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診斷與治療用途的醫用超音波(diagnostic medical ultrasound)簡介
皮膚科 王修含 醫師 (台大醫院皮膚部 皮膚高頻超音波特別門診負責醫師)
「超音波」又稱為「超聲波」，在物理定義上，超音波屬於一種聲波，也是一種機械波，人類耳朵可聽到的聲波頻率介於20~20,000 Hz之間，因此頻率大於20,000 Hz的聲波稱為「超音波」(ultrasound)，而頻率小於20Hz的聲波，則稱為「超低頻音、次聲、次音」(infrasound)。
超音波的研究歷史，可追溯自1880年居禮兄弟Jacques Curie (1855-1941)與Pierre Curie(1859-1906)發現「壓電效應」(piezoelectric effect)(註：Pierre Curie的妻子正是著名的居禮夫人)。他們發現石英(quartz)等礦物晶體受到壓力時，因體積發生變化，晶體表面會出現微小的電荷，若將這種晶體放在電場內，則會出現體積變化，因此這種壓電現象是可逆的變化。當晶體受到壓力，造成體積變化而產生電壓時，稱為「正壓電效應」，反之若因電壓造成體積變化，則稱為「逆壓電效應」。這類具有壓電效應的物質，則稱為「壓電材料」，壓電材料除了天然晶體，亦可以人工合成。這種可將能量在電能與壓力之間轉變的性質，稱為「壓電特性」(piezoelectricity)。
超音波科技正式被重視與大量應用，起啟於1940年代的二次世界大戰，當時以此科技製造成「聲納」(SONAR)，用來進行水下探測。二次大戰後，這類科技被運用至醫學，在1950年代出現醫療用途的醫用超音波(medical ultrasound)。
醫用超音波可分為診斷與治療兩個方面，治療用的超音波的頻率較低，可應用於復健與皮膚美容等用途，而診斷用的超音波則採用較高的頻率。用於一般超音波影像 的超音波頻率，通常界於2-15 MHz之間，頻率(frequency)愈高，則解析度(resolution)愈高，但穿透深度(penetration depth)也隨之降低。皮膚科學的診斷用超音波影像，需極高的解析度以分辨細微的變化，但探測深度僅需聚焦於表淺的組織，因此多採用高頻率的超音波，至 少需10MHz以上，若要獲得更高的解析度，甚至可採用高達20MHz或50MHz的超音波探頭。
診斷用醫用超音波(diagnostic medical ultrasound)的基本原理，是因為超音波在不同的生物組織內前進時，會有相異的速度。若遇到不同的組織界面，會出現明顯的反射，造成信號上的變化，可利用這個變化探測身體內部組織，進而描繪出組織之影像。易言之，醫用超音波採用「脈衝-回音」的原理(pulse-echo principle)，由超音波探頭(ultrasound transducer)將電氣信號轉變成超音波的脈衝，由體表進入組織內部，當這個脈衝遇到組織界面時，會出現回音，再由探頭接收這個回音，將回音轉換回電氣信號，完成探測過程，再由電腦進行資料處理，形成醫療人員所見到的信號或圖形。一般而言，聲波的傳遞速率，在固體最高，其次為液體，而在氣體內最慢。因此於一般的溫度下，超音波在金屬內的傳遞速率，可達3000-6000 m/s，在水中的速率則為1497 m/s，血液 1570 m/s、軟組織(其中約有70%由水分構成) 1540 m/s、整層皮膚內的平均速率約1577 m/s、脂肪 1440 m/s，但在空氣則僅有 330 m/s。
若以診斷用超音波探頭頻率對照不同的醫療用途，大致可區分如下：
2.5 MHz：深部腹部器官、婦產科
3.5 MHz：一般的腹部探測、婦產科
5.0 MHz：血管外科、乳房外科、產科
7.5 MHz：乳房、甲狀腺
10.0 MHz：皮膚科、表淺軟組織、表淺血管、乳房、甲狀腺
20~50 MHz：皮膚科
自1940年代起，高強度聚焦超音波(High-intensity focused ultrasound, HIFU)逐漸被應用於臨床治療，亦即所謂的「超音波手術」。至1970年代，超音波高熱療法已被廣泛運用，利用高強度超音波，可將組織加熱至42-45oC之間，並持續30-60分鐘。1990年 代之後，出現許多與高強度聚焦超音波相關的研究。高強度聚焦超音波採用大面積且幾何聚焦特性較好的探頭，有利於發射較高的能量，且可精確定位於病灶部位， 在多次治療下，也不會出現累積性的劑量傷害，在治療過程中，亦可同時進行超音波造影。除了用於破壞腫瘤組織，高強度聚焦超音波也有不錯的止血效果，可處理 大血管破裂導致的內出血問題。
高強度聚焦超音波在臨床上的用途，包括治療良性或惡性腫瘤，例如肝癌、胰臟癌、前列腺癌、腎細胞癌(renal cell carcinoma)、膀胱癌、肉瘤(sarcoma)等；此外，HIFU尚可運用於止血、血栓溶解、藥物與基因傳遞等。在皮膚科與美容醫學方面，HIFU科技已被應用於破壞目標區域皮下脂肪，也就是所謂的「超音波溶脂」，可達到體雕(body contouring)的效果。
