第一篇：超聲成像技術發展現狀及應用

超聲成像技術的發展現狀及應用引言

超聲成像以其使用安全、成像速度快、價格便宜和使用方便等優勢在臨床診斷中被大量使用，是臨床診斷的重要工具之一[1]。隨著超聲在醫學診斷領域的廣泛而深入的應用，以及微電子技術、計算機技術、圖像處理技術和探頭技術等工程技術的進步，促進了超聲診斷技術不斷發展。不僅儀器的圖像質量明顯提高，而且診斷的模式和方法也更加豐富。國內外很多研究人員從事著超聲的研究，使超聲技術從模擬技術擴展到數字技術，即數字聲束形成技術[2]；從低幀率成像擴展到高幀率成像[3]；從二維成像擴展到三維成像[4]；從線性技術擴展到非線性技術[5]，以適應臨床不同的需求。本文著重對多普勒血流成像、三維成像技術和諧波成像技術作一下介紹，并對各自在臨床方面的應用進行概括。超聲多普勒成像技術

超聲多普勒技術主要應用于心臟和血管疾病的診斷。它是無損診斷血管疾病的一種重要手段，對超聲多普勒血流信號的分析處理可以為疾病診斷提供重要依據[6]。當超聲源與人體內運動目標之間存在相對運動時,接收到的回波信號將產生多普勒頻移,由此確定其運動速度大小、方向以及在斷層上的分布。

2.1多普勒成像技術簡介

目前應用于臨床的有一維連續多普勒、一維脈沖多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒組織成像[7]。下面就多普勒組織成像技術及其應用做一個簡單的介紹。

多普勒組織成像技術[7]是將低速高振幅的心肌運動信息進行彩色編碼顯示心臟運動信息的圖像診斷技術。該技術能夠直觀的觀察心動周期內各時相的室壁運動方向，并定量分析心臟各節段的室壁運動速度。與傳統超聲目測分析室壁運動相比，能夠更為客觀地評價心臟的運動特點。但多普勒組織成像無法克服多普勒聲束與室壁運動方向夾角所產生的影響[8]。

2.2 超聲多普勒成像技術應用

關于超聲多普勒成像技術的臨床應用的報道有很多。學者經研究發現二維及

彩色多普勒超聲對甲狀腺良惡性腫瘤的鑒別有一定的診斷價值[9]。李斌采用彩色多普勒超聲對子宮頸部肌瘤的聲像圖特征及其相應的生理、病理學基礎作了相關的實驗分析，得出彩色多普勒超聲對子宮頸部肌瘤有很高的診斷價值[10]。也有人針對彩色多普勒超聲和多層螺旋CT兩種檢查方式進行比較[11]。另外，超聲多普勒成像技術也可用于心臟圖像的動態三維圖像[12]。三維超聲成像技術

三維超聲成像的概念最初由Baun和Greewood在1961年提出[13]。他們在采集一系列平行的人體器官二維超聲截面的基礎上，用疊加的方式得到了器官的三維圖像。在這之后，很多人進行了這方面的研究工作。隨著計算機技術和圖像處理技術的發展，三維超聲成像取得了明顯的進展，一些實用的系統開始進入臨床應用。

3.1 三維超聲成像技術原理簡介

三維超聲成像技術包括數據獲取、三維圖像重建和三維圖像的顯示[14]。三維超聲成像是在采集二維圖像的基礎上進行重建而成。

要獲得理想而準確的三維圖像，需要清楚地了解二維圖像的位置及角度，還需盡快掃查以避免運動偽像。常用機械驅動掃查、自由掃查、一體化容積探頭掃查等方式獲取[15]。

獲取二維圖像數據后，便可形成三維立體數據庫。當選擇一個參考切面對三維立體數據庫進行任意方向的切割和觀察時，即可完成對感興趣結構的三維重建與顯示。常用的重建方法為[15]：基于特征的三維圖像重構法、基于體素的三維圖像重構方法。顯示方式有：斷面成像、表面成像、透明成像。

3.2 三維超聲成像的優缺點

與傳統二維超聲成像相比，三維超聲成像具有明顯的優勢。主要表現在以下幾個方面[16]：直接顯示臟器的三維解剖結構；可對三維成像的結果進行重新斷層分層，從而能從傳統成像方式無法實現的角度進行觀察；可對生理參數進行精確測量，對病變位置精確定位。

無可厚非，三維超聲成像還存在不足之處[16]。主要表現在三個方面：(1)成像速度慢；(2)空間分辨力低；(3)成像效果未達到臨床診斷要求。

3.3 三維成像的應用

三維超聲在產科領域的應用較早，技術也較成熟[14]。不僅可以對胎兒體表結構進行表面成像，還可利用透明成像對胎兒體內結構進行三維重建，從而對胎兒整體形態結構進行觀察。在心血管疾病診斷中，可用于多種心臟疾病以及血管內疾病的檢查。隨著實時三維超聲成像的研究成功，三維超聲有望在心臟疾病檢查中發揮更大的作用。另外，三維成像對慢性膀胱炎癥、憩室、結石、凝血塊等膀胱疾病的診斷，也顯示出優越性[14]。當然，它的臨床應用還有很多，如在肝臟疾病、腎臟疾病以及眼科疾病等方面的治療中也取得不錯的成效[17]，再次不一一列舉。諧波成像技術

