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对超声工程中某些论语的讨论
会达软件   2011-01-13 16:36:09 作者:李松华 来源: 文字大小:[][][]

对超声工程中某些论语的讨论

      随着技术的进步,医学超声设备发生了日新月异的变化,新产品不断涌现, 技术不断革新。由于医学超声设备是一类高技术、高利润产品,形成各大公司激烈竞争的局面,也使各个公司加快技术开发并加强商业宣传,产生了医学超声工程中的一些新术语。在这些新术语中,有些是新技术方面的术语,有些是使用不妥的名词,也有些是商业上的炒作,造成了一些混乱。本文对以下八个较有争议的术语作些讨论。
    1. 全数字化会达超声诊断仪
    全数字化超声仪指的是采用了数字声束形成技术的设备,相对于早期的具有DSC(数字扫描变换器)的设备,其数字化工作又向前推进了一步。从严格意义上来讲,此处用全数字化一词是不妥当的,因为超声信号本身及在超声的接收过程中还远没有达到数字化。但目前国内外医学超声界己基本上接受这种叫法。
必须指出,采用了数字声束形成技术的设备,由于它不用模拟延迟线及大量模拟开关,因此其延迟精度、稳定性等一系列性能得以提高,从而可能提高设备的图像质量。但是,设备的图像质量与很多因素有关,例如探头中振子的材料及工艺、换能器中的电学和声学匹配、各阵元及其通道的电学和声学隔离、 各通道的电性能的一致性(包括增益及频率响应等)、电子聚焦中的延迟精度等。这就是说,采用了数字声束形成技术的设备,其图像质量可以比模拟的设备高,但并不一定比模拟的设备高。
    顺便指出,个别不负责任的公司把不是全数字化超声诊断仪说成是全数字化超声诊断仪,给用户造成了误导。实际上,凡是提到具有四点聚焦等全数字化超声诊断仪不可能有的较低性能的机器,就不会是全数字化超声诊断仪。用户在购买设备时要多问、多比较。
         2.实时三维超声成像
    三维超声成像己有10年以上的历史了,但成像原理还没有重大突破,都是采用两维序列图像和三维重建算法获得。由于采集两维序列图像的时间长,因此要显示一幅完整的三维图像均需秒级时间,有些设备还需以分钟计。
“实时”一词有其相对性,有些人认为在病人离开诊断室前能拿到报告即算“实时”,但一般情况下应有更快的速度。成像技术的实时性应根据成像对象来定,心脏的成像速度应小于十分之一秒才能算“实时”,而腹部成像可适当放宽。基于这种相对性,我认为公布三维超声成像速度较为妥当,而在成像速度不够高的今天称“实时”就不妥。 
        3. 电脑化超声诊断仪
    电脑化超声仪指的是采用电脑(即计算机)作为设备的控制器,而不再使用早期的微处理器作控制器。电脑是一种标准化了的大批量生产的产品,其软硬件环境好,具有大容量内存及标准接口等,价格便宜。电脑化后,电影回放、图像处理、档案管理及远程医疗用的DICOM 3.0接口等都能方便地解决。同时,可以大量节省像距离、周长、面积的测量等软件开发费用及时间,增加屏幕上的显示内容。目前,电脑软件还不能很好地解决DSC的问题,因此电脑化超声仪还少见。若电脑的软件速度能像目前的硬件那样好地完成DSC功能,相信超声诊断仪将普遍电脑化。

