医学超声成像波束形成技术的演变
2超声医学成像技术的发展历史
2超声医学成像技术的发展历史2超声医学成像技术的发展历史超声显像是50年代后期发展起来的一种新型非创伤性诊断的临床医学新技术。
它是研究和运用超声波的物理特性、成像原理以及人体组织器官的解剖、生理、病理特征和临床医学基础知识，以观察人体组织、器官形态和功能变化的声像表现，然后分析归纳，探讨疾病的发生发展规律，从而达到诊断与治疗疾病的目的。
早在1942年奥地利K. T Dussik使用A型超声装置来穿透性探测颅脑，并于1949年成功地获得了头部(包括脑室)的超声图象11110 1951年Wild和Reid首先应用A型超声对人体检测并报道了了乳腺癌的回声图象[l2】。
1954年Donald应用超声波作妇产科检查，随后开始用于腹部器官的超声检查。
1965年Lallagen首先应用Doppler 法检测胎心及某些血管疾病。
1973年荷兰Bon首先报道实时超声显像仪，它是最早真正用于检查诊断心脏病的切面实时超声显像仪[}31a 70年代脉冲多普勒与二维超声结合成双功能超声显像，能选择性获得取样部位的血流频谱。
快速傅立叶变换技术的应用，使得超声成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能获得的血流动力学数据。
80年代以来，超声诊断技术不断发展，应用数字扫描转换成像技术，图象的清晰度和分辨率进一步提高。
脉冲与连续频谱多普勒联合应用，近一步提高了诊断的准确性。
80年代彩色多普勒新技术的兴起，能实时地获取异常血流的直观图象，不仅在诊断心脏瓣膜疾病与先天性心脏疾病方面显示了独特的优越性，而且可以用于检测大血管、周围血管与脏器血管的病理改变，在临床上具有重要的意义。
1992年McDicken 等人率先提出多普勒组织成像技术，随后此技术被广泛应用于临床分析心肌活动的功能，为临床心脏疾病的诊断与治疗提供了一种安全简便、无创的检测手段[(81。
自60年代开始萌芽的三维超声技术在90年代开始成熟，出现了一些商业系统，并逐步用于临床，在很多应用领域表现出了优于传统二维超声的特性。
声波波束成形原理-概念解析以及定义
声波波束成形原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述声波波束成形是一种先进的成像技术，利用声波在材料中传播的特性，可以实现对目标区域的高分辨率成像，广泛应用于医学、工业、地质等领域。
本文旨在深入探讨声波波束成形的原理和技术发展，以及对其优势和未来发展方向进行总结和展望。
通过对声波波束成形的深入研究，有望为相关领域的科研工作和应用提供重要的参考和指导。
部分的内容1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文共分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分，将对声波波束成形进行概述以及介绍文章的结构和目的。
在正文部分，将详细介绍声波波束成形的概念及其应用、声波波束成形的原理和声波波束成形的技术发展。
在结论部分，将总结声波波束成形的优势，展望未来声波波束成形的发展方向，并给出结语。
分的内容1.3 目的本文旨在探讨声波波束成形原理，介绍其概念及应用，并深入解析其技术原理和发展历程。
通过对声波波束成形优势的总结和未来发展方向的探讨，希望读者能对声波波束成形有更深入的理解，并认识到其在医疗、通信、工业制造等领域的巨大潜力。
同时，本文也旨在促进声波波束成形技术的发展和应用，推动其在各个领域的进一步创新和应用。
2.正文2.1 声波波束成形的概念及应用声波波束成形是一种利用超声波技术来聚焦声波能量的方法，通过控制声波的传播方向和波束形状，实现对特定区域的精准治疗或成像。
声波波束成形技术最早用于医学领域，主要应用于医疗超声成像和聚焦超声治疗，随着技术的不断发展，声波波束成形也被逐渐应用到其他领域。
在医学领域，声波波束成形可以实现高分辨率的超声成像，能够清晰地显示人体内部组织和器官的结构，对于疾病的诊断起着至关重要的作用。
同时，声波波束成形还可以被用于超声导向下的肿瘤治疗、聚焦超声手术等领域，能够实现非侵入性的疾病治疗，减少手术风险和恢复时间，为患者带来更多的选择和希望。
除了医学领域，声波波束成形技术还被广泛应用于工业领域。
彩超中的数字多波束形成技术研究
彩超中的数字多波束形成技术研究熊世杰;武剑辉【摘要】目的:解决彩色超声诊断仪实时成像前端渡束形成模块对处理速度的高要求的矛盾.方法:针对这一需求,在原有的数字波束形成技术的基础上,产生了数字多波束形成技术.它利用一次波束发射,形成2条以上的接收波束,加快了扫描速度.结果:根据数字多渡束形成原理,通过软件仿真,证明了这种思想的可行性,最后还介绍了基于FPGA的硬件实现方法.结论:数字多波束形成技术能够作为提高成像速度的方法应用在彩超中.【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2010(031)008【总页数】4页(P33-36)【关键词】数字多波束形成;Matlab;Field Ⅱ;FPGA【作者】熊世杰;武剑辉【作者单位】610054,成都,电子科技大学生命科学与技术学院;523808,广东东莞,东莞电子科技大学电子信息工程研究院;610054,成都,电子科技大学生命科学与技术学院;523808,广东东莞,东莞电子科技大学电子信息工程研究院【正文语种】中文【中图分类】R445.1;R318.61 引言随着当今电子信息产业如席卷般的数字化浪潮，传统的模拟电路正在逐渐数字化，达到以更高的抗干扰能力获得更优信息的目的。
