《探头性能下降对图像质量的影响和超声诊断仪对临床影响的评估方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探头性能下降对图像质量的影响和超声诊断仪对临床影响的评估方法（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、探头性能下降对超声诊断仪图像质量和临床影响的评估措施摘要：在临床超声检查中,探头的“健康”对于整个临床质量和研究的效果是十分核心的。探头是由一系列性能相似的具有超声声学特性的阵元构成,现代的超声探头一般涉及128288或更多的阵元。我们懂得随着时间的推移探头将会受到磨损,其中个别阵元也许损坏了或者其敏捷度下降。性能下降或失效的阵元将影响探头的正常工作，在临床成果上产生负面的影响，同步影响超声的研究。为了研究阵元退化对临床成果的影响，我们使用有一定数量阵元工作不正常的探头与性能完好的探头进行对比,评估探头性能下降的影响。当探头中有阵元损坏后，我们使用如下措施检查其损坏对探头的影响: 探头发送的超
2、声波束； 探头的多种声学参数; 仿真组织体膜图像; 血流体膜测试（频谱和彩色血流Dopple）； 最重要的谐波成像。成果显示在8阵元的探头中哪怕只有2个无效持续阵元损坏或性能下降,都会导致超声波束在人体中的传播明显不同。个或更多的阵元失效或者性能下降,在超声波束上能产生明显的负片效果,成果导致图像的辨别率下降,探测深度减小(对于oppl和B图像),在较深处图像变得模糊，图像的噪声增长,峰值速度错误和频谱Dopple显示的方向模糊不清。由于失效阵元也许使设备显示的MI和批示错误,因而导致安全问题。我们还将阐明仿真组织体膜评估阵元性能时也许是错误的。结论是，所有阵元完好是获取高质量图像和有效地研究
3、超声的核心,阵元性能的下降也许导致误诊。在超声诊断设备中，探头总体性能的良好是图像质量和检查效果的最主线因素，但是在超声成像链中探头却是最容易损坏的部件。由于虽然探头勉强可以产生一定级别的B-mde图像，频谱pler或彩色血流图像,但是就算对于最有经验的顾客,有时获取的信息是迷糊的,这些信息还局限性以作合适的研究或诊断,例如病人太胖，或体格粗大时。一般,就会做某些不必要的或昂贵的服务，让病人使用其她设备辅助检查,增长检查时间，最坏状况也许对病人产生误诊。根据我们对探头测试和维修经验，数据显示大概25的探头由于性能制约或构造问题，在临床使用时没有进行诊断。目前在美国估计有超过110,0台超声诊断
4、设备，而每台超声诊断仪平均约.个探头,即是说有近9,000个探头,(略去后述文字，由于其重要描述探头也许带来的问题）。探头技术背景一种性能完好的探头重要由下面的材料构成:背板材料,压电超声陶瓷阵元,匹配层,和声透镜(如图1)。背板材料减少阵元的in-dwn时间，是保证获取轴向分别率和低噪声的核心因素。匹配层重要是使阵元的声阻抗和人体组织的声阻抗匹配,合适的匹配可以减小探头表面和人体组织的阻抗不同，提高超声发射和接受的效率。声透镜重要作用是提供超声聚焦所需的构造特点,同步对病人进行电隔离。匹配材料,声透镜和背板材料可以和阵元分离,但同步也导致图像上回波的衰减。压电阵列是使用一块陶瓷材料进行分割为
5、一系列单元(如：,28，288等)而得，每一种阵元均有独立的鼓励,产生超声脉冲并传播进入人体，同步接受从人体返回的超声回波信号，并将她们转化为电信号,以便超声系统进行解决，成果使用B-成像,Doper信号或彩色血流在系统中显示出来，以便观测。每个阵元使用35号线径的同轴线和系统连接，并且所有的连接同轴电缆使用屏蔽探头电缆包在一起。图1超声探头构造超声系统使用约6120V的短持续时间的电脉冲鼓励压电超声阵元，产生一种声束,一般同步发射的孔径为264阵元。线阵或凸阵探头解决方式是顺序反复所有探头阵元直到所有超声扫描线所有产生构成一幅图像。线密度的测量，一般凸阵使用 线数角度表达扇形图像线密度,线阵
