论生物医学超声研究的学科发展战略

1概述生物医学超声是指超声在离体或活体的生物组织中的现象、效应、作用、机制和应用。这是一门边缘学科,其原理涉及物理学、生物学、医学、化学、数学等学科,在技术上还涉及电子、计算机、机械、材料等工程科学。超声在医学上的应用,开始于20世纪20年代～30年代,苏联Sokolov应用超声进行热疗。至于超声诊断上的研究,最早开始于1947年～1949年George Lidwig研究建立超声在胆石传输的物理-生理标准。1949年John Julian Wild用15MHzA型超声仪检测离体脏器厚度。1951年J.J.Wild和John M.Reid研制成手动接触式B型扫描仪观察离体组织中肿瘤和活体中的脏器。1954年Hertz和Edler研制成M型超声心动仪,以心脏瓣膜运动曲线来诊     

医学超声关键技术研究和进展(二)超声弹性成像技术、超声图像处理与分析

超声弹性成像技术是近20年来在医学超声领域出现的新技术,它利用准静态压力、外加低频振动、声辐射力等形式激励组织振动,然后用超声方法检测组织的形变或者由振动引起的剪切波传播,最终得到组织的生物力学特性.超声弹性成像已经被广泛应用在乳腺、肝脏、前列腺等领域,显示了良好的临床应用前景.此外,超声图像处理与分析是超声成像系统的重要组成部分,主要包括超声图像的三维可视化、预处理、分割、配准及图像理解等,旨在为临床医生诊断提供有效的辅助手段.     

基于相干检测技术的医用超声诊断信号处理

超声诊断因其无损、基本上没有副作用而在医学上得到广泛运用。根据超声信号的特点,可以利用相干检测理论对信号进行处理,从而达到滤除噪声、提高分辨力的目的。     

浅表组织超声图像的均衡化处理

均衡化算法可有效降低超声图像采样点间的相关性,提高斑点噪声的抑制效果.但根据在体图像获取均衡滤波器参数的计算量大,不利于实时实现.针对浅表超声图像,本研究提出一种效果明显同时避免大量实时计算的均衡化方法.基于射频图像成像模型,分析超声体模回波信号频谱,滤除组织反射函数频谱成分,获得点扩散函数(PSF),构建均衡滤波器,分析其用于浅表组织超声图像的均衡化处理效果.通过超声体模获取参数的均衡滤波器用于浅表超声图像,可以有效降低采样点间的相关性,预处理后的去斑滤波效果相较于直接滤波,信噪比提高约19.2％,图像去斑效果得到提高.对于浅表超声图像,可以通过超声体模预先获取均衡滤波器参数,从而减少去斑过程的计算量,容易实时实现.     

基于散斑衬比算法的高频超声血流成像技术研究

目的 探讨激光散斑衬比算法在高频超声血流成像技术中的应用。 方法 将激光散斑衬比算法拓展到高频超声血流成像领域,利用经典的激光散斑时间衬比算法对高频超声结构图像进行处理,静态组织信号得到抑制,动态血流信号信息得到加强,获得高频超声血流图像。对微血流仿体进行仿真实验,验证算法的有效性。进行人体皮肤组织活体实验,验证算法的可应用性,对不同帧数的超声结构图像进行激光散斑衬比算法处理,对比分析超声血流图像质量。 结果 微血流仿体仿真实验结果表明,管内血流信息清晰可见。人体皮肤组织活体实验结果表明,静态皮肤组织信号得到明显抑制,动态血流信号得到加强,获得清晰高频超声血流图像。通过对不同帧数超声结构图象得到的血流图像分析,图像处理帧数设为10帧时具有最佳的图像显示效果。 结论 激光散斑衬比算法可以应用于高频超声血流成像,具有良好的应用前景。     

二维数字化超声软组织应变成像系统的研制

利用超声散射回波测量生物组织在静态压缩情况下弹性系数的超声弹性成像方法得到了很大的发展.利用国产高速数据采集卡以及商业线阵B型超声诊断仪,建立了一套二维数字化超声软组织应变成像系统.应用这一系统获得了数字化的射频组织超声散射回波信号,并对组织内的应变分布进行成像.实验结果表明,该应变成像系统在获得传统B型超声图像的同时,可以获得组织内部的应变分布图像,从而获取在B超图像上无法得到的组织弹性变化.这一系统的研制成功,不仅为超声弹性成像技术在医学临床上的应用研究打下了基础,同时也为扩宽普通商业B超的应用范围提供了途径.     