超声诊断设备（UDE）也不例外。
20世纪八九十年代的DSC技术解决了图像显示的数字化，而目前的数字波束形成技术则可将超声换能器采集的数据直接转换为数字信号并传输到终端储存或显示，从而实现了超声诊断设备的全数字化[1]。
近年来，随着高性能彩色超声和三维彩色超声诊断仪的问世，人们对图像的实时显示提出了更高的要求，这就要求数字波束形成必须达到足够高的速度，以满足在足够短的时间内提供显示一帧图像所需的数据，这样才能保证一定的帧率。
为提高成像速度，研究人员就想到，如果能通过一次激发脉冲的发射就能形成N条波束（N≥2），而不是常规的一条波束，那么理论上成像速度就会提高N倍，这就是多波束形成技术[2]。
mvdr波束形成算法
MVDR波束形成算法1. 引言MVDR（Minimum Variance Distortionless Response）波束形成算法是一种常见的信号处理技术，通过根据接收阵列的信号数据计算权重，从而实现对特定方向上信号的增强和抑制其他方向的干扰信号。
在雷达、无线通信和声音处理等领域有广泛的应用。
本文将详细介绍MVDR波束形成算法的原理和步骤，并结合实例说明其应用。
2. MVDR波束形成算法原理MVDR算法的核心思想是基于最小方差准则对权重进行优化，以实现波束形成。
该算法假设接收阵列中存在主要目标信号和干扰信号，并通过优化权重系数来最小化输出信号的方差，从而达到抑制干扰信号、增强目标信号的效果。
具体而言，MVDR算法的原理如下：1.接收阵列的信号模型为：X=AS+N，其中X表示接收阵列的信号组成的向量，A表示接收阵列的几何构型矩阵，S表示目标信号的向量，N表示干扰噪声的向量。
2.目标信号的方向被假设为θ0，可以通过角度估计算法得到。
3.接收阵列的协方差矩阵R通过对信号向量X进行协方差计算得到：R=E[XX H]，其中E[]表示期望运算，H表示共轭转置。
4.为实现最小方差准则，需要计算权重向量w，使得w H Rw最小。
5.最优权重向量w的计算公式为：w=R−1a p，其中a p表示接收阵列中与目a p H R−1a p标信号方向θ0对应的导向矢量。
6.利用最优权重向量w对接收信号进行加权求和，得到输出信号：y=w H X。
通过以上步骤，MVDR算法可以实现对目标信号的增强和干扰信号的抑制。
3. MVDR波束形成算法步骤MVDR算法的步骤如下：1.收集接收阵列的信号数据，并对数据进行预处理，如去除噪声、标定接收通道等。
2.使用角度估计算法估计出目标信号的方向θ0。
3.根据接收阵列的几何构型确定导向矢量a p，计算协方差矩阵R。
4.根据R计算最优权重向量w，并将其应用于接收信号。
5.对加权后的接收信号进行信号处理，如滤波、时延校正等。
超声波成像 波束合成方法
超声波成像波束合成方法超声波成像是一种通过利用超声波的传播及反射特性来获取目标物体内部结构和组织信息的成像技术。
波束合成是超声波成像的一个重要方法，通过将多个单独发射的超声波波束合并为一个复合波束，从而实现分辨率和灵敏度的提高，同时能够获得更全面的目标物体信息。
本文将介绍几种常见的超声波成像波束合成方法。
一、线性阵列法：线性阵列法是最常见且应用广泛的波束合成方法。
该方法基于线性阵列探头，探头上排列有多个相互独立工作的超声波晶体。
每个晶体发射的超声波波束经过加权叠加形成一个合成波束。
通过改变加权系数，可以改变合成波束的形状、聚焦点和声阻抗等特性。
这种方法可以提高成像分辨率和探测深度，广泛应用于人体组织成像。
线性阵列法的优势在于操作简单、成本较低，但由于探头体积较大，不适用于某些需要小尺寸或多角度观察的场景。
二、凸阵列法：凸阵列法也是一种常见的波束合成方法。
它采用凸形探头，探头上排列的晶体非均匀分布，以产生一系列不同的发射和接收角度。
通过合成这些不同角度的波束，可以实现更广泛的视野和更清晰的成像。
凸阵列法在心脏、胎儿、乳房等器官的成像中表现出良好的效果，能够提高成像的深度和分辨率。
但由于凸阵列探头的制造工艺和成本较高，因此使用较少。
三、多普勒法：多普勒法是利用超声波频率变化的原理来获得目标物体运动信息的一种波束合成方法。
通过对多个不同位置的频谱进行合成，可以得到更准确的运动速度和方向信息。
多普勒法广泛应用于心脏血流、血管、胎儿等动态组织的成像。
它对于评估血流状态和疾病诊断具有重要意义。
四、相控阵法：相控阵法是利用探头上多个晶体的时相差来合成波束的一种方法。
通过分阵发射，每个晶体以不同的相位和延迟发射超声波，然后通过相加合成一个复合波束。
相控阵法可以实现对目标物体的聚焦调整和波束的定向控制，并具备较高的成像分辨率和对深部组织的成像能力。
相控阵法广泛应用于医疗超声、无损检测和海洋勘测等领域。
总结起来，波束合成是一种利用超声波的传播特性和波束叠加原理实现成像的方法。
超声的发展历程
超声的发展历程超声（Ultrasound）是指振动频率高于20KHz的声波，具有穿透力强、方向性好的特点。
在自然界中，一些动物利用超声探测周围的目标或障碍物，而这一点也给予了人类启示。
随着19世纪末压电材料被发现并顺利实现产业化，超声在空间测距、目标探测等领域快速发展，诞生了类似声纳、医学影像这类跨时代的新应用。
