數(shù)字化超聲成像診斷系統(tǒng)

周 旭

吉林省伊通滿族自治縣第一人民醫(yī)院超聲科，吉林四平 130700

超聲波是一種機(jī)械波其頻率在2×104～108 范圍內(nèi)，它只能傳播于介質(zhì)之中，而且在空氣、水等均勻物質(zhì)中有很好的指向性，其最大的特點(diǎn)是可以聚集于某個(gè)特定的位置。在超聲成像系統(tǒng)中，超聲波是由電激勵(lì)超聲換能器的壓電材料對(duì)周圍媒介作用所引起的壓力變化而產(chǎn)生的，發(fā)射波在傳播過程中根據(jù)媒介的不均一性而產(chǎn)生不同的反射波，再由換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這些信號(hào)能夠表現(xiàn)出反射體的反射強(qiáng)度和位置信息。由于超聲成像診斷具有無輻射、重復(fù)性好、無損傷、靈敏度高、非侵入性等優(yōu)點(diǎn)，所以在醫(yī)學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用，已成為醫(yī)學(xué)診斷的一種重要的圖像診斷法。

1 醫(yī)療診斷中常見的醫(yī)用超聲診斷儀

1.1 A 型超聲診斷儀

它雖然不能直觀的掌握被檢測(cè)對(duì)象的剖面結(jié)構(gòu)信息，但由于其有很高的掃描頻率，能夠清晰地顯示出被檢測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況，由橫軸來表示深度，縱軸顯示回聲信號(hào)的幅度。它是超聲波首次應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床診斷的設(shè)備。

1.2 B 型超聲診斷儀

它能夠顯示出人體組織不同方位的二維截面圖像，其亮度受回聲幅度約束，其垂直方向顯示回聲的發(fā)射位置，以超聲的掃描線呈現(xiàn)其水平方向。由于對(duì)同一截面需要進(jìn)行多次掃描，所以需要耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)要多一些，為了保證B 型超聲診斷儀的成像質(zhì)量，還需要對(duì)掃描到的信息進(jìn)行一定的處理。我們現(xiàn)在所用的B 型超聲診斷儀基本上者采用多陣元探頭和獨(dú)立多通道。其中多陣元探頭又分為相控陣探頭和線陣列探頭兩類。

1.3 M 型超聲診斷儀

由于其多用于心血管疾病的診斷，又被稱為超聲心動(dòng)儀，其亮度受回聲信號(hào)的控制，回聲越強(qiáng)亮度越高，反射回聲的位置表示出來的位置是垂直的，以時(shí)間的變化來表示該位置的水平運(yùn)動(dòng)。當(dāng)對(duì)心臟的某個(gè)位置進(jìn)行探測(cè)時(shí)，探頭的位置是固定的，由于心臟的跳動(dòng)使探頭和心臟各層組織之間的距離隨之變化，這樣得到的灰度級(jí)對(duì)應(yīng)回聲信號(hào)的強(qiáng)度，心臟搏動(dòng)產(chǎn)生上下擺動(dòng)的亮點(diǎn)就呈現(xiàn)在顯示屏上，上下擺動(dòng)的亮點(diǎn)會(huì)隨著掃描線由左向右在水平方向上的勻速移動(dòng)而橫向展開，這樣就得到了心臟各層組織結(jié)構(gòu)周期性的活動(dòng)曲線，即心動(dòng)圖。

1.4 多普勒超聲診斷儀

包括有很多種，其中有血流測(cè)量儀、聽診型診斷儀、脈象儀等，屬于無創(chuàng)傷性的檢查方法。它是利用超聲波的多普勒效應(yīng)來做診斷的一類儀器，通過探頭獲取檢查部位界面的超聲頻率變化，界面的運(yùn)動(dòng)情況變化隨之獲取到超聲頻率改變，界面接近探頭時(shí)得到的回聲頻率高于反射頻率，界面遠(yuǎn)離探頭時(shí)得到的回聲頻率降低，之間形成的差頻經(jīng)多普勒信號(hào)檢出進(jìn)行分析處理，得到的結(jié)果輸出供醫(yī)生參考。

