超声成像新技术及其临床应用

参考文献 ［１］
Ｗｅｌｌｓ ＰＮＴ．Ｃｕｒｒｅｎｔ
ｕｌｔｒ超声成像系统得到的是人体断面的图像。 由于人体解剖结构具有相当的复杂性，不同的使用者依据 各自的经验，可能出现对图像理解的不同，这给临床诊断 带来一定的不便。此外，由于超声成像过程中观察角度和 方向都受到限制，这使得有时无法得到最佳的观察面。 与传统二维超声成像相比，三维超声成像具有明显的 优势ｂＪ：①直接显示脏器的三维解剖结构；②可对三维成 像的结果进行重新断层分层，从而能从传统成像方式无法 实现的角度（例如在与皮肤平行的平面上）进行观察；③ 可对生理参数进行精确测量，对病变位置精确定位。因此， 近年来三维超声成像一直是医学成像领域备受关注的方 面【…１。 ２．１三维超声数据的提取 可靠的数据提取是得到精确三维超声图像的前提。采 用二维面阵超声探头，使超声束在三维扫查空间中进行摆 动，即可直接得到三维体数据。但二维面阵换能器的制作 工艺限制了阵元数，使得三维图像的分辨率受到了一定的 限制。目前已有使用二维阵列的超声成像系统面世。 目前三维超声数据的提取仍广泛采用一维阵列探 头¨。’。用一维阵列探头提取三维超声数据，需要外加定位 装置，如目前临床广泛采用的一体化探头。该探头是将一 个一维超声探头和摆动机构封装在一起，操作者只要将该 探头放在被探查部位，系统就能自动采集三维数据。 还有一种新型探头专门用于解决定位问题（Ｉ“。该探头 有三个阵列，中间的主阵列用于超声成像，与主阵列垂直 的两个侧阵列用于提取定位图像。由于探头移动的连续性， 所以定位图像两两重叠部分很大，可以通过两侧的定位图 像确定两次采样间的位移、旋转，从而确定图像的空间位
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第５期
超声成像新技术及其临床应用
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在图像上表现为彩色，而癌变部位由于几乎不动，在图像 中为非彩色。 超声造影剂成像技术的发展使得实时超声可用于参量 成像。例如，通过测量造影剂中的微泡在心肌中消失的速 度，可以得到局部区域的血流速度以评估冠状动脉狭窄的 程度¨“。由于心肌局部位置手工定位费时容易出现偏差， 该方法还没有进入实用阶段。 随着超声技术、靶向造影剂等的进一步发展，可望开 发出更多的超声功能成像技术。分子成像和代谢成像均有 望成为可能，关键在于确定超声在基因层面的作用并设法 对其进行成像和测量ｎ’“］。
１．２编码激励
超声波的频率越高，轴向分辨率越好，但在人体中的 衰减也越快，探查深度也就越浅。编码激励成像发射长编 码超声脉冲，由于入射长脉冲的能量大，由此提高了图像 的信噪比，还增加了探查深度。接收到的长码信号经过脉 冲压缩解码后成为窄脉冲，从而保证轴向分辨率¨】。编码 激励成像在探查深度和图像质量上均优于常规超声成像系 统得到的图像乜’“，目前已用于一些高档超声诊断仪中。 在编码激励成像系统中，编码方法和脉冲压缩算法对 图像质量的影响很大№’，也是该系统的主要研究热点。
断价值。
１．７超声在功能成像方面的应用 功能成像是指通过测量相关功能参数，探查、定性诊 断某种疾病，并评估病程的发展情况【ｌ’“】。这些功能参数 可以为组织密度、传播速度、图像的衰减、流速、运动、 方向性、弹性参数等等。 超声成像在临床上主要用于实时断面成像，能直接测 量的功能参数就是血流和器官的运动，所以在功能成像方 面多见于血流和器官的运动成像。例如可以准确快捷地测 量心脏的博出量；还可以测量心内膜和心外膜的运动，使 得定量评价心脏在一个周期内的壁运动成为可能；在血流 测量方面，目前正在研究如何把所探查的断面和Ｄｏｐｐｌｅｒ血 流仪测到的流速信息综合起来评估流速，从而无需考虑角 度校正问题。 弹性参量超声成像是目前最具临床应用潜力的一种功 能成像方式。癌变组织质地坚硬，且与人体的正常组织或 良性囊肿相比，其移动性较差。弹性参量成像便利用该特 性作为诊断的依据“纠。例如，用Ｄｏｐｐｌｅｒ彩超探查时，在被 探查部位施加低频振动，正常组织或良性囊肿随之运动，
过程。
１．６扩展视野（或大视野）超声成像 由于受超声探头尺寸的限制，常规实时超声只能为临 床提供视野较小的断层图像，不能在一帧图像中完整显示 大器官的断层情况，不利于医生对图像的理解和不同影像 方法的对比。在２０世纪９０年代末，扩展视野超声成像技术 取得了突破，并且成功应用于临床乜’”】。 该技术是将常规超声成像所生成的一系列图像进行配 准，找出相邻两帧图像间像素点的坐标及灰度变换关系， 从而将这一系列的常规图像拼接成能完整反映组织或器官 结构的全景图ｎ’１３】。在妇科产科检查中，扩展视野超声成 像技术通常能够提供盆腔的纵断全景扫查；对于实时超声 难以用单帧图像表达的许多情形诸如双胎和多胎妊娠、正 常和异常胎位的诊断、胎盘的定位和测量等具有独到的诊
３结论
超声成像是临床上广泛使用的一种成像模式，在某些 场合甚至是最好乃至唯一可用的成像模式。各种新技术新 方法的开发和利用，使超声仪器的检测和诊断更为有效， 应用范围也不断延伸，如用于观察病程的发展情况、细胞 的代谢情况等。超声成像技术在过去、现在和将来都是医 学影像研究的重点内容之一。随着技术的发展、研究的深 入，将会有更多新发现和新技术用于超声成像。