在諧波成像應用于臨床之前，所有超聲成像系統都是按照線性超聲來設計的。非線性聲學的理論和實驗表明，有限振幅聲波在傳播過程中會產生非線性效應，因此可以利用人體組織產生的高次諧波進行成像[18]。當前應用較廣的有造影諧波成像，組織諧波成像等。具有諧波成像和Doppler血流成像功能成為高端超聲成像儀的主要標志。

4.1 組織諧波成像和造影諧波成像

臨床上，由于肥胖、胃腸氣體干擾、腹壁較厚或疾病等原因，約有20%-30%此類的病人被稱為超聲顯像困難病人[18]。對于此類病人需要較低頻率的超聲檢查以增加穿透力從而得到進一步的診斷研究，組織諧波成像便能解決此問題。

組織諧波成像是利用超聲傳播過程中由人體組織自身產生的高次諧波進行成像[19]。組織諧波成像和造影諧波成像都是通過提取回波信號中的高次諧波分量進行成像，但高次諧波產生的物理原理卻不相同。造影諧波成像的原理如下

[20]：超聲造影劑內存在大量的微氣泡，若通過靜脈注射造影劑，由于造影劑中的微氣泡與周圍血液的聲阻抗差異較大，增強了超聲束的后向散射信號，從而提高超聲圖像的對比度，改善圖像質量。這種利用造影劑反射回波的二次諧波成像的方式稱為造影劑諧波成像。

4.3 諧波成像應用

目前諧波成像技術在心臟和腹部疾病超聲圖像診斷方面的應用較為廣泛。但諧波成像發射頻率較低，接受頻率較高，使得靶區圖像分辨力降低。因此，此項技術尚處在初級應用階段。國內對組織諧波成像研究僅限于臨床應用研究，尚缺

少對該項技術在理論和實驗方面的深入研究。國外已經開展了組織諧波成像模型的理論研究，取得了一些成果。比如Yadong Li研究了用于產生諧波B型超聲圖像的計算模型[21]。組織諧波成像已經被證實具有較好的影像解析度，它比基波圖像有著更好的對比，造影劑二次諧波成像可以增強造影劑與周圍組織的對比度，使成像更為清晰。展望

從早期超聲診斷技術到目前的超聲多普勒成像技術、三維成像技術和諧波成像技術的發展歷程來看，超聲圖像診斷技術的發展目的是為了提高圖像質量，準確反映疾病信息。超聲成像技術在過去、現在和將來都是醫學影像研究的重點內容之一。隨著技術的發展、研究的深入，相信將會有更多新發現和新技術用于超聲成像中。

參考文獻：

[1] 王艷丹, 高上凱.超聲成像新技術及其臨床應用[J].北京生物醫學工程，2006，25(5):553-556.[2] 伍于添.超聲診斷方法和設備的前沿技術[J].中國超聲醫學雜志，2004，20(6):470-475.[3] 彭虎，韓雪梅，杜宏偉.高幀率超聲成像系統中一種高信噪比扇形成像模式的實現[J].生物醫學工程學雜志，2006，23(1):25-29.[4] B.SEDGMEN, C.McMAHON.The impact of two-dimensional versus three-dimensional ultrasound exposure on maternal–fetal attachment and maternal health behavior in pregnancy[J].Ultrasound Obstet Gynecol, 2006(27): 245–251.[5] 杜宏偉，彭虎等.吸收媒質中非線性gauss聚焦超聲場的仿真研究[J].中國科學技術大學學報，2007,37(9):1120-1124.[6] 張良筱，張涇周，馬穎穎.超聲多普勒血流信號的分析方法.北京生物醫學工程，2007，26(5):548-551.[7] 吳立順, 管喜歧.超聲圖像診斷技術的發展及應用現狀[J].醫療衛生裝備, 2007, 28(12):35-36.[8] 余薇, 胡佑倫.醫學超聲成像方法學進展[J].北京生物醫學工程, 2001，20（3）：225-228.[9] 米和偉，顏社平.彩色多普勒超聲對甲狀腺良惡性腫瘤的鑒別診斷[J].現代醫用影像學, 2008, 17(4):211-212.[10] 李斌.彩色多普勒超聲診斷子宮頸部肌瘤的價值[].現代醫用影像學, 2008，17(4):187-189.[11] 蘭莉，許方洪.彩色多普勒超聲與多層螺旋CT成像對下肢深靜脈血栓診斷的對比研究

