超聲波檢查在骨骼肌肉系統的應用

超聲波治療是物理治療的方法之一，而超聲波檢查則一般會用於其他範疇如婦產科檢查、肝膽胰系統檢查等。不過，近年亦開始較多人利用超聲波來檢查骨骼肌肉系統毛病，那麼，超聲波診斷的原理又是怎樣的？

甚麼是超聲波？

超聲波又名「超音波」，是一種非電離輻射，可以用於獲取組織的即時影像。對應於頻譜中的聲音能量，它高於20Hz至20kHz的人類可聽範圍，並且以機械波的形式通過介質傳輸。聲音可以透過振動，令物體內的不同粒子產生碰撞，然後在介質（例如體內的組織和液體）中傳播，而且在傳播過程中，粒子不會偏離原來的位置。聲音具有與所有「波」相同的物理特性。頻率以赫茲 (Hz) 為單位，10Hz 即一秒鐘內10次完整振動。波的頻率愈高，聲音的音調愈高。健康的耳朵可以聽到 20至20,000Hz（20kHz）之間的聲音。作為醫療診斷工具，超音波頻率範圍在2至18MHz之間，所以屬於人類無法聽得見的超聲波聲音。

聲波的波浪有一個波峰和一個波谷，波谷是波浪能量最低的部分。振幅是從波谷到波峰的距離。波長是兩個波峰之間的距離，與頻率成反比，因此頻率愈高，波長愈短。在選擇合適的儀器和設定時，這個概念很重要。頻率愈高，影像解像度就愈高，但深度穿透度則愈低。例如，3.5MHz 探頭適用於腹部超音波檢查（TAUS），因為它具有更深的組織穿透力（超過 15 公分），但影像解像度相對較低。比較之下，用於手術中的超音波檢查（IOUS），7.5MHz 探頭是更合適的選擇，因為影像解像度比穿透深度（通常小於 8 cm）更重要。

不同應用範圍

應用於骨骼肌肉系統檢查的超聲波，通常使用12至18MHz 範圍內的高頻感測器。神經、肌腱和韌帶特別適合使用此技術進行評估。超高頻（20-70MHz）換能器最近變得普遍，而且可以更精細地顯示四肢的解剖細節。使用這些高頻感測器時，其影像解像度（會因應波長和脈衝持續時間而異）會在 50至100 μm 範圍內。隨著超音波波束頻率升高，空間解像度會隨之而增加，但穿透力會相對降低，所以超高頻感測器非常適合用於評估表面骨骼肌肉結構。

超音波影像是透過超音波探頭內的壓電晶體交換電能和聲能（壓電效應）而產生。當電能施加到超音波探頭時，壓電晶體會將電能轉換為聲能，並以聲波的形式從超音波探頭發射開去。當聲音到達目標（例如組織等）時，它會被反射回探頭（部分能量因吸收、散射、折射而損失）。反射波被探頭捕獲，壓電晶體就會將聲能轉換回電能，處理器就會將該能量轉換成超音波影像。電能與聲能之間的相互轉換就是壓電現象。

不同組織 不同傳播阻力

每種組織都有不同的特性，這些特性決定了它們對超音波傳播的阻力，這種特性稱為阻抗，對於超音波影像的創建至關重要。液體或含水量高的組織阻抗較低，而空氣和固體組織（氣體和骨骼）的阻抗較高。兩種組織之間的阻抗差異將決定聲音的反射方式。例如肌肉和骨骼之間的阻抗差異很大，故會導致大比例的超音波反射到探頭。另一方面，肝臟和腎臟（肝腎隱窩，又稱Morison間隙，是肝右葉與右腎之間潛在的間隙）之間的界面阻抗差異最小，只有少數波反射回探頭。由於空氣的阻抗很高，所以它會干擾聲能的傳輸，因此探頭和皮膚之間要使用凝膠作為介質，並為聲音傳輸創造有利的介面，才可以令超聲波容易傳到體內。

當聲音穿過組織時，能量會流失，這種現象稱為「衰減」。衰減與聲波傳播介質的阻抗有直接關係。而決定衰減的因素有折射（當界面組織與組織之間的成份改變時，聲波會偏離其原始方向）、散射（粒子撞擊到物體後，會朝不同方向反彈）和吸收（超聲波與粒子碰撞並使其振動，產生熱能並衰減超聲波功率）。當聲波從超聲波探測器傳播到目標時會衰減，當聲波返回探測器時也會衰減。反射波是返回的能量，被解釋為超音波影像。 反射是超音波影像學應用的主要原理，聲波透過該原理反射回源頭。

隨著超聲波儀器的不斷發展，物理治療師利用超聲波檢查和評估軟組織創傷等問題將會日趨普及。