大多数人一想到超声波，就会想到孕妇和产前检查。但是技术和技术的进步使得超声成像在包括肺部疾病在内的各种医学应用中越来越有价值。
这在一定程度上是引人注目的，因为人们曾经认为超声波在评估肺部健康方面永远不会有用。这是很重要的，因为它可以改善一个有价值的诊断工具。
为了进一步了解超声在临床医学中的新作用，我们采访了玛丽穆勒，声物理专家，北卡罗来纳州机械和航天工程系副教授。
摘要：阈值问题:什么是超声波为什么我们要在医学上使用它?
玛丽·穆勒：超声波是高频声波。它们的频率可以在20千赫兹(kHz)和几十或几百兆赫(MHz)之间的任何地方。人类听不到20千赫以上的声音，但狗可以。蝙蝠的信号可以达到200千赫。
在医学上，超声波被用作制造体内结构图像的工具。超声成像是基于回声定位的原理。超声波探头将超声波脉冲送入人体。当超声脉冲击中人体内部的一个结构时，它会被反射到探针上。因为我们知道声音在人体内的速度，我们只需要测量超声波脉冲反弹回来的时间，就可以估算出物体的距离。图像就是这样形成的。蝙蝠用同样的原理在黑暗中飞行而不撞到障碍物。它们发出超声波脉冲，等待回音，并确定距离。这也是声纳的工作原理。
助教：许多人都熟悉使用超声波来观察人的心脏发生了什么，或者观察怀孕过程中的发展。为什么很难用超声波来观察肺部发生了什么？
穆勒：肺中有数百万充满空气的肺泡。这些空气袋将超声波向随机方向散射。因此，当超声脉冲被送入肺部并返回探头时，很难知道超声脉冲走过的路径。这种脉冲可能在组织中沿一条长而随机的路径传播，而不是像在其他生物组织中那样沿直线传播。这使得成像非常困难。
这就像在一个房间里试图确定一个物体的位置，房间的墙壁上会铺上数百万块破碎的镜子，所有的镜子都面对着随机的方向。你不知道什么在哪里，也看不清楚。
助教：你为什么想看肺里发生了什么?
我们在超声波方面的每一项创新都有可能影响数百万患者，包括农村地区和发展中国家的患者。
穆勒：超声是一种伟大的成像技术，主要有三个原因。首先，它是非侵入性和非电离性的。这意味着你可以随着时间的推移跟踪病人的进展，并多次重复评估，而不会让他们暴露在危险的辐射中。这使得它成为监测慢性疾病(如肺纤维化)的理想工具。它还可以很好地监测患者对治疗的反应。其次，它是实时工作的——几乎没有时间延迟。例如，这意味着人们可以观察动态现象，并使用超声成像来指导手术。第三，它相对便宜，而且可以广泛使用。这是我最感兴趣的方面。我们在超声波方面的每一项创新都有可能影响数百万患者，包括农村地区和发展中国家的患者。
助教：为什么肺超声现在越来越受关注?是因为科技的进步吗?
穆勒：COVID-19大流行表明迫切需要一种快速、简便的肺部评估方法。由于成千上万的人出现冠状病毒相关肺炎，CT扫描不再是一种选择。
另一个重要因素是，第一波疫情对意大利的打击尤为严重，超声波成像在意大利已经较为普遍。因此，我们已经看到了大量的关于COVID-19患者超声成像结果的研究。不幸的是，医院里的临床扫描仪只允许常规超声成像。它们不是用来观察肺的。正如我们上面所说的，使用传统的超声波很难获得良好的肺部图像。由于人们不能真正制作肺部图像，他们正在寻找伪影——这是超声图像中出现的现象，可以用来帮助诊断特定的疾病。
COVID-19大流行表明，迫切需要一种方法来进行快速、简单的肺部评估。
例如，如果有肺炎，肺部会有充满液体的区域。超声波不能直接穿过肺中的空气包，但这些声波能够穿过充满液体的肺部分。换言之，对于危重病人来说，满是碎镜子的房间有没有镜子的区域。这将在超声图像上显示为一条垂直的亮线，称为“B线”。最近的研究利用B线的存在来评估COVID-19的严重程度。
