三维超声成像技术的基本原理及操作步骤
三维超声成像的原理与应用
三维超声成像的原理与应用三维超声成像（3D ultrasound imaging）是一种利用超声波技术以非侵入性方式对人体内部进行立体成像的方法。
它通过将多个二维超声图像进行处理和重建，得到一个具有深度信息的三维图像。
三维超声成像的原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 发送超声波：系统通过超声探头向目标区域发送高频超声波。
超声波会在组织中传播，并在遇到组织的不同界面时发生反射、散射或传递。
2. 接收反射信号：超声探头接收到被反射回来的超声波信号，并将其转换成电子信号。
3. 信号处理：接收到的电子信号经过放大、滤波等处理，以便提高信号质量和可视化效果。
4. 三维重建：通过多普勒成像技术，系统能够获取到目标区域内不同深度处的超声波信号。
对这些信号进行处理和计算，便可将多个二维图像重建为一个立体的三维图像。
这种重建方式可以通过体素的堆叠或扫描来实现。
三维超声成像技术在医学领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 产科领域：三维超声成像可以提供全面而详细的胎儿图像，有助于检测先天性缺陷、评估胎儿的生长发育情况，并可以在手术前对胎儿进行评估和规划。
2. 乳腺疾病诊断：三维超声成像可以提供更准确和详细的乳腺图像，有助于乳腺肿块的检测、评估和定位。
它可以帮助医生确定肿块的性质（良性还是恶性）以及乳腺癌的分期。
3. 心血管疾病诊断：三维超声成像可用于评估心脏结构和功能。
它可以提供三维心脏图像，帮助医生检测心脏病变、评估心脏功能和血流动力学。
4. 泌尿系统疾病诊断：三维超声成像可以用于评估肾脏、膀胱和前列腺等器官的结构和功能。
它可以检测结石、肿瘤、积水等疾病，并提供更准确的定位信息。
5. 骨科领域：三维超声成像可以辅助骨折的检测和评估，有助于确定骨折的位置和程度。
它也可以用于骨骼疾病的评估和手术导航。
除上述应用外，三维超声成像还可以用于其他领域，如肿瘤诊断、肝脏疾病、血管疾病等。
与其他成像技术相比，三维超声成像具有无创、无辐射、实时性和相对较低的成本等优势，因此在临床应用中得到了广泛的推广和应用。
超声成像的基本原理
超声成像的基本原理超声成像是一种常见的医学影像检查技术，它利用声波的传播和反射原理来获取人体内部的结构和组织信息。
它不仅在临床诊断中起到了重要作用，还被广泛应用于产前检查、妇科、心脏检查等领域。
超声成像的基本原理是利用超声波在不同介质中的传播速度差异以及声波与物体之间的反射、散射和吸收等现象，通过探头将声波传入人体内部，然后接收反射回来的声波信号，再通过信号处理和图像重建等技术，最终形成人体内部的图像。
超声波是一种机械波，其频率通常在1-20MHz之间，相比于其他影像检查技术，它的频率较高，能够提供更高的分辨率。
超声波在人体组织中的传播速度与组织的密度和弹性有关，在不同组织之间传播速度存在差异，这是超声成像的基础。
在超声成像中，使用的探头中包含了一对发射和接收超声波的元件，称为压电晶体。
压电晶体可以将电能转化为机械振动，当外加电压作用于压电晶体时，它会产生超声波。
发射的超声波经过探头中的聚焦器后，进入人体内部。
超声波在人体内部的传播过程中，会发生反射、散射和吸收等现象。
当超声波遇到组织的界面时，一部分会被反射回来，而另一部分会穿过组织继续传播。
探头中的接收器会接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
接收到的电信号经过放大和滤波等处理后，会传输到计算机中进行信号处理和图像重建。
信号处理的过程包括时延校准、滤波、线性化等，这些步骤可以提高图像的质量和分辨率。
图像重建的过程是将接收到的信号转化为二维或三维图像，通过不同的算法和技术，将信号转化为具有空间分辨率的灰度图像。
超声成像的图像质量和分辨率受到多种因素的影响，包括超声波的频率、探头的形状和大小、探头与皮肤的接触情况等。
为了提高图像质量，可以使用不同频率的超声波、不同形状和大小的探头，并采取适当的探头皮肤接触技术。
超声成像具有无创、无辐射、易操作等优点，可以提供实时的图像，对于观察人体内部的结构和组织有着重要的临床价值。
然而，超声成像也存在一些限制，如对于深层组织的成像质量较差，对气体和骨骼的成像效果较差等。
三维超声成像技术的基本原理及操作步骤(精)
三维超声成像技术的基本原理及操作步骤 230031安徽合肥解放军 105医院罗福成1基本原理三维超声成像分为静态三维成像 (static three 2 dimensional imaging 和动态三维成像 (dynamic three 2dimensional imaging , 动态三维成像由于参考时间因素 (心动周期 , 用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像 , 则又称之为四维超声心动图。
静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。
111立体几何构成法该法将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合 , 需要大量的几何原型 , 因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合 , 现已很少应用。
112表面轮廓提取法是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接 , 形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的方法 , 曾用于心脏表面的三维重建。
该技术所需计算机内存少 , 运动速度较快。
缺点是 :(1 需人工对脏器的组织结构勾边 , 既费时又受操作者主观因素的影响 ; (2 只能重建比较大的心脏结构 (如左、右心腔 , 不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建 ; (3 不具灰阶特征 , 难以显示解剖细节 , 故未被临床采用。
