2超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展歷史

2超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展歷史超聲顯像是50年代后期發(fā)展起來(lái)的一種新型非創(chuàng)傷性診斷的臨床醫(yī)學(xué)新技術(shù)。它是研究和運(yùn)用超聲波的物理特性、成像原理以及人體組織器官的解剖、生理、病理特征和臨床醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，以觀察人體組織、器官形態(tài)和功能變化的聲像表現(xiàn)，然后分析歸納，探討疾病的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，從而達(dá)到診斷與治療疾病的目的。早在1942年奧地利K.TDussik使用A型超聲裝置來(lái)穿透性探測(cè)顱腦，并于1949年成功地獲得了頭部（包括腦室）的超聲圖象111101951年Wild和Reid首先應(yīng)用A型超聲對(duì)人體檢測(cè)并報(bào)道了了乳腺癌的回聲圖象［12】。1954年Donald應(yīng)用超聲波作婦產(chǎn)科檢查，隨后開(kāi)始用于腹部器官的超聲檢查。1965年Lallagen首先應(yīng)用Doppler法檢測(cè)胎心及某些血管疾病。1973年荷蘭Bon首先報(bào)道實(shí)時(shí)超聲顯像儀，它是最早真正用于檢查診斷心臟病的切面實(shí)時(shí)超聲顯像儀［｝31a70年代脈沖多普勒與二維超聲結(jié)合成雙功能超聲顯像，能選擇性獲得取樣部位的血流頻譜。快速傅立葉變換技術(shù)的應(yīng)用，使得超聲成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能獲得的血流動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。80年代以來(lái)，超聲診斷技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換成像技術(shù)，圖象的清晰度和分辨率進(jìn)一步提高。脈沖與連續(xù)頻譜多普勒聯(lián)合應(yīng)用，近一步提高了診斷的準(zhǔn)確性。80年代彩色多普勒新技術(shù)的興起，能實(shí)時(shí)地獲取異常血流的直觀圖象，不僅在診斷心臟瓣膜疾病與先天性心臟疾病方面顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性，而且可以用于檢測(cè)大血管、周?chē)芘c臟器血管的病理改變，在臨床上具有重要的意義。1992年McDicken等人率先提出多普勒組織成像技術(shù)，隨后此技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床分析心肌活動(dòng)的功能，為臨床心臟疾病的診斷與治療提供了一種安全簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)手段［（81。自60年代開(kāi)始萌芽的三維超聲技術(shù)在90年代開(kāi)始成熟，出現(xiàn)了一些商業(yè)系統(tǒng)，并逐步用于臨床，在很多應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)二維超聲的特性。近年來(lái)，超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)處于快速發(fā)展中，很多新技術(shù)，如造影成像、諧波成像、心內(nèi)超聲成像等技術(shù)都在臨床上得到了應(yīng)用?？v觀超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展歷史，可以看出超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)沿著從低維到高維（一維、二維到三維和動(dòng)態(tài)三維，即四維）和從解剖結(jié)構(gòu)到功能成像的道路在發(fā)展。所以，本論文所研究的超聲心臟圖象的多維多參數(shù)功能重建符合超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展規(guī)律。無(wú)論是一維、二維還是三維超聲成像系統(tǒng)，其成像原理都是脈沖回波成像。而且，現(xiàn)有的絕大多數(shù)的三維超聲系統(tǒng)，均是利用一系列二維B-Scan圖象經(jīng)后處理方式重建后得到三維圖象，考慮到系統(tǒng)的通用性以及一些技術(shù)上的問(wèn)題，一般不會(huì)直接從超聲探頭獲取信號(hào)并做低層次的處理，所以，現(xiàn)有的三維超聲系統(tǒng)的性能和技術(shù)特性受到傳統(tǒng)二維超聲的限制，在二維超聲中存在的偽像必然要影響到后繼的三維重建過(guò)程。因此，下面將簡(jiǎn)要介紹脈沖回波成像原理以及一些常見(jiàn)的醫(yī)學(xué)超聲斷層成像技術(shù)。2.1脈沖回波成像原理超聲顯像系統(tǒng)一般由換能器（探頭）、發(fā)射電路、接受電路和顯示系統(tǒng)等主要部分組成。