不幸的是，这种方法有很大的局限性：它是定性的，而不是定量的。它会告诉你病人情况不好，但不会说情况有多糟。它也没有特异性：无论患者是否患有共济失调、充血性心力衰竭或肺纤维化，这些伪影都具有相同的外观。最后，我们知道这种方法是高度依赖于运算符的。根据手持探头的人和方式，这些B线可能会出现，也可能不会出现。
这就是我们在我的实验室所做的工作:我们如何使肺超声定量，特异性和操作员无关?为了做到这一点，我们利用了我们的波动物理知识。
助教：你的工作包括“护理点”和外科应用。我知道点护理应用程序是你可能在家庭医生那里看到的东西，而不是在医院。你能给我举个例子说明你的工作是如何适应护理点的吗？
穆勒：即时医疗是指与CT和MRI等成像技术相对立的医疗技术，后者的图像是由远离患者的训练有素的专家解读的。即时护理对我来说意义重大，因为我知道在这里我可以为很多病人带来巨大的改变。
如果你仔细想想，开发定量的和独立于操作者的方法意味着任何临床医生，任何技术人员，任何人都可以进行测量。你不需要一个技术高超，训练有素的医生来做这件事。事实上，随着超声波技术的发展，我可以预见在不久的将来，你将能够在家里有一个小探头，连接到你的智能手机上，你可以用它来监测你自己的健康状况，就像你在测体温一样。但要做到这一点，技术必须足够强大，它将给你一个明确的定义数量，而不是你需要解释的图像。这是我正在做的项目之一。
随着超声波技术的发展，我可以预见在不久的将来，你将能够在家里有一个与智能手机相连的小探针，你可以用它来监测自己的健康。
在我的实验室里，我们开发了特殊的超声算法来检测和量化肺纤维化和肺水肿。我们依靠波在复杂介质中传播的物理特性来提取肺的微观结构。纤维化和水肿都会改变肺的微观结构。这反过来又改变了超声波与微结构相互作用的方式，我们测量了这些变化。肺纤维化和肺水肿（与充血性心力衰竭相关）影响数百万人。我们的目标是开发既具体又定量的技术。这将使它们得以广泛部署，并经常用于私人实践，用于筛查、诊断和监测。在肺纤维化的情况下，监测尤其重要，因为过去几年出现了新的治疗方法。我们希望跟踪这些患者，看看他们对这些新疗法的反应[编者按:你可以了解更多穆勒关于肺纤维化和水肿的研究.]
助教：你的工作如何在外科手术中使用？
穆勒：这是我们工作的另一个方面。我们再次基于波在复杂介质中传播的物理原理，开发了实时定位肺结节的方法。肺结节是肺部的小组织块，可以是良性的，也可以是癌变的。
CT扫描可检出结节。如果它们足够边缘化，就用电视胸腔镜手术（VATS）切除。外科医生使用外科缝合器来切除病变，如果是癌变，关键是不能留下肿瘤的任何部分。这不容易做到，因为外科医生在手术中看不到肿瘤。
外科医生有时试图用手指触诊结节，但不好的意外是常见的。要么外科医生找不到肿瘤，要么他们确实找到了，但无法在安全范围内切除肿瘤。这就是为什么需要在手术中使用实时成像设备的原因。CT成像在发现病变方面有很大的优势，但它不能实时工作。我们开发的这项技术的原理是，从超声波的角度来看，肺组织是一种高度复杂的介质，而结节则不是。通过绘制组织的复杂程度，我们得到了一张组织图，这反过来又使我们能够准确地检测和定位结节。
助教：现在肺动脉超声领域面临的最大挑战是什么?该领域如何应对这些挑战?
穆勒：肺超音波最大的挑战在于它目前不是定量的，也不是基于基本原理。
目前的肺超声检查方法是基于与其他组织相同的假设：假设介质相当均匀。因为肺是如此复杂，这些假设不成立。因此，肺部超声图像不是肺部的解剖学表现。这使得过程的均匀化非常具有挑战性，并且使肺损伤的定量化变得不可能。解释肺部超声目前是一个高度主观的业务。
我们正与世界各地的肺超声专家一起努力改善这一状况。我们制定了一系列与该专题有关的发言，这些发言将提交给一个更大的专家团体。为了达成共识，报表将使用德尔菲法评分。但同样重要的是，这个新的共识不能被视为表面价值，而且随着研究的进展和新工具的出现，社区保持开放的心态。
