淺談超聲診斷技術的進展和臨床應用

張智強

【中圖分類號】R445.1 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）03-0468-01

20世紀70年代中期相關領域開始探討發展三維超聲成像技術，自80年代后期開始，由于計算機技術的飛速發展，使得三維超聲成像技術得到了實現，三維超聲成像目前有3種成像模式，即表面成像、透明成像及多平面成像。三維超聲成像的基本步驟是利用二維超聲成像的探頭，按一定的空間順序采集一系列的二維圖像存入二維重建工作站中，計算機對按照某一規律采集的二維圖像進行空間定位，并對按照某一規律采集的空隙進行像素補差平滑，形成一個三維立體數據庫，然后勾劃感興趣區，通過計算機進行三維重建，將重建好的三維圖像在計算機屏幕上顯示出來，圖像具有更高的空間分辨率，所含的信息量大，對組織結構的分辨力更強更直觀。三維圖像的優劣在很大程度上取決于二維圖像質量的好壞，即三維超聲目前仍未擺脫二維超聲。

一超聲診斷技術

脈沖回波幅度法：凡利用脈沖超聲回波的幅度變化來傳遞機體組織解剖結構情況的技術都屬于脈沖回波幅度法。應用于臨床的包括：①A型幅度調制型。以波高表示回波幅度，反映機體組織空間一維信息；②B型亮度調制型。以亮度表示回波幅度，反映機體組織二維信息，提供機體組織的切面圖；③C型以亮度表示回波幅度，反映機體組織二維信息，但其提供的是機體組織等深的平面圖；④F型以亮度表示回波幅度，反映機體組織二維信息，即機體組織可變曲面（flexible）圖；⑤M型以亮度表示回波幅度，但它提供的是組織界面的時間活動曲線；⑥三維顯示利用許多二維平面圖組成三維立體圖，由于成像速度不同，分為靜態三維、動態三維和實時三維。

多普勒法：利用多普勒信號傳遞機體組織運動信息的技術都屬于多普勒法。一般分為 ：①D型利用多普勒頻譜圖獲取組織空間一維的運動信息。此型分為連續波多普勒（CW）、脈沖波多普勒（PW）和高脈沖重復頻率多普勒（HPRF）3種工作方式；②CFM型彩色血流圖反映機體組織的二維運動信息。此型除了經典的CDFI外，還有彩色多普勒組織成像（CDTI）、彩色多普勒能量圖（CDE）和彩色方向能量圖（DCA）。 其他包括諧波成像、超聲CT、聲全息和超聲組織定征。

二超聲診斷儀的分類

依照傳送機體信息的類別分類可以分：①B超診斷儀：這是一類以B超模式為主的超聲診斷儀。視臨床的需要可加配M型或A型，主要了解機體的解剖學信息。一般又稱“黑白B超”；②多普勒診斷儀：這一類主要是以多普勒原理組成的超聲診斷儀，有胎心儀和頻譜儀；③彩超 這是以B模式和彩色血流圖結合的雙工系統，并可有M型、D型等其他超聲診斷模式，既可了解機體解剖學信息，又可了解運動學信息的設備。

按臨床用途可分：①心臟機 心臟專用彩超，一般配相控陣探頭，并有CW模式、對比諧波、心臟組織諧波和豐富的心功能檢測和評估技術；②腹部機 腹部用彩超機，主要用于腹部和婦產科檢查，一般要求兼顧檢查表淺器官。所有這類機要配有3.5MHz，R50/60的凸陣探頭和線長小于50mm頻率在7.5MHz以上的高頻線陣探頭，具有能量圖、腹部組織諧波圖、高分辨率的B型圖和腹部、婦產科和小器官所需要的測量軟件；③眼科用彩超 主要用于眼科檢查，要求有線長小于35mm頻率高于10MHz的線陣探頭，具有A型和眼科測量軟件；④多用途機 適于全身有關部位的檢查，主要包括心臟、腹部、婦產科、小器官和頭顱。

三超聲診斷技術的進展

全數字化超聲波診斷技術 該技術是指采用了數字聲束形成技術的設備，其核心是數字波束形成器。從電子技術的角度看，波束形成器可以分為模擬式和數字式。數字式在接收的前段將回波信號轉變成數字量，用數字電路來實現信號的延遲與疊加，這是兩種技術的根本區別。

傳統的數字波束形成器使用ASIC集成電路器件來實現，研發及制造成本高，世界上僅有少數幾個廠家擁有該技術，只應用于高檔彩超中。隨著微電子技術的高速發展，利用大規模FPGA器來實現數字波束形成器已成為現實，其優異的性價比和便利的升級能力，使得醫學超聲診斷系統全數字化成為潮流。

全數字技術提高了圖像的質量，使超聲成像系統具有更高的可靠性和穩定性。自1987年美國ATL公司研制出世界上第一臺前端全數字化超聲診斷系統以來，該技術已成為現今超聲診斷系統最先進的平臺。全數字化技術的關鍵是用計算機控制的數字聲束形成及控制系統。這種系統再與工作在射頻下的高采集率A/D變換器及高速數字信號處理技術結合起來形成數字化的核心。它包括有3個重要技術：①數字化聲束形成技術；②前端數字化或射頻信號模數變換技術；③寬頻探頭和寬頻技術。前端數字化后，分辨率改善30%，動態范圍增加48dB，隨機噪聲降低1/3。超高密度陣元（512和1 024陣元）探頭，并可使探頭的相對帶寬超過80%。面陣超高密度陣元探頭的出現，使二維聚集成為可能，它能同時改善側向分辨力和橫向分辨力。而寬頻探頭結合數字聲束形成和射頻數字化使現今的全數字化系統能實現寬頻技術，該技術可避免使用模擬式儀器損失50%以上頻帶信息的弊端。所以寬頻探頭和寬頻技術不僅能解決分辨力和穿透力的矛盾，而且信息量豐富，有可能獲取完整的組織結構反射的寬頻信號。真正的數字式超聲診斷儀應從波束形成到信號轉化的全過程采用數字處理，圖像分辨率要比64～128通道的模擬式超聲診斷儀高出2倍以上。因超聲的關鍵技術是分辨率，數字式超聲采用數字波束形成技術，能夠實現象素聚焦超聲，實現完全沒有失真的超聲圖像。全數字化超聲診斷儀是在數字波束形成的基礎上，包括數字圖像管理和數字圖像傳送，無失真的圖像存儲和調用，采用PACS的Dicom界面，運算快、容量大，無失真圖像傳送。2000年美國CE公司發明的數字編碼超聲技術是對超聲脈沖進行編碼和解碼，從而將數字化超聲進一步前推到超聲波束，達到了將有用的微弱信號提升放大，抑制不需要的超聲回波信號。多方面改善了超聲波圖像的質量，更為編碼二次諧波等一系列臨床應用技術提供了基礎。總之，全數字化技術保證了超聲診斷設備圖像的清晰度和準確度，分辨率更高，大大提高了超聲診斷的準確率，直接決定著超聲診斷設備的整體質量。

超聲診斷技術的發展很快，但在定量分析方面還很落后，還必須利用最新技術來提高設備的整體性能，如探測深度、空間分辨力、時間分辨率等指標。結構成像和運動成像是目前應用最廣泛的兩項技術，除此之外，超聲醫學成像的方法與診斷治療一體化，促進了超聲介入醫學的發展。