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對超聲工程中某些論語的討論
會達軟件   2011-01-13 16:36:09 作者:李松華 來源: 文字大小:[][][]

對超聲工程中某些論語的討論

      隨著技術的進步,醫學超聲設備發生了日新月異的變化,新產品不斷涌現, 技術不斷革新。由于醫學超聲設備是一類高技術、高利潤產品,形成各大公司激烈競爭的局面,也使各個公司加快技術開發并加強商業宣傳,產生了醫學超聲工程中的一些新術語。在這些新術語中,有些是新技術方面的術語,有些是使用不妥的名詞,也有些是商業上的炒作,造成了一些混亂。本文對以下八個較有爭議的術語作些討論。
    1. 全數字化會達超聲診斷儀
    全數字化超聲儀指的是采用了數字聲束形成技術的設備,相對于早期的具有DSC(數字掃描變換器)的設備,其數字化工作又向前推進了一步。從嚴格意義上來講,此處用全數字化一詞是不妥當的,因為超聲信號本身及在超聲的接收過程中還遠沒有達到數字化。但目前國內外醫學超聲界己基本上接受這種叫法。
必須指出,采用了數字聲束形成技術的設備,由于它不用模擬延遲線及大量模擬開關,因此其延遲精度、穩定性等一系列性能得以提高,從而可能提高設備的圖像質量。但是,設備的圖像質量與很多因素有關,例如探頭中振子的材料及工藝、換能器中的電學和聲學匹配、各陣元及其通道的電學和聲學隔離、 各通道的電性能的一致性(包括增益及頻率響應等)、電子聚焦中的延遲精度等。這就是說,采用了數字聲束形成技術的設備,其圖像質量可以比模擬的設備高,但并不一定比模擬的設備高。
    順便指出,個別不負責任的公司把不是全數字化超聲診斷儀說成是全數字化超聲診斷儀,給用戶造成了誤導。實際上,凡是提到具有四點聚焦等全數字化超聲診斷儀不可能有的較低性能的機器,就不會是全數字化超聲診斷儀。用戶在購買設備時要多問、多比較。
         2.實時三維超聲成像
    三維超聲成像己有10年以上的歷史了,但成像原理還沒有重大突破,都是采用兩維序列圖像和三維重建算法獲得。由于采集兩維序列圖像的時間長,因此要顯示一幅完整的三維圖像均需秒級時間,有些設備還需以分鐘計。
“實時”一詞有其相對性,有些人認為在病人離開診斷室前能拿到報告即算“實時”,但一般情況下應有更快的速度。成像技術的實時性應根據成像對象來定,心臟的成像速度應小于十分之一秒才能算“實時”,而腹部成像可適當放寬?;谶@種相對性,我認為公布三維超聲成像速度較為妥當,而在成像速度不夠高的今天稱“實時”就不妥。 
        3. 電腦化超聲診斷儀
    電腦化超聲儀指的是采用電腦(即計算機)作為設備的控制器,而不再使用早期的微處理器作控制器。電腦是一種標準化了的大批量生產的產品,其軟硬件環境好,具有大容量內存及標準接口等,價格便宜。電腦化后,電影回放、圖像處理、檔案管理及遠程醫療用的DICOM 3.0接口等都能方便地解決。同時,可以大量節省像距離、周長、面積的測量等軟件開發費用及時間,增加屏幕上的顯示內容。目前,電腦軟件還不能很好地解決DSC的問題,因此電腦化超聲儀還少見。若電腦的軟件速度能像目前的硬件那樣好地完成DSC功能,相信超聲診斷儀將普遍電腦化。

