超声成像技术发展现状及应用

1、超声成像技术的发展现状及应用1引言超声成像以其使用安全、成像速度快、价格便宜和使用方便等优势在临床诊断中被大量使用，是临床诊断的重要工具之一1。随着超声在医学诊断领域的广泛而深入的应用，以及微电子技术、计算机技术、图像处理技术和探头技术等工程技术的进步，促进了超声诊断技术不断发展。不仅仪器的图像质量明显提高，而且诊断的模式和方法也更加丰富。国内外很多研究人员从事着超声的研究，使超声技术从模拟技术扩展到数字技术，即数字声束形成技术2;从低帧率成像扩展到高帧率成像3;从二维成像扩展到三维成像4;从线性技术扩展到非线性技术5,以适应临床不同的需求。本文着重对多普勒血流成像、三维成像技术和谐波成像技术

2、作一下介绍，并对各自在临床方面的应用进行概括。2超声多普勒成像技术超声多普勒技术主要应用于心脏和血管疾病的诊断。它是无损诊断血管疾病的一种重要手段，对超声多普勒血流信号的分析处理可以为疾病诊断提供重要依据6。当超声源与人体内运动目标之间存在相对运动时，接收到的回波信号将产生多普勒频移，由此确定其运动速度大小、方向以及在断层上的分布。2.1 多普勒成像技术简介目前应用于临床的有一维连续多普勒、一维脉冲多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒组织成像7。下面就多普勒组织成像技术及其应用做一个简单的介绍。多普勒组织成像技术7是将低速高振幅的心肌运动信息进行彩色编码显示心脏运动信息的图像诊断技术。该技术

3、能够直观的观察心动周期内各时相的室壁运动方向，并定量分析心脏各节段的室壁运动速度。与传统超声目测分析室壁运动相比，能够更为客观地评价心脏的运动特点。但多普勒组织成像无法克服多普勒声束与室壁运动方向夹角所产生的影响网。2.2 超声多普勒成像技术应用关于超声多普勒成像技术的临床应用的报道有很多学者经研究发现二维及彩色多普勒超声对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别有一定的诊断价值90李斌采用彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤的声像图特征及其相应的生理、病理学基础作了相关的实验分析，得出彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤有很高的诊断价值10。也有人针对彩色多普勒超声和多层螺旋CT两种检查方式进行比较110另外，超声多普勒成像

4、技术也可用于心脏图像的动态三维图像12。3三维超声成像技术三维超声成像的概念最初由Bau吊0GreewoocFfe1961年提出13。他们在采集一系列平行的人体器官二维超声截面的基础上，用叠加的方式得到了器官的三维图像。在这之后，很多人进行了这方面的研究工作。随着计算机技术和图像处理技术的发展，三维超声成像取得了明显的进展，一些实用的系统开始进入临床应用。三维超声成像技术原理简介三维超声成像技术包括数据获取、三维图像重建和三维图像的显示14。三维超声成像是在采集二维图像的基础上进行重建而成。要获得理想而准确的三维图像，需要清楚地了解二维图像的位置及角度，还需尽快扫查以避免运动伪像。常用机械驱动

5、扫查、自由扫查、一体化容积探头扫查等方式获取150获取二维图像数据后，便可形成三维立体数据库。当选择一个参考切面对三维立体数据库进行任意方向的切割和观察时，即可完成对感兴趣结构的三维重建与显示。常用的重建方法为15:基于特征的三维图像重构法、基于体素的三维图像重构方法。显示方式有：断面成像、表面成像、透明成像。三维超声成像的优缺点与传统二维超声成像相比，三维超声成像具有明显的优势。主要表现在以下几个方面16:直接显示脏器的三维解剖结构；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进行观察；可对生理参数进行精确测量，对病变位置精确定位。无可厚非，三维超声成像还存在不足之

6、处16。主要表现在三个方面：（1）成像速度慢；（2）空间分辨力低；（3）成像效果未达到临床诊断要求。三维成像的应用三维超声在产科领域的应用较早，技术也较成熟140不仅可以对胎儿体表结构进行表面成像，还可利用透明成像对胎儿体内结构进行三维重建，从而对胎儿整体形态结构进行观察。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。另外，三维成像对慢性膀胱炎症、憩室、结石、凝血块等膀胱疾病的诊断，也显示出优越性140当然，它的临床应用还有很多，如在肝脏疾病、肾脏疾病以及眼科疾病等方面的治疗中也取得不错的成效17,再次不