医学超声工程研究新进展

80年代中,医学超声工程与高新技术结合,在医学图象诊断技术、外科、治疗和康复工程中获得了重大发展。本文主要综述了超声换能器技术、信号与图象处理技术方面的新进展。在超声换能器技术方面,涉及高分子压电材料探头、高密型超声探头、环形阵探头、随机相位超声探头、复合功能探头、三维扫描探头和专用探头等。在信号与图象处理技术中,涉及128通道处理技术、彩色多普勒血流成象技术、彩色三维经颅多普勒技术、三维声成象技术和组织弹性超声成象技术等。     

基于光纤传输和PCI总线的高速医学超声数据传输系统

在数字化超声成像系统中,由于原始数据量大,传输速率快,数据的有效传输一直是影响系统性能的主要瓶颈。我们介绍了一种基于光纤传输和PCI总线的高速医学超声数据传输系统的设计方案和功能特性。该系统应用于全数字化高帧率医学超声成像系统的数据传输,实现了将采集到的超声回波信号实时传送到计算机中进行成像处理。经测试,本系统实现的数据传输率可达80 MB/s。由于此数据传输系统具有较强的通用性,因此也可以应用于其他高速数据采集系统的数据传输。     

基于软阈值滤波的小波分析方法在微波致热超声成像系统中的应用

人体组织在微波脉冲的激励下,会因热膨胀产生热超声信号.出于对人体安全的考虑,微波脉冲源的功率不可能太大,因此激励产生的热超声信号的幅度通常很小.在采集这些信号时,如果传感器没有前置放大,则传感器输出的压电信号的信噪比会比较低.本文利用小波域软阈值滤波方法 对未采用前置放大而采样得到的信号进行小波分析,大幅度地提高了信号的信噪比,提取的目标信号位置与理论位置吻合的很好.这表明可以通过小波分析方法 很好地改善热超声信号的信噪比,从而降低对微波致热超声成像采集系统中前置放大器的要求.     

医学超声成像技术方法学进展

近几年来,超声成像技术的发展十分迅速,医学超声技术在基础研究、超声图像改善等多个领域取得了长足进展,尤其是计算机的发展及其在超声医学中的运用,不仅提高了已有的医学超声技术性能,还开发出许多新的技术,使超声诊断的方法更加丰富.现仅就以下新技术从方法学上作一初步评价.     

高频超声灰阶血流成像系统的研究与实现

目的 探索高频超声的血流成像方法 和血流图像处理方法 ,以实现血流成像系统.方法 根据红细胞对高频超声的散射规律,使用20 MHz超声的机械、线性扫描探头,在一条扫描线上发射多次脉冲,利用脉冲回波相减法提取血流信息.使用模拟血管进行血流成像,并对血流图像进行分析处理.结果 用该高频超声灰阶血流成像系统对模拟血流进行成像,得到的血流图像边缘清晰,并且在对血流图像进行处理后,能很好地滤除血管周围组织产生的伪像,以增强血流信息,从而更好地观察血流形态.结论 在高频超声条件下,使用单脉冲即可提取较强的浅表血流信号,并通过滤除伪像,能实现高频超声条件下的灰阶血流成像.     

Chirp-Z变换频谱细化倒谱定征生物软组织散射子平均间距的研究

用信号处理方法,提取生物软组织声散射特征,从而对生物组是进行鉴别,是超声医学的基础研究一直关注的重要课题,生物软组织的超声散射主要由组织内部的散射子引起,散射子平均间距与组织的微结构特征相关。我们分析和总结了一般基于FFT倒谱,AR倒谱等算法波动性较大、分辨率不高产生的原因,提出利用Chirp-Z变换频谱得到细化倒谱,在超声检测中估计生物软组织散射子平均间距及其变化的新方法,并利用该方法对仿体和生物软组织的回波信号进行了分析。结果表明:该方法是软组织的超声散射信号分析和散射子平均间距定征的一种有效方法。     

人流术后30例宫腔内残留物的超声观察

目的 探讨超声对人流术后宫腔内残留物的诊断价值,为临床选择合理治疗提供参考.方法 选择30例经人工流产有宫内残留物的患者作为研究对象,按病理结果分3组:绒毛组织(Ⅰ组)、变形的绒毛组织(Ⅱ组)、蜕膜组织(Ⅲ组);比较各组回声情况及残留物内部血流情况.结果 Ⅰ组以低回声为主,Ⅱ组和Ⅲ组以高回声为主;Ⅰ组血流信号丰富,Ⅱ组血流信号少,Ⅲ组无血流信号.结论 超声结合彩色多普勒血流信号有助于人流术后宫内残留物的鉴别诊断.     