113体元模型法 (votel mode 是目前最为理想的动态三维超声成像技术 , 可对结构的所有组织信息进行重建。
在体元模型法中 , 三维物体被划分成依次排列的小立方体 , 一个小立方体就是一个体元。
任一体元 (v 可用中心坐标 (x ,y ,z 确定 , 这里 x ,y , z 分别被假定为区间中的整数。
二维图像中最小单元为像素 , 三维图像中则为体素或体元 , 体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。
与平面概念不同 , 体元素空间模型表示的是容积概念 , 与每个体元相对应的数 V (v 叫做“ 体元值” 或“ 体元容积” , 一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。
三维超声成像是什么？
三维超声成像是什么？超声诊断是医院对相关疾病进行检查确诊的常用手段，三维超声成像，目前临床上的一种超声诊断新技术，为超声医学成像领域探讨的热点问题之一，相比二维超声，三维超声会对更多疾病信息进行了解，并可直观图像观察，精准测量病人器官组织的参数，诊断准确性更高，已在胎儿畸形、心脏疾病等的诊断方面展现出明显价值［1］。
本文对三维超声成像的概念、操作程序、相关疾病应用、临床优势等方面加以阐述，以增加人们对此技术的了解：一、三维超声成像的概念是什么？三维超声成像，即人们常说的立体图像，是一种三度空间成像，应用在检查诊断中能够将人体的解剖结构进行真实再现，其发展过程经历了静态三维、动态三维到实时三维的转变。
而三维超声成像原理，指的是对动态二维切面图进行持续采集，用计算机实施一系列操作处理，顺序法对人体器官组织三维图像排列、重组，主要过程、步骤为：原始图像采集、处理——三维图像重建、显示——三维图像分割、理解——图像三维显示，这其中，原始图像采集为三维成像初始步骤，同时也是最关键的步骤。
二、三维超声成像技术的种类、显示方法有哪些？在本质上，三维超声成像共有实时三维成像、三维重建成像两大类，其中的实时三维属于直接三维成像，在超声技术领域是一种新突破，无需通过电脑软件来进行三维重建；而三维重建为静态成像，同时也可在三维重建成像后高帧频回放，从而显示其动态三维成像。
而关于三维超声成像显示方法有两种，即表层显示方法、容积显示方法。
表层显示方法只会对表面轮廓、外形等显示器官外壳进行显示，无法将内部结构复杂的层次显示出来；容积显示法则不同于表层显示法，能够将被检测器官内部的结构显示出来，更加实用。
临床上亦有学者将三维超声成像显示方式分为透明成像、结构成像、表面成像三种，其中表面成像会呈现出外科视野，应用更为理想，可有效对胎儿心脏大体结构、卵圆孔瓣等精细结构予以显示。
三、三维超声成像的操作程序是什么？采集常规二维超声断面图像，例如心脏超声三维成像，于病人胸壁处固定探头，将此处作为轴心，机械驱动（会手动），顺时针（180°）旋转探头，图像平均每2°~5°获取一帧，经二维断面图采集后，于三维成像仪处传输，将所有二维断面图进行重建，获得越多的二维断面图帧，便越会提高三维重建图像质量。
三维超声成像系统原理和应用
三维超声成像系统是一种利用声波在人体组织中的传播速度和反射特性来生成图像的技术，它是一种无创、实时的成像方法。
其原理主要包括三个步骤：发射超声波、接收反射信号和定位反射信号。
在应用方面，三维超声成像系统主要用于医学领域，尤其是对心脏、血管和胎儿的检查。
它可以更加清晰地显示心脏结构，对于瓣膜病、先天性心脏病、胎儿先天异常（颌面部、肢体畸形）病、外周血管病（颈动脉斑块、动脉瘤、血管狭窄及闭塞等）的诊断优于传统的二维超声成像。
此外，三维超声成像系统在腹部检查时也具有重要价值，通常需要空腹检查以获得更好的效果。
然而，三维超声成像系统也存在一些不足，例如在运动、重建或编辑过程中可能会出现伪像。
因此，在实际应用中，医生需要充分了解三维超声成像系统的原理和局限性，并熟练掌握其操作技巧，以确保诊断的准确性和可靠性。
三维超声科普知识
三维超声科普知识三维超声属于医学影像学的一门新兴学科，随着计算机技术的快速发展，目前已经被广泛应用于临床中，特别是应用产科检查中，为诊断提供更多的相关信息。
1、三维超声的基本概述三维超声属于彩超的一种，其先通过容积探头得到一连串不同切面的二维数据，然后经过计算器的后处理得到一个立体的图像，包含三维重建技术及实时三维技术两大类。
三维超声具有立体、直观、容易识别的特点，可以全方位，多切面，多角度来观察，可以获得一些切面信息，而这些信息二维超声不能获得，并且不受方向限制，属于非创伤性检查。
三维超声可以把静态的图像进行三维重建，三维重建后可以把胎儿清晰显示出来，或者能更好的判断病灶的性质，另外经阴道三维超声成像技术在辅助生殖领域中已得到广泛应用。
2、三维超声的使用范围在心血管疾病中，三维超声诊断具有明显优势（能识别血管病变和非血管病变、显示血流的运行方向和二维平面分布状态等），可以判断各种疾病（如常见的风湿性心脏病、房间隔缺损）、评估心脏功能、诊断心脏肿瘤、检测和引导心脏外科部分介入手术等。
在消化系统中可以用于检查胃部疾病（胃息肉、胃溃疡、胃癌等，三维超声检查相比胃镜对人体无损害、无痛苦，重建图像立体感强、形态直观、空间关系明确）、肝病（肝囊肿、肝脓肿、原发性肝癌、肝硬化等，可以清晰的显示出肝的血管走向、空间位置关系）、胆囊疾病（胆囊结石、胆囊癌）、胰腺疾病（胰腺囊肿、胰腺结石）。
还可以检查泌尿系统疾病（肾囊肿、膀胱肿瘤）、浅表器官疾病（如甲状腺腺瘤、甲状腺癌、眼内异物、视网膜疾病）、淋巴疾病（如交界性肿瘤）。
但是三维超声应用最多的还是妇产科，尤其是在产科中应用最为广泛，能够多切面立体成像,对胎儿心脏、四肢、面部及胎儿功能的活动均可以进行清楚的观察,不仅减少了误诊漏诊，还可以直观的显示胎儿表面畸形，评估缺陷的程度。
检查适应症还包括：测定复发性流产的子宫血流阻力或者反复胚胎种植失败、特殊部位妊娠（如宫角妊娠，疤痕妊娠）、宫内节育器疑有嵌顿者、子宫先天畸形（如单、双角子宫，弓形子宫，纵膈子宫）、宫腔疾病（宫腔黏连、宫腔息肉、粘膜下肌瘤），对输卵管积液、多囊卵巢病变可做立体评估。