[J].溫州醫學院學報, 2008, 38(5):432-434.[12] 何愛軍，鄭昌瓊，汪天富.組織多普勒超聲心臟圖像的動態三維重建[J].生物醫學工程學雜志，2005，22(3):570-574.[13] 郝曉輝，高上凱.三維超聲成像的發展現狀及若干關鍵技術分析[J].生物醫學工程學雜志, 1998, 15(8):311-316.[14] 王建紅.三維超聲成像的臨床應用現狀與進展[J].醫學影像雜志，2004，14(10):858-860.[15] 黃志遠.三維超聲成像的新技術及發展趨勢[J].武漢科技學院學報, 2006, 19(10):5-8.[16] 刑晉放，曹鐵生，杜聯芳.三維超聲成像研究概述[J].中華超聲影像學雜志，2005，14(8):629-631.[17] 孫彥.三維超聲成像診斷肝臟疾病的現狀與進展[J].中國醫學影像學雜志，2005，13(1):55-57.[18] 劉貴棟，沈毅，王艷等.醫學超聲諧波成像技術研究進展[J].哈爾濱工業大學學報，2004,36(5):600-602.[19] 劉貴棟，沈毅等.基于編碼脈沖技術的醫學超聲組織諧波抑制[J].中國醫學物理學雜志，2007,27(6):444-446.[20] Pompili M, Riccardi L.Contrast-enhanced gray-scale harmonic ultrasound in the efficacy assessment of ablation treatments for hepatocellular carcinoma[J].Liver International, 2005(25): 954-961.[21] YaDong Li.Computer model for harmonic ultrasound imaging[J].IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control,2000,47(5):1259-1272.

第二篇：數控機床技術發展現狀及趨勢

數控機床技術發展現狀及趨勢

趙 學 明

（廣東工業大學，廣東 廣州 510006）

摘要：現在世界上很多發達的工業化國家在生產中廣泛應用數控機床。隨著電子技術和控制技術的飛速發展，當今的數控系統功能已經非常強大，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。隨著科學技術的發展，世界先進技術的興起和不斷成熟，對數控技術提出了更高的要求。當今數控機床正在不斷采用最新成果，朝著高速化、超精度化、多功能化、智能化、系統化、網絡化、高可靠性與環保等方向發展。

關鍵字：數控機床、技術、現狀、發展趨勢

引言

從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發展的重要裝備。

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發展的新時期。機床制造業既面臨著機械制造業需求水平提升而引發的制造裝備發展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發展是解決機床制造業持續發展的一個關鍵。隨著制造業對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發展以更適應生產加工的需要。1 數控機床的簡單介紹

車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發展過來的，數控的意思就是數字控制。數控系統是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界上最大的三家廠商是：日本法拉克、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西

班牙凡高等。國內有華中數控、航天數控等。從目前來看，我們國家機床業最薄弱的環節就在數控系統。國內的數控系統剛剛才開始，產業化、質量、技術水平一般，故障率比較高，質量精度一般。因此，高檔次的數控系統全都是依賴進口，每年國家需要在此方面花費大量的外匯。給機床裝上數控系統后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發展到數控機床不只是加裝數控系統這么簡單，例如：從銑床發展到加工中心，機床結構發生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。我國數控機床的機遇與挑戰

近6年來我國數控機床產量一直處于持續地以年均增長超過30％快速發展，據初步統計2004年數控機床的產量為51860臺，同比年增長40.8％，數控機床的消費量約70000余臺，同比年增長約30％。數控機床需求的旺盛也促進了2004年內新建的三資和民營機床廠以及數控機床品種的明顯增加。但是，另一方面進口的數控機床數量也在逐年同步增加，而且進口數控機床的消費額的增長趨勢更快。2004年數控機床的進口數量同比年增長30％，而進口消費額的增長卻達52％，從而導致國產數控機床在國內市場消費額中的所占比例已不足30％。之所以出現這一現象，其主要原因在于國內市場對技術和附加值高的高效精密數控機床和高性能大重型數控機床需求增長，要依靠進口解決。大量的高檔數控機床的進口，主要由于以下三個領域發展的需求：高新技術和國防工業領域；重大基礎裝備制造領域。國民經濟支柱產業領域等。因此，對于高速超精密數控機床，國內還是欠缺的，主要依賴進口。

但是最近幾年國家也加大了對數控機床研發的大力支持?？萍疾繉閿悼貦C床專項研發投入2億元，主要圍繞數控設備支撐技術和航天、交通、能源等方面需要的超大型超精密加工設備。第一個建立在企業的數控機床國家重點實驗室已經進入審批階段?？萍疾窟€將組織重大專項研究，在關鍵功能部件等配套技術和產品研發上取得核心技術。國家的政策支持，產業扶持，這是數控機床業的春天，將會促進我國數控機床朝向世界頂級技術邁進。3 數控機床技術發展的趨勢高速度與超精度化

速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品的質量。高速度、超精度加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會(CIRP)

將其確定為21世紀的中心研究方向之一。特別是在超高速切削、超精密加工技術的實施中，對機床各坐標軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項技術指標又是相互制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高。

目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬轉/分)以上；工作臺的移動速度(進給速度)：在分辨率為l微米時，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率為0.1um時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內；小線段插補進給速度達到12m/min。

在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10um 提高到5um，精密級加工中心則從3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0．01um)。2 高可靠性

隨著數控機床網絡化應用的發展，數控機床的高可靠性已經成為數控系統制造商和數控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在l6小時內連續正常工作，無故障率在P(t)>99％以上，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數控機床而言，如主機與數控系統的失效率之比為l0：1(數控的可靠比主機高一個數量級)。此時數控系統的MTBF就要大于33333．3小時，而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。多功能化

在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此數控機床實現了一機多能，以最大限度地提高設備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能，充分提高其工作效率和機床利用率。數控機床還具有更高的通訊功能，現代數控機床除具有通信口，DNC功能外，還具有網絡功能。多軸化

