数字化超声成像诊断系统

周 旭

吉林省伊通满族自治县第一人民医院超声科，吉林四平 130700

超声波是一种机械波其频率在2×104～108 范围内，它只能传播于介质之中，而且在空气、水等均匀物质中有很好的指向性，其最大的特点是可以聚集于某个特定的位置。在超声成像系统中，超声波是由电激励超声换能器的压电材料对周围媒介作用所引起的压力变化而产生的，发射波在传播过程中根据媒介的不均一性而产生不同的反射波，再由换能器转换成电信号，这些信号能够表现出反射体的反射强度和位置信息。由于超声成像诊断具有无辐射、重复性好、无损伤、灵敏度高、非侵入性等优点，所以在医学中得到广泛的应用，已成为医学诊断的一种重要的图像诊断法。

1 医疗诊断中常见的医用超声诊断仪

1.1 A 型超声诊断仪

它虽然不能直观的掌握被检测对象的剖面结构信息，但由于其有很高的扫描频率，能够清晰地显示出被检测对象的运动情况，由横轴来表示深度，纵轴显示回声信号的幅度。它是超声波首次应用于医学临床诊断的设备。

1.2 B 型超声诊断仪

它能够显示出人体组织不同方位的二维截面图像，其亮度受回声幅度约束，其垂直方向显示回声的发射位置，以超声的扫描线呈现其水平方向。由于对同一截面需要进行多次扫描，所以需要耗费的时间相对要多一些，为了保证B 型超声诊断仪的成像质量，还需要对扫描到的信息进行一定的处理。我们现在所用的B 型超声诊断仪基本上者采用多阵元探头和独立多通道。其中多阵元探头又分为相控阵探头和线阵列探头两类。

1.3 M 型超声诊断仪

由于其多用于心血管疾病的诊断，又被称为超声心动仪，其亮度受回声信号的控制，回声越强亮度越高，反射回声的位置表示出来的位置是垂直的，以时间的变化来表示该位置的水平运动。当对心脏的某个位置进行探测时，探头的位置是固定的，由于心脏的跳动使探头和心脏各层组织之间的距离随之变化，这样得到的灰度级对应回声信号的强度，心脏搏动产生上下摆动的亮点就呈现在显示屏上，上下摆动的亮点会随着扫描线由左向右在水平方向上的匀速移动而横向展开，这样就得到了心脏各层组织结构周期性的活动曲线，即心动图。

1.4 多普勒超声诊断仪

包括有很多种，其中有血流测量仪、听诊型诊断仪、脉象仪等，属于无创伤性的检查方法。它是利用超声波的多普勒效应来做诊断的一类仪器，通过探头获取检查部位界面的超声频率变化，界面的运动情况变化随之获取到超声频率改变，界面接近探头时得到的回声频率高于反射频率，界面远离探头时得到的回声频率降低，之间形成的差频经多普勒信号检出进行分析处理，得到的结果输出供医生参考。

2 数字技术在超声影像诊断设备中的应用

随着数字技术的发展和应用，使其普遍应用于高性能超声影像诊断设备，从最开始的数字扫描转换器到现在的超声发射、接收、成像，已经实现了超声诊断全过程的数字化，如数字化声束技术、动态电子聚焦、动态孔径技术、数字式延时技术等，同时也对超声影像诊断设备的智能化、高性能和小型化起到一定的促进和带动作用。高性能、智能化的超声影像诊断系统除了可以满足医学临床诊断的多种需求外，还为临床医学研究以及相关基础理论的开展提供了准确、可靠的依据，同时也进一步促进了超声影像诊断技术的发展。智能化超声诊断系统还可以实现一键操作，既可调节速度标尺，多普勒基线等众多参数，又可调节TGC、动态范围、接收增益，体现其一键多功能的优点，同时还能够避免检查过程中复杂、繁琐的调节操作。

小型化超声仪器虽结构简单，与笔记本大小差不多，但是无论是出急诊还是出诊以及现场抢救检查，都能够提供一切所需功能，更突出了超声影像诊断技术的价值和重要性，使超声诊断技术的临床应用范围更加广泛。另外，伴随着高速公路的兴起和通讯和网络技术的广泛应用，现在大多数超声影像诊断设备虽然厂家、型号不同但普遍都设有DICOM3.0 标准接口，使其不仅包涵了数据字典、介质存储、与医学影像学有直接关联的信息交互、网络通讯和文件格式等多方面的内容，还能够促进整个医疗环境，使数据信息和其容量交换加快，将超声诊断成像设备或与超声影像工作站和医院影像管理与通讯系统（PACS）一起进行组合，使其能够最终进入了整个医院信息系统。

3 医学上数字化超声成像诊断的应用

3.1 超声成像诊断的医学发展史

上世纪中期，在医学上离体脏器的厚度就开始应用A 型超声仪来检测，同时也进行临床疾病诊断方面的探索，随后，医学研究者开始对正常人的心脏和心脏病患者利用M 型超声仪对风湿性进行探测。到70年代初期，通过B 型超声显像技术可以显示脏器和病变形态结构变化，使其广泛应用于临床，也是脏器二维切面超声成像检查技术的起点。在80年代中期，又开创了彩色多普勒超声诊断仪，多普勒超声是不仅能够显示器官和病变器官的形态，同时也能够显示双重信息的血流动力学变化。使得超声影像诊断技术有了进一步的提高。90年代以来，大量使用计算机数字技术，让超声影像诊断技术有新的发展，达到了更高水平。开创了医学超声三维成像技术。纵观超声影像诊断技术的发展史，它是由是静态成像向实时动态成像发展的过程，其发展过程是由“点”到“ 线”，由“线”到“面”，最后到“体”。

