B超诊断仪领域的新技术

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1、B 超诊断仪领域的新技术医学超声诊断方法建立在医学超声工程技术发展的基础上。但由于人体组织器官自身的多样性 、复杂性、生理和病理组织的特异性，实现准确的超声诊断绝非易事，这就向医学超声工程技术开发提 出了很高的要求。广泛深入的临床诊断应用，进一步促进了医学超声工程技术的发展。1、超声内窥镜：这是 B 超技术与内窥镜技术的结合,通俗地讲就是制作一条细长的 B超探头借助现代内窥镜技术进行内脏超近距离 B 超检查,可以更加细致地观察。目前有经食道心脏超声,经胃/十二指肠内窥镜超声,腹腔镜超声等。2、超声 CT ：在二维超声图象上移动超声焦点,对局部脏器进行放大,实施细微观察。它的应用局限性是所观察器

2、官与周围器官解剖位置不清析。此技术由西门子公司率先开发。3、三维超声： 用专用探头对脏器进行容积式扫描,然后利用计算机进行三位重建,获得三维图象。4、四维超声： 实际上此种技术是在三维超声基础上加上时间参数,形成三维立体电影回放图象。5、血管内超声：有一种直径只有几个毫米的特制超声探头,利用介入技术将探头插入血管内,对血管内情况进行仔细观察,为介入治疗提供可靠的依据。6、手提式彩色超声：随着现代电子技术的发展,使彩超这种复杂的电子仪器小型化了,在保证主要功能的前提下出现了手提式彩超。这种彩超主要应用于术中或集诊急救,另外在军队野外作战也广范用途。B 超诊断仪行业发展趋势医学超声诊断方法建立在医

3、学超声工程技术发展的基础上。但由于人体组织器官自身的多样性 、复杂性、生理和病理组织的特异性，实现准确的超声诊断绝非易事，这就向医学超声工程技术开发提 出了很高的要求。广泛深入的临床诊断应用，进一步促进了医学超声工程技术的发展。从 20 世纪 70 年代 到 90 年代，多阵元超声换能器技术、数字扫描转换技术、超声多普勒检测技术、数字声束成形技术等重 大技术的突破，有力地促进医学超声诊断仪的发展，促进了医学超声图像诊断的蓬勃发展和深入应用。 由于低强度超声对人体组织不产生损伤，使超声图像诊断成为医学图像诊断的首选技术。现代医学超声 诊断仪已是最新医学超声基础理论研究、新型压电材料和超声换能器研

4、制、计算机处理、声成像技术与 信息传输技术相结合的产物。70 年代以 B型超声显像技术为特征，80 年代彩色多普勒血流成像技术为特征 ，90 年代则以超声体成像为特征。而当今医学超声诊断的新技术发展特点主要体现在宽频带化、数字化 、多功能化、多维化及信息化等五个方面的综合应用上，这一发展趋势在 90 年代后期已日渐明显，也引 导着未来先进医学超声诊断设备研制的创新思维。1、宽频带化宽频带技术的发展涉及到新型宽带超声换能器(探头)研制、宽频带信号接收、处理及显示技术，实际上体现新型压电材料、多阵元探头研制及宽 频带信号处理的技术水平。早期应用标称频率为 2.5、3.5、5、7、10MHz 等的探

5、头一般系指其中心频率， 其带宽 f 约为 1MHz，此种探头可称为单中心频率窄带探头，目前仍大量应用，其不足处是深部组织回声高频信号损失较大，影响整幅图像的清晰度与灵敏度。80 年代中期，人们根据超声在生物组织中 的衰减规律及其对超声图像的影响，开发了宽频带探头，如中心频率为 3.5MHz 的探头，可以产生 2.56MHz 的超声波，其有效带宽可达到 3MHz 左右，检测表浅组织时由于高频率可以提高分辨率，而对深部组织时由有较低频形成衰减较少的回声信号，从而使深部组织结构得以较清晰的图像显示，因此在宽 频带探头的检测下可以形成多频率构成的图像，又称为融合图像技术。这也是与动态滤波信号处理技术

6、的应用密不可分的，同时整个信号处理通道响应带通也应提高到相应宽带的程度。90 年代，变频宽带探头和超宽频带探头获得应用， 例如同一只探头可以变换产生2.5、3.5、6MHz 为中心频率的超声波，小器官探头可以产生 5、7、9MHz 中 心频率的超声波，其频带宽度可以达到 8MHz 以上。超宽频带探头已可以产生 1.812MHz 的超声波，术中探头则能发射 615MHz 的超声波，可以准确显示浅表血管壁与内膜。超高频探头可产生 60100MHz 的超声波 ，极大地提高了皮肤及表浅组织的分辨率。变中心频率宽频带探头的应用为诊断医师提供了方便，也可 以更容易获得更为清晰的图像，提高了检测灵敏度和动态

7、范围。但信噪比则略有下降。宽频带化是医学超声诊断仪的重要技术发展。实际上超声二次谐波信号接收与处理，也是扩展信号的带宽。而伪随机及随机超声发射与探测的研究，将使超声频带接近无限带宽。可以在极宽的频谱范围内显示与诊断。但理论分析表明，声图像的纵向分辨随着带宽的增加而提高，而信噪比(S/N)及横向分辨率则下降。当空间分辨率越高时，时间分辨率则下降。因此发射宽频带技术必须折衷考虑多种因素。2、数字化数字化技术的开发与应用伴随着现代 B 型超声显像仪发展的整个进程。一般说来，又可分为数字化后处理和数字化前(端)处理两个发展 阶段。早在 70 年代中期，应用数字扫描转换(DSC)技术，它将由换能器接收的