    4. 阵元、振子和通道
    目前的超声诊断仪基本上都使用阵列式换能器。阵列式换能器的基本换能单元称为阵元,它在电气上有独立的引线,能直接激励而发射超声,也能接收回波而输出电信号。振子是由压电材料经高温烧结、电极化处理、打磨、加上电极等一系列加工后形成的压电元件。在换能器中,为了提高各个阵元的性能,常常把一个阵元再切割为几个微元。有些人把这些微元统称为振子,也有人把阵元称为振子,这就使振子一词含义不清。因此,我建议在表明换能器性能时应以阵元数作为指标。
    “通道”一词的用法更乱,我们应对其有一个统一说法,我建议按真实的物理通道来计算。对接收通道而言,所谓物理通道是指具有接收隔离、前置放大、TGC控制等具体电路的硬件。在多声束形成技术中,每一个物理通道(对应一个阵元)将分为多个虚拟通道(或称逻辑通道),产生不同的延迟时间后与相邻的阵元信号相加,形成不同的声束。在一般情况下,通道数应不大于阵元数。使用相控阵换能器的设备,通道数应等于阵元数; 使用线阵或凸阵换能器的设备,通道数通常不超过阵元数的三分之一,少数设备的通道数等于阵元数。
近年来,个别机器上使用了1.5维的换能器。这种换能器,除了具有通常的一维阵列式换能器(线阵或凸阵)外,在一维阵列式换能器中使用透镜聚焦的高度方向(即垂直于扫查平面的方向),线性排列着5或7个阵元,从而实现高度方向的电子聚焦。为了实现高度方向的电子聚焦,这5 或7个阵元需要5或7个通道。所以,1.5维换能器的通道数将比通常的一维阵列式换能器多4 或6倍,这就是说,通道数要超过扫查平面上的阵元数。
    5. 显像帧率与成像帧率
    显像帧率取决于显示器,在PAL制显示器中,帧率为50Hz; 在NTSC制显示器中,帧率为60Hz。超声诊断设备中的显示帧率基本上也是这样,但是在一些设备中使用了逐行扫描的高速显示器,特别是电脑化的超声设备,其显示帧率可高于60Hz。
    成像帧率取决于成像设备的性能和探测深度,探测深度将对成像帧率起决定性影响,当然与是否使用多声束形成等技术有关。例如,在使用单声束形成技术时,探测深度为18cm,由128 条声束组成一帧图象,则成像帧率为30帧/s左右。在其它条件不变时,探测深度变为1.8cm(使用高频探头)时,成像帧率可能提高到300帧/s左右。当使用多声束形成技术时,成像帧率可进一步提高。
必须指出,当显像帧率远小于成像帧率时,在实时成像时,高的成像帧率不能提高时间分辨率等指标。只有在具有电影回放功能时,高的成像帧率可以提高时间分辨率指标,这类似于用高速摄影技术对高速运动物体(如足球)作高速摄影后的慢速回放。
    6. 微米取样技术
    这是指取样间隔小于0.1mm的技术。实际上,当使用高频探头,并使探测深度为2cm,在一条声束上取500个样点时,取样间隔为40μm,这就实现了微米取样技术。由此可见,微米取样技术不是什么新技术,而是频率提高以后的必然结果。
    必须指出,使用很高频的探头时,设备中的探头制造技术及从收发电路到DSC电路等各项技术的难度将增加。
    7. 动态聚焦、全程聚焦、象素聚焦 
    动态聚焦是指动态接收聚焦,在一条接收声束中多次改变焦点,并把各焦点附近的回波信号拼接成一条完整的接收声束。
   全程聚焦是一类动态聚焦,但焦点数很大,通常不少于64。所以,全程聚焦是很理想的动态聚焦。在使用模拟声束形成技术时,由于模拟开关的速度不高,很难实现全程聚焦; 采用了数字声束形成技术的设备,就很容易实现全程聚焦。
象素通常是指显示图像上的一个光点,即组成图像的最小单元。大家知道,超声扫查可能在矩形或扇形平面上进行,超声扫查所获得的图像信息需要经过DSC才能变为显示平面上的图像,因此,由超声扫查所得到的样点值与显示象素值是不同的,并处于两个不同的平面上。聚焦是在超声扫查过程中使用的技术,分为超声发射和接收两方面。当使用良好的数字声束形成器时,可以实现每个取样点都在焦点上的理想情况。因此象素聚焦一词不妥,它不可能实现,而样点聚焦是可以实现的。
   8. 相干成像技术
   相干一词在物理学上有严格定义,相干成像技术成功地应用于激光全息成像。正如作者另一篇文章所述,在超声成像中,相邻扫查线之间不可能存在相干性。ACUSON公司的技术负责人之一也承认: ACUSON公司所讲的相干成像技术与物理学上的相干成像技术是两回事。由此可见,美中互利公司和ACUSON公司利用物理学上的相干成像技术的概念来宣传他们自己的技术,这就不符合我们国家的广告法精神。因此,我希望美中互利公司停止宣传ACUSON公司的相干成像技术,也希望国内的各种刊物及广告媒体停止刊载ACUSON公司的相干成像技术的广告。
   我们知道,在数字声束形成技术中,利用正交分解方法(例如HILBERT变换),可以得到回波信号复包络的实部和虚部,经求模后所得到的B 超图像比实信号经包络检波得到的B超图像优越。在DSC中,利用复包络的实部和虚部作插值将优于通常的实信号插值。据称, ACUSON公司所说的相干成像技术就是采用复包络的实部和虚部作插值。如果是这样的话,  那ACUSON公司所利用的技术与相干成像技术是不相干的。 
   以上的讨论只是个人的看法,错误和不妥之处,希望同行们批评指正。

 
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