3.2 几种新成像技术的发展

①宽景超声成像技术。该技术是通过移动探头来获取一系列二维切面图像，再将这些图像反馈给计算机，由计算机进行图像重建，把这些二维图像转换成一个连续视野的超宽切面图像。宽景超声成像技术已被广泛应用于肢体躯干的肌肉、血管和周围神经等方面的疾病以及妇产科、诊断甲状腺、胸腹部、乳腺、睾丸等一些小器官。一幅宽景超声图像不仅能够显示整个胎儿全貌，而且还能够显示胎盘内的完整结构，对于判断胎位、多胎妊娠、羊水量与分布的评估等相关方面都有着重要的研究价值。宽景超声成像技术，可以定量准确地测量脏器大小和体积较大的病灶或肿物还能够更清晰地显示出病变的范围，内部回声、位置、大小及其毗邻，同时还，除了有较好地展示外还存在延伸管道结构的功能，其优点在于它可以提供更好的空间关系和结构层次。受到组织或器官运动的干扰影像的影响，这种技术也存在缺点，使图像模糊，清晰度不高。宽景超声图像还可以显示常规二维超声无法获得的特别是肢体躯干软组织，它通过利用高频线阵探头迅速的进行大范围的体层扫描，就可以获得一幅从皮肤、皮下组织到周围神经干以及骨膜等相关方面的正常和病变体层解剖宽景图像，使各层结构特征清晰可见。宽景超声成像技术具有很大的发展潜力，它还能够与彩色多普勒超声和常规实时灰阶相结合，不仅能够使现代超声诊断技术更完善，还能够为超声CT 的研究和应用奠定稳定的基础。

②超声成像技术。三维超声成像技术可以弥补二维平面成像技术的不足，给人们提供一个更全面的三维图像信息。动态三维成像技术主要有三维成像来观察和检测非活跃的器官，静态三维成像，实时三维心脏形态成像的活动。其中包括一个静态三维成像部门的扫描扫描扫描和旋转两种形式，需要扫描二维探头，图像的某些方面获得他们的反馈到计算机图像，器官的最终输出的转型计算机三维地图，然后重建编辑后，电脑以得到一个明确的，清晰的图像，器官与病变的形态特征突出而且表面轮廓与深浅立体感强，这种成像主要适用于探查对象周围有液体环抱者或器官内有液体存在的情况，如肿瘤、胆道结石与息肉、肝肾囊肿等。医生通过血管三维图像重建能够清楚地了解脏器内的血管走向、血栓形成、有无畸形以及分支状况等情况;对于胰、十二指肠三维图像重建，可以帮助医生准确地对胰头及胆总管病变进行诊断，同时对于胎儿面部畸形、溃疡、脐带绕颈等也有鲜明的特点。三维超声成像还能够给医生提供患者体内的肿瘤病灶的三维形态和空间位置，使定位信息更准确，有助于超声引导介入性治疗的发展，同时能够提高临床治疗效果。

随着采样技术和高速扫查的不断发展，可以将静态三维成像与心电图同步技术的时间参量相融合，使其能够则实时、准确的显示出动态的三维成像，在此基础上再结合速度信息，还能够实现实时三维成像。四维参量即动态三维成像，可以对医生诊断瓣膜疾病有着重要意义，同时它还能够呈现出心内血流的立体动态图像，帮助医生观察血流方向、分流与返流有着十分重要的意义。心脏的各种结构的立体形态、活动情况、空间关系和血流动态，动态三维成像技术都可以从不同方位观察，并为医生提供可靠的图像依据，有效的提高了临床诊断的准确率。

③分子影像技术。分子影像学最早是由美国国家癌症研究所正式提出和应用，它与传统的成像方法有所区别，它所揭示的不是细胞、分子发生改变后所导致的组织结构的异常信息，而是着重描述了导致人体疾病的细胞、分子的异常。分子成像主要基于分子生物学，而现代的成像技术的帮助下，从分子水平研究和观察疾病的发生，能够描述和确定活体生物发展中病理生理变化和代谢功能改变过程的一种成像方法。通过研究可以发现，许多疾病在脏器组织出现病理改变之前，其细胞、分子或其功能就已经发生了明显的变化，所以需要通过分子成像技术来更早、更及时地发现和确定疾病，同时分子成像技术还能够对疾病的治疗中细胞和分子水平做出直接的评价，使医学界能够对疾病的发生、发展和治愈的整个过程建立起全新的科学性认识。除此之外，它还能够用于心血管、肿瘤等的靶向诊断，这需要通过单克隆抗体、多肽分子等靶向微泡对比剂，同时它还能够实现血栓、粥样硬化斑块等的治疗和基因、药物的输送。分子影像学不仅融合了分子生物学、纳米技术、生物化学、基因工程技术，同时还结合了数据处理和图像处理等技术，是多种学科结合的成果，也是现代医学影像技术发展的必然趋势。

[1]郑德连.医学超声原理与仪器[M].上海：上海交通大学出版社，1990.

[2]张克云等.医院影像数学化初步应用[J].黑龙江工长医药，2007（5）：63.

[3]向群.医院超声影像数字化建设新探[J].医学信息，2008（4）：446-447.