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1、医学超声学习报告学号：10120561姓名：任丛林摘要超声影像作为四大医学影像(超声、CT、核磁共振、同位素扫描)技术之一，经历了半个多世纪的发展以后，已经成为临床医学不可或 缺的重要组成部分，医学超声影像凭借着它的实时性、无损性、无射 线、廉价性等优点不断受到了人们的青睐。医学超声影像技术不断发 展，不断为临床疾病更为精确的诊断和治疗提供更权威的保障。本文 从基础的超声波入手，介绍了超声在医学上的应用，重点介绍了医学 超声影像技术及其分类，并对目前超声在医学影像上应用的设备做了 简要的介绍。关键字：超声波；医学影像；超声医学；超声设备 Abstract Ultrasound imaging
2、as one of four major medical imaging (ultrasound, CT, MRI, isotope scanning) technology ,After over half a century of development experience, has become an indispensable part of clinical medicine, medical ultrasound imaging by virtue of its advantages of Real-time, non-destructive, non-rays, low-cos
3、t constantly loved by people of all ages. The development of medical ultrasound imaging technology, continue to clinical disease more accurate diagnosis and treatment more authoritative protection. This paper-based ultrasonic paper introduces the application of ultrasound in medicine, focusing on th
4、e medical ultrasound imaging technology and its classification, and present the application of ultrasound in medical imaging devices are briefly introduced.key words ：Ultrasonic ；Medical Imaging ；Ultrasound in Medicine ; Ultrasound equipment前言：经过了将近半个多月的学习和整理，一篇关于医学超声的总结报 告终于成型了，在这一段时间我感觉学到了很多，由于自己本
5、科阶段 没有接触医学相关知识，所以对于超声的理解仅局限在中学阶段的基 本原理和基本的应用。接触到超声在医学中的应用使我切实感觉到了 超声的作用的强大，使我对于超声在医学中的应用有了初步的认识。 通过这次学习使我知道了超声在医学中的重要地位，超声被广泛的应 用于医学病理的诊断和临床治疗。医学超声影像技术的原理，如三维 成像技术、多普勒血流成像技术、谐波成像技术等，还使我知道了关 于医学影像设备的分类，如医学影像设备分为:A类、B类、D类、F 类等类型，及每一种类型的应用范围。通过对于超找医学影像设备的 基本知识，使我对B超、超声CT、超声多普勒等医学设备也有了一 定的了解。总之，这次对于医学超声
6、的学习使我对于医学超声有了理 解和认识，我在这个过程中也学到了许多以前没有接触过的知识。在 此，也感谢赵老师给我们这次让我们自己学习的机会，我感觉只有自 己看懂的才能真正成为自己的知识。以下是我在这次学习过程中整理 出来的关于超声医学影像技术的相关知识。一、超声及在医学中的应用：1.1 超声简介：超声波是一种机械波，其频率通常高于人耳听觉的上限（20KHz）。一般以人耳听觉范围 划分为超声波、声波和次声波，但其界限并不是绝对的，如频率较高的可闻声波也具有超声 的某些特性。医学超声做为一门科学，早在十九世纪30年代就引起了人们的重视。法国人 P.Langevin 在 1916 致力于水下超声的研
7、究开始，超声的应用渗透到众多领域。近年来，由 于电子和计算机技术、精密机械和材料的技术、图像处理技术和测量技术的迅速发展以及人 们对超声波的物理的化学的生物的激励进一步的研究，使超声学成为了众多学科的交叉学科 大大拓宽的超声波的应用领域。1.2 超声在医学中的应用医学超声在医学应用上分为两大类：诊断超声和治疗超声。诊断超声主要应用于对于病 理的诊断，如B超成像、超声多普勒血流探测仪、胎心仪等；治疗超声主要应用超声的能量 治疗疾病，如体外碎石、超声洗牙、理疗、超声药物透疗等。早在二十世纪三十年代，德国 就出现了利用超声治疗病人的专利；五、六十年代，超声治疗已成为常规治疗中不可缺少的 部分，但以理
8、疗为主。七十年代，出现了超声粉碎结石，超声治牙等，这成为超声治疗的一 大进展。八十年代，超声手术刀开始在外科大量应用，包括超声切割软组织、超声肝脑肿瘤 吸引、超声骨科成形和超声眼科白内障乳化等，这又是治疗超声在医学上的一大进展。近年 来，物理治疗学无论是在基础理论还是在临床应用的研究方面均有很大发展，一些新技术、 新疗法相继在康复医学中应用，不但拓宽了其应用适用范围，而且提高而来疗效。例如，高 强度聚焦治癌、超声治疗血管阻塞等技术都大大拓宽了超声治疗的应用领域，使超声治疗发 展受到越来越多的重视。1.3 医学超声影像介绍：超声成像是当今四大医学影像（超声、CT、核磁共振、同位素扫描）技术之一，