超声成像在医学当中的应用历史悠久，随着近几十年的飞速发展，已形成了成熟的成像处理流程。
第一次书面报道利用用声波进行空间定位可以追溯到1794年，LazaroSpallanzani(“Opus coli difisica”)分析了蝙蝠进行空间定位的基本机制，认为蝙蝠采用了的其他的机制来定位而不是采用视觉空间定位.到了1880年，Galto创建和生产的设备能够产生40.000赫兹的频率的声波。
同年，Jacques et Pierre Curie兄弟指出石英晶体的机械振动能够产生电力，现在这种现象被称为压电效应。
JacquesetPierre Curie兄弟也发现了逆压电效应，石英晶体在电荷变化的作用下能够产生振动，形成超声波。
1912年， Richardson基于超声波的概念发明了回声定位器，用于导航和检测在水里的物体。
1929年，Sokolov提出了声音传播的理论，并且在30年代早期开始采用超声波检测金属结构内部的缺陷。
1937年，Dussig兄弟试图利用超声波来显示脑室结构，但他们的尝试没有成功，因为超声波无法穿透骨质结构。
1940年代Ludwig和Stuthers则开始使用脉冲超声波探测胆囊结石。
在1956年，Ian Donald在实践中真正使用一维模式(A型超声) 来测量胎儿头部的顶叶直径。
两年之后，Donald 和 Brown发布了女性生殖器肿瘤的超声图像。
同一时期，Brown发明了所谓的“二维复合扫描仪”，,使检查者能够观察分析组织的密度，这通常被称为超声波在医学应用上的转折点。
医用超声成像系统发射和接收波束形成电路的设计的开题报告
医用超声成像系统发射和接收波束形成电路的设计的开题报告一、项目背景医用超声成像技术是一项广泛应用于临床方面的诊断技术，特别是在心血管、乳腺、骨骼肌肉、肝、肾及妇科等疾病方面具有非常广泛的应用前景。
而超声成像系统在成像过程中，发射和接收波束形成电路发挥着核心作用，直接影响着成像质量的优劣。
因此，如何设计一种高性能的发射和接收波束形成电路，成为了医用超声成像系统中的一个研究热点。
二、研究内容本项目旨在设计一种高性能的医用超声成像系统发射和接收波束形成电路，以提高成像质量和增加成像系统的可靠性。
主要研究内容包括：1.发射波束形成电路的设计：研究发射波束形成电路的工作原理，了解不同电路结构的特点，优选选择适合的发射波束形成电路方案，设计和实现相应的电路模型。
2.接收波束形成电路的设计：研究接收波束形成电路的工作原理、信号处理方法，选择适合的接收波束形成电路方案，设计和实现相应的电路模型。
3.主控芯片的设计：研究医用超声成像系统的主控芯片功能需求，设计和实现主控芯片电路的硬件和软件模型。
三、研究意义本项目研究所得的高性能医用超声成像系统发射和接收波束形成电路，具有以下意义：1. 提高成像质量：该电路设计能够提高超声成像系统的分辨率，增强成像图像的清晰度和准确性，从而提高临床诊断的准确性和可靠性。
2. 降低成本：研究所得的系统电路可对成像系统的性能优化，降低超声成像系统的生产成本，提高产品的竞争力。
3. 推动医用超声成像技术的发展：研究所得的超声成像系统发射和接收波束形成电路可使超声成像技术取得更好的发展和应用，推动医学成像技术的发展，增加人们的福祉和生活质量。
四、研究方法本项目采用文献资料调研法、实验室研究法和仿真模拟法相结合的方法进行研究：1.文献资料调研法：研究现有医用超声成像技术的相关理论和现有研究，探讨医用超声成像系统发射和接收波束形成电路的原理和实现方式。
2. 实验研究法：进行实验室切实可行性实验，测试不同电路模型的性能，通过实验结果分析和对比数据，优选合适的电路方案。
超声波声束形成技术研究及应用
超声波声束形成技术研究及应用近年来，随着科技的快速发展，超声波技术在各个领域中得到了广泛的应用。
其中，超声波声束形成技术是基于超声波原理和声场理论开发的一种技术，可以实现无损探伤、医学诊断、物体测量、工业控制以及环保等方面的应用。
一、超声波声束形成技术原理介绍声束是指发射器或接收器所产生的声波，在传输过程中形成的三维立体声场，是定位目标、定量检测和成像的基础。
超声波声束形成技术是一种通过设计超声波发射器和接收器以达到控制和改变声束形状的技术，它是基于传统的超声波成像技术的发展而来的。
其原理是利用多个单元超声波发射器组成的阵列，通过分时控制每个发射器的工作时间和功率大小，从而实现对声波的控制。
二、超声波声束形成技术应用（一）无损检测领域超声波声束形成技术已经得到广泛应用在无损检测领域，在金属、焊接、航空、工程和建筑等领域中都有广泛的应用。
其主要目的是为了检测材料内部的缺陷情况，例如裂纹、气孔、夹杂等。
其中，声束形成技术搭配有限元模拟和反演技术，可以更准确地确定四维图像的形态和区域，同时提高无损检测的可靠性和精度。
（二）医学诊断领域超声波声束形成技术应用于医学诊断领域，被广泛使用于耳鼻喉科、心脏科、血管科和妇产科等领域中。
其优点是无放射性、无痛苦、无创伤。
它可以通过整剂器、探头和图像构建算法，获取目标器官的立体图像，以对体内异物、肿瘤或其他异常物的位置、大小及状态进行诊断。
（三）物体测量领域超声波声束形成技术应用于物体测量领域，主要用于实现精确测量及快速扫描。
它可以通过控制发射声波的频率和功率，来达到对物体表面的精准测量。
这种测量方法在物体表面形态复杂、且需要高精度的测量时较为常用。
（四）环保领域超声波声束形成技术在环保领域中也有广泛的应用。
