全數字超聲診斷系統關鍵技術淺析①

劉尊亮

(徐州雷奧醫療設備有限公司 江蘇徐州 221116)

超聲波是一種振蕩頻率超過了2MHz的機械波,超過了人的耳朵的聽覺范圍。而超聲波的傳播也是要求在介質中發生的,它的速度會因為介質的聲阻抗的而發生變化,而在人體的軟組織中大概是1540m/s。而和另外一些的波動的過程是一樣的,超聲波的發生是要求具有聲源的。而在全數字超聲診斷系統當中,探頭晶片受激發射就產生了超聲波,因此探頭晶片也就是聲源。

1 全數字超聲診斷系統簡析

超聲波和其他的波動過程是一樣的,都是具有聚焦性、方向性、衰減性、聲阻抗、折射、反射、衍射、散射、多普勒效應等等的物理特性。而在介質中的傳播通常是要遵循幾何的光學原則。

超聲診斷儀是按照波束掃查的方式來分類的,它能夠劃分為brightness型、amplitude型、doppler型和motion型。而另外一些如超聲CT和超聲顯微鏡、超聲全息等都是處于研制的階段。

2 全數字超聲診斷系統關鍵技術

2.1 換能器技術

超聲波的接收和發射是按照壓電效應的原理來進行的,有一些有特殊功能的人工或者天然晶體,例如鋯酸鉛、石英等等,當人們在它的其中一定方向上進行施壓的時候,晶體的兩側的表面就會產生相反的電荷。相反的,如果把它放在交變電場之中,同時讓晶體壓電軸方向和電場的方向相同,晶體就會產生強烈的舒張和壓縮。

在超聲診斷系統中超聲換能器常被稱作探頭,它是人工或者天然的壓電晶片所結合而成的,分為單晶片和多晶片,它的作用是接收回聲信號,還有發射超聲波。而晶片的前面是有保護膜的,它是環氧樹脂或者硅橡膠所制造而成的。

2.2 數字波束合成

全數字超聲診斷儀的核心技術,實現圖像獲取、處理過程的全數字轉化,保證圖像不失真,邊緣清晰。接收的通道當收到回波的信號時并對它進行隔離、整序和AD采樣等等的基本處理之后就進入了數字波束的合成模塊。

而當運用多陣元探頭成像的時候,圖像的數據處理是用幾個通道接收到的數據來進行合成的,所以波束合成的質量是圖像的質量高低的決定因素。而多波束合成的作用主要有對接收到的不同通道的回波信號進行一系列的延時求和,最終進行動態變跡、動態聚焦,還有動態孔徑處理。而實時動態聲束變跡是隨深度連續地抑制旁瓣,有效降低背景噪聲,獲得最高信噪比,實現高清晰度圖像。而實時逐點動態接收聚焦是最理想的接收聚焦技術,大大改善了遠近場的圖像顆粒均勻度和提高整場組織的分辨率,獲得高質量的二維圖像。而實時動態孔徑成像技術是超聲成像系統的一個重要環節,良好的動態孔徑控制技術能夠有效地改善圖像質量,根據不同探測深度確定波束寬度所需的孔徑大小。現代全數字超聲診斷系統常用的寬頻帶探頭多頻率同時發射,接收時系統內的數字化自適應帶通濾波器,根據檢查部位深淺差異,自動選擇最佳的接收頻率,有效地解決了分辨率和穿透力之間的矛盾,在同一幅圖像上實現了最佳分辨率和最高穿透力。而延時的精度則是合成波束好壞決定因素。那是因為動態聚焦的延時精度是與整個系統的性能有著直接的聯系。

2.3 動態濾波

動態濾波器的目的是為了滿足人體組織的各個不同的深度對回波信號的衰減的變化而設計的。很多的實驗和研究都顯示,人體組織細胞對超聲的衰減和被探測的介質的深度是相關的,同時還和超聲波的頻率相關。多層匹配的超聲探頭和單層匹配的超聲探頭,它們的發射超聲波頻譜都并不是簡單的頻率,所以接收的頻率也是會有一定的帶寬的。它隨著頻率的不斷上升,介質對低頻分量的衰減要比對高頻分量的衰減少。所以,在近場的時候,回波頻率的成分是比較集中在頻帶的高端位置,而隨著探測的深度的不斷加深,回波信號的頻譜的中心頻率會不斷向頻帶低端頻去移動。而中心頻率的不斷下移就會使橫向分辨率不斷惡化。按照超聲回波在近、遠場的不同分布規律,來決定接收器的帶寬,也就是不斷的變更濾波器的系數能夠在很大的程度上管理這類頻譜移動所產生的影響。

而濾波器的類型選擇主要的決定因素是濾波的時候要強調的信號的特點和側重面。濾波的主要目的是要去除噪聲,可是有的可能只是希望能夠盡可能的除掉噪聲,某些則是希望在除掉噪聲的時候還可以使濾波器含有線性的特性,而某些就是注重濾波的實時性。

3 結語

全數字超聲診斷系統采用了先進的高精度數字化技術,圖像真實、細節豐富、功能強大、操作簡便,能夠滿足臨床上不斷提高的診斷要求。全數字超聲診斷系統是工程技術與醫學診斷技術融合的結晶,將超聲診斷設備帶入了超聲影像的新境界,是醫療衛生系統超聲診斷設備的最佳選擇。

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