三维超声成像技术的基本原理及操作步骤
三维超声成像技术的基本原理及操作步骤230031 安徽合肥 解放军105医院 罗福成1 基本原理三维超声成像分为静态三维成像(static three2 dimensional imaging)和动态三维成像(dynamic three2dimensional imaging),动态三维成像由于参考时间因素(心动周期),用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像,则又称之为四维超声心动图。
静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。
111 立体几何构成法 该法将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合,需要大量的几何原型,因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合,现已很少应用。
112 表面轮廓提取法 是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接,形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的方法,曾用于心脏表面的三维重建。
该技术所需计算机内存少,运动速度较快。
缺点是:(1)需人工对脏器的组织结构勾边,既费时又受操作者主观因素的影响;(2)只能重建比较大的心脏结构(如左、右心腔),不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建;(3)不具灰阶特征,难以显示解剖细节,故未被临床采用。
113 体元模型法(votel mode) 是目前最为理想的动态三维超声成像技术,可对结构的所有组织信息进行重建。
在体元模型法中,三维物体被划分成依次排列的小立方体,一个小立方体就是一个体元。
任一体元(v)可用中心坐标(x,y,z)确定,这里x,y, z分别被假定为区间中的整数。
二维图像中最小单元为像素,三维图像中则为体素或体元,体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。
与平面概念不同,体元素空间模型表示的是容积概念,与每个体元相对应的数V(v)叫做“体元值”或“体元容积”,一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。
描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大,而体元数目的多少(即体元素空间分辨率)决定模型的复杂程度。
目前,国内外大多数使用Tom Tec Eeno view computer-work station来进行体元模型三维成像。
三维超声成像的原理与应用
三维超声成像的原理与应用三维超声成像（3D ultrasound imaging）是一种医学影像技术，通过使用超声波扫描体表来获取人体内部的三维图像。
它利用声波在人体组织中的传播速度和反射特性来生成图像，因此它是一种无创、实时的成像技术。
下面将介绍三维超声成像的原理和应用。
1.发射超声波：超声探头会发射高频的超声波，这些声波会穿过皮肤进入人体内部。
2.接收反射信号：当超声波遇到组织的界面时，会部分反射回超声探头。
超声探头会接收到这些反射信号。
3.定位反射信号：通过记录超声波从发射到接收的时间以及速度，可以计算出反射信号的位置。
4.生成图像：利用接收到的反射信号的时间和位置信息，计算机会进行信号处理并生成三维图像。
1.临床诊断：三维超声成像广泛应用于临床诊断，包括妇科、产科、泌尿科、心脏等多个领域。
例如，在妇科领域中，三维超声成像可用于检测妇女的子宫内膜异位症、卵巢囊肿以及妊娠等问题。
在产科领域中，它可用于评估胎儿的生长和发育情况，检测胎儿异常等。
2.指导手术：三维超声成像可用于指导手术操作。
它可以提供三维解剖信息，帮助医生在手术中准确定位和术前规划，提高手术成功率。
例如，在神经外科手术中，医生可以使用三维超声成像来定位肿瘤、血管或神经等重要结构，以避免损伤关键组织。
3.器官评估：三维超声成像可用于评估器官的结构和功能。
例如，在心脏疾病方面，它可以提供心脏的三维解剖信息，并评估心脏的收缩和舒张功能、心室壁运动等。
在肝脏评估中，三维超声成像可用于检测肝脏病变、测量肝脏体积等。
4.导航引导：三维超声成像可以用于导航和引导其他医疗设备的使用。
例如，在放射治疗中，可以使用三维超声成像来引导射线的定位，从而提高放疗的准确性和安全性。
在介入性手术中，三维超声成像可以用于引导导丝线的放置、穿刺、注射等操作。
总之，三维超声成像是一种广泛应用于医学领域的成像技术。
它通过利用声波的特性来生成人体内部的三维图像，可以用于临床诊断、手术导航、器官评估等。
超声三维成像
1.
2. 3. 4.
二.容积成像
1.
表面成像模式：
采用此方法能够建立组织结构 的表而立体图像. 例如去除羊水内的低回声，突 出眙儿表面高回声，滤过时还 可以突出胎儿骨骼结构，显示 出高回声结构的立体图像；应 用图像自动回放的旋转功能， 可以从不同角度观察立体图像； 另外还可以调节图像的明亮度 和对比度，使图像立体感更强。
2.透明成像模式
将实质性的组织结构 的所有三维回声数据 投射到一个平面上， 选择性地显示出高同 声或低回声结构的特 征。采用这种模式要 求感兴趣结构的回声 特征较周围组织回声 高或低，例如骨骼、 血管或囊性结构。
3.彩色模式
在扫查中采用多普勒方式， 可以进行血管内彩色血流 三维重建。三维多普勒能 量图不但能够观察组织结 构内的血流情况，还可以 提供一定容积内血细胞量 的间接资料，三维血管成 像方法能够跟踪血管走向， 区分重叠血管
三维成像的方法:
三维超声成像方法有散焦镜法. 计算机辅助成像.(当今首选方法) 实时超声束跟踪技术.