它可以用于处理水的清洁、去污、净化和废水的分离，使微小颗粒和液体分离出来，减少废水和污染物的排放，达到环保的目的。
总之，超声波声束技术是一种重要的声学成像技术，其应用范围广泛，涉及到医疗、机械、建筑、环保和安全等多个领域。
超声成像波束形成的基本理论汇总
超声成像波束形成的基本理论声场在成像场域的分布称为波束形成(beam forming)。
波束形成在整个超声中处于心位置，对成像质量起着决定性的作用，如图2.1。
本章以传统的延时叠加波束形成方法为中心来阐述波束形成的基本原理及其对波束形成的影响，并介绍了波束控制方法(聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径)及成像质量的评价标准。
.1 延时叠加波束形成算法延时叠加波束形成是超声成像中最传统、最简单也是应用最广泛的成像方法，它包括发射聚焦和接收聚焦两种方式。
由于成像过程实际就是对成像区域逐点聚焦，所以一帧完整的图像需要进行至少上万次的聚焦才能完成。
如果采用发射聚焦方式来实现超声成像，则完成一帧超声图像需要非常长的时间(至少需要几分钟)，不符合实时成像的要求。
因此，平常所说的延时叠加波束形成一般是指接收聚焦，其形成过程如图2.2 所示。
1.1 声场分布的计算图像分辨率通常是评价图像质量的重要标准之一，而在超声成像系统中的图像横向分辨率是由超声波束的声场分布决定的[25]。
超声辐射声场的空间分布与换能器的辐射频率、辐射孔径及辐射面结构有关，称为换能器的空间响应特性为了表征换能器空间响应特性，常引入一指向性函数。
指向性函数是描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间函数。
由于探头类型不尽相同，包括连续曲线阵、连续曲面阵、连续体性阵和离散阵四大类，因此指向性函数的类型也有所不同。
本节以常用的凸阵探头(离散阵)为例介绍超声空间发射声场的计算如图2.3 所示，设阵元数为N，阵元的半径为R，相邻两阵元间的距离为d，由于d << R，可近似得到相邻两个阵元之间的夹角为Q=d/R。
那么探头上任一阵元i 与中心线的夹角考虑到换能器的空间响应特性满足互易原理，它的接收空间响应特性与其发射空间响应特性是一致的。
因此，关于接收声场的计算，基本上和发射声场的计算方法相同，只是接收焦点的深度总是和计算深度z 相同。
1.2 波束仿真凸阵探头参数，参考图2.3。
基于波束形成的超声检测系统设计
基于波束形成的超声检测系统设计近年来，基于波束形成的超声检测系统成为了医疗设备领域的热门技术之一。
波束形成技术可以利用传感器阵列，通过多个发射元件和接收元件的相互作用，精准地定位目标物体并获取高质量的图像信息，被广泛应用于医学影像学、工业非损检测等领域中。
在本文中，将对基于波束形成的超声检测系统的设计与实现进行探讨。
一、超声波原理超声波是一种机械振动波，其频率高于人类能够听到的频率上限（20kHz），通常指频率大于1MHz的声波。
超声波可以在物体内部传播，与物体内部的组织和结构发生相互作用，从而产生反射和散射信号。
超声波在医疗领域中广泛应用，是一种无创的检测技术，具有无辐射、无伤害、灵敏度高等优点，可用于检测血管、器官等组织的形态、位置、结构等信息。
二、波束形成技术在超声检测中，波束形成技术是一种主要的图像获取方法。
波束形成技术可以实现对目标物体进行约束成像，利用发射和接收的方向性形成指向性敏感体，从而获得高分辨率的图像信息。
波束形成技术包括点源发射、阵列发射、焦点形成、相位控制等多个环节。
阵列发射是波束形成技术的核心之一。
阵列发射利用多个换能器同时发射超声波，并通过对不同换能器发射超声波的相位控制，形成扫描角度和扫描深度的约束，从而实现对目标物体进行成像。
阵列接收是波束形成技术的另一个重要组成部分。
阵列接收可以获取多个接收信号，并通过相位控制和信号处理，获得高质量的超声图像。
三、基于波束形成的超声检测系统设计基于波束形成的超声检测系统由控制模块、采集模块和处理模块组成。
控制模块负责对多个换能器的电信号进行控制和调节，以实现发射超声波和接收超声信号的功能。
采集模块负责将接收到的超声信号转换为数字信号，并进行存储。
处理模块负责对采集的超声信号进行处理和分析，从而得到目标物体的位置、形态、结构等信息。
1. 换能器设计换能器是超声检测系统中最重要的组成部分之一。
常见的换能器类型包括线性阵列和二次元阵列。
波束形成原理
波束形成原理波束形成原理是指通过某些技术手段将电磁波或声波聚焦成一个狭窄的束流，以便更精确地照射或传输能量。
波束形成原理在通信、雷达、医学影像等领域有着广泛的应用，其原理和技术在不同领域有着不同的实现方式和应用场景。
首先，我们来看一下波束形成的基本原理。
波束形成的关键在于相位控制，通过控制每个发射元件的相位，可以使它们在特定方向上形成叠加，从而形成一个聚焦的波束。
这种相位控制可以通过调节发射元件的延迟或者改变其相位来实现。
在电磁波领域，常用的相位控制方法包括相控阵天线和反射阵天线，通过调节每个天线的相位来实现波束形成；在声波领域，常用的相位控制方法包括阵列声源和超声波探测器，通过调节每个声源的相位来实现波束形成。
其次，我们来看一下波束形成的应用。
在通信领域，波束形成可以用于提高通信系统的传输效率和抗干扰能力。
通过将信号聚焦成一个狭窄的波束，可以减少信号的传输功率和提高信号的传输距离，从而提高通信系统的性能。
在雷达领域，波束形成可以用于提高雷达系统的目标探测和跟踪能力。
