超声成像系统的原理|分类|应用

　　超声成像系统是运用超声波的物理特性、成像原理以及人体组织器官的特征和临床医学基础知识，通过观察人体组织、器官形态和功能变化的声像表现，探讨疾病的发SF展规律，从而达到诊断与zhi疗疾病的目的的仪器。

　　1942年奥地利TDussik使用A型超声成像系统来穿透性探测颅脑，并于1949年成功地获得了头部(包括脑室)的超声图象。

　　1951年Wild和Reid首先应用A型超声成像系统对人体检测并报道了了乳腺癌的回声图象。

　　1954年Donald应用超声波作妇产科检查，随后开始用于腹部器官的超声检查。

　　1965年Lallagen首先应用Doppler法检测胎心及某些血管疾病。

　　1973年荷兰Bon首先报道实时超声显像仪，它是Z早真正用于检查诊断心脏病的切面实时超声显像仪。

　　70年代脉冲多普勒与二维超声结合成双功能超声成像系统，能选择性获得取样部位的血流频谱。快速傅立叶变换技术的应用，使得超声成像系统可以取得某些以前只有用侵入性方法才能获得的血流动力学数据。

　　80年代后，超声成像系统不断发展，应用数字扫描转换成像技术，图象的清晰度和分辨率进一步提高。脉冲与连续频谱多普勒联合应用，近一步提高了诊断的准确性。80年代彩色多普勒新技术的兴起，能实时地获取异常血流的直观图象，不仅在诊断心脏瓣膜疾病与先天性心脏疾病方面显示了独特的优越性，而且可以用于检测大血管、周围血管与脏器血管的病理改变，在临床上具有重要的意义。

　　1992年McDicken等人率先提出多普勒组织成像技术，随后此技术被广泛应用于临床分析心肌活动的功能，为临床心脏疾病的诊断与zhi疗提供了一种安全简便、无创的检测手段。

　　20世纪90年代三维超声成像系统在开始成熟，出现了一些商业系统，并逐步用于临床，在很多应用领域表现出了优于传统二维超声的特性。

　　近年来，超声成像系统处于快速发展中，很多新

　　超声成像系统在上世纪七十年代就已经应用于人体组织，当时，超声成像系统可以显示人体组织器官散射的结构信息，Z初为静态图像，随着电子技术、计算机、医学图像处理等技术发展，实现了超声成像系统的实时动态显示。

　　一、超声成像的基础

　　超声成像系统是利用超声波的声成像。目前的医用超声成像系统都是利用超声波照射人体，通过接收和处理裁有人体组织或结构性质特征信息的回波，获得人体组织性质与结构的可见图像的方法和技术。它有自己独特的优点，是其他成像所不能代替的：

　　1、有高的软组织分辨力：组织只要有1‰的声阻抗差异，超声成像系统就能检测出并显示其反射回波。目前，超声成像已能在近二十厘米的检测深度范同，获取优于1米的图像空间分辨力。

　　2、具有高度的安全性：当严格控制声强低于安全阂值时，超声成像系统可能成为一种无损伤的诊断技术，对医务人员更是十分安全。

　　3、实时成像：超声成像系统能高速实时成像，可以观察运动的器官，并节省检查时间。

　　4、使用简便，费用较低，用途广泛。

　　二、不同组织回声声学类型

　　根据各种组织回声特征，可以把人体组织、器官概括为四种声学类型：

　　1、无反射型

　　血液、腹水、羊水、尿液、脓汁等液体物质，结构均匀，其内部没有明显声阻抗差异，反射系数近似为零，所以无反射回波，即使加大增益也探查不到反射回波。这种液体的声像图特点是无回声暗区或称之为液性暗区。由于无反射，吸收少，声能透射好，所以后壁回声增强。

　　2、少反射型

　　实质均匀的软组织，声阻抗差异较少，反射系数小，回声幅度低，检查用低增益时，相应区域表现为暗区，增加增益时，呈密集反射光点，即少反射型或低回声区。

　　3、多反射型

　　结构复杂的实质组织，声阻抗差异较大，反射较多且强，探查用低增益时，即可呈现多个反射光点，增加增益时，回声光点更为密集明亮，称为多反射型或高回声区。

　　4、全反射型

　　软组织与含

　　超声成像系统在医院中具有十分重要的地位，为诊断心血管疾病提供了有力的手段。超声成像系统是精密的电子仪器，其对温度、湿度、空气有严格的要求，为确保其GX地运行，合理地进行维护保养具有十分重要的意义。