计算机辅助成像
自动容积扫查
三维数据库的建立
三维图像重建
自动容积扫查
以三维容积探头进行扫查，获取 三维数据。三维数据是通过超 声探头扫查平面的移动而获取 的大量连续二维断面图。
三维数据库的建立
探头扫查获得的数据是由许许 多多的断面组成的合成数据， 作为三维数据库输入电脑，可 以通过滤过干扰信息改善数据 的质量。
三维图像重建应用三 维数据库可以重建出 各种图像，包括三维 切而重建和立体三维 的观察。
一.三维切面重建
超声的成像原理及应用实例
超声的成像原理及应用实例1. 引言超声成像是一种常用的医学影像技术，通过利用超声波在物体内部的传播特性，将物体内部的结构映射为二维或三维的图像。
本文将介绍超声的成像原理，并列举一些常见的应用实例。
2. 超声成像原理超声成像利用超声波的特性进行成像，其原理如下： - 发射超声波：超声成像系统通过超声探头发射超声波，这些超声波在物体内部传播。
- 接收反射超声波：当超声波遇到体内结构的边界（如组织间的边界或器官的表面），一部分超声波将被反射回来。
- 计算时间差：超声成像系统根据发射与接收超声波的时间差计算出这些结构的距离。
- 生成图像：根据距离数据，超声成像系统生成二维或三维的图像，显示物体内部的结构。
3. 超声成像应用实例3.1 超声在妇产科的应用超声在妇产科领域有着广泛的应用，例如： - 孕妇孕期超声检查：可以观察胎儿的发育情况，确定正常胎儿的位置、体重等。
- 产前妊娠筛查：通过超声观察胎儿的结构，提前发现可能存在的畸形和异常，为产前干预提供依据。
- 子宫肿瘤检查：超声可以用于检测子宫肿瘤的大小、位置和性质，作为手术前的评估依据。
3.2 超声在心脏病学的应用超声在心脏病学中扮演着重要的角色，例如： - 心脏结构检查：超声可以观察心脏的形态和结构，帮助诊断各种先天性心脏病和心脏瓣膜病。
- 心功能评估：超声可以测量心脏的收缩和舒张功能，评估心肌收缩力和心脏瓣膜的功能。
- 心肌梗死诊断：超声可以检测心肌缺血和梗死区域，帮助早期诊断心肌梗死。
3.3 超声在肿瘤检查中的应用超声在肿瘤检查中也有着广泛的应用，例如： - 肝脏肿瘤检查：超声可以检测肝脏肿瘤的位置、大小和形态特征，帮助判断肿瘤的性质。
- 乳腺肿瘤检查：超声可以观察乳腺肿瘤的形态和边界，辅助判断乳腺肿瘤的性质。
- 前列腺肿瘤检查：超声可以检测前列腺肿瘤的位置和大小，帮助早期发现和诊断前列腺癌。
4. 总结超声成像是一种常用的医学影像技术，其原理是利用超声波在物体内部的传播特性，将物体内部的结构映射为二维或三维的图像。
3D成像的介绍和工作原理以及应用
3D成像的介绍和工作原理以及应用3D成像是一种通过获取并处理目标物体在三维空间内的信息，将其显示为可以与真实物体相似的立体图像或模型的技术。
它利用了不同视角、深度信息和纹理等多种数据来构建一个真实感强烈且立体的场景。
3D成像技术广泛应用于计算机图形学、医学、机器人、虚拟现实、增强现实以及艺术设计等领域。
工作原理：1.数据获取阶段：数据获取是3D成像的关键步骤。
它使用不同的传感器或设备来收集目标物体的多个角度或位置的图像或点云数据。
-激光扫描：通过激光器发射光束并记录光束对目标物体的反射，从而确定物体表面的位置和形状。
激光扫描仪可以提供高精度的三维点云数据。
-立体相机：使用两个或多个相机同时拍摄目标物体的图像。
通过比较这些图像之间的差异，可以获取物体的深度信息。
-超声波扫描：使用超声波传感器发送短脉冲，并记录脉冲回弹的时间和强度。
利用声波的传播速度和时间差，可以计算物体的位置。
2.数据处理阶段：数据处理是3D成像过程的核心部分。
它涉及对收集到的数据进行处理、融合和重建，以生成一个完整和准确的三维模型。
-数据对齐：将从不同视角或位置获取的数据进行对齐，以确保它们在相同的参考坐标系中。
-点云拼接：将多个点云数据拼接在一起，形成一个完整的点云模型。
-纹理映射：将拍摄到的纹理信息映射到点云模型上，使其更具真实感和细节。
应用领域：1.虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：3D成像技术使得创建逼真的虚拟世界和真实世界的结合成为可能。
它可以用于游戏、模拟培训、虚拟旅游等领域，为用户提供更具沉浸感的体验。
2.电影制作和动画：3D成像技术广泛应用于电影制作和动画中，可以创建逼真的角色和场景，提高视觉效果和真实度。
3.医学：通过激光扫描等3D成像技术，可以生成人体器官的三维模型，用于诊断、手术模拟和定制医疗器械等方面。
4.工程设计与制造：在工程设计与制造中，使用3D成像技术可以生成用于原型制作和产品设计的虚拟模型，减少试错成本和时间，提高效率。
三维超声成像原理
三维超声成像原理
三维超声成像是一种通过使用超声波来重构物体的三维结构的成像技术。
它利用超声波在物体内部的传播速度和其在不同介质中的折射率不同的特性，以及超声波回波信号的时间延迟来确定物体内部的结构信息。
在三维超声成像中，首先通过超声探头向物体发送一束高频超声波。
这些超声波在与物体内部结构交互后产生回声信号，然后被探头接收。
探头中的传感器会测量回声信号返回的时间延迟和强度。
接下来，通过将一系列超声波束发送到物体的不同方向，并测量每个方向上的回声信号，可以获取多个截面图像。
这些截面图像可以在计算机上进行处理和整合，以重建出物体的三维结构。
在三维超声成像中，还需要考虑如下因素：首先，超声波在不同介质中的传播速度会引起回声信号的时间延迟，需要进行校正。