2 數(shù)字技術(shù)在超聲影像診斷設(shè)備中的應(yīng)用

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使其普遍應(yīng)用于高性能超聲影像診斷設(shè)備，從最開始的數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器到現(xiàn)在的超聲發(fā)射、接收、成像，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超聲診斷全過程的數(shù)字化，如數(shù)字化聲束技術(shù)、動(dòng)態(tài)電子聚焦、動(dòng)態(tài)孔徑技術(shù)、數(shù)字式延時(shí)技術(shù)等，同時(shí)也對(duì)超聲影像診斷設(shè)備的智能化、高性能和小型化起到一定的促進(jìn)和帶動(dòng)作用。高性能、智能化的超聲影像診斷系統(tǒng)除了可以滿足醫(yī)學(xué)臨床診斷的多種需求外，還為臨床醫(yī)學(xué)研究以及相關(guān)基礎(chǔ)理論的開展提供了準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，同時(shí)也進(jìn)一步促進(jìn)了超聲影像診斷技術(shù)的發(fā)展。智能化超聲診斷系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)一鍵操作，既可調(diào)節(jié)速度標(biāo)尺，多普勒基線等眾多參數(shù)，又可調(diào)節(jié)TGC、動(dòng)態(tài)范圍、接收增益，體現(xiàn)其一鍵多功能的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能夠避免檢查過程中復(fù)雜、繁瑣的調(diào)節(jié)操作。

小型化超聲儀器雖結(jié)構(gòu)簡單，與筆記本大小差不多，但是無論是出急診還是出診以及現(xiàn)場(chǎng)搶救檢查，都能夠提供一切所需功能，更突出了超聲影像診斷技術(shù)的價(jià)值和重要性，使超聲診斷技術(shù)的臨床應(yīng)用范圍更加廣泛。另外，伴隨著高速公路的興起和通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在大多數(shù)超聲影像診斷設(shè)備雖然廠家、型號(hào)不同但普遍都設(shè)有DICOM3.0 標(biāo)準(zhǔn)接口，使其不僅包涵了數(shù)據(jù)字典、介質(zhì)存儲(chǔ)、與醫(yī)學(xué)影像學(xué)有直接關(guān)聯(lián)的信息交互、網(wǎng)絡(luò)通訊和文件格式等多方面的內(nèi)容，還能夠促進(jìn)整個(gè)醫(yī)療環(huán)境，使數(shù)據(jù)信息和其容量交換加快，將超聲診斷成像設(shè)備或與超聲影像工作站和醫(yī)院影像管理與通訊系統(tǒng)（PACS）一起進(jìn)行組合，使其能夠最終進(jìn)入了整個(gè)醫(yī)院信息系統(tǒng)。

3 醫(yī)學(xué)上數(shù)字化超聲成像診斷的應(yīng)用

3.1 超聲成像診斷的醫(yī)學(xué)發(fā)展史

上世紀(jì)中期，在醫(yī)學(xué)上離體臟器的厚度就開始應(yīng)用A 型超聲儀來檢測(cè)，同時(shí)也進(jìn)行臨床疾病診斷方面的探索，隨后，醫(yī)學(xué)研究者開始對(duì)正常人的心臟和心臟病患者利用M 型超聲儀對(duì)風(fēng)濕性進(jìn)行探測(cè)。到70年代初期，通過B 型超聲顯像技術(shù)可以顯示臟器和病變形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，使其廣泛應(yīng)用于臨床，也是臟器二維切面超聲成像檢查技術(shù)的起點(diǎn)。在80年代中期，又開創(chuàng)了彩色多普勒超聲診斷儀，多普勒超聲是不僅能夠顯示器官和病變器官的形態(tài)，同時(shí)也能夠顯示雙重信息的血流動(dòng)力學(xué)變化。使得超聲影像診斷技術(shù)有了進(jìn)一步的提高。90年代以來，大量使用計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)，讓超聲影像診斷技術(shù)有新的發(fā)展，達(dá)到了更高水平。開創(chuàng)了醫(yī)學(xué)超聲三維成像技術(shù)。縱觀超聲影像診斷技術(shù)的發(fā)展史，它是由是靜態(tài)成像向?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)成像發(fā)展的過程，其發(fā)展過程是由“點(diǎn)”到“ 線”，由“線”到“面”，最后到“體”。