7、一一列举。4谐波成像技术在谐波成像应用于临床之前，所有超声成像系统都是按照线性超声来设计的。非线性声学的理论和实验表明，有限振幅声波在传播过程中会产生非线性效应，因此可以利用人体组织产生的高次谐波进行成像180当前应用较广的有造影谐波成像，组织谐波成像等。具有谐波成像和Doppler血流成像功能成为高端超声成像仪的主要标志。4.1组织谐波成像和造影谐波成像临床上，由于肥胖、胃肠气体干扰、腹壁较厚或疾病等原因，约有20%-30%此类的病人被称为超声显像困难病人180对于此类病人需要较低频率的超声检查以增加穿透力从而得到进一步的诊断研究，组织谐波成像便能解决此问题。组织谐波成像是利用超声传播过程中

8、由人体组织自身产生的高次谐波进行成像19o组织谐波成像和造影谐波成像都是通过提取回波信号中的高次谐波分量进行成像，但高次谐波产生的物理原理却不相同。造影谐波成像的原理如下20:超声造影剂内存在大量的微气泡，若通过静脉注射造影剂，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。这种利用造影剂反射回波的二次谐波成像的方式称为造影剂谐波成像。4.3谐波成像应用目前谐波成像技术在心脏和腹部疾病超声图像诊断方面的应用较为广泛。但谐波成像发射频率较低，接受频率较高，使得靶区图像分辨力降低。因此，此项技术尚处在初级应用阶段。国内对组织谐波成

9、像研究仅限于临床应用研究，尚缺少对该项技术在理论和实验方面的深入研究。国外已经开展了组织谐波成像模型的理论研究，取得了一些成果。比如YadongLi研究了用于产生谐波B型超声图像的计算模型21o组织谐波成像已经被证实具有较好的影像解析度，它比基波图像有着更好的对比，造影剂二次谐波成像可以增强造影剂与周围组织的对比度，使成像更为清晰。5展望从早期超声诊断技术到目前的超声多普勒成像技术、三维成像技术和谐波成像技术的发展历程来看，超声图像诊断技术的发展目的是为了提高图像质量，准确反映疾病信息。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，相信将会有更多新发

10、现和新技术用于超声成像中。参考文献：1王艳丹，高上凯.超声成像新技术及其临床应用J.北京生物医学工程，2006,25(5):553-556.2伍于添.超声诊断方法和设备的前沿技术J.中国超声医学杂志，2004,20(6):470-475.3彭虎，韩雪梅，杜宏伟.高帧率超声成像系统中一种高信噪比扇形成像模式的实现J.生物医学工程学杂志，2006,23(1):25-29.4B.SEDGMEN,C.McMAHON.Theimpactoftwo-dimensionalversusthree-dimensionalultrasoundexposureonmaternalfetalattachmentan

11、dmaternalhealthbehaviorinpregnancyJ.UltrasoundObstetGynecol,2006(27):245N51.5杜宏伟，彭虎等.吸收媒质中非线性gauss聚焦超声场的仿真研究J.中国科学技术大学学报，2007,37(9):1120-1124.6张良筱，张泾周，马颖颖.超声多普勒血流信号的分析方法.北京生物医学工程，2007,26(5):548-551.7吴立顺，管喜歧.超声图像诊断技术的发展及应用现状J.医疗卫生装备，2007,28(12):35-36.8余薇，胡佑伦.医学超声成像方法学进展J.北京生物医学工程，2001,20(3):225-228.9

12、米和伟，颜社平.彩色多普勒超声对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别诊断J.现代医用影像学，2008,17(4):211-212.10李斌.彩色多普勒超声诊断子宫颈部肌瘤的价值.现代医用影像学，2008,17(4):187-189.11兰莉，许方洪.彩色多普勒超声与多层螺旋CT成像对下肢深静脉血栓诊断的对比研究J.温州医学院学报，2008,38(5):432-434.12何爱军，郑昌琼，汪天富.组织多普勒超声心脏图像的动态三维重建J.生物医学工程学杂志，2005,22(3):570-574.13郝晓辉，高上凯.三维超声成像的发展现状及若干关键技术分析J.生物医学工程学杂志，1998,15(8):311-31

13、6.14王建红.三维超声成像的临床应用现状与进展J.医学影像杂志，2004,14(10):858-860.15黄志远.三维超声成像的新技术及发展趋势J.武汉科技学院学报，2006,19(10):5-8.16刑晋放，曹铁生，杜联芳.三维超声成像研究概述J.中华超声影像学杂志，2005,14(8):629-631.17孙彦.三维超声成像诊断肝脏疾病的现状与进展J.中国医学影像学杂志，2005,13(1):55-57.18刘贵栋，沈毅，王艳等.医学超声谐波成像技术研究进展J.哈尔滨工业大学学报，2004,36(5):600-602.19刘贵栋，沈毅等.基于编码脉冲技术的医学超声组织谐波抑制J.中国医学物理学杂志，2007,27(6):444-446.PompiliM,RiccardiL.Contrast-enhancedgray-scaleharmonicultrasoundintheefficacyassessmentofablation