其次，通过控制超声波的波束形状，可以调整成像的焦深和分辨率。
此外，还需要使用声学窗口来消除来自探头的干扰信号。
总的来说，三维超声成像通过利用超声波的传播特性和回声信号的时间延迟，可以获取物体内部的结构信息，并通过计算机处理和整合多个截面图像来重建出物体的三维结构。
这种成像技术在医学领域有着广泛的应用，可以用于诊断和评估疾病。
超声三维成像PPT课件
显示设备
显示设备是用来展示超声三维成像结 果的终端设备。
高分辨率和高对比度的显示器能够更 好地展示超声三维成像的细节和层次 感，提高诊断的准确性和可靠性。
常见的显示设备包括医用显示器、投 影仪和显示器等。
04 超声三维成像技术的优势 与局限性
超声三维成像技术的优势
实时动态成像
超声检查可以实时动态地观察人体内部结 构和功能状态，有助于及时发现病变。
06 总结与展望
总结
超声三维成像技术是医学影像领域的重 要进展，它能够提供更全面、准确、立 体的医学影像信息，为医生提供更准确
的诊断依据。
超声三维成像技术具有无创、无痛、无 辐射等优点，对孕妇和胎儿的安全性较 高，因此在产前诊断和胎儿发育监测等
领域具有广泛的应用前景。
超声三维成像技术还能够应用于其他领 域，如心血管疾病、肿瘤等疾病的诊断 和治疗，为医学影像技术的发展带来了
肿瘤诊断与治疗
通过超声三维成像技术，医生可以 观察肿瘤的位置、大小和形态，为 肿瘤的诊断和治疗提供帮助。
无损检测领域应用案例
机械零件检测
在工业生产中，超声三维成像技 术用于检测机械零件的内部结构， 发现裂纹、气孔等缺陷，确保产
品的质量和安全。
建筑材料检测
在建筑领域，超声三维成像技术 用于检测混凝土、岩石等材料的 内部结构，评估其强度和稳定性。
超声探头是超声三维成像技术的核心 部件，它能够将超声波转换为电信号， 并将电信号传输到信号处理电路。
高频探头能够获取更清晰的图像，适 用于浅层组织成像；低频探头则适用 于深层组织成像。
探头的频率和阵列类型是影响图像质 量和分辨率的关键因素。
阵列探头采用多个压电晶体排列而成， 能够实现电子聚焦和扫描，提高成像 质量和效率。
三维彩超操作方法
三维彩超操作方法
三维彩超是一种用于产前检查的影像学技术，可以提供胎儿的三维图像。
以下是一般的三维彩超操作方法的基本步骤：
1. 准备工作：孕妇需要仰卧在检查床上，暴露腹部。
医生会在孕妇的腹部涂抹一些凝胶，这有助于声波的传导。
2. 探头放置：医生会将探头放在孕妇的腹部上，通常在腹部的不同位置进行扫描，以获取全方位的图像。
3. 扫描和采集图像：医生会移动探头，通过声波的反射来获取胎儿的图像。
系统会自动采集和记录一系列的二维图像。
4. 三维重建：通过计算机软件，将采集到的二维图像进行三维重建，生成三维立体图像。
医生可以旋转、放大和缩小图像，以便更好地观察胎儿的结构和形态。
5. 观察和评估：医生会仔细观察三维图像，评估胎儿的发育情况、结构是否正常、以及检查是否存在任何异常或畸形。
6. 报告和解释：检查完成后，医生会向孕妇解释检查结果，提供相关的建议和咨询。
需要注意的是，三维彩超检查的具体操作方法可能会因设备类型、医生的经验和医院的要求而有所差异。
在进行三维彩超检查时，孕妇应尽量放松，配合医生的指导，以获得最佳的检查效果。
如果你对具体的三维彩超操作方法有进一步的疑问，建议咨询专业的超声医生或医疗机构，他们将能够提供更详细和准确的信息。
三维超声的成像原理
第一章三维超声的成像原理宇宙空间包含有三个互相垂直的方向，即X、Y和Z方向。
单一方向只能描述一条直线，而任何两个垂直的方向都可以描述一个平面，三个互相垂直的方向则可以描述一个立体，它们相应提供空间的一维、二维和三维信息。
超声成像（Ultrasonic Imaging）是使用超声波的声成像。
在超声诊断仪中，有传递人体组织一维空间信息的A型、M型和D型；有传递人体组织二维空间信息的B型、C型、F型和CFM型（彩色血流图）；有传递人体组织三维空间信息的组织三维成像、血流三维成像和融合三维成像。
目前，所有三维成像都是以平面显示的方法显现成具有立体感的显示方式，这种方式被称为三维显示（3D-scope）。
第一节三维成像的原理及基本方法一. 三维成像的原理三维成像按成像的原理可分为三大类：1．利用光学原理与系统进行三维成像；2．利用光学系统和图像迭加原理的三维成像；3．利用计算机辅助进行三维重建成像。
二．声全息（Acoustical Holography）声全息技术是通过探测波与参考波之间的相互干涉，而把探测波振幅和相位携带的有关探测物结构的全部信息提取与再现的技术。
声全息技术由于获取和记录全息数据的方式不同，可分为三类：液面全息；扫描全息；布阵全息。
不管哪一类，都是透射成像，并沿用了激光全息的方法，利用超声波相干的特性，不仅把超声波振幅信息记录下来，也反映出相位信息。
因此，在把超声全息图重现时。
能逼真地显示出人体的内部结构，并具有实时动态、分辨率高和灰阶丰富等特点。
图1-1是液面法声全息成像系统结构原理图。
它表明声成像的过程。
在工作时由换能器1发射的声束经人体受检部位，透过人体的声束由组合透镜2收集，经反射器3反射在小油槽5的液面上聚焦成像。
同时由换能器4发射的参考声束也射到液面，与透过受检部位的物波相干形成声全息图。
由激光器6发射的激光经扩散透镜7和光学部件产生平行激光照射液面的声全息图，受声全息图调制的反射激光发生衍射，各级衍射光经光学聚焦透镜8后在聚焦平面9上分离，并通过空间滤波器获取图像，由电视摄像机10摄像，并在显示器上显示三维的声像图。
