,数据后续处理复杂,成像相对较慢。
此外超声成像设备相对简单,成本较低,操作简便,易于运输,推广使用比较容易。
当前超声诊断已从单一器官扩大到全身、从静态到动态、从定性到定量、从单参数到多参数、从二维到三维显示。
根据超声波的生物物理特性生产的各种医疗设备也以其良好的性能得到广泛应用。
超声设备已成为衡量医院诊断水平和装备现代化程度的重要标志之一。
超声诊断技术在我国始于1958年,首先在上海用于临床【91;60年代初,上 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文海、武汉等地开始批量生产A型超声诊断仪,并在全国范围内迅速推广;70年代陆续研制生产出M型超声诊断仪、连续多普勒超声诊断仪、电子线阵、相控阵及机械扇形扫描B超等多种设备。
近10年来,在改革开放与引进国外先进技术的形势下,我国超声诊断设备生产水平取得了不小的进步,但由于自主开发力量仍然薄弱及国外在器件上对我国的限制,与国外先进技术水平相比还有很大的差距。
目前国内从事超声诊断开发和生产的企业有数十家,主要生产中低档产品,这类产品的主要性能指标已达到国外同类型产品水平,有能力替代进口产品。
但在中高档产品上,差距非常大,不仅产品产量小,而且还有空白,如全数字化彩超。
随着超声技术的快速发展,目前中高档产品都趋向全数字化,而国内大多数B超厂家生产的B超仪仍然采用模拟前端。
使用模拟前端时,要想获得较好的聚焦效果,必须在发射与接收的前端电路中精心设计模拟延迟线电路,电子聚焦、动态孔径、动态变迹等技术的实现都是在模拟信号方式下完成的,存在开关瞬变、干扰噪声、参数漂移、电器阻抗难以完全匹配等缺点,整机分辨率难以达到较高的水平。
此外,模拟前端不可能将聚焦点的位置一步一步地控制得非常精细,以使用抽头LC延迟线为例,当聚焦点数较多时,需要大量的电子开关矩阵,只能分段聚焦,系统分辨率受到局限。
而在全数字化B超诊断仪中,声束的延迟控制是由数字电路实现的,这种诊断仪将~D转换器几乎移到了接收电路的最前端,因此可以说整机几乎全是由数字电路组成的。
所以,将其称为“全数字化”B超诊断仪,其最主要技术特征就是数字式的声束成形技术。
这种技术的采用,使得动态聚焦的延时精度大大提高,而且可以非常方便的提供动态聚焦所需的不同延迟时间,从而可以在接收聚焦中实现更多段的分段聚焦甚至是逐点聚焦。
由于回波信号已数字化,可以避免在以后的处理中引入噪声,方便而灵活的实现动态孔径和动态变迹并可采用最先进的数字信号处理技术对回波信号进行处理,因而获得的系统分辨率和模拟系统相比会有很大的提高。
近年来,在医院外进行的超声波检查越来越多,使超声仪器不断向小型化、便携式方向发展,体积小巧、性价比高的便携式超声亦成为产品市场上的热点。
但仪器的小型化限制了电路板的大小,也就限制了对硬件器件的选择,迫使开发 2 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文 者牺牲了仪器的图像质量,影响了医学诊断的准确性。
为解决这一问题,可采用 高集成度的专用ASIc,在保证高图像质量的同时减少电路板的占用面积,使实现高性能便携式超声设备成为可能。
随着中国经济的发展和人们对健康要求的逐步提高,以及数字化超声仪的优 良特性,国内对数字化超声仪器的需求越来越大,但是由于技术和成本门槛都较 高,国内数字化超声仪的市场大部分被国外的GE、西门子、飞利浦、日立等大 公司占领,国内仅有清华天惠华、深圳安科和迈瑞等几个公司推出了数字超声系统,大多数中小型的B超厂家还很少有能力涉足。
所以在这种大环境下,开发 出具有自主知识产权并具有优良特性的小型化数字式超声诊断仪前端无论是在经济上还是在技术领域都具有重大意义和价值。