径来提高其图像的质量，而且卓有成效。近年来，随着微 电子技术的快速发展，利用数字化技术改善超声成像的图 像质量、增加系统功能、提高系统的可靠性和灵活性、降 低系统的成本，成为医学超声成像的研究热点。 数字化超声成像系统的核心技术是“数字波束形成 器”。该技术在接收到回波信号后，就将其转变成数字量， 用数字电路来实现信号的延迟与叠加。由于采用数字延迟 电路、高频采样和数字插补技术，延迟线精度较模拟延迟 电路提高十倍以上。该技术可以精细地控制聚焦点，获得 从近场到远场全程均匀的高分辨率图像Ｈ刊。全数字化超 声诊断仪代表了当今超声成像的最高水平¨Ｊ。
第２５卷
２００６拄
第５期
ｌＯ月
北京生物医学工程
Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ－２５
Ｎｏ．５
０ｃｔ．２００６
超声成像新技术及其临床应用
王艳丹１
高上凯２
摘要超声成像是临床上应用最广泛的医学成像模式之一。近年来，随着电子技术、计算机技术的发展， 超声成像设备在成像方法和技术等层面上不断得到改进，临床诊断能力也得到进一步提高。本文主要介绍二维 和三维超声成像的新技术及其临床应用，包括自适应图像处理、编码激励、大视野成像、空间复合成像、三维 成像技术等。
由于声波在人体组织内传播过程中产生的非线性效应 以及组织界面人射／反射关系的非线性，使得当发射的声波 频率为厶时，反射或散射产生的回波除有频率为＾的基波 外，还有二次及高次谐波成分，其中以二次谐波能量最大。
如果让探头以频率＾发射超声信号，但接收频率为确的
信号，得到的就是二次谐波超声成像。这种利用人体组织 反射回波的二次谐波成像的方式称为自然谐波成像或组织 谐波成像【２Ｊ。目前大多数中高档超声诊断仪均具自然谐波 成像功能。 超声造影剂内存在大量的微气泡。若通过静脉注射造 影剂，则由于造影剂中的微气泡与周围血液的声阻抗差异 较大，增强了超声束的后向散射信号，从而提高超声图像 的对比度，改善图像质量¨４’”】。研究还发现，超声造影剂
王艳丹（１９６卜），女，博士研究生。
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图像处理与空间复合成像技术结合起来，能进一步提高图 像质量ｎ】。 多尺度非线性阈值小波变换方法是提高超声图像的质 量另一条途径一““，这类方法可以在抑制斑点噪声的同时 很好地保留细节，提高信噪比。但由于计算复杂，目前尚 难以用于实时图像处理。 超声图像的处理要求进一步寻求更准确的斑点噪声模 型，该模型要具有低复杂性，易实时处理，且对参数的变 化应具有鲁棒性睁】。 总之，图像处理在改善超声图像质量上有重要作用。 但是由于超声图像的实时处理对计算和存储能力要求高， 以及使用者对处理后的超声图像的接受程度有差异，使得 图像处理在超声图像中的应用仍受到一定限制。 １．４空间复合成像技术 空间复合成像时，探头对同一断面，从多个角度获取 多幅断面图ｂ】。把多幅图像作帧平均，得到复合图像。 由于复合图像是多幅不同角度的断面图像的平均，因 此可用于去除斑点噪声，增强图像中的组织结构。此外， 断面图像从各个不同的角度获取，对于有声影和边沿缺失 的情况，由于它们将出现在各幅图像的不同位置，因此采 用复合图像可消除声学阴影和边沿缺失对图像质量的影响。 从理论上讲，参与复合的断层图像越多，复合图像质 量越好，但实际上，由于人体组织器官的运动和操作时探 头位置的微动会造成复合图像的模糊，实际使用时要根据 临床需要折衷考虑这个问题，一般可选取５—９幅断层图像 复合‘２，“。 超声复合成像的原理早在２０世纪８０年代初就已提出， 但由于计算能力的限制而迟迟没有进入实用阶段Ｂ］。近几 年来由于电子技术和计算机技术的发展，实时复合成像技 术才又被提起，并逐步进入临床实用Ｄ“““］。这些研究结 果证明，复合超声成像在改善超声图像的质量上有非常好
１．３超声图像的处理
超声图像是超声束与组织微细结构相互作用的结果。 由于成像过程十分复杂，其图像中的噪声结构也呈现出多 样性。在处理超声图像时，必须根据图像的局部特征判定 该区域是噪声区还是组织结构。若是噪声则可采用滤波方 法加以去除；若是组织结构则做增强处理。这种处理图像
１二维超声成像技术的进展
１．１数字化超声仪器 超声成像设备自问世以来，人们就一直在寻找各种途
确测量和定位在产科临床上，三维超声成像可用于鉴别早 期胎儿是否存在畸形以及检查各个孕期胎儿的生长发育情 况【ｌ。１；在心血管疾病诊断中，可用于多种心脏疾病以及 血管内疾病的检查。随着实时三维超声成像（一般要求帧 频必须大于２０帧，ｓ）的研究成功，三维超声有望在心脏疾 病检查中发挥更大的作用。尽管如此，由于价格和技术上 的原因，目前三维超声成像尚未达到临床广泛应用的水平， 也还有不少值得研究的问题。
关键词
超声成像
新技术
临床应用
文献标识码Ａ 文章编号１００２—３２０８（２００６）０５—０５５３．０３
中图分类号