实时三维超声心动图的原理
实时三维超声心动图的原理实时三维超声心动图是一种用于评估心脏功能和结构的非侵入性检查手段。
它通过超声波技术获取心脏三维图像，并实时显示心脏的运动过程，可以提供更详细准确的心脏解剖和功能信息。
下面将详细介绍实时三维超声心动图的原理。
实时三维超声心动图的原理主要包括以下几个方面：1. 超声波成像原理：超声波成像是利用超声波在不同组织间的声阻抗不同导致声波的反射和散射，从而形成图像。
超声波通过心脏组织时，会与组织内部不同声速的结构相互作用，从而形成回声，接收回声信号后，可以计算出心脏结构的位置和形状。
2. 多普勒效应：实时三维超声心动图在超声多普勒技术的基础上进行了改进。
多普勒效应是指声波频率随着发射源和接收源相对运动而发生变化。
在超声心动图中，通过测量心脏结构和血流的多普勒频移，可以获取血流的速度和方向等相关信息，从而对心脏功能进行评估。
3. 透射超声波技术：实时三维超声心动图是通过多面阵探头进行数据采集。
这种探头具有多个元件，每个元件可以发射超声波，也可以接收回声信号。
通过改变不同元件的发射和接收时间，可以形成不同方向的超声波束，从而获取心脏结构和动态信息。
4. 数据处理和图像重建：实时三维超声心动图需要将采集到的大量数据进行处理和重建。
首先，将采集到的超声信号进行滤波、放大和时基压缩等处理。
然后，利用声速和时间延迟信息，将信号进行重新定位，生成三维数据集。
最后，通过对三维数据集进行重建和插值，可以生成连续的实时心脏图像。
实时三维超声心动图的优点：1. 实时性：实时三维超声心动图可以提供实时连续的心脏图像，能够观察到心脏的动态过程。
这对于评估心脏功能异常和诊断心脏疾病非常重要。
2. 非侵入性：实时三维超声心动图是一种非侵入性的检查手段，无辐射，不会对人体造成任何伤害。
3. 分辨率高：实时三维超声心动图可以提供高分辨率的心脏图像，能够很好地显示心脏的解剖结构和血流情况，有助于诊断和治疗。
4. 易于操作：实时三维超声心动图是一种简单易用的检查手段，医生只需要将超声探头放置在胸部，就可以获得高质量的心脏图像。
三维超声成像分类
三维超声成像是指通过超声波在人体内部传播，利用计算机技术重建出人体内部组织器官的三维立体图像。
根据不同的应用场景和技术特点，三维超声成像可以分为以下几种类型：
1. 三维灰阶超声成像：通过对超声波回波信号进行处理，生成人体内部组织器官的三维灰阶图像，可以用于诊断肝脏、胆囊、肾脏、前列腺等内脏器官的病变。
2. 三维彩色多普勒超声成像：在三维灰阶超声成像的基础上，加入了彩色多普勒血流成像技术，可以显示人体内部血管的分布和血流方向，用于诊断心血管疾病和肝脏、肾脏等器官的肿瘤。
3. 三维能量多普勒超声成像：在三维彩色多普勒超声成像的基础上，加入了能量多普勒血流成像技术，可以更准确地显示血管的分布和血流情况，用于诊断心血管疾病和肿瘤。
4. 三维实时超声成像：通过高速采集超声波回波信号，实时生成人体内部组织器官的三维图像，可以用于手术导航和介入治疗等领域。
5. 三维超声心动图：通过对心脏进行三维超声成像，可以显示心脏的三维结构和血流情况，用于诊断心脏疾病。
以上是常见的三维超声成像类型，不同类型的三维超声成像技术在不同的应用场景中具有各自的优势和局限性，需要根据具体情况选择合适的技术。
三维超声成像原理
三维超声成像原理
嘿，朋友们！今天咱就来唠唠三维超声成像原理这档子事儿。
咱可以把三维超声成像想象成一个超级厉害的魔法！你看啊，普通的超声就像是给咱身体内部拍了个平面照片，虽然也能看出点啥，但总归不够立体呀。
而三维超声呢，那就像是直接给身体内部来了个全方位的立体雕塑展示！
它是咋做到的呢？其实就像是个细心的小工匠，一点一点地把各个角度的信息都收集起来，然后巧妙地组合在一起。
超声探头就像是小工匠的眼睛，不断地在咱身体上扫来扫去，捕捉着每一个细节呢。
每次想到这，我就忍不住感叹，这科技可真是神奇啊！它能让医生像拥有了透视眼一样，把咱身体里的情况看得清清楚楚。
这可比猜谜语靠谱多了吧！
你说要是没有这三维超声成像，医生得多头疼呀？就好像要在黑暗中摸索一样，那得多费劲呀！现在有了它，医生就能更准确地判断病情啦，这不是给咱的健康上了一道保险嘛！
咱再打个比方，身体就像是一个神秘的大城堡，三维超声就是那盏照亮城堡内部的明灯呀！它能让我们清楚地看到城堡里的结构，哪里有问题一目了然。
而且呀，这三维超声成像还在不断发展进步呢！说不定以后呀，它能变得更厉害，能发现更小的问题，给咱的健康提供更好的保障。
那时候，咱就更不用担心身体里有啥小毛病发现不了啦！
反正我是觉得这三维超声成像原理真的太重要啦！它让医生能更好地了解我们的身体，让我们能更安心地生活。
你们说呢？是不是也觉得这是个了不起的发明呀！。
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三维超声成像技术的基本原理及操作步骤230031 安徽合肥 解放军105医院 罗福成1 基本原理三维超声成像分为静态三维成像(static three2 dimensional imaging)和动态三维成像(dynamic three2dimensional imaging),动态三维成像由于参考时间因素(心动周期),用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像,则又称之为四维超声心动图。