6、探头使用线数/毫米表达矩阵图像的线密度。相控阵探头所有的阵元用于产生每一根超声扫描线，通过使用电子延迟线，控制波束方向和聚焦位置，从而产生扇形图像。虽然不同的厂商使用不同的顺序和脉冲技术产生频谱Dopler或彩色血流图象，但是她们所有的操作都具有相似的物理、机械和电子约束条件。最后,临床顾客只要明白探头工作的基本原理,以及它是超声系统成像或Doppler的核心部件就可以了。为了使超声成像显示的数据对的和完整,参与超声扫描线的所有阵元最大效率地工作是很重要的。多数E顾客手册都引用了多种探头性能指标，顾客但愿系统可以正常地工作。例如：(1)最小穿透深度(用cm表达),()轴向辨别率(在某个深度时用
7、mm表达,如cm深度时1.0)，(3）横向辨别率(在某个深度时用mm表达，如4cm深度时3.2m）,这些值可以使用品有多种目的靶的仿真组织体膜(如图四）来验证。在OEM探头的操作手册中至少会有这样的描述：“探头的选择是图像质量的核心因素”,下面阐明如何选择探头,应当使用基本的程序进行测试。此外很难直接定义性能参数与图像假象(artfats)有关,图像假象(arifcts）可以看作是图像上的“斑点”或“白噪声”、反射、或由于辨别率不良或探测深度不够所产生的错误数据，不对的的目的位置（由于旁瓣增长或多途径反射),不对的的目的大小或目的形状,增益，局部空间辨别率不够。OEM探头操作手册有关图像假象(
8、artiact)给临床顾客提供的信息也许是“超声波束几何形状和波束强度的变化等”；对于有些状况可以给出明显的理由就是探头阵元损坏。使用水听器和水槽构成的系统可以测量超声阵元的声强几何形状，一般一般的超声波束强度几何形状如图中上面的图所示。如果探头有两个阵元失效,则波束强度几何形状会有明显的变化,图中下面的图形就是一种例子,声波束几何形状显示旁瓣增长了，这将减少信噪比。我们已经懂得对于有缺陷的探头能使图像性能剧烈恶化,而在临床的地方探头有也许损坏，例如跌落或碰击硬物等,都也许使探头阵元间距减小或某些阵元的超声敏捷度消失,使得探头性能下降。图2 2个阵元失效后波束强度几何形状的变化措施:为了在临床
9、设立的时候可以模拟典型的探头故障模式,测试几种匹配的探头，见表所示。其中一种探头作为参照，另一种用于模拟损坏特定阵元的探头。为了研究,将要模拟的阵元在物理上和探头断开,导致“无效阵元”,以便有效的仿真“无效阵元”的影响。FirstCltm系统是一种商业有效的、高速、便携的探头测试设备(Soa Mdil System，Longmnt,Clorad),它可以检测和查找探头的故障模式，参照图3，用于测量探头的基本超声性能参数和无效阵元。在测试条件下，类似于超声系统，探头阵元由发射脉冲进行鼓励，探头置于水槽中,测试目的是放在水中的平面或曲面目的。返回的回波使用算法进行解决，并显示下面的几种参数:1）
10、阵元的相对敏捷度;2） 电容；3） -2dB脉冲宽度;4） 中心频率；5） 带宽。图 3声输出功率测量 探头连接到超声诊断系统,使用配备VF水听器（Somora edial Syse d 04)的PI(Acousic Poer and Intnsty)水槽，测量由探头产生的声功率和声强。成果被采集整顿，然后采用符合FA0（k)的格式输出报告。探头使用体膜测试使用内嵌目的靶的仿真组织体膜测量探头的辨别率和探测深度，如图4，比较好探头和有“无效阵元”探头的图像,图7是放大了的好探头与缺陷探头(6个无效阵元)的体膜图像对比。探头的Dppler敏捷度使用图5所示的校准血流体膜测试，好探头和缺陷探头(个