1.3国内外医学超声诊断技术发展概况1.3.1医学超声诊断技术发展历史 1880年压电效应的发现,为法国物理学家朗之万(P.Longevill)于1917年建立超声探测方法奠定了基础。
而最早将超声波用于临床医学领域的是奥地利的K.T.DuSsik。
他于1942年采用投射一维示波法(即A型),探测颅脑并获得头部的超声图像,从而拉开了超声诊断的序幕。
1951年.JJ.Widl和JollnM.R-eid研制成功手动接触式B型扫描仪观察离体组织中肿瘤和活体中的脏器【l o】,B型超声的研究就此展开。
1954年He比【11】和Edle:研制成M型超声心动仪,用以诊断心脏疾病。
60年代以后,数字图像处理技术开始应用于超声领域。
70年代初期,半导体厂商把微型机最基本的部件制作在一个硅片内,于是就出现了以一个大规模集成电路为主组成的微型计算机——单片机,很快它就在超声仪的DSC,DSP中得到应用,使B型超声得到蓬勃的发展,数模结合超声诊断仪得以实现【121。
1982年美国的Bo衄ne和日本的N锄eka、Ⅳa又分别设计出不同型号的彩色Doppler,它是继连续波和脉冲波式Doppler超声仪之后的第三代Doppler超声仪,因其能给人以直观的循环血流图像,展示心脏和血管内血流时间和空间信息,故有“无创伤性心血管造影术’’之称【13】。
1988年,美国ATL公司推出全世界第一 3 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文款全数字化超声诊断设备,从此超声技术的发展进入了全数字化时代。
进入90年代以来,在计算机技术、微电子技术和更先进的数字信息处理技术高速发展的推动下,超声影像诊断的频率已从3MHZ(适应于心脏、肝、胆、腹部诊断频率)发展至10MHZ(眼科诊断)乃至50MHZ(超声显微镜),超声影像诊断技术正朝着专业化、高速、高清晰度和丰富的辅助诊断功能方向发展,采用了组织谐波成像、三维成像、彩色多普勒成像、弹性成像等技术,大力发展了超声换能器和数字式延迟技术等,使超声诊断实现了再次飞跃。
1.3.2医学超声诊断技术发展近况 医学超声诊断在近十年来的进展是惊人的,这和现代电子工业技术的发展息息相关。
其在探头、信号检测与处理等方面的技术不断更新和提高,每一处关键技术的进步足以大大增强整机性能,为临床医学提供更新更好的诊断手段。
1.3.2.1换能器技术 超声换能器与超声诊断图像的质量有着密切关系,同时还是实现快速三维成像的关键。
它的作用是将超声波发射到人体,同时接收从人体中返回的、带有人体脏器信息的回波信号。
超声换能器由主体、背衬匹配层、壳体和导线几部分组成,其核心是压电材料。
新型压电材料主要为复合材料和有机薄膜材料。
复合材料适合与低负载介质耦合匹配,具有高灵敏度、低声阻抗和较低的机械品质因数等优势。
有机薄膜材料的声特性阻抗与人体软组织接近,具有重量轻、机械柔性好、易于加工等特点,但它的机电耦合系数较低【14】。
根据超声波在生物组织中的衰减规律,人们研制出多种高性能,适合各种场合的超声换能器,高密度、高频、宽带、专用性是其未来发展的趋势。
1.3.2.2组织谐波成像技术 传统的超声成像都是采用线性声学原理,实际上医学超声存在着非线性现象,谐波成像便是非线性声学在超声诊断方面的应用。
由于非线性现象的存在,回波中除了基波信号外,还存在谐波信号。
在这些谐波信号中,二次谐波的能量最大。
采用谐波成像时,入射声波频率比较低,入射声波在进入人体过程中,衰 4 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文减相对较小,被探头接收的高频谐波分量的衰减只在回程中发生,因此谐波成像技术能获得人体较深部位的清晰图像。
在各种谐波成像技术中,
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