通过将雷达波聚焦成一个狭窄的波束，可以提高雷达系统的分辨率和抗干扰能力，从而提高雷达系统的性能。
在医学影像领域，波束形成可以用于提高超声成像系统的成像质量和分辨率。
通过将超声波聚焦成一个狭窄的波束，可以提高超声成像系统的成像深度和分辨率，从而提高成像系统的性能。
最后，我们来看一下波束形成的发展趋势。
随着通信、雷达、医学影像等领域的不断发展，对波束形成技术的需求也在不断增加。
未来，波束形成技术将更加注重多功能性和集成化，通过融合多种波束形成技术和优化算法，实现更加灵活和高效的波束形成。
同时，波束形成技术也将更加注重智能化和自适应性，通过引入人工智能和机器学习技术，实现对波束形成过程的自动优化和调整，提高波束形成的性能和稳定性。
综上所述，波束形成原理是通过相位控制将电磁波或声波聚焦成一个狭窄的束流，以便更精确地照射或传输能量的技术手段。
超声医学技术
超声医学技术的应用范围
腹部、妇科、产科、心脏、浅表器官 、肌肉骨骼等全身各部位的检查和诊 断。
术中超声、术中监测等手术辅助应用 。
引导穿刺活检、抽吸、注药等介入性 操作。
心肌病
超声心动图可以观察心肌的厚 度和运动情况，用于诊断扩张 型心肌病、肥厚型心肌病等疾 病。
心包疾病
超声心动图可以观察心包的形 态和内部回声，用于诊断心包
积液、心包肿瘤等疾病。
妇产科疾病的超声诊断
早孕检查 妇科肿瘤 子宫内膜异位症 输卵管疾病
超声可以观察胚胎和胎儿的形态和结构，用于早孕期的诊断和 监测。
超声可以观察子宫和附件的形态、大小、内部回声以及血流情 况，用于诊断子宫肌瘤、卵巢囊肿、卵巢癌等疾病。
超声可以观察子宫内膜的形态和位置，用于诊断子宫内膜异位 症。
超声可以观察输卵管的形态和通畅情况，用于诊断输卵管积水 、输卵管阻塞等疾病。
肌肉骨骼疾病的超声诊断
肌腱疾病
超声可以观察肌腱的形态和运动情况，用于诊断 肌腱炎、肌腱断裂等疾病。
02
超声医学技术的基本原理
超声波的产生与传播
超声波的产生
超声波通过压电效应由换能器产 生，换能器通常由压电陶瓷或复 合材料制成。
超声波的传播
超声波在介质中传播时，会因介 质的特性而发生折射、反射、散 射和衰减等现象。
超声波的接收与显示
超声波的接收
接收到的超声波信号通过换能器转换 为电信号，便于后续处理。
关节疾病
超声可以观察关节的形态和内部结构，用于诊断 关节炎、关节积液等疾病。
中国医用超声发展历程
中国医用超声发展历程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：中国医用超声技术发展的历程可以追溯到上世纪50年代初，当时超声技术正处于起步阶段，应用范围有限。
随着医学技术的不断发展和超声技术的日益完善，中国医用超声领域取得了长足的进步，为医学诊断和治疗提供了重要的帮助。
上世纪50年代初，中国医学界开始引进和应用超声技术。
当时的医用超声设备还比较简单，只能进行一些基本的检查，如腹部超声检查和胎儿超声检查。
这些基础性的工作为未来的发展奠定了基础。
上世纪70年代，中国医用超声技术迎来了重大突破。
当时，中国开始引进国外先进的医用超声设备，开展了更为细致和精密的超声检查。
医用超声成为医学影像学中不可或缺的重要工具，可以用于检查各种器官和组织的病变，帮助医生做出准确的诊断。
上世纪80年代，中国医用超声技术取得了跨越式的发展。
随着计算机技术的不断进步和超声设备的功能不断升级，医用超声成像技术得到了进一步完善。
传统的B超成像被逐渐取代，取而代之的是彩色多普勒超声、动态三维超声等先进成像技术，使得医用超声诊断更加准确和可靠。
21世纪初，中国医用超声技术迎来了新的发展机遇。
随着医学影像学的飞速发展和医疗卫生事业的不断深化，医用超声技术得到了广泛应用。
超声引导下的微创手术技术、超声介入治疗技术等新技术不断涌现，为疾病的诊断和治疗提供了新的途径。
如今，中国医用超声技术已经成为医学影像学中不可或缺的一部分。
无论是临床诊断还是手术治疗，医用超声技术都发挥着不可替代的作用。
在心脏病、胃肠疾病、乳腺疾病等各个领域，医用超声技术都有着重要的应用价值。
未来，随着医学技术的不断提升和超声技术的不断创新，中国医用超声技术将会继续取得更大的发展。
其应用范围将进一步拓宽，技术水平将进一步提升，为医学诊断和治疗带来更多的便利和精准。
中国医用超声技术的发展历程是医学技术进步和医疗卫生事业发展的缩影，也是中国医学技术创新的一部分。
第二篇示例：中国医用超声发展历程超声波技术是一种通过超声波在人体内部产生的图像来诊断疾病的医学影像技术。
超声成像波束形成的基本理论
超声成像波束形成的基本理论超声成像波束形成的基本理论声场在成像场域的分布称为波束形成(beam forming)。
波束形成在整个超声中处于心位置，对成像质量起着决定性的作用，如图2.1。
本章以传统的延时叠加波束形成方法为中心来阐述波束形成的基本原理及其对波束形成的影响，并介绍了波束控制方法(聚焦偏转、幅度变迹、动态孔径)及成像质量的评价标准。
.1 延时叠加波束形成算法延时叠加波束形成是超声成像中最传统、最简单也是应用最广泛的成像方法，它包括发射聚焦和接收聚焦两种方式。
由于成像过程实际就是对成像区域逐点聚焦，所以一帧完整的图像需要进行至少上万次的聚焦才能完成。
如果采用发射聚焦方式来实现超声成像，则完成一帧超声图像需要非常长的时间(至少需要几分钟)，不符合实时成像的要求。
因此，平常所说的延时叠加波束形成一般是指接收聚焦，其形成过程如图2.2 所示。