也可分為主機(jī)和探頭兩大部分。由具有壓電效應(yīng)的天然或人工材料制成壓電晶片所構(gòu)成的探頭，其內(nèi)加電壓后產(chǎn)生振動(dòng)的陶瓷薄膜借助逆壓電效應(yīng)沿一定方向發(fā)出相應(yīng)頻率的超聲波。探頭接觸皮膚后在非常短的時(shí)間內(nèi)超聲波入射到人體（約1/10萬(wàn)秒），并且，大約以1530m/sec的速度在體內(nèi)組織中傳播。由于人體不同臟器或同一臟器內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)存在一定的聲阻抗差，超聲波在體內(nèi)傳播過(guò)程中遇到不同阻抗的界面后便產(chǎn)生反射，反射回來(lái)的聲波被探頭談受，探頭內(nèi)的晶片借助于正壓電效應(yīng)，將接收的聲波能量轉(zhuǎn)換為電能。這些被探頭接收到的微弱高頻電信號(hào)經(jīng)主機(jī)增幅和檢波等復(fù)雜處理，然后以不同方式顯示出來(lái)，常用的有A型、B型和M型等。2.2A型超聲診斷技術(shù)A型(AmplitudeMode)超聲診斷法最早應(yīng)用于臨床。A型超聲診斷儀屬于幅度調(diào)制顯示(AmplitudeModulationDisplay)，它將回聲信號(hào)以波的形式顯示出來(lái)，回聲強(qiáng)則波幅高，回聲弱則波幅低?？v坐標(biāo)代表回聲信號(hào)的強(qiáng)弱，橫坐標(biāo)代表回聲的時(shí)間(距離)。在同一示波屏上，可以顯示單向或雙向波形。A型超聲診斷法，就是根據(jù)回聲波幅的高低、多少、形狀及有無(wú)進(jìn)行診斷。由于人體的臟器、組織其正常與異常的物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)不同，形成相應(yīng)的超聲界面，認(rèn)識(shí)這些界面回聲的規(guī)律即A型診斷法的基礎(chǔ)。從其成像原理及顯像方法來(lái)分析，A型超聲圖形只能了解一束超聲所穿過(guò)的各種組織間的距離及組織界面的粗略聲阻抗性質(zhì)，其所能提供的診斷信息極其有限，甚至不能顯示組織器官的形態(tài)，然而其優(yōu)勢(shì)在于對(duì)空間的距離測(cè)量以及通過(guò)回聲強(qiáng)度來(lái)鑒別病變的物理性質(zhì)，顯然其應(yīng)用價(jià)值有限。然而，它對(duì)腦中線的定位、漿膜腔積液的診斷及穿刺定位、肝臟膿腫的診斷及穿刺引流定位以及對(duì)腫塊物理性質(zhì)的判斷等，仍有其獨(dú)到之處。2.3B型超聲斷層成像技術(shù)B型超聲應(yīng)用回聲原理，即發(fā)射脈沖超聲進(jìn)入了人體，然后接受各層組織界面的回聲作為診斷的依據(jù)，它與A型超聲的不同之處主要有三點(diǎn):(1)B型超聲儀將A型超聲儀的幅度調(diào)制顯示改進(jìn)為輝度調(diào)制顯示(BrightnessModulationDisplay)，它將回聲脈沖電信號(hào)放大后送到顯示器的陰極，使顯示的亮度隨著回聲信號(hào)的大小而變化;(2)B型(BrightnessMode)超聲診斷儀探頭發(fā)射的聲速必須進(jìn)行掃查，加在顯示器垂直方向的時(shí)基掃描與聲束同步，以構(gòu)成一幅二維切面聲像圖;<3)醫(yī)生根據(jù)由此得到的一系列人體切面聲像圖進(jìn)行診斷，而不是用A型法得到的波形進(jìn)行診斷。在聲像圖中不同組織有不同的回聲強(qiáng)度和不同程度的聲衰減，而表現(xiàn)為不同的圖形特征，以此來(lái)作為診斷的依據(jù)。B型顯示法依據(jù)探頭不同距離的不同亮度的光點(diǎn)表示界面回聲的強(qiáng)弱，即僅占用示波器一個(gè)方向的輸入就顯示了兩種信息。當(dāng)探頭發(fā)射多條聲束時(shí)，將有一定角度的組織切面的回聲信號(hào)反射至探頭，儀器將不同角度的聲束與單一聲束的輝度信號(hào)分別施加給示波器或顯像管的水平與垂直輸入極板，就構(gòu)成了組織的一維回波信號(hào)的二維(或切面)聲像圖。當(dāng)這種二維圖像的更替頻率達(dá)到一般電影或電視的速度時(shí)，我們就能夠看到連續(xù)活動(dòng)的心臟影像，故又稱為實(shí)時(shí)灰階二維B超成像。1.2.4M型超聲心動(dòng)圖成像技術(shù)M型(MotionMode)超聲是應(yīng)用單軸聲波探測(cè)距離隨時(shí)間變化的曲線，垂直方向代表距離或深度變化，水平方向代表掃描時(shí)間，從光點(diǎn)的移動(dòng)及其狀況來(lái)觀察檢測(cè)臟器的深度與病變情況。M型超聲診斷技術(shù)特別適用于觀察臟器的運(yùn)動(dòng)情況，因而經(jīng)常用來(lái)觀察心臟，故有超聲心動(dòng)圖(UCG)之稱。2.5C型超聲斷層成像技術(shù)B型成像技術(shù)獲得的是組織的一個(gè)縱截面的超聲斷層像，而C型超聲得到的是一個(gè)與B型斷層截面相垂直的組織橫截面的斷層像。由于該截面是與探頭表面平行的，所以要獲得整個(gè)截面的超聲信息，探頭應(yīng)作平行掃描?這就要求C型超聲的探頭是一個(gè)由多列線陣并列構(gòu)成的平面陣。目前，C型超聲斷層成像設(shè)備要比B型超聲成像設(shè)備昂貴得多，很少用于臨床。?2.6F型超聲斷層成像技術(shù)F