醫學(xué)超聲成像

　　接收回聲

　　聲波返回探頭，與探頭發(fā)射聲波相似，只是過(guò)程恰恰相反。返回的聲波使探頭的單元振蕩并使振蕩轉化為電脈沖，脈沖由探頭發(fā)送至超聲主機，并處理成數字圖像。

　　形成圖像

　　超聲儀必須確定接收到的回聲的3個(gè)要素：1.) 在探頭的眾多單元中是哪個(gè)單元接收到的回聲；2.) 回聲的信號強度；3.) 從探頭發(fā)射聲波到接收到其回聲用了多少時(shí)間。一旦超聲儀確定了這3點(diǎn)，即可明確圖像中哪個(gè)象素應該顯示，亮度為多少。接收信號轉化為數字圖像可比方為往一 個(gè)空白的電子表格上填寫(xiě)數據。接收脈沖的探頭單元決定電子表格的哪一'列'(如A，B，C列等)。接收回聲所用的時(shí)間決定哪一'行'(如1，2，3行 等)，回聲的強度決定亮度(白色表示強回聲，黑色表示無(wú)回聲，不同的灰階表示2者之間的不同回聲)，如同在電子表格的格子里填入數據。

　　超聲成像設備 

線(xiàn)陣探頭

　　超聲檢查使用含有一個(gè)或多個(gè)換能器的探頭向物體發(fā)射脈沖。當聲波遇到聲阻抗不同的物體，部分聲波就會(huì )被反射，當探頭探測到時(shí)即為回聲?；芈暦祷靥筋^ 的時(shí)間被測量記錄，用于計算產(chǎn)生此回聲的組織界面的深度。2種物質(zhì)之間的聲阻抗差異越大，回聲越強。液體和氣體之間的聲阻抗差異極大，導致遇到其界面的絕 大多數聲能被反射，致使其區域外的物體不能顯像。

　　在不同的物質(zhì)中聲波的傳播速度不同，這取決于該物質(zhì)的聲阻抗。但是，醫學(xué)超聲的主機假定聲速恒為1540m/s。雖然由于產(chǎn)生回聲，會(huì )喪失一部分聲能，但與由于聲波被吸收而產(chǎn)生的衰減而言影響很小。

　　為了產(chǎn)生二維圖像，聲束采用機械或電子方式的聲學(xué)換能器相控陣列進(jìn)行掃射。接收的數據則進(jìn)行處理以構建圖像。

　　用于醫學(xué)超聲的聲波頻率一般在1~13MHz。頻率越高相應的波長(cháng)越短，所得影像的分辨率越高。但是隨著(zhù)聲波頻率的增高，聲波的衰減也越快。所以為了探查更深的組織，使用較低的頻率(3-5MHz)。

　　大多數超聲儀也能顯示各種彩色圖像。這僅僅是指定不同的顏色用以表示接收到的回聲的振幅。 此外。由一系列的2維圖像可以生成三維圖像，通常使用的是特殊探頭。

　　微氣泡

　　超聲造影是指在醫學(xué)超聲檢查中使用微氣泡造影劑以提高超聲信號的反射。此技術(shù)當前應用于超聲心動(dòng)圖技術(shù)，將來(lái)可能應用于分子成像和藥物擴散。

　　多普勒超聲

頸總動(dòng)脈多普勒頻譜

頸總動(dòng)脈彩色超聲多普勒聲像圖

　　多普勒超聲大大提高了醫學(xué)超聲檢查的能力，它利用多普勒效應判斷某結構（通常是血流）是否朝向或背離探頭運動(dòng)，并計算出其相對速度。通過(guò)計算部分樣本容積的頻率漂移(例如心臟瓣膜上方的噴射血流)，可以確定其方向、速度，并顯示出來(lái)。這對心血管方面的研究特別有用，對其他的一些醫學(xué)領(lǐng)域也是必要的，比方說(shuō)診斷肝臟門(mén)脈高壓癥時(shí)的血流逆行。多普勒信息的圖形化顯示可以使用頻譜多普勒，也可以使用彩色多普勒或者能量多普勒。通常此信息利用立體聲揚聲器表現出來(lái)：是一種雖然為人工合成，但是特征明顯的聲音。