图像分辨率通常是评价图像质量的重要标准之一，而在超声成像系统中的图像横向分辨率是由超声波束的声场分布决定的[25]。
超声辐射声场的空间分布与换能器的辐射频率、辐射孔径及辐射面结构有关，称为换能器的空间响应特性为了表征换能器空间响应特性，常引入一指向性函数。
指向性函数是描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间函数。
由于探头类型不尽相同，包括连续曲线阵、连续曲面阵、连续体性阵和离散阵四大类，因此指向性函数的类型也有所不同。
本节以常用的凸阵探头(离散阵)为例介绍超声空间发射声场的计算如图2.3 所示，设阵元数为N，阵元的半径为R，相邻两阵元间的距离为d，由于d << R，可近似得到相邻两个阵元之间的夹角为Q=d/R。
那么探头上任一阵元i 与中心线的夹角1.2 波束仿真凸阵探头参数，参考图2.3。
超声波的中心频率f=3 MHz，探头曲率半径R=60mm，阵元间距d=0.48 mm，声速c=1540 m/s，阵元数N=32，探测范围为20~200mm，焦点在120mm 处。
超声医学成像技术的发展与应用
超声医学成像技术的发展与应用一、超声医学成像技术的发展历程超声医学成像技术是一种利用高频声波穿透人体组织来形成图像的医疗诊断技术。
其历史可以追溯到20世纪初期。
最早的超声波成像设备使用的是海洋用于探测鱼群的声纳设备。
随后，人们开始尝试将超声波用于医学领域的诊断，但由于当时的声波发射和接收技术的限制，其分辨率和成像质量都非常有限。
20世纪50年代，随着声学和电子技术的发展，超声医学成像技术开始逐渐成熟。
1955年，美国物理学家Floyd Firestone等人首次提出了利用超声波进行医学诊断的可能性，并在随后的几年中发明了第一台超声波诊断设备。
60年代，随着电子技术的快速发展和超声成像技术的不断创新，超声医学成像技术逐渐成为医学领域一个重要的诊断工具。
二、超声医学成像技术的应用领域超声医学成像技术在医学领域的应用范围非常广泛，常见的应用领域包括以下几个方面：1. 妇科领域：超声医学成像技术可以用于婴儿的产前检查和妇科疾病的诊断，如子宫肌瘤、卵巢囊肿等。
2. 心脏领域：超声医学成像技术可以用于诊断心脏疾病，如心肌梗塞、心脏瓣膜病等，同时可以评估心脏功能和心脏瓣膜的运动。
3. 消化系统领域：超声医学成像技术可以用于检查肝脏、胆囊、胰腺等消化系统的器官，可以检测器官的结构、大小、形态以及功能等信息。
4. 血管领域：超声医学成像技术可以用于评估动脉和静脉的血流状况，检测动脉硬化、血栓等血管疾病。
三、超声医学成像技术的发展趋势目前，超声医学成像技术的应用领域已经非常广泛。
随着科学技术的不断发展，超声医学成像技术也在持续地进化和改进。
未来，超声医学成像技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：1. 三维成像：目前，超声医学成像技术主要采用二维成像，虽然可以获取人体的多个截面图像，但无法提供器官的全貌信息。
未来，超声医学成像技术将会发展出更高级的三维成像技术，可以实现对人体内部器官的立体成像，并且可以实现更好的精度和清晰度。
超声诊断技术的发展史
超声诊断技术的发展史近10年来，随着计算机、信息技术、电子技术、压电陶瓷等高科技的迅速发展和临床诊断和治疗的需求，使图像质量和分辨率越来越高，超声诊断范围和信息量不断扩充。
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，从模拟到全数字化，从单参数到多参数，从二维到三维显示，多普勒彩色血液显示代替了创伤性导管检查，形成了一门新兴的科学——介人性超声学，大大扩充了超声诊断治疗范围，提高了诊断的特异性和信息量。
由于其损伤性小，电离辐射轻，价格低廉，易被患者所接受，目前已成为发展最快的成像技术。
所以，超声诊断设备是一种高科技产品，在某种程度上反映一个国家的科技进步水平。
世界上的超声诊断设备生产国有美国、日本、德国、澳大利亚、意大利、丹麦、韩国和中国。
美国、日本生产的超声诊断设备占世界超声诊断设备的70％。
1995年世界超声诊断设备市场达20亿美元。
仅1998年我国即进口超声设备2242．l万美元，出口超声设备2163．3万美元。
超声成像设备大致可分为通用型、心脏科和小器官／血管用等三类。
不难看出超声诊断设备的需求量很大，特别是中、高档超声诊断设备。
下面介绍几种超声诊断技术的最新进展。
一、全数字化技术。
全数字化技术带来了图像的高质量，使超声成像系统具有更高的可靠性和稳定性。
1987年美国ATL公司研制出世界上第一台前端全数字化超声诊断系统以来，该技术已成为现今超声诊断系统最先进的平台。
全数字化技术的关键是用计算机控制的数字声束形成及控制系统。
这种系统再与工作在射频下的高采集率AjD变换器及高速数字信号处理技术结台起来形成数字化的核心。
它包括有三个重要技术：（1）数字化声束形成技术；（2）前端数字化或射频信号模数变换技术；（3）宽频探头和宽频技术。
前端数字化后，分辨率改善30％，动态范围增加48 dB，随机噪声降低1／3。
超高密度阵元（512、1024阵元）探头，并可使探头的相对带宽超过80％。
GE医疗推出第五代全身超声LOGIQ Fortis系列新品
GE医疗推出第五代全身超声LOGIQ Fortis系列新品
无
【期刊名称】《中国医学计算机成像杂志》