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皮膚科 王修含 醫師 (台大醫院皮膚部 皮膚高頻超音波特別門診負責醫師)
「超音波」又稱為「超聲波」，在物理定義上，超音波屬於一種聲波，也是一種機械波，人類耳朵可聽到的聲波頻率介於20~20,000 Hz之間，因此頻率大於20,000 Hz的聲波稱為「超音波」(ultrasound)，而頻率小於20Hz的聲波，則稱為「超低頻音、次聲、次音」(infrasound)。
超音波的研究歷史，可追溯自1880年居禮兄弟Jacques Curie (1855-1941)與Pierre Curie(1859-1906)發現「壓電效應」(piezoelectric effect)(註：Pierre Curie的妻子正是著名的居禮夫人)。他們發現石英(quartz)等礦物晶體受到壓力時，因體積發生變化，晶體表面會出現微小的電荷，若將這種晶體放在電場內，則會出現體積變化，因此這種壓電現象是可逆的變化。當晶體受到壓力，造成體積變化而產生電壓時，稱為「正壓電效應」，反之若因電壓造成體積變化，則稱為「逆壓電效應」。這類具有壓電效應的物質，則稱為「壓電材料」，壓電材料除了天然晶體，亦可以人工合成。這種可將能量在電能與壓力之間轉變的性質，稱為「壓電特性」(piezoelectricity)。
超音波科技正式被重視與大量應用，起啟於1940年代的二次世界大戰，當時以此科技製造成「聲納」(SONAR)，用來進行水下探測。二次大戰後，這類科技被運用至醫學，在1950年代出現醫療用途的醫用超音波(medical ultrasound)。
醫用超音波可分為診斷與治療兩個方面，治療用的超音波的頻率較低，可應用於復健與皮膚美容等用途，而診斷用的超音波則採用較高的頻率。用於一般超音波影像 的超音波頻率，通常界於2-15 MHz之間，頻率(frequency)愈高，則解析度(resolution)愈高，但穿透深度(penetration depth)也隨之降低。皮膚科學的診斷用超音波影像，需極高的解析度以分辨細微的變化，但探測深度僅需聚焦於表淺的組織，因此多採用高頻率的超音波，至 少需10MHz以上，若要獲得更高的解析度，甚至可採用高達20MHz或50MHz的超音波探頭。
診斷用醫用超音波(diagnostic medical ultrasound)的基本原理，是因為超音波在不同的生物組織內前進時，會有相異的速度。若遇到不同的組織界面，會出現明顯的反射，造成信號上的變化，可利用這個變化探測身體內部組織，進而描繪出組織之影像。易言之，醫用超音波採用「脈衝-回音」的原理(pulse-echo principle)，由超音波探頭(ultrasound transducer)將電氣信號轉變成超音波的脈衝，由體表進入組織內部，當這個脈衝遇到組織界面時，會出現回音，再由探頭接收這個回音，將回音轉換回電氣信號，完成探測過程，再由電腦進行資料處理，形成醫療人員所見到的信號或圖形。一般而言，聲波的傳遞速率，在固體最高，其次為液體，而在氣體內最慢。因此於一般的溫度下，超音波在金屬內的傳遞速率，可達3000-6000 m/s，在水中的速率則為1497 m/s，血液 1570 m/s、軟組織(其中約有70%由水分構成) 1540 m/s、整層皮膚內的平均速率約1577 m/s、脂肪 1440 m/s，但在空氣則僅有 330 m/s。
若以診斷用超音波探頭頻率對照不同的醫療用途，大致可區分如下：
2.5 MHz：深部腹部器官、婦產科
3.5 MHz：一般的腹部探測、婦產科
5.0 MHz：血管外科、乳房外科、產科
7.5 MHz：乳房、甲狀腺
10.0 MHz：皮膚科、表淺軟組織、表淺血管、乳房、甲狀腺
20~50 MHz：皮膚科
自1940年代起，高強度聚焦超音波(High-intensity focused ultrasound, HIFU)逐漸被應用於臨床治療，亦即所謂的「超音波手術」。至1970年代，超音波高熱療法已被廣泛運用，利用高強度超音波，可將組織加熱至42-45oC之間，並持續30-60分鐘。1990年 代之後，出現許多與高強度聚焦超音波相關的研究。高強度聚焦超音波採用大面積且幾何聚焦特性較好的探頭，有利於發射較高的能量，且可精確定位於病灶部位， 在多次治療下，也不會出現累積性的劑量傷害，在治療過程中，亦可同時進行超音波造影。除了用於破壞腫瘤組織，高強度聚焦超音波也有不錯的止血效果，可處理 大血管破裂導致的內出血問題。
高強度聚焦超音波在臨床上的用途，包括治療良性或惡性腫瘤，例如肝癌、胰臟癌、前列腺癌、腎細胞癌(renal cell carcinoma)、膀胱癌、肉瘤(sarcoma)等；此外，HIFU尚可運用於止血、血栓溶解、藥物與基因傳遞等。在皮膚科與美容醫學方面，HIFU科技已被應用於破壞目標區域皮下脂肪，也就是所謂的「超音波溶脂」，可達到體雕(body contouring)的效果。
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