　　嚴格說(shuō)來(lái)，大多數現代超聲儀并不使用多普勒效應來(lái)測定流速，而是依賴(lài)脈沖多普勒(PW) 技術(shù)。機器發(fā)出超聲波脈沖，然后再切換至接收模式。這樣，接收到的反射脈沖并沒(méi)有頻率漂移，聲學(xué)效應也不連續。但是，經(jīng)過(guò)多次測量，這些序貫的測量的相變 可以用來(lái)得到頻率漂移(因為頻率是相變的速度)。為了從發(fā)射信號和接收信號得到相變漂移信息，通常使用2種算法中的一種：自相關(guān)技術(shù)或者相關(guān)性技術(shù)。 更舊的機器，采用連續多普勒(CW)技術(shù)，按上述方式顯示多普勒效應。為了做到這點(diǎn)，機器的發(fā)射和接收換能器必須是分立的。采用連續多普勒技術(shù)的機器，其 主要缺點(diǎn)在于不能獲得距離信息（而這正是脈沖多普勒系統的主要優(yōu)點(diǎn)——發(fā)射和接收脈沖所花的時(shí)間在知道聲速的情況下可以換算成距離信息）。

　　在超聲社區（但不是指信號處理社區），術(shù)語(yǔ)多普勒超聲兼指脈沖多普勒和連續多普勒系統，而忽視速度測量的不同機理。

　　超聲檢查的優(yōu)勢

　　對肌肉和軟組織顯像良好，對于顯示固體和液體腔隙之間的界面有特別用處；
　　實(shí)時(shí)生成圖像，檢查操作者可動(dòng)態(tài)選擇對診斷最有用的部分觀(guān)察并記錄，利于快速診斷；
　　顯示臟器的結構；
　　目前未知有長(cháng)期副作用，一般不會(huì )造成患者不適；
　　設備廣泛分布并相對靈活；
　　有小型的、便攜式掃描儀；可在患者床邊進(jìn)行檢查；
　　相對于其他檢查價(jià)格便宜（例如CT成像，雙向X射線(xiàn)吸收成像或者核磁共振成像）。 

　　超聲顯像的不足

　　超聲設備對骨的穿透性差。例如，腦的超聲成像就極為受限；
　　因為聲阻抗的差異過(guò)大，當探頭與要探查的組織之間有氣體時(shí)超聲顯像質(zhì)量很差。例如，由于前方受到胃腸道氣體的干擾，使得胰腺的成像非常困難，肺臟成像也是不可能的(除非是探查胸腔積液)；
　　即使沒(méi)有骨骼或氣體的干擾，超聲的探查深度也是有限的，使得遠離體表的結構成像困難，特別是肥胖病人；
　　操作者的手法十分重要。高超的技巧和豐富的經(jīng)驗對于獲得高質(zhì)量的圖像和作出準確診斷是必要的。 

　　超聲成像的危險性

　　對于超聲的安全性曾經(jīng)有過(guò)爭議。既然超聲是能量的一種形式，那么就存在一個(gè)問(wèn)題：“此種能量波會(huì )對我的組織產(chǎn)生何種影響？”有一些報道稱(chēng)一些接受了超出建議次數超聲檢查的產(chǎn)婦產(chǎn)出低體重兒。

　　可能的一些副作用：

　　熱效應：局部組織吸收超聲的能量并使組織的溫度升高。
　　空化效應：溶解的氣體因為局部的溫度升高從溶質(zhì)中釋出。
 
　　但是，研究中尚未發(fā)現有證實(shí)了的副作用記錄。

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