　　超声成像系统内环境的清洁保养

　　一般的超声成像系统都是风冷散热，设备内部设计有很多风机，形成固定的风道，吸入外界的冷风把产热部件的热量带出设备以达到散热目的。

　　超声成像系统的高压驱动部分会有产生高压的大功率器件，高压功率器件在工作状态会吸附灰尘，灰尘堆积在功率元件的表面形成隔热层，即使内部风道畅通也不能把局部功率器件所产生的热量带走，造成功率元件的温度升高，使元器件不能正常工作，造成设备的故障。

　　如果超声成像系统刚开机一段时间正常，工作几个小时后出现死机、重启、超声扇区不正常(抖动、频繁闪动)等，初步判断为超声成像系统积累的灰尘所致。需要对设备进行拆开外壳除尘，一般除尘操作后此类故障都能解决。

　　超声探头的保养

　　超声成像系统的核心部件是超声探头，超声探头是超声波的发射源与接收源，对于超声探头的保养极其重要。

　　1、在超声成像系统除尘过程中，检查探头表面的橡胶是否有破损，如果橡胶面的破损严重在做检查时，破损处与病人身体接触面在耦合剂的作用下会产生空腔，图像变形影响诊断。

　　2、检查超声探头手柄根部的连线保护外皮是否有断裂，是否有漏出内部数据线的现象。数据线非常细，在没有外皮的保护下很容易扯断，扯断后进行一般的焊接效果并不理想，所以发现有超声手柄外皮老化断裂的现象要及时处理。

　　3、超声探头的导线外皮的老化断裂和对探头拿捏的方式有很大关系，具体的要求是不让探头导线折死角。操作超声成像系统时习惯了不正确的抓握探头的方法，不注意探头后的导线因自然垂落而折了很大的角度，就会造成探头导线外皮一侧长时间拉伸、老化、断裂。

　　4、探头表面的橡胶常有破损的情况。经

　　超声成像系统从早期超声诊断技术到目前的多普勒超声成像系统、三维超声成像系统和谐波成像系统的发展历程来看，超声成像系统的发展目的是为了提高图像质量，准确反映疾病信息。

　　多普勒超声成像系统主要应用于心脏和血管疾病的诊断。它是无损诊断血管疾病的一种重要手段，对超声多普勒血流信号的分析处理可以为疾病诊断提供重要依据。当超声源与人体内运动目标之间存在相对运动时，接收到的回波信号将产生多普勒频移，由此确定其运动速度大小、方向以及在断层上的分布。

　　1、多普勒超声成像系统简介

　　多普勒超声成像系统目前应用于临床的有一维连续多普勒、一维脉冲多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒组织成像。

　　多普勒超声成像系统是将低速高振幅的心肌运动信息进行彩色编码显示心脏运动信息的图像诊断技术。能够直观的观察心动周期内各时相的室壁运动方向，并定量分析心脏各节段的室壁运动速度。与传统超声目测分析室壁运动相比，能够更为客观地评价心脏的运动特点。但多普勒组织成像无法克服多普勒声束与室壁运动方向夹角所产生的影响。

　　2、多普勒超声成像系统用途

　　多普勒超声成像系统的临床应用的报道有很多。二维及彩色多普勒超声成像系统对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别有一定的诊断价值。采用彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤的声像图特征及其相应的生理、病理学基础作了相关的实验分析，得出彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤有很高的诊断价值。也有人针对彩色多普勒超声和多层螺旋CT两种检查方式进行比较。另外，多普勒超声成像系统也可用于心脏图像的动态三维图像。

　　三维超声成像Z初由Baun和Greewood在1961年提出。他们在采集一系列平行的人体器官二维超声截面的基础上，用叠加的方式得到了器官的三维图像。在这之后，很多人进行了这方面的研究工作。随着计算机技术和图像处理技术的发展，三维超声成像系统取得了明显的进展，一

　　B型超声成像系统又叫B超机，B型超声成像系统应用范围广泛，目前已成为现代临床医学中不可缺少的诊断方法，可提供重病、急病现场诊断、灾害现场救治等使用，提高了患者的生存或治愈几率。

　　B型超声成像系统的基本原理：

　　B型超声成像系统向人体发射一组超声波，按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间，强弱就可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的处理，形成了今天的B超图像。

　　B型超声成像系统的关键部件就是我们所说的超声探头，其内部有一组超声换能器，是由一组具有压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶体具有特殊的性质，就是在晶体特定方向上加上电压，晶体会发生形变，反过来当晶体发生形变时，对应方向上就会产生电压，实现了电信号与超声波的转换。

　　B型超声成像系统工作过程：

　　当B型超声成像系统探头获得激励脉冲后发射超声波，然后经过一段时间延迟后再由探头接受反射回的回声信号，探头接收回来的回声信号经过滤波，对数放大等信号处理。接着由DSC电路进行数字变换形成数字信号，在CPU控制下进一步进行图像处理，再同图表形成电路和测量电路一起合成视频信号送给显示器形成我们所熟悉的B超图像，也称二维黑白超声图像。