隨著5軸聯動數控系統和編程軟件的普及，5軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削，因此，5軸聯動機床以其無可替代的性能優勢已經成為各大機床廠家積極開發和競爭的焦點。

數控機床的網絡化，主要指機床通過所配裝的數控系統與外部的其它控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控機床一般首先面向生產現場和企業內部的局域網，然后再經由因特網通向企業外部，這就是所謂Internet/Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發展，最近業界又提出了數字制造的概念。數字制造，是機械制造企業現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。

隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。機械制造企業在普遍采用CAD/CAM的基礎上，越加廣泛地使用數控加工設備。數控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發展的重要趨勢。在數字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP等一批先進企業管理軟件已經脫穎而出，為企業創造出更高的經濟效益。柔性化、智能化

數控機床向柔性自動化系統發展的趨勢是：從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發展。柔性自動化技術是制造業適應動態市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業發展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的可靠性、實用化為前提，以易于聯網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發展；數控機床及其構成柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結，向信息集成方向發展；網絡系統向開放、集成和智能化方向發展。

智能化是21世紀制造技術發展的一個大方向。智能加工是一種基于神經網絡控制、模糊控制、數字化網絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量的智能化，如自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監控，方便系統的診斷及維修等。世界上正在進行研究的智能化切削加工系統很多，其中日本智能化數控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。

21世紀的金切機床必須把環保和節能放在重要位置，即要實現切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為切削液既污染環境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行，但也包括在特殊氣體氛圍中(氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術)不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用，故又出現了使用極微量潤滑(MQL)的準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經由機床主軸與工具內的中空通道噴向切削區。在各類金切機床中，采用干切削最多的是滾齒機。結束語

總之，數控(NC)機床技術已成為制造技術的發展基礎。數控機床技術的進步和發展為現代制造業的發展提供了良好的條件，促使制造業向著高效、優質以及人性化的方向發展。為了滿足制造技術不斷發展的需要，NC機床將朝著智能化、網絡化、集成化、數字化的方向發展。今后，隨著計算技術、測試技術、微電子技術、計算機技術、材料和機械結構等方面的研究和科技的進步，也必將面臨著新的挑戰。可以預見，隨著數控機床技術的發展和數控機床的廣泛應用 制造業將迎來一次足以撼動傳統制造業模式的深刻革命。

參考文獻：

[1] 楊學桐，李冬茹，何文立等．距世紀數控機床技術發展戰略研究[M ]．北京：

國家機械工業局，2000．

[2] 王貴明。數控實用技術[M]．北京：機械工業出版社，2000.[3] 惠延波，沙杰等．加工中心的數控編程與操作技術[M]，北京：機械工業出

版社，2003.[4] 王侃夫．數控機床控制技術與系統[M],北京：機械工業出版社，2002．

[5] 黃金秋．基于開放式結構的高性能系統的研制[J]．制造技術與機床，1998(8)

[6] 曹鳳．微機數控技術及其應用[M]．成都：電子科技大學出版社，2000．

第三篇：醫學超聲影像技術發展綜述

醫學超聲影像技術發展綜述

張祿鵬

摘要：本文回顧了醫學超聲影像技術的發展歷史，闡述了A型、B型、M型和D型超聲診斷方法的歷史、原理、特點、用途和發展狀況，總結了醫學超聲影像技術的局限性，介紹了三維超聲和超聲造影等醫學超聲影像技術的新進展。

關鍵詞：醫學超聲影像技術，超聲診斷法，三維超聲，超聲造影

Abstract：This paper reviews the development history of medical ultrasound imaging technology.The history, principles, characteristics, uses and development status of A model, B model, M model and D model ultrasonic diagnostic method.This paper also sums up the limitations of medical ultrasound imaging technology and introduces three-dimensional ultrasound and ultrasound contrast and other new medical ultrasound imaging technology advances.Keyword：medical ultrasound imaging technology，ultrasonic diagnostic method，three-dimensional ultrasound，ultrasound contrast

醫學超聲影像技術和X-CT、MRI及核醫學影像（PET、SPECT）一起被公認為現代四大醫學影像技術，成為現代醫學影像技術中不可替代的支柱。醫學超聲影像技術是指運用超聲波的物理特性，通過電子工程技術對超聲波發射、接收、轉換及電子計算機的快速分析、處理和顯象，從而對人體軟組織的物理特性、形態結構與功能狀態影像一種非創傷性技術。目前，由于超聲顯像技術具有實時動態、靈敏度高、易操作、無創傷、無特殊禁忌癥、可重復性強、費用低廉和無放射性損傷等優點。從而使這一診斷技術成為了現今臨床各學科疾病的檢查、診斷和介入治療中所不可缺的重要手段之一。

1.超聲影像技術發展歷史

1880年，兩位法國科學家Jacques和Pierre Curie發現了壓電現象，成為超聲探頭的基礎。某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷，當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現象。根據壓電效應，用壓電晶體可以用來作為聲波的產生器與接收器，壓電效應是可逆的，這奠定了用同一超聲波換能器既能發射又能吸收的基礎。