    4. 陣元、振子和通道
    目前的超聲診斷儀基本上都使用陣列式換能器。陣列式換能器的基本換能單元稱為陣元,它在電氣上有獨立的引線,能直接激勵而發射超聲,也能接收回波而輸出電信號。振子是由壓電材料經高溫燒結、電極化處理、打磨、加上電極等一系列加工后形成的壓電元件。在換能器中,為了提高各個陣元的性能,常常把一個陣元再切割為幾個微元。有些人把這些微元統稱為振子,也有人把陣元稱為振子,這就使振子一詞含義不清。因此,我建議在表明換能器性能時應以陣元數作為指標。
    “通道”一詞的用法更亂,我們應對其有一個統一說法,我建議按真實的物理通道來計算。對接收通道而言,所謂物理通道是指具有接收隔離、前置放大、TGC控制等具體電路的硬件。在多聲束形成技術中,每一個物理通道(對應一個陣元)將分為多個虛擬通道(或稱邏輯通道),產生不同的延遲時間后與相鄰的陣元信號相加,形成不同的聲束。在一般情況下,通道數應不大于陣元數。使用相控陣換能器的設備,通道數應等于陣元數; 使用線陣或凸陣換能器的設備,通道數通常不超過陣元數的三分之一,少數設備的通道數等于陣元數。
近年來,個別機器上使用了1.5維的換能器。這種換能器,除了具有通常的一維陣列式換能器(線陣或凸陣)外,在一維陣列式換能器中使用透鏡聚焦的高度方向(即垂直于掃查平面的方向),線性排列著5或7個陣元,從而實現高度方向的電子聚焦。為了實現高度方向的電子聚焦,這5 或7個陣元需要5或7個通道。所以,1.5維換能器的通道數將比通常的一維陣列式換能器多4 或6倍,這就是說,通道數要超過掃查平面上的陣元數。
    5. 顯像幀率與成像幀率
    顯像幀率取決于顯示器,在PAL制顯示器中,幀率為50Hz; 在NTSC制顯示器中,幀率為60Hz。超聲診斷設備中的顯示幀率基本上也是這樣,但是在一些設備中使用了逐行掃描的高速顯示器,特別是電腦化的超聲設備,其顯示幀率可高于60Hz。
    成像幀率取決于成像設備的性能和探測深度,探測深度將對成像幀率起決定性影響,當然與是否使用多聲束形成等技術有關。例如,在使用單聲束形成技術時,探測深度為18cm,由128 條聲束組成一幀圖象,則成像幀率為30幀/s左右。在其它條件不變時,探測深度變為1.8cm(使用高頻探頭)時,成像幀率可能提高到300幀/s左右。當使用多聲束形成技術時,成像幀率可進一步提高。
必須指出,當顯像幀率遠小于成像幀率時,在實時成像時,高的成像幀率不能提高時間分辨率等指標。只有在具有電影回放功能時,高的成像幀率可以提高時間分辨率指標,這類似于用高速攝影技術對高速運動物體(如足球)作高速攝影后的慢速回放。
    6. 微米取樣技術
    這是指取樣間隔小于0.1mm的技術。實際上,當使用高頻探頭,并使探測深度為2cm,在一條聲束上取500個樣點時,取樣間隔為40μm,這就實現了微米取樣技術。由此可見,微米取樣技術不是什么新技術,而是頻率提高以后的必然結果。
    必須指出,使用很高頻的探頭時,設備中的探頭制造技術及從收發電路到DSC電路等各項技術的難度將增加。
    7. 動態聚焦、全程聚焦、象素聚焦 
    動態聚焦是指動態接收聚焦,在一條接收聲束中多次改變焦點,并把各焦點附近的回波信號拼接成一條完整的接收聲束。
   全程聚焦是一類動態聚焦,但焦點數很大,通常不少于64。所以,全程聚焦是很理想的動態聚焦。在使用模擬聲束形成技術時,由于模擬開關的速度不高,很難實現全程聚焦; 采用了數字聲束形成技術的設備,就很容易實現全程聚焦。
象素通常是指顯示圖像上的一個光點,即組成圖像的最小單元。大家知道,超聲掃查可能在矩形或扇形平面上進行,超聲掃查所獲得的圖像信息需要經過DSC才能變為顯示平面上的圖像,因此,由超聲掃查所得到的樣點值與顯示象素值是不同的,并處于兩個不同的平面上。聚焦是在超聲掃查過程中使用的技術,分為超聲發射和接收兩方面。當使用良好的數字聲束形成器時,可以實現每個取樣點都在焦點上的理想情況。因此象素聚焦一詞不妥,它不可能實現,而樣點聚焦是可以實現的。
   8. 相干成像技術
   相干一詞在物理學上有嚴格定義,相干成像技術成功地應用于激光全息成像。正如作者另一篇文章所述,在超聲成像中,相鄰掃查線之間不可能存在相干性。ACUSON公司的技術負責人之一也承認: ACUSON公司所講的相干成像技術與物理學上的相干成像技術是兩回事。由此可見,美中互利公司和ACUSON公司利用物理學上的相干成像技術的概念來宣傳他們自己的技術,這就不符合我們國家的廣告法精神。因此,我希望美中互利公司停止宣傳ACUSON公司的相干成像技術,也希望國內的各種刊物及廣告媒體停止刊載ACUSON公司的相干成像技術的廣告。
   我們知道,在數字聲束形成技術中,利用正交分解方法(例如HILBERT變換),可以得到回波信號復包絡的實部和虛部,經求模后所得到的B 超圖像比實信號經包絡檢波得到的B超圖像優越。在DSC中,利用復包絡的實部和虛部作插值將優于通常的實信號插值。據稱, ACUSON公司所說的相干成像技術就是采用復包絡的實部和虛部作插值。如果是這樣的話,  那ACUSON公司所利用的技術與相干成像技術是不相干的。 
   以上的討論只是個人的看法,錯誤和不妥之處,希望同行們批評指正。

 
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