　　B型超声成像系统是超声波检查的一种，是一种非手术的诊断性检查，是一门新兴的学科，已成为现代临床医学中不可缺少的诊断方法。在临床应用方面，B超可以清晰地显示各脏器及周围器官的各种断面像，由于图像富于实体感，接近于解剖的真实结构，所以应用超声可以早期明确诊断。

　　B型超声成像系统可以连贯地、动态地观察脏器的运动和功能;可以追踪病变、显示立体变化，而不受其成像分层的限制。目前超声检查已被公认为胆道系统疾病shou选的检查方法。B超对实质性器官(肝、胰、脾、肾等)以外的脏器，还能结合多普勒技术监测血液流量、方向，从而辨别脏器的受损性质与程度。例

　　多普勒超声成像系统一般包含有发射、接收处理以及监测三大部分。多普勒超声成像系统中，处理和监测部分广泛使用计算机处理系统、实时成像系统、测定声束方位的换能器定位系统等，从而提高测量精度，并显示多种参数。

　　1、超声多普勒频移信号产生的原理

　　所谓多普勒效应就是接收到的运动目标反射或散射的超声波频率与原发射频率有所不同。这种由多普勒效应引起的发射频率与运动目标反射或散射的频率之间的频差称为多普勒频移。当考虑到声源和接收器运动方向之间存在夹角时，对于多普勒超声成像系统计算多普勒频移常用公式：

　　对于反射式超声多普勒诊断仪计算多普勒频移常用公式：

　　式中：c为超声波在介质中的传播速度;为声源和接收器运动方向之间的夹角;v为运动目标的速度;人为声源频率，正号表示运动目标朝向探头运动，负号表示运动目标背向探头运动。

　　2、多普勒频移的解调原理

　　多普勒超声成像系统，接收器接收到的口波信号除了有运动目标产生的多普勒频移信号外，还有静止目标或慢速运动目标产生的信号。另外，由于实际应用中，发射和接收换能器靠得很近，所以总有一部分发射信号透过来直接耦合到接收器，这些不需要的波称为杂波。从复杂的口波信号中提取多普勒频移信号，完成这一任务称为多普勒频移解调。

　　由于血流的速度远小于发射波声速，且口波中杂波分量的幅度通常比有用的多普勒频移信号大得多，所以要求解调器既能检出频率在发射频率百分之一以下的多普勒频移信号，还要能检出被杂波所掩盖的多普勒频移信号。完成这一任务的方法很多，非定向解调中有相干解调和非相干解调;定向解调中有单边带滤波法、外差法和正交相位解调法等。

　　1、连续超声多普勒诊断仪的应用

　　连续超声多普勒诊断仪通过发射与接收连续多普勒信号，来获得运动目标的信息。这类多普勒超声成像系统结构简单，价格低廉，可用来观测心壁、瓣膜、胎体的

　　三维超声成像系统的研究始于20世纪70年代，由于成像过程慢，使用复杂限制了其在临床上的使用。Z近随着计算机技术的飞速发展，三维超声成像系统取得长足进步，已经进入临床应用阶段。

　　三维超声成像系统分为静态三维成像和动态三维成像，动态三维成像由于参考时间因素，用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像，则又称之为四维超声心动图。静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。

　　1、立体几何构成法

　　该超声成像系统将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合，需要大量的几何原型，因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合，现已很少应用。

　　2、表面轮廓提取法

　　是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接，形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的超声成像系统，曾用于心脏表面的三维重建。

　　该超声成像系统所需计算机内存少，运动速度较快。缺点是:①需人工对脏器的组织结构勾边，既费时又受操作者主观因素的影响;②只能重建比较大的心脏结构(如左、右心腔)，不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建;③不具灰阶特征，难以显示解剖细节，故未被临床采用。

　　3、体元模型法

　　是目前Z为理想的动态三维超声成像系统，可对结构的所有组织信息进行重建。在体元模型法中，三维物体被划分成依次排列的小立方体，一个小立方体就是一个体元。任一体元(v)可用ZX坐标(x，y，z)确定，这里x，y，z分别被假定为区间中的整数。

　　二维图像中Z小单元为像素，三维图像中则为体素或体元，体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。与平面概念不同，体元素空间模型表示的是容积概念，与每个体元相对应的数V(v)叫做“体元值”或“体元容积”，一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。该超声成像系统描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大，而体元数目的多少(即体元素空间分辨率)决定模型的复杂程度。