，接近被检的深部组织，提高可检查性和分辨率。
目前已有经直肠探头、经尿道探头、经阴道探头、经食道探头、胃镜探头和腹腔镜探头。这些探头有机械式、线控式或凸阵式；有不同的扇形角；有单平面式和多平面式。其频率都比较高，一般在6MHz左右。近年还发展了口径小于2mm、频率在30MHz以上的经血管探头。
⑵术中探头：在手术过程中用来显示体内结构及手术器械位置的高频探头，频率在7MHz左右，具有体积小，分辨率高的特点。
介入性超声是现代超声医学的一个重要分支，这是在超声显像发展的基础上，为了进一步满足临床诊断和治疗的需要发展起来的。其主要是在实时超声的监视或引导下，通过穿刺完成诸如活检、抽液等操作
四、超声耦合剂
当使用超声探头向人体发射或接收超声信号时，探头和人体体表之间的空气会引起超声波强烈的反射，难以形成有效的“发射-接收”。耦合剂的主要作用即是排除超声探头和患者体表之间的空气、使其能够形成有效的“发射-接收”。除此之外，耦合剂还具有使探头容易滑动的作用。
用于超声检查的耦合剂一般以水为主要成分，为了防止流淌而加入了适当调节黏度的粘稠剂。此外，为了防止耦合剂干燥还加入了保湿剂。
在进行超声检查时，应根据诊断方式选择适当的耦合剂。当侧卧进行心脏检查时需要黏度高的耦合剂。当需要从不同方向观察胎儿时，需采用黏稠度低的耦合剂，使其容易涂抹。进行特殊部位检查时，使用灭菌的耦合剂。进行穿刺时，也可把浸泡过消毒液的纱布放在探头一侧，并不断适当拧挤消毒液进行操作。
五、超声探头使用的安全性
在超声探头的使用过程中，需防止探头污染、关注探头表面温度以防热损伤。
1.探头污染 超声探头在使用过程中，容易受到外界细菌污染。使用者要重视对超声探头的日常管理，加强对超声探头消毒的意识，注意消毒方法和消毒效果，认真执行消毒卫生标准相关规定，严格进行无菌操作，减少在超声检查中因探头污染引起感染的机会。
常用的探头灭菌消毒方法有：
⑴物理消毒方法：每天检查完患者后，用生理盐水擦净医用超声探头。定时采用紫外线照射。
⑵化学消毒方法：超声影像室应备有75%酒精棉球或1%84消毒液棉球，每检查完一个患者都应用消毒液棉球擦拭探头，以达到更好的消毒灭菌效果。
需要注意，超声探头内部装有压电陶瓷，高温消毒会使探头失去功能，因此，无论在什么情况下，都不允许使用高温消毒。
（注：专用探头一定要按照院感要求严格消毒，防止交叉感染，例经食道探头）
2.探头表面热损伤 由于探头组件内部的能量损失，部分电能将转化为探头组件的热能。应密切关注探头表面的温度，不宜超过法规规定的上限，否则将对患者产生热损伤。
GB9706.9《医用电气设备 第2-37部分：超声诊断和监护设备安全专用要求》中规定不论是体表应用探头还是腔内应用探头，与人体接触部位最高温度不得超过43°C。经食道应用的探头，若有能力超过41°C，则应显示表面温度或应向操作者提供其他的指示。