9、由于其 具有实时性、无损性、无射线、廉价性等特点，被广泛应用于医学诊断。超声波诊断的优点 是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易， 受到医务工作者和患者的欢迎。医学超声已从二维成像发展到三维、四维成像，大大提高了图像的信息量，使得图像更 加接近真实，同时超声诊断从以往灰阶成像仅反映人体解剖结构及病理变化，到现今通过彩 色多普勒血流成像、超声增强造影等技术反映组织循环等方面的信息，使得对活体进行无创 性功能研究成为了可能。此外超声诊断学由过去的单纯诊断到现在的诊断加介入治疗如超声 引导介入治疗、超声聚焦刀等新技术的应用等，即在影响学诊断的基础上进行微创治疗
10、，使 得超声影像学的应用范围大大拓宽。二、医学超声影像技术21 换能器技术超声换能器是将超声发射到人体后再接收人体中的超声回波信号的装置，它由主体、壳 体和导线3部分组成，其中压电材料（晶片）是主体的核心。从单晶片、多晶片发展到数十个、 数百个甚至千个以上的晶片，同时由若干个晶片并联起来组成的探头阵元数也在不断扩展。超声换能器和超声诊断图像的质量有着密切的关系，同时还是实现快速三维成像的关键。 根据超声波在生物组织中的衰减规律，即衰减和频率成正比，人们研制出多种高性能，适合 各种场合的探头，高密度、高频、宽带、专用探头是其发展趋势。高密度：1维（256阵元）、1. 5维（8X128阵元）、2维
11、（60x60阵元），传统的超声探 头只在一个方向上将换能器切割成许多小阵元，这类探头只能在成像平面内进行聚焦，即使 在探头前面加上聚焦透镜，它的聚焦效果还是有限的，不利于实现实时三维成像。在新一代 探头中，换能器在长度方向上按传统方法分割成许多小阵元，而且在厚度方向上也分割成有 限的几排，这样就使得探头能够同时实现长度和厚度两个方向上的聚焦，这就是通常所说的 多维探头。但多维探头对加工工艺要求很高，真正意义上的二维探头还处在实验室研究阶段， 目前出现的有1 . 25维、 1. 5维和1. 75维。（2）高频： 37MHz 频率的探头用于诊断腹部和心脏疾病， 7. 515MHz 频率的探头用于
12、浅表脏器的检查，2040MHz频率的探头用于眼和皮肤的超声成像，而100200MHz频率的 探头主要用于超声显微镜。超声图像的空间分辨率和入射超声的频率有着密不可分的关系， 提高超声频率有助于改善图像的空间分辨率，使用高频探头将有助于显示脏器的细微结构。（3）宽带：宽带是指换能器工作频率的上下限范围，可实现使用一个探头检查时由浅到 深发射和接收由高到低不同频率的超声回波信号使用频带宽的超声探头可实现使用一个探 头检查时，由浅到深发射超声信号，同时接收由高到低不同频率的超声回波信号，在检测浅 表组织由于频率高而提高分辨率，对深部组织因频率低，回声信号衰减少，因此能够清晰显 示深部组织图像。（4）
13、专用探头：指把探头做成各种特殊形状，专门适用于某一人体器官，如食道探头， 直肠探头等。2.2 三维成像技术 三维超声技术是采用数字化波束形成技术，具有高分辨率、高质量图像及各种测量功能， 能直观、立体显示人体器官的三维空间结构。它可弥补二维平面成像技术的不足。二维超声 图像的临床应用价值已得到广泛认可。但其图像是断面图像，不能直观表示病变部位的三维 结构；如果把超声三维成像技术应用在临床设备上。则可以很好的解决这些问题，将有利于 医师诊断以及医师和病患之间的交流，因此生产厂家纷纷在产品上添加了三维成像功能。早 期，三维成像技术采用立体几何构成法或表面轮廓提取法来成像。立体几何法缺点是需要大 量
14、的几何模型，不适用于描述人体复杂结构的形态，目前已很少使用。表面轮廓提取法的缺 点是它所形成的影像不具有灰阶特征，难以理解解剖细节，受操作者的主观影响大，现已不 用。目前主要使用体元模型法来实现三维成像。在体元模型法中，三维物体被划分成依次排 列的小立方体（体元），任何一个体元可用其中心坐标（X、Y、z）来表示，一定数量的体元按 相应的空间位置排列即可构成三维图像。体元可认为是二维像素点在三维空间的延伸。但在 描述具体的人体器官时，为了取得较高的空间分辨率，往往需要大量体元，因此体元模型需 要高精密度和高速度的计算机系统；由于计算机以及电子技术的迅猛发展，使得用体元模型 来进行三维成像成为一种
15、可能，并得到广泛应用。从发展趋势上看，三维成像技术的最终目 标是实现动态三维成像（即四维参量图 X、 Y、 z、 t） 和动态三维血流图（即五维参量 x、 Y、 z、 t、v）。在这种情况下，采集的数据量越大、速度越快越好，最大限度采集人体器官的信息 将有利于诊断，这些都要求有较高运算能力的处理器和大容量存储器；随着计算机技术和电 子技术的发展，动态三维成像和动态三维血流图都将实现。动态三维成像技术从不同方位观 察心脏的各种结构的立体形态、空间关系、活动情况与血流动态，从而大大提高了临床诊断 的准确性。目前，三维医学超声已经成为医学影像的重点发展方向之一。2.3 多普勒血流成像技术血流参数测量
16、方法经历了从连续多普勒(CWD)血流测量，到脉冲多普勒(PWD)血流测量， 再到彩色多普勒血流图(CFM)的过程。从成像效果看，彩色多普勒血流图可区分血流方向、 流速，但由于它采用的也是基于多普勒效应的血流测量方法，因此测量精度受声波传播方向 和血流方向之间的夹角影响，而且难于测量低速血流。为了克服彩色多普勒血流图在成像技 术上的缺点，人们研制出彩色多普勒能量成像(CDE)技术，该技术是通过检测入射超声经红 血球后散射能量大小来判断血液流速，特别适用于显示细小血管的低速血流，缺点是不能显 示血流方向。目前，还出现了非多普勒测量方法的彩色多普勒血流图技术，和 CFM 相比，它 不受夹角影响，不易产生混迭，分辨率高。时域互相关法是其中一种极具代表性的方法，它 是对两次发射后某一深度的回波信号进行互相关运算，根据互相关函数中最大值出现的时刻 来判断血流速度，Philips公司曾利用互相关法开发出自己的CVI(彩色速度成像)系统。另 外多