直到第一次世界大戰，隨著聲納在軍事上的應用，壓電效應才得到重視。1915年，法國科學家Paul Langevin發現了超聲的第一個用途：水下聲波測距法探測水下目標，也就是今天大家熟知的聲納。正常人的耳朵可接聽到聲波頻率的范圍為16-20000Hz，高于2萬赫茲的聲波就稱為超聲波。

超聲醫學影像所用的聲頻率通常是300萬-750萬次/秒（3MHz-7.5MHz）。超聲波是一種機械波，其傳播是通過介質中粒子的機械振動進行的，它不同于電磁波，在真空中不能傳播，但在人體復雜的介質中傳播較好，同時它屬直線傳播，因此有良好的方向性[1]。超聲診斷技術出現后獲得了迅速的發展，上世紀40年代末，A型(Amplitude Mode)超聲診斷儀開始應用于臨床，常用A型法測量界面距離、臟器徑值以及鑒別病變的物理性質，結果比較準確，為最早興起和使用的超聲診斷法，目前已多被其他方法取代，只在腦中線測量等方面還在應

用。

隨后B 型(Brightness Mode)和M型(Motion Mode)和超聲診斷儀相繼問世。70年代灰階和實時技術取得重大突破超聲技術日趨成熟。二維灰度顯示的 B 型超聲診斷儀取得迅速發展，它們顯示的均為人體內結構形態信息，成像基礎為人體內的聲阻抗變化。所謂的B超，此法是將回聲信號以光點的形式顯示出來，為輝度調制型，回聲強則光點亮，回聲弱則光點暗。B超向人體發射一組超聲波，按一定的方向進行掃描。根據監測其回聲的延遲時間，強弱就可以判斷臟器的距離及性質，經過電子電路和計算機的處理, 形成了我們今天的B超圖像。按掃描方式分類，B超已經發展了四代，包括手動直線掃描、機械掃描、電子直線掃描和電子扇形掃描。M超聲診斷法是在輝度調制型中加入慢掃描鋸齒波，使回聲光點從左向右自行移動掃描，故也稱超聲光點掃描法，它是B型超聲中的一種特殊的顯示方式[2]。80年代出現的彩色血液顯像(Color Flow Imaging , CFI)，則是在實時B 型超聲圖像中，以彩色表示心臟或血管中的血液流動，利用多次脈沖回波相關處理技術來取得血液運動信息。

1982年，日本Aloka公司研制第一臺二維彩色多普勒顯像儀，建立在多普勒效應基礎之上的，顯示血流及心臟等運動信息D型(Doppler Mode)超聲診斷儀開始出現。繼而出現B型和D型相結合的雙功型(Duplex Mode)超聲診斷儀，它用同一探頭既顯示B 型圖，又在圖像中任一處取樣顯示其多普勒頻譜。通常稱為彩超的彩色多普勒血流成像系統是一種能同時顯示 B 型圖像和多普勒血流數據(血流方向、流速、流速分散)的雙重超聲掃描系統。超聲頻移診斷法，即D型超聲診斷法，通稱為多普勒超聲，此法應用多普勒效應原理，當超聲發射探頭和反射體之間有相對運動時，回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻移。多普勒超聲最適合對運動流體做檢測，所以多普勒超聲對心臟及大血管血流的檢測。目前常用的超聲多普勒有脈沖式多普勒（Pulse Waveform Doppler, PWD）、連續式多普勒(Continual Waveform Doppler, CWD)彩色多普勒顯像(Color Doppler Flow Imaging, DFI)。

2.超聲影像技術發展現狀

隨著科學技術的飛速發展，超聲技術與計算機技術緊密結合，探頭高頻化，線路數字化。上世紀90年代經顱多普勒(Trans Cranial Doppler，TCD)診斷儀應用低頻多普勒超聲，通過顳部、枕部、眶部及頸部等透聲窗，可以顯示顱內腦動脈的血流動力學狀況。而新型的彩色三維TCD則采用獨特的顱腦血管掃描技術，同步對顱內血管的X、Y、Z三維空間坐標參數進行檢測并饋入計算機，重建顱內血管的三維圖像，并可以在顱內血管多普勒信號模擬三維圖上選擇樣點，顯示腦血管血液的流速和流向。該技術用于腦血管疾病的診斷、功能評論、危重病人的監護和預防保健等[3]。其后發展的具有三維空間超聲技術的診斷儀可顯示三個截面：縱截面、橫截面和水平截面，并可對空間的所有平面的結果進行掃描、存儲、分析。隨著全自動三維超聲掃描和三維圖像存儲技術的應用，使人體受檢臟器的解剖學分析更加完善。

超聲檢查不是萬能的，對于含氣體和受骨骼遮擋的器官檢查不如其它器官，對于過小目標的檢查也受到儀器分辨率的限制。超聲檢查受檢查孕周、胎兒體位及羊水影響并不能排除所有胎兒的畸形[4]。有些超聲檢查需要空腹，必須要空腹檢查的器官：膽囊。正常膽囊在夜間空腹狀態下儲存了肝臟分泌的膽汁，這時膽囊呈充盈狀態、壁薄光滑張力大、膽囊內無回聲。餐后（尤其食用奶制品、脂肪類食物）會收縮使膽汁排出參與消化，如果餐后膽囊收縮了，難以確定是否為病理狀態的超聲征像，而結石息肉等可能顯示不出或難以辨別。