【年(卷),期】2022(28)1
【摘要】据介绍,GE医疗Fortis系列新品基于第五代超声成像技术,经历了从硬件波束形成到软件波束形成的变革,突破三大技术瓶颈,实现了全域聚焦、高帧率、高信息量成像。
从功能上看,Fortis系列新品功能丰富、颇具中国特色。
该产品搭载21把针对不同应用检查的专业探头,可满足全身超声的检查需求,用于不同专科。
其中,针对中国超声临床应用的特点,Fortis系列新品注重提升全身应用的兼用性,同时,还全新开发了用于评估肝衰减系数的衰减成像功能(UGAP)和着重提升了产品的心脏成像性能。
【总页数】1页(P95-95)
【作者】无
【作者单位】GE医疗
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
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超声发展史
超声发展史超声发展史超声技术是一种利用超声波在物质中的传播特性来进行检测、成像、处理等的技术。
随着科技的不断进步，超声技术在医学、工业、科研等领域得到了广泛应用。
本文将简要介绍超声技术的发展历程和现状，并展望未来的发展趋势。
19世纪末，法国物理学家路易·德·加尔香发现了超声波，这一发现为超声技术的发展奠定了基础。
20世纪初，奥地利科学家克里斯琴·里特开发了一种能够产生和接收超声波的装置，并将其应用于医学领域。
1922年，美国科学家弗雷德里克·沃特森·凯利成功研制出了第一台A型超声诊断装置，可以用来探测人体内部器官和组织。
20世纪50年代，随着电子技术和计算机技术的迅速发展，超声技术得到了进一步改进和完善。
美国科学家加里·雷诺兹提出了脉冲反射法，使得超声诊断技术更加准确和灵敏。
1954年，美国科学家罗伯特·伍兹成功研制出了第一台B型超声诊断装置，可以产生实时二维图像，使得医生能够更加准确地诊断病情。
20世纪70年代，随着计算机技术的进一步发展，超声技术得到了更加广泛的应用。
美国科学家约瑟夫·辛格提出了彩色多普勒技术，使得超声技术可以用来检测血液流动和心脏功能。
1980年，美国科学家保罗·劳伦斯发明了谐振式探头，可以产生高分辨率的图像。
21世纪初，随着纳米技术和材料科学的迅速发展，超声技术又得到了新的突破。
新型的纳米材料可以显著提高超声信号的分辨率和灵敏度，使得超声技术可以应用于更小的物体和更精细的检测。
目前，超声技术已经广泛应用于医学、工业、科研等领域。
在医学领域，超声技术已经成为一种安全、无创、便捷的诊断方法，可以用来检测胎儿、心脏、肝脏、乳腺等疾病。
在工业领域，超声技术被广泛应用于检测材料厚度、检测泄漏、进行材料处理等。
在科研领域，超声技术被用于研究物质的物理性质、化学反应等。
未来，随着科技的不断发展，超声技术将会得到更加广泛的应用和改进。
三维波束成形技术
三维波束成形技术三维波束成形技术是一种基于超声波的医学成像技术，它利用超声波在人体组织中传播和反射的特性，通过对超声波的发射和接收进行控制和处理，实现对人体内部结构的显示和分析。
本文将介绍三维波束成形技术的原理、应用和发展前景。
一、原理三维波束成形技术是基于超声波成像原理的一种新型成像技术。
超声波是一种高频声波，它在人体组织中的传播速度和反射特性与组织的密度、声阻抗等因素有关。
通过控制超声波的发射和接收，可以获取人体组织的超声波信号，并利用计算机对这些信号进行处理和重建，从而得到人体内部结构的图像。
二、应用三维波束成形技术在医学领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于诊断和监测各种疾病。
例如，在肿瘤检测中，三维波束成形技术可以提供更准确、详细的肿瘤图像，帮助医生判断肿瘤的位置、大小和形状，从而指导治疗方案的制定。
此外，三维波束成形技术还可以用于心脏病、血管病、妇科疾病等的诊断和治疗。
三、发展前景随着科技的不断进步，三维波束成形技术也在不断发展。
首先，随着计算机处理能力的提高，三维波束成形技术可以更快速、准确地对超声波信号进行处理和重建，从而提高图像的质量和分辨率。
其次，随着传感器技术的进步，三维波束成形技术可以获取更多细节的超声波信号，使得图像更加清晰、真实。
此外，随着人工智能技术的发展，三维波束成形技术可以利用机器学习和深度学习算法，实现自动诊断和分析，减轻医生的工作负担。
总结起来，三维波束成形技术是一种基于超声波的医学成像技术，通过对超声波的发射和接收进行控制和处理，实现对人体内部结构的显示和分析。
它在医学诊断和治疗中有着广泛的应用，可以提供更准确、详细的图像信息。
随着科技的发展，三维波束成形技术有着广阔的发展前景，将为医学领域的诊断和治疗带来更多的便利和进步。
中国医用超声发展历程
中国医用超声的发展历程几个阶段：
1.初始发展阶段（1970年代至1980年代初期）：
在这个阶段，中国的医用超声技术起步较晚，主要依赖于引进和模仿国外的技术。
国内的一些医院和研究机构开始尝试使用超声诊断设备，但设备和技术水平相对较低，主要应用于一些简单的疾病诊断。
2.技术引进与自主研发阶段（1980年代中期至1990年代）：
随着改革开放的深入，中国开始积极引进国外的先进超声技术和设备。
同时，国内的一些科研机构和企业也开始自主研发超声诊断设备，逐渐提高了设备的技术水平和诊断能力。
在这个阶段，超声技术被广泛应用于妇产科、心血管、腹部等领域的疾病诊断。