3.2 幾種新成像技術(shù)的發(fā)展

①寬景超聲成像技術(shù)。該技術(shù)是通過移動(dòng)探頭來獲取一系列二維切面圖像，再將這些圖像反饋給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建，把這些二維圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)連續(xù)視野的超寬切面圖像。寬景超聲成像技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于肢體軀干的肌肉、血管和周圍神經(jīng)等方面的疾病以及婦產(chǎn)科、診斷甲狀腺、胸腹部、乳腺、睪丸等一些小器官。一幅寬景超聲圖像不僅能夠顯示整個(gè)胎兒全貌，而且還能夠顯示胎盤內(nèi)的完整結(jié)構(gòu)，對(duì)于判斷胎位、多胎妊娠、羊水量與分布的評(píng)估等相關(guān)方面都有著重要的研究價(jià)值。寬景超聲成像技術(shù)，可以定量準(zhǔn)確地測(cè)量臟器大小和體積較大的病灶或腫物還能夠更清晰地顯示出病變的范圍，內(nèi)部回聲、位置、大小及其毗鄰，同時(shí)還，除了有較好地展示外還存在延伸管道結(jié)構(gòu)的功能，其優(yōu)點(diǎn)在于它可以提供更好的空間關(guān)系和結(jié)構(gòu)層次。受到組織或器官運(yùn)動(dòng)的干擾影像的影響，這種技術(shù)也存在缺點(diǎn)，使圖像模糊，清晰度不高。寬景超聲圖像還可以顯示常規(guī)二維超聲無法獲得的特別是肢體軀干軟組織，它通過利用高頻線陣探頭迅速的進(jìn)行大范圍的體層掃描，就可以獲得一幅從皮膚、皮下組織到周圍神經(jīng)干以及骨膜等相關(guān)方面的正常和病變體層解剖寬景圖像，使各層結(jié)構(gòu)特征清晰可見。寬景超聲成像技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ€能夠與彩色多普勒超聲和常規(guī)實(shí)時(shí)灰階相結(jié)合，不僅能夠使現(xiàn)代超聲診斷技術(shù)更完善，還能夠?yàn)槌旵T 的研究和應(yīng)用奠定穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

②超聲成像技術(shù)。三維超聲成像技術(shù)可以彌補(bǔ)二維平面成像技術(shù)的不足，給人們提供一個(gè)更全面的三維圖像信息。動(dòng)態(tài)三維成像技術(shù)主要有三維成像來觀察和檢測(cè)非活躍的器官，靜態(tài)三維成像，實(shí)時(shí)三維心臟形態(tài)成像的活動(dòng)。其中包括一個(gè)靜態(tài)三維成像部門的掃描掃描掃描和旋轉(zhuǎn)兩種形式，需要掃描二維探頭，圖像的某些方面獲得他們的反饋到計(jì)算機(jī)圖像，器官的最終輸出的轉(zhuǎn)型計(jì)算機(jī)三維地圖，然后重建編輯后，電腦以得到一個(gè)明確的，清晰的圖像，器官與病變的形態(tài)特征突出而且表面輪廓與深淺立體感強(qiáng)，這種成像主要適用于探查對(duì)象周圍有液體環(huán)抱者或器官內(nèi)有液體存在的情況，如腫瘤、膽道結(jié)石與息肉、肝腎囊腫等。醫(yī)生通過血管三維圖像重建能夠清楚地了解臟器內(nèi)的血管走向、血栓形成、有無畸形以及分支狀況等情況;對(duì)于胰、十二指腸三維圖像重建，可以幫助醫(yī)生準(zhǔn)確地對(duì)胰頭及膽總管病變進(jìn)行診斷，同時(shí)對(duì)于胎兒面部畸形、潰瘍、臍帶繞頸等也有鮮明的特點(diǎn)。三維超聲成像還能夠給醫(yī)生提供患者體內(nèi)的腫瘤病灶的三維形態(tài)和空間位置，使定位信息更準(zhǔn)確，有助于超聲引導(dǎo)介入性治療的發(fā)展，同時(shí)能夠提高臨床治療效果。