3，超聲影像技術發展趨勢

近幾年來 醫學超聲成像系統向更高層次發展 其目標主要是利用更多的聲學參數作為載體以獲取體內更多的生理病理信息，提高圖像質量，使圖形清晰顯示更為細微的組織結構

[5]。從工程技術角度看，醫學超聲成像在三維超聲等方面的發展特別引人注目。

最近幾年，三維超聲圖像重建是超聲圖像處理方面的熱點 已成為超聲成像技術的一個

發展趨勢。三維超聲和實時三維超聲三可以彌補二維超聲檢查的空間關系不強的缺點，同時可以減少因為二維超聲檢查過快造成的漏診，擴大超聲的觀察視野。利用三維超聲可以快速、全面地對各檢查臟器進行評價。目前，三維和實時三維超聲的應用價值已經得到臨床和超聲醫師的認可。但隨著對該技術應用的深入，其應用范圍會不斷的被發現，從而在產前檢查中發揮更大的作用。

超聲造影(Ultrasonic Enhanced Contrast)是利用造影劑使后散射回聲增強，明顯提高超聲診斷的分辨力、敏感性和特異性的技術。借助于靜脈注射造影劑和超聲造影諧波成像技術，能夠清楚顯示微細血管和組織血流灌注，增加圖像的對比分辨力，大大提高超聲檢出病變的敏感性和特異性。隨著儀器性能的改進和新型聲學造影劑的出現，超聲造影已能有效的增強心、肝、腎、腦等實質性器官的二維超聲影像和血流多普勒信號，反映和觀察正常組織和病變組織的血流灌注情況。有人把它看作是繼二維超聲、多普勒和彩色血流成像之后的第三次革命。超聲造影作為一種全新的影像學檢查技術，目前在臨床上的普及程度遠遠不如CT和MRI，和傳統超聲一樣受體形影響和氣體干擾大，穿透力較X線弱，空間分辨力也低于CT和MRI,但超聲造影劑進行超聲檢測，簡便、耗時短而且實時無創、無輻射，具有其他檢查方法無法比擬的優點，已成為超聲診斷的一個十分重要和很有前途的發展方向。

總之，三維或實時三維超聲、超聲造影技術在臨床的應用才剛剛起步，更多的應用價值有待廣大的超聲醫務工作者不斷地探索和發現，相信隨著這些新技術在臨床的不斷應用，其 可適用的領域會不斷地擴大，并適應新的發展趨勢。

參考文獻：

[1] 李治安.臨床超聲影像學[M],人民衛生出版社,2003.11.[2] 張源祥,樊文峰.超聲診斷[M],中國醫藥科技出版社,2007.67-73.[3] 陳思平.醫學超聲影像產業現狀和發展[J],應用聲學,2005, 24(4):201-207.[4] 魯蓉.超聲成像技術在婦產科的應用進展[J],中國醫師雜志,2011,13(3):425-427.[5] 李朝偉,李曉東,張良才.醫學超聲影像技術的發展創新[J],中國醫學裝備, 2005,2(2):45 – 47.

第四篇：四維超聲成像技術與方法

四維超聲成像技術與方法

作者：魏曉光

來源：安太醫院

近年來計算機技術革命化的進步被融入超聲診斷系統，使得三維容積成像的速度在短短的幾年時間里得到了極大提高，目前已經發展到能夠進行動態的四維成像。

高分辨的二維超聲和彩色多普勒超聲的技術進步是超聲診斷學發展的重要里程碑，尤其是在婦產科的應用，成為無可替代的非侵入性的診斷工具。近年來四維超聲技術的發展和進步，為非侵入性的診斷技術又開辟了一個新的領域。

四維超聲技術能夠克服二維超聲空間顯像的不足，成為二維超聲技術的重要輔助手段。四維超聲的進步體現在能夠迅速地對容積圖像數據進行儲存、處理和動態顯示其三維立體圖像，并且能夠得到多平面的圖像，而這一功能以往只有CT和MRI技術才具備。目前四維超聲尚不可能完全替代二維超聲，但它的確為一些復雜聲像結構的判斷提供了大量輔助信息，并對某些病變的診斷起到二維超聲無法替代的作用。它的應用潛能正隨著經驗的積累被逐步開發出來。

一、四維超聲技術簡介

三維超聲是將連續不同平面的二維圖像進行計算機處理，得到一個重建的有立體感的圖形。早期的三維重建一次必須采集大量的二維圖像(10～50幅)，并將其存在計算機內，進行脫機重建和聯機顯示，單次三維檢查的圖像數據所需的存儲空間達數十兆字節，成像需要數小時甚至數天時間。近年來三維超聲與高速的計算機技術的聯合使其具備了臨床實用性。三維表面成像在80年代首次應用于胎兒；90年代初期開始了切面重建和_一個互交平面成像；容積成像則開始干1991年；1994發展了散焦成像；1996年開始了實時超聲束跟蹤技術，而最新發展的真正的實時三維超聲可以稱作四維超聲(four—dimensional ultrasound)，數據采集和顯示的速率與標準的二維超聲系統相接近，即每秒15～30幀，被稱作高速容積顯像(high speed ultrasotlnd v01umetri clmaging，HSUVI)。真正實現實時動態三維成像，將超聲技術又提高一個臺階。新景安太醫院擁有4臺四維彩超，專業的四維彩超檢查醫生，此技術已經在我院臨床使用4年多，有非常豐富的經驗。