静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。
111 立体几何构成法 该法将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合,需要大量的几何原型,因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合,现已很少应用。
112 表面轮廓提取法 是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接,形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的方法,曾用于心脏表面的三维重建。
该技术所需计算机内存少,运动速度较快。
缺点是:(1)需人工对脏器的组织结构勾边,既费时又受操作者主观因素的影响;(2)只能重建比较大的心脏结构(如左、右心腔),不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建;(3)不具灰阶特征,难以显示解剖细节,故未被临床采用。
113 体元模型法(votel mode) 是目前最为理想的动态三维超声成像技术,可对结构的所有组织信息进行重建。
在体元模型法中,三维物体被划分成依次排列的小立方体,一个小立方体就是一个体元。
任一体元(v)可用中心坐标(x,y,z)确定,这里x,y, z分别被假定为区间中的整数。
二维图像中最小单元为像素,三维图像中则为体素或体元,体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。
与平面概念不同,体元素空间模型表示的是容积概念,与每个体元相对应的数V(v)叫做“体元值”或“体元容积”,一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。
描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大,而体元数目的多少(即体元素空间分辨率)决定模型的复杂程度。
目前,国内外大多数使用Tom Tec Eeno view computer-work station来进行体元模型三维成像。
此外,随着高档超声仪器软件的不断开发,静态三维成像不经过工作站可直接启动设备软件包三维重建或三维电影回放来完成。
2 操作步骤任何三维成像的研究均需通过原始图像采集、图像数据后处理、三维图像重建、三维图像显示和定量测量。
扫描途径包括经食管、经胸和剑突下及腹壁等,每种方法各有利弊。
211 图像的采集21111 机械驱动扫查 将探头固定在机械装置上,由计算机控制电动马达,带动探头做某种拟定形式的运动,常见的形式有三种:(1)平行扫查法(Parallel scanning):即探头沿直线做均匀连续的平行位移,获得一系列相互平行等距的二维切面图像。
经食管或血管内的超声三维重建所采用的逐步后拉式采样亦属平行扫查。
此方法图像易失真,目前已基本废弃。
(2)扇形扫描法(fan-like scanning):扫描平面的近场基本固定,远场沿z轴方向扇形移动,将采集的二维图像做数字存储,建立金字塔形数据库(Pyramid data-bank),而后插补三维像素(voxel),再根据需要任意切割,显示所欲观察的三维图像。
此发现主要用于检查静态脏器,有的厂家将换能器封闭于特制的盒套内,操作比较方便。
(3)旋转扫描法(rotat2 ing scanning):目前被广泛接受,能较理想地进行三维成像采集。
以二维切面图像中声束方向的中心平分线为轴,使探头做180°旋转,获得围绕轴线360°范围内一系列相互均匀成角,且中心平分线相互重叠的二维切面图像,适用于心脏、前列腺、膀胱等。
经食管的多平面探头或环形相控阵探头三维成像采样过程亦属此类。
由于机械驱动扫查中,探头具有规定的逻辑运动轨迹,因此,计算机对所获得的每一图像进行空间定位、数据处理及三维成像时速度快,图像重建准确可靠。
缺点是采样过程繁琐、机械驱动支架体积大且沉重、与各类探头不易配接、扫查时有机械噪音、扫查方式固定、取样角度不易确定、扫查范围和时间受限。
因而三维超声成像的推广迫切急需方便、灵活的采集方法。
21112 磁场空间定位自由臂扫查(free2hand scan2 ning,以下简称自由扫查) 自由扫查技术主要依靠一套探头空间定位系统,由电磁场发生器、空间位置感测器(或接收器)和微处理器三部分组成。
由微处理器控制的电磁场发生器向空间发射电磁场,空间位置感测器被固定在探头上,操作者如同常规超声检查一样,手持带有空间位置感测器的探头进行随意扫查时,计算机即可感知探头在三维空间内的运动轨迹,从而确定所获得的每帧二维图像的空间坐标(x,y,z)及图像方位(α,β,γ),带有空间坐标信息和方位信息6个自由度参数的数字化图像被储存在计算机中,即可对所扫查结构进行三维重建。
实践证明,使用自由扫查技术时,可在任何方向上随意移动探头,根据需要设置扫查时和调整范围并无死角,适用于做一次性较大范围复合扫查,如对肝脏一次性整体成像。
该系统可与任何探头方便配接,体积小,重量轻,扫查方式灵活,操作方便,且重建准确可靠,因而成为近年三维超声成像研究的热点。