8、组织界面回声信号经前置放 大、射频放大、视频放大等模拟信号处理后，再经 DSC 中的微机控制 A/D 转换变成数字信号进入图像存储 器，接着按帧读出的图像数字信号再经 D/A 转换变成模拟信号进入显像管进行显示。显然 DSC 技术是一种 在回声模拟信号处理后进行的数字化后处理技术，由它带来 B 型超声显像仪的一次重大的突破性进展，它 实现了图像的存储、冻结、无闪烁和灰阶电视显示，随着高速器件的应用，逐步实现了实时动态显示，取得了临床应用的蓬勃发展。80 年代中期，国际出现了将原来单一信号通道发展成同时发射和接收处理 128 路回声信号，并由 微机控制，由模、数混合运算，计算出符合声学理论计算的

9、每个回波声束(即波束成形器)，由软件控制 的声透镜(DCLS)作动态聚焦、动态变迹、动态孔径和增强处理，这实际上是由软件控制实现回声信号的 前端数字化处理，多通道同时处理提高了成像速度。随后，又出现了以全数字运算微机控制的 128 通道回 声信号进行前端数字处理的超声显像诊断仪。理论上，全数字声束成形技术能够进一步减少非线性衰减 延迟的相关失真和信号传输损失，实现了按象素点聚焦声束。在数字化超声诊断仪的基础上，进一步发 展了全数字化超声诊断仪，现已达 512 路数字声束形成器。它还包括了数字图像管理和存档(PACS)以及数 字图像传输等系统。3、多功能化根据超声与生物相互作用基础理论研究的最新

10、进展，发展新的检测参数并用于临床医学，始终贯穿着医学超声诊断仪的发展过程，如最初利用组织界面声特性阻抗的差异，检测界面反向回声信号，形成了初期的黑白灰阶 B 型超声图像，而后在超声多普勒效应的基础上，利用血流形成的超声多普勒频移从而检测流速，随即又发展成以彩色显示流向的彩色多普勒成像技术。这两大技术检测的分别是声阻抗与频移参量。新参量的发现与应用，将导致医学超声设备的发展和功能增强。90 年代中期以来，一些新参量发展带来超声诊断仪的多功能化。(1)能量图能量图建立在利用超声多普勒方法检测慢速血流信号的基础上。但除去了频移信号，仅利用由红血球散射能量形成的幅度信号。它可以出色地显示细小血管分布，

11、不受血流角度及弯曲度的影响，又称为超声血流造影技术。新近发展的方向性能量图则全面利用了幅值及频移信号，有时又称为辐合全彩色多普勒(Covergent Color Doppler ，CCD)。既可以显示血管分布，又可以检出血流平均速度，为诊断提供了新方法。(2)谐波成像通常超声换能器中的压电振子以固有频率谐振，发射基频超声波。若产生频率为基频几倍的超声波则称为 n 次谐波。超声二次谐波成像就是利用接收 2 倍于基频的超声信号来提取有用信息并结合到所显示的像图上。二 次谐波信号只在特定情况下才能激发产生，并被高灵敏超声换能器接收到。由于声衰减量与频率平方成 比例，通常二次谐波超声信号是很弱的。目前

12、利用的二次谐波成像技术主要有两种，即自然组织二次谐 波成像和造影剂二次谐波成像。前者来自于检测组织所产生的非线性声学效应。后者则来自于造影剂微 气泡突然破裂所产生的激波信号。利用超声二次谐波成像可以进一步诊断心脏功能及心肌存活情况，也 可为心肌密度定量分析提供依据。分谐波(Subharmonic)成像技术正在发展，它利用的是 1/2 或 1/3 基频探 测人体组织，可以减少声衰减，提高侧向分辨。(3)组织特征参数成像诊断定量化一直是超声医学及工程学追求的目标。目前已对组织速度、弹性、B/A(非线性声参数)测量取得重大进展，利用超声多普勒 法除测量与显示血流速度外，对心室壁面的快速运动同样可以应

13、用，形成组织速度图像。另一种方法是 采用高帧频采集技术，其帧频可近 400Hz 左右，以高速采集全部室壁的运动动态信息，然后再将彩色(速 度)信息与组织灰阶信号相混合，从而显示运动组织的状况。组织弹性声成像(Sonoelastogram)反映组织 弹性特征。它利用特制超声源对被测组织进行辐射激振，测量其动态位移，由应变与辐射力计算出相应 的弹性系数加以显示。可以显示组织的弹性及老化状态。当超声波与生物组织互作用时也会产生谐波滋生、激波等非线性声学现象。 由非线性声学方程所引出非线性声参量 B/A 不仅弥补了线性参量的不足，客观上也反映生物组织的另一方 面的特性，研究表明，利用 B/A 参量形成的图像对比度高出常见声图像的 10 倍以上，为组织生理与病理状态的定征提供了有力工具。(4)复合图像技术最先出现的是多频图像技术，它利用宽带发射探头发射 宽带超声波，而在接收过程中利用动态滤波技术，使得由浅入深接收的组织回声信号频率由高到低逐渐 变化，形成整幅均匀而清晰的图像。另一种方法是控制高速图像采集系统，使其一幅图像来自于频带宽 度的上缘，另一幅来自频带宽度的下缘，然后选择性接收与融合成一幅高清晰度图像。B 超研发生产基地，从国内第一台 B 型超声诊断仪开始到现在，已走过了从机械扇扫、电子线阵、到电子凸阵时代;从最初的模拟技术成像、到现在的全数字、彩超时代。