B型超声诊断仪新技术展望

超声能以机械波动能量形式与生物组织的大分子或细胞层次发生相互作用,携带出许多生物组织的内部信息。检测后就能察知生物组织状态或特性,以此形成医学超声诊断学。与其他物理诊断法相比,超声诊断对人体无损     

产前超声医学图像处理技术综述

超声诊断是产科临床上应用最广泛的医学成像方式,与之相应的自动医学图像处理是提高诊断准确率与客观性的重要手段.本文首先介绍超声医学图像处理方法的原理及特点,讨论了若干技术及其涉及的算法,包括图像滤波、图像分割及机器学习技术等,浅析了设计可靠的超声医学图像处理方法的要点.其次,以产前超声医学为背景介绍了这些技术的应用,主要包括标准切面自动提取和生物学参数自动测量.最后,讨论了产前超声智能化诊断的发展方向.     

基于组织超声回波时移的无创测温技术及系统设计

寻找一种实时、无创的温度检测技术是目前癌热疗技术应用中面临的主要课题.在研究生物组织超声回波时移与其温度相关性的基础上,设计超声波高速数据采集与处理系统,利用这种相关性来无创检测癌热疗中组织温度的变化.该系统主要由超声发射接收器、高速AD采集卡和微型计算机组成,能检测不同温度下组织背向反射超声波的回波时间,实现了组织温度的实时测量与显示.     

医学超声关键技术研究和进展(一) 超声换能器与超声编码技术

医学超声技术的发展使得超声成像成为临床诊断领域的重要组成部分。许多新的医学超声技术仍然在不断涌现。医疗换能器及阵列,不仅直接影响到医学超声图像的质量,同时也决定了系统设备的应用。宽频带、多维高密度、高频、微型化腔内集成探头是未来超声换能器发展的主要方向。该文对国内外医疗超声换能器材料发展、结构创新、应用三个方面作了简要综述。超声编码技术具有可以提高医学超声成像系统的信噪比、帧频和探查深度等优点,目前仍是超声成像技术的研究热点之一。该文介绍了超声编码检测原理、超声编码检测研究现状、技术难点,并对超声编码技术的前景进行了展望。     

组织超声回波时移温度相关性及其无创测温研究

研究生物组织超声回波时移的温度相关性,以期利用这种相关性实现癌热疗中组织温度的无创检测.以去气水和新鲜离体猪肝为实验研究对象,采集其在一定温度范围（20℃～50℃）内的组织背向反射超声回波信号,通过信号分析探寻超声回波时移与温度的相关性,并利用这种相关性进行无创测温.实验结果表明：①组织内超声声速随温度的变化而变化,它与加热区域内的组织热膨胀共同引起了回波时移的变化;②回波时移的变化与温度变化之间有明显的相关性,且具有较为稳定的线性相关函数;③利用组织超声回波时移的温度相关性进行无创测温是可行的.     

超声引起的双层生物组织中的温度场研究

超声热疗在临床上得到了越来越广泛的应用,成为目前临床治疗的一种有效手段,但治疗中人体组织的温度测量是决定治疗成败的重要因素.基于超声的温度分布的无损测量是其中的一种方案,也成为医学超声研究的一个热点.采用有限差分的离散方法求解Pennes方程,从而得到了超声作为热源的情况下双层生物组织中的温度场.通过实验验证,说明该方法能较为准确地计算出超声热源情况下双层组织中的温升分布情况.同时讨论了各个参数对双层组织温度的影响,实验和计算结果发现初始声压和组织的热传导率对焦点温升的影响较大,组织的热容对焦点温升的影响很小,只有热传导率对焦点的位置有较大的影响.     

医学超声计量和标准化的十年

本文回顾了十年来我国医学超声计量技术所取得的主要技术进步。包括超声功率国家基准装置的建立一以辐射力法为基础的电子天平系统;各种声辐射计的研制、电学法、光学法与辐射力法的比对;超声功率基准装置的国际比对成功;医用脉冲声强测量方法的建立;测量用高频微型水听器及其国家标准校准装置的建立。文章展示了医学超声标准化工作的进展。包括制定了A型超声、B型超声、多普勒超声胎儿诊断仪和单元脉冲—回波超声换能器的技术要求和测量方法等20种国家标准或专业标准;建立了十多种检测仪器或系统;研制了B超设备性能测试用超声人体组织仿真模块等。 最后,文章分析了国际国内发展趋势后指出,高精度的自动化测量是当前医学超声计量的发展方向。高频率、高声压和微小声功率测量,各种型式医学超声换能器和仪器的测量方法的标准化是当前需要研究的重要课题。