此方法仅用于静态三维重建,用彩色多普勒能量图进行三维重建时,如有余辉滞留,应关闭余辉功能,以免血管结构三维图像变形,如无法关闭余辉功能,应平稳缓慢扫查取样。
21113 “一体化探头”方案 将超声探头和摆动机构封装在一起,操作者只要将此一体化探头指向所需探测部位,系统就能自动采集三维数据。
21114 三维电子相控阵方法 目前,已开发出128×128阵元的超声模块及相应的电子学系统,并成功获得了实时三维超声图像。
后二种方法使用方便,不用移动探头即可获得三维数据,并能即刻或实时显像,但该类探头可能单次扫查范围有限,不适合做一次性大范围复合形式的扫查采样,如对较大脏器(如肝脏)或病变的一次性整体扫描成像则受到限制。
对大血管及其血流既可做静态三维成像,亦可做动态三维成像,后者必须采用机械驱动扫查方式,并使用心电触发功能,对实质性脏器内血管及血流一般采用静态三维成像。
血管三维超声重建时采用的图像有两大类:(1)组织灰阶信息用于大血管组织结构的三维重建;(2)血流的彩色多普勒显像或多普勒能量图信息用于血管内血流的三维重建。
常规彩色多普勒血流成像(CDFI)能区别血流方向、速度及时相,可对较大血管内血流进行动态三维重建。
彩色多普勒能量图(color Doppler energy, CDE)显示血流敏感性高,能显示细小终末血管的低速血流,并能较好地显示迂曲血管内血流的连续性,因此,CDE更适用于实质性脏器内小血管的动态三维重建。
使用CDFI或CDE时应轻度抑制二维灰阶图像的增益,三维重建时更能突出显示血管及血流。
因二维图像是三维重建的基础,故二维图像的好坏关系到三维重建的质量。
所以,图像采集过程中应注意:(1)避免呼吸与体位移动造成的影响;(2)根据采样部位大小和体表特征确定扫查采样方式;(3)采集图像时应去掉无关信息,以减少体元素空间的体元数目,缩短图像储存、处理和重建的时间。
21115 动态三维彩色多普勒成像 能显示血流动态、方向、速度及形态,在观察心内血流(包括分流与反流)的位置、时相、轮廓、范围、周径、行程、长度等方面能发挥更大的作用。
如对血流束进行垂直切割,可以正确了解缺损、瓣口关闭不全及狭窄处血流束的横断面的大小与剖面形态等。
这种新的动态三维彩色多普勒血流成像技术具有很大发展潜力,一旦推广应用,将发挥更大的效能。
21116 实时动态三维成像 美国Duck大学生物医学工程系最近研究成功一种能进行容积测定实时成像(red2time volumetric imaging)的二维阵列换能器(two2dimensional array transducer)。
其外形与一般的相控阵探头相类似,但换能器的晶体片呈矩阵形(matrix)排列,被纵向、横向多线场均匀切割,形成众多的微型正方形小格。
用于体表探查时,微小的多达40×40=1600、60×60=3600或80×80= 6400个晶片,探头发射声束时按相控阵方式沿y轴进行方位转向,形成二维图像,后者在沿z轴方向扇形移动进行立体仰角转向,形成金字塔数据库(pyramid data2bank)。
由于仪器采用特殊的发射与接收方法,扫描速度提高60余倍,在一个心动周期内,即可完整地采集某一心脏结构的三维数据资料,从而真正实现动态三维成像,由于成像速度快,在未来的心脏疾患以及动态脏器(包括胎心和各个部位大小血管)检查中将可能发挥更大作用。
212 图像的后处理 三维工作站通过导线与机械扫查支架或自由扫查系统相连,以控制探头的运动和(或)搜集探头的空间位置信息。
扫查时获得二维图像通过超声仪器的输出接口不断输入三维工作站,并储存在计算机内,然后计算机对按照某一规律采集的一系列分立的二维图像进行空间定位,并对相邻切面之间空隙进行像素插补平滑后,形成三维立体数据库(data volume)。
被插补像素的灰阶质为其相邻两像素灰阶的均值,图像采集间隔越小,则充填像素点越小,图像失真度越小。
213 三维重建 利用连续平行切割或任意方向切割方式对三维数据库进行任意的切割和观察,并可在三维数字库内选择一个参考切面,对感兴趣结构进行三维重建和动态显示。
二维超声成像无法显示人体结构的冠状面,而三维超声成像可对三维数据库进行冠状面切割,从而显示冠状面(C平面)上的立体形态。
动态三维血流图像重建,即采集的二维彩色多普勒数据是以黑白灰阶形式接收,并在三维计算机系统内进行格式化、数据化转换和贮存。
根据每幅图像的时间和空间位置,计算机抽取心动周期中同一时相的多个方位上的二维图像,按照其空间位置进行重组,彼此相互连接、插补(conical data2 bank)立体方位像素(voxel),建立某一血流束的三维立体数据库(data volume),再用总体显示法(vol2 ume rendering display)重建某时相异常血流束的立体图像。
而后计算机将这些不同时像的立体图像按心动周期的先后顺序连续放映,即形成二维实时动态三维血流图像。
214 三维图像显示 三维成像最终目的是获得一个清晰的立体图像,而对三维数据库的多方位切割,以及多切面显示与分析(如冠状、矢状和水平切面同时显示),也是三维超声成像观察内容之一。
早期采用轮廓显示,包括网络型成像法和薄壳型成像法;体元模型三维重建技术出现后即开始采用总体显示法,又称为立体显示法,显示组织结构的所有灰阶信息。
使用图像分辨率调节、灰阶域值调节及距离、阴影和纹理处理技术等,可提高三维重建图像的质量和增强立体感,三维成像后使心脏组织具有多层次、不同结构三维图像,能以静态或动态的形式按心动周期的先后顺序放映。