11、无效阵元）的对比测试成果如图8所示。图4 图 5临床测试最后,研究大量的病人，将功能完好的探头和存在无效阵元(即开路)的探头进行对比测试,测试在自愿者身上采集实际的临床B图像和Dper进行对比。对于B-Me成像和plr信号,优化每一种也许设立,获取最佳质量,同步保持声窗和观测解剖区域不变。成果声参数测量如图6所示,功能完好的探头L5和存在失效阵元（2个“死”阵元)的探头其旁瓣电平增长明显不同。就象上面讨论的那样,旁瓣的增长将导致图像噪声的增长,横向辨别率下降,对于Dopr模式,则也许导致血流方向混淆。旁瓣的增长还会导致超声动态范畴有不良影响，动态范畴定义为主瓣信号强度和旁瓣信号强度平均值的比值
12、。因此旁瓣可以给超声图像奉献噪声。此外测量表白，在同一深度下,存在无效阵元的探头声功率相应减小。功能完好的探头测量的SPA(空间峰值时间平均)值为88Wcm2，而有缺陷的探头测量的SPTA为73mW/m2。 这就克制了超声波信号的穿透深度，使得回波信号的电平下降，特别是Dopler模式。功率的下降也将间接影响探头规定的最佳区域深度。区域深度(Dept of fiel)是深度的函数,它是对最佳成像特性范畴的度量原则。它可以用深度范畴表达,其值为波束的横向宽度不超过焦点位置波束宽度的两倍的深度范畴。旁瓣电平的增长导致声功率下降,以致影响探测深度和图像的灰阶强度，横向辨别率下降。图6B模式辨别率使用
13、仿真组织体膜来评价功能完好的探头和阵元有损坏的探头是很困难的,主观的和不可反复的。如图7所示，尽管右边的图像使用的探头有6个阵元已经损坏,但是和左边的图像比较并没有决定性的不同。图 7 体膜图像（右边有缺陷的探头,左边是功能完好的探头) 如果持续的存在大量无效阵元(8),则可以使用组织体膜图像来验证存在的问题,但是如果要拟定是阵元、电缆、透镜或是系统发射的问题,则这个措施是完全没有用的。 在我们的研究过程中，模仿组织体膜用于比较新探头和也许存在问题探头的轴向和横向辨别率。由于在超声系统中某种限度的采用了平均措施,当构成一条超声扫描线的几种阵元同步被烧坏,我们断定测量损坏阵元的批示是不可靠的,
14、特别是在相控阵探头中无效阵元不不小于等于6个阵元时。Dopper 测试 我们测试了功能完好的探头和有缺陷阵元的探头的Dppler性能,成果实际图像如图所示,这些图像使用校准的血流体膜抓取。如图中所示，有6个无效阵元的4-2探头(底部图像）血流检测的敏捷度明显减少,噪声平面增长(即，背景噪声或者白噪声)和其他的麻烦。显示的最大血流速度(5ms)比实际血流速度(5mm/s)要低。敏捷度的减小和流速估计过低也许导致误诊或诊断不充足,在临床时Dopple和彩色血流敏捷度最大值或测量速度的精度是规定的(例如,当使用修改Broulli等式计算压力梯度时)。由于使用相控阵探头（V4)时采用了波束平均,有6个
15、无效阵元的探头在模式成像时提供的显示信息很少，但是对于oplr而言是用血流体膜完全可以拟定。在临床使用时我们发现线阵和凸阵探头哪怕只有个无效阵元，所有基于opler形态的成果都会受到影响。图 血流体膜测试成果(上面的图-探头功能完好，下面的图-探头有无效阵元)我们觉得负面成果类型相似的状况,可以使用对比度媒体的原则二维成像来估计，对于好的临床成果而言高动态范畴的对比度媒体是绝对必要的,例如心肌衰弱灌注图像。继续的调查是必须的。进一步，在将来也许将治疗剂封装在一种对比度微型气泡中,当微型气泡爆破时精确测定M（机械指数),从而释放治疗剂,将来根据这个假设探头功能的对的性和 我们觉得负面成果类型相似的状况，可以使用对比度媒体的原则二维成像来估计，对于好的临床成果而言高动态范畴的对比度媒体是绝对必要的，例如心肌衰弱灌注图像。继续的调查是必须的。进一步,在将来也许将治疗剂封装在一种对比度微型气泡中，当微型气泡爆破时精确测定M(机械指数),从而释放治疗剂,这里的根据是假设探头功能的对的性和各类型的声输出响应由屏幕