隨著采樣技術(shù)和高速掃查的不斷發(fā)展，可以將靜態(tài)三維成像與心電圖同步技術(shù)的時(shí)間參量相融合，使其能夠則實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的顯示出動(dòng)態(tài)的三維成像，在此基礎(chǔ)上再結(jié)合速度信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)三維成像。四維參量即動(dòng)態(tài)三維成像，可以對(duì)醫(yī)生診斷瓣膜疾病有著重要意義，同時(shí)它還能夠呈現(xiàn)出心內(nèi)血流的立體動(dòng)態(tài)圖像，幫助醫(yī)生觀察血流方向、分流與返流有著十分重要的意義。心臟的各種結(jié)構(gòu)的立體形態(tài)、活動(dòng)情況、空間關(guān)系和血流動(dòng)態(tài)，動(dòng)態(tài)三維成像技術(shù)都可以從不同方位觀察，并為醫(yī)生提供可靠的圖像依據(jù)，有效的提高了臨床診斷的準(zhǔn)確率。

③分子影像技術(shù)。分子影像學(xué)最早是由美國國家癌癥研究所正式提出和應(yīng)用，它與傳統(tǒng)的成像方法有所區(qū)別，它所揭示的不是細(xì)胞、分子發(fā)生改變后所導(dǎo)致的組織結(jié)構(gòu)的異常信息，而是著重描述了導(dǎo)致人體疾病的細(xì)胞、分子的異常。分子成像主要基于分子生物學(xué)，而現(xiàn)代的成像技術(shù)的幫助下，從分子水平研究和觀察疾病的發(fā)生，能夠描述和確定活體生物發(fā)展中病理生理變化和代謝功能改變過程的一種成像方法。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，許多疾病在臟器組織出現(xiàn)病理改變之前，其細(xì)胞、分子或其功能就已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化，所以需要通過分子成像技術(shù)來更早、更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和確定疾病，同時(shí)分子成像技術(shù)還能夠?qū)膊〉闹委熤屑?xì)胞和分子水平做出直接的評(píng)價(jià)，使醫(yī)學(xué)界能夠?qū)膊〉陌l(fā)生、發(fā)展和治愈的整個(gè)過程建立起全新的科學(xué)性認(rèn)識(shí)。除此之外，它還能夠用于心血管、腫瘤等的靶向診斷，這需要通過單克隆抗體、多肽分子等靶向微泡對(duì)比劑，同時(shí)它還能夠?qū)崿F(xiàn)血栓、粥樣硬化斑塊等的治療和基因、藥物的輸送。分子影像學(xué)不僅融合了分子生物學(xué)、納米技術(shù)、生物化學(xué)、基因工程技術(shù)，同時(shí)還結(jié)合了數(shù)據(jù)處理和圖像處理等技術(shù)，是多種學(xué)科結(jié)合的成果，也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1]鄭德連.醫(yī)學(xué)超聲原理與儀器[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1990.

[2]張克云等.醫(yī)院影像數(shù)學(xué)化初步應(yīng)用[J].黑龍江工長醫(yī)藥，2007（5）：63.

[3]向群.醫(yī)院超聲影像數(shù)字化建設(shè)新探[J].醫(yī)學(xué)信息，2008（4）：446-447.