四維超聲成像方法有散焦鏡法、計算機輔助成像和實時超聲束跟蹤技術。

(一)散焦鏡方法(defoctJsi rlg lens metriod)也稱厚層三維圖像，方法簡單，費用低。裝置僅需在凸陣或線陣探頭上套上一個散焦鏡。用此方法可以對胎兒進行實時觀察，然而胎體緊貼宮壁時圖像就會重疊，使胎兒圖像辨別困難。

(二)計算機輔助成像 是目前首選的三維成像方法，成像處理過程包括：獲取三維掃查數據；建立三維容積數據庫；應用三維數據進行三維圖像重建。

(三)實時超聲束跟蹤技術 是三維超聲的最新技術，其過程類似于三維計算機技術但可以立即成像。僅僅需要定下感興趣部位的容積范圍就可以住掃查過程中實時顯示出三維圖像，可以提供連續的宮內胎兒的實時三維圖像，例如可以看到胎兒哈欠樣張口動作等。

二、四維超聲成像方法

四維超聲的臨床實用性很大程度上取決于操作人員對此技術掌握的熟練程度。只有了解四維超聲的基本原理和概念，熟練掌握四維超聲診斷儀的操作方法和步驟，才能充分發揮三維超聲的最大作用。

(一)四維成像的主要步驟與成像模式 常規四維成像包括以下步驟：

1．自動容積掃查 以三維容積探頭進行掃查，獲取三維數據。三維數據是通過超聲探頭掃查平面的移動而獲取的大量連續二維斷面圖?，F有的三維探頭都配有內置的凸陣或扇形探頭，探頭內電磁感應器可以感應出每一斷層的相對位置和方向。每一斷面的二維圖像信息連同其空間方位信息都被數字化后輸入電腦。實時二維掃查是基礎，根據感興趣區域的空間范圍，任意調節斷面的角度、掃查深度和掃查角度，確定三維容積箱(volume box)的位置和大小后進行掃查。任掃查時可以根據感興趣區的回聲和運動特征調整掃查速度。對運動的目標可選用快速掃查，但獲得的圖像空間分辨力低；低速掃查圖像分辨力最高，但易受運動影響；正常速度掃查的空間分辨力介于兩者之間。

2．三維數據庫的建立 探頭掃查獲得的數據是由許許多多的斷面組成的合成數據，作為三維數據庫輸入電腦，可以通過濾過干擾信息改善數據的質量。三維數據庫包含一系列的體積像素，每一體積像素既是灰度值也是亮度值，見圖1—2一l。

3．三維圖像重建應用三維數據庫可以重建出各種圖像，包括三維切而重建和立體三維的觀察。

(1)切面重建：成像最簡單，通過旋轉三維數據庫可以選定任意一個平而的二維圖像，進行多平面圖像分析。盡管得到的是斷面圖，有時對診斷卻非常有用，岡為許多平面(例如子宮的冠狀面)是二維超聲難以觀察到的。

(2)容積成像(volLime rendering)：是一種基十體積像素(voxel)的三維數據庫的視覺工具。一個像素(pixel)是二維圖像的最小的圖像信息單位，一個體積像素則是三維容積數據中最小的圖像信息單位。在二維的有立體感的圖像L的每一個像素都代表著一組三維體積像素，沿著投射線的多個體積像素經過分析處理后

1)表面成像模式：采用此方法能夠建立組織結構的表而立體圖像。通過旋轉三維立體數據庫選擇感興趣區域進行成像，非感興趣區可以去除；采用合適的濾過功能，可以濾過周圍低回聲，使圖像突出，例如去除羊水內的低回聲，突出眙兒表面高回聲，濾過高時還可以突出胎兒骨骼結構，顯示出高回聲結構的立體圖像；應用圖像自動回放的旋轉功能，可以從不同角度觀察立體圖像；另外還可以調節圖像的明亮度和對比度，使圖像立體感更強。

2)透明成像模式：將實質性的組織結構的所有三維回聲數據投射到一個平面上，選擇性地顯示出高同聲或低回聲結構的特征。采用這種模式要求感興趣結構的回聲特征較周圍組織回聲高或低，例如骨骼、血管或囊性結構。此模式能夠產生類似x線照片的效果，但與x線照片不同的是，可以通過回放旋轉功能從各個角度來觀察圖像。

3)彩色模式：在掃查中采用多普勒方式，可以進行血管內彩色血流三維重建。三維多普勒能量圖不但能夠觀察組織結構內的血流情況，還可以提供一定容積內血細胞量的間接資料，三維血管成像方法能夠跟蹤血管走向，區分重疊血管，見圖2一l一

10、圖2一l一19等。三維彩色直方圖是最近開發出來的能夠客觀定量分析血流的一個新指標，是指單位體積內代表血管化程度的彩色成分的百分比和代表血流量的平均彩色幅度值，它為定量評估生理和病理情況卜的血管生成提供了一個非常重要的手段。