3.快速发展与创新阶段（2000年至今）：
进入21世纪后，中国的医用超声技术得到了快速发展。
国内的一些企业如迈瑞、开立等逐渐崛起，推出了具有自主知识产权的超声诊断设备，打破了国外品牌的垄断地位。
同时，随着科技的不断进步和创新，超声技术也在不断发展，出现了三维超声、弹性成像、超声造影等新技术，提高了诊断的准确性和效率。
在这个阶段，超声技术不仅在传统的医学领域得到广泛应用，还拓展到了介入治疗、康复治疗等新兴领域。
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继续教育Development of beamforming for medical ultrasonic imaging医学超声成像波束形成技术的演变张海澜*,林伟军,王秀明(中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室,北京 100190)[Key words] U ltrasonics;Beam for ming [关键词] 超声学;波束形成 [中图分类号] R445 1 [文献标识码] A [文章编号] 1003 3289(2010)07 1395 04[基金项目]国家自然科学基金(10874202)、国家高技术研究发展计划(2006A A060103)。
[作者简介]张海澜(1946 ),男,江苏苏州人,博士,研究员。
研究方向:声学,超声学,声成像。
[通讯作者]张海澜,中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室,100190。
E mail:zhanghl@m [收稿日期]2010 04 06 [修回日期]2010 05 11在过去几十年中,随着电子和计算机技术的发展,医学诊断超声成像技术发生了巨大变化,其临床应用价值大为提高。
在组成超声成像系统的各个部分中,发射和接收超声波、采集检查部位数据的前端部分是制约整个系统性能的关键。
本文从原理上介绍这方面的一些发展。
1 波束形成目前的超声成像系统几乎均采用阵列探头及电子扫描和聚焦方式发射超声波束,其原理示意图见图1。
图1A 表示仪器产生的N 路激发电信号,它们的脉冲波形相同,但有不同的延迟;图1B 中的T 表示N 个单元组成的阵列探头,每个单元都可以激发和接收超声波。
图1A 中第1路到第N 路激发信号经过放大后分别激发阵列探头的第1到第N 个单元,向探头前方发出超声波。
由于不同单元的激发电信号有不同的延迟,各个单元发出的超声脉冲不同步。
在如图1所示的电信号激励下,两侧的单元发射时间比较早,中间的比较迟,各个单元发射的超声波向中间汇聚,先后到达图1B 中曲线1、2、3等所示的位置,并在F 点聚焦,F 点称为焦点。
经过焦点后超声波继续传播,逐渐扩散。
超声波的能量集中在图1B 中两条虚的曲线包围的范围内,称为发射波束。
发射波束在焦点附近很窄,焦点前后比较宽。
焦点附近的声场是许多到达时间相同、但传播方向不同的波的叠加,即相位相同,传播方向不同的波的叠加。
若改变各路激发电信号的相对延迟,焦点的位置就会变化。
增大左边单元的延迟,焦点向左移,反之则向右移。
如果阵列中部单元的延迟增大,发射的波阵面的曲率增大,焦点离探头比较近,反之,焦点比较远。
因此,控制不同单元的延迟时间,即可改变发射波束的位置,向各个方向依次发射,可使发射声波覆盖整个成像区域,称为发射波束形成。
探头发出的超声波被探头前方介质中的目标反射,产生反射波。
反射波传播到探头,被各个单元接收。
各单元发射超声波后切换到接收电路,把接收到的反射波信号传入接收电路处理。
图1B 中探头前方有两个距离相同的目标(A 和B),A 在中间,B 偏向一边,其所产生的反射波到达阵列被各个单元接收,得到N 路接收信号,如图1C 所示。
每路接收信号都包含两个目标的反射脉冲。
标号5的接收信号中两个目标的反射脉冲同时到达,标号大于5的接收信号中目标A 的脉冲先到达,标号小于5的接收信号中目标B 的脉冲先到达。
由于目标到各个单元的距离不同,在各路接收信号中每个目标的脉冲是不同步的。
目标A 离中部的单元比较近,离两侧的单元比较远,故目标A 的脉冲在中部单元的到达时间比两侧单元早。
目标B 的脉冲在各路信号中的延迟和目标A 的也不同,如图1C 所示。
如果按照目标A 到各单元的距离对各路接收信号作延迟,中部单元的信号多延迟一些,两边单元的信号少延迟一些,使各路信号中A 点产生的脉冲在时间上对齐,如图1D 所示。
这时目标B 的信号仍然是不同步的。
将这些信号叠加起来,得到图1E,这是一条扫描线的波形。
再经过检波和低通处理,得到图1F 所示的波形,图中的脉冲反映了目标A 的反射特性。
经过后续成像处理,这个脉冲将显示在超声图像上。
目标B 的脉冲不同步,叠加以后幅度很小,在超声图像上不明显。
这样的延迟叠加处理过程突出了中间目标的反射信号,抑制了两侧目标的信号。
一次延迟叠加处理能够接收到的目标的位置组成接收波束,它的形状与发射波束类似,这样的处理方法称为接收波束形成。
改变各路信号的延迟时间可以突出不同方向目标的反射波,实现扫描。
早期的超声成像系统采用模拟电路技术,各路激发电信号的相对延迟和接收信号的延迟都是由模拟延迟电路实现的,在一次发射接收过程中各个单元的发射脉冲和接收信号的延迟都是固定不变的。
波束形成对超声成像的性能,特别是图像横向分辨力有很大的影响(图像纵向分辨力主要由超声脉冲的长度