(二)容積成像的步驟與方法 在數秒鐘內完成掃查和建立三維數據庫后，可以立即進行容積成像操作，也可以把數據儲存入儀器內，過后再調出分析。容積成像的基本步驟

(1)確定成像范圍：在所掃查的三維容積資料中選定出感興趣區域(即容積箱)，任容積箱外的結構將不會被成像。

(2)選擇成像模式：根據感興趣區域的回聲特征合理選擇成像模式，以能夠突出病灶特征為原則。

(3)圖像的濾過處理：表面成像時利用濾過功能對周圍低回聲結構進行適當的抑制，以突出表面結構特征。

(4)旋轉三維圖像：進行圖像定位，使立體圖像處于最佳顯示角度，從而得出最佳三維圖像。

(5)立體電影回放：采用電影回放的功能可以從不同角度動態地觀察圖像，立體感更強。

(6)電子刀的選擇：利用電子刀的功能能夠去除與感興趣結構表面無關的立體回聲結構，以及不規則的周邊，使圖像從任何角度上看都更為清晰、重點突出。

三、四維技術的優點

最新四維超聲系統在婦產科應用的主要優勢在于四維容積掃查方式的進步和四維數據處理方式的進步。

四維成像技術的優點主要有以下幾點：

1．能夠獲得任意平面的圖像，并標明其在空間的方向和位置，有利于對圖像進行仔細分析，減少主觀因素干擾。

2．具有精確的體積計算功能。常規的二維超聲只能獲取一個組織結構的三個切面，通過三個切面的徑線粗略地估測體積，當目標形態不規則時則無法估計。三維超聲可處理多平面資料，模擬出組織的形狀，利用特定的容積計算公式得出體積大小，使體積的測量更為精確，尤其對不規則形器官或病灶體積的測量更具優越性。新近應用的在體器官計算機輔助分析技術(virtual 0rgan compute卜aidedanalysis，VOCAL)具有自動測最各種形態結構之體積的功能，能夠描畫和顯示任何形態的組織器官外形特征，并計算出其體積，為不規則形結構的體積估計提供了最佳的手段。

3．能夠對感興趣結構重建三維立體圖像，使結果直觀。清晰的立體圖像可以產生以下效果：

(1)對胎兒異常的觀察更為細致，對了解病變的全貌優干二維超聲檢查，例如對胎兒唇裂的診斷等。

(2)對初學超聲診斷者，有助于培養空間思維能力和理解圖像的能力。

(3)胎兒異常的三維立體成像使母親及其家屬容易理解，避免醫務人員解釋不清所造成的不便。

4．四維掃查在瞬間完成，獲得的容積數據可以全部被儲存起來，數據可以在患者離開后隨時調出來進行研究分析，評價存儲數據，由此帶來的優點是：

(1)不必匆忙對疑難病例下定論，可以在充分討淪后得出更準確的判斷。

(2)減少了病人因檢查時間長而造成的不適，降低了超聲檢查時間長對胎兒的可能損害。

(3)可使觀察者之間、觀察者本人的差異降到最低，減少了分析圖像中的主觀因素

第五篇：超聲四維成像操作小技巧

超聲四維成像操作小技巧----時鐘法

實踐總結認為四維成像的難度有

70%在于如何判斷胎兒顏面部所向的“方位”并獲取四維圖像所需的“矢狀面”，因為在二維操作中以胎兒顏面部觀測最常用的是冠狀面，此切面提供了很多胎兒顏面部的信息，而矢狀面較少用到，所以很多醫生對如何準確、快速的獲取該切面有一定的難度，進而影響了四維成像的效果。而另外只有30%的難度來自于對儀器的操作各對四維的調試。時鐘法的具體步驟只有兩項：

1、獲取胎兒丘腦平面，判斷胎兒顏面方位（指向幾點鐘）。

2、移動探頭至顏面所指的方位，旋轉90度，至獲取矢狀面。

技巧及注意事項

1、一般情況下胎兒顏面指向8：30---12點鐘，12點鐘到3：30位置可成像。

2、當探頭指向的鐘點位置較低時（如9點前、3點后），需將探頭用力向上翹以盡量獲取胎兒顏面的矢狀面。

3、當檢查的胎兒胎齡較小，其顏面部距體表較深時，在找到鐘點位置應用探頭對肚皮施加一定壓力，使胎兒顏面部更貼近體表，因為對于四維成像而言，部位越深效果越差。

4、當找到胎兒“鐘點位置”后，如果顏面前方羊水較少，應稍施放壓力，盡量騰出透聲空間。

5、當胎兒顏面指向4：30--8：30時，四維顏面成像困難，一般先完成其他二維觀測項目，然后看胎兒是否有移動位置，如沒有，可讓孕婦活動30分鐘再檢查。

6、巧用成像模式，大部分胎兒四維都用表面成像來獲取胎兒表面立體圖像。儀器成像模式中的“最大化成像（Max）”可用來實現對骨骼組織的成像，且效果滿意。其中要注意的是在使用該成像模式時要將B增益調低些，而獲取脊柱矢狀面的方法同樣使用時鐘法，只是方向跟顏面的相對向。超聲筆記每天分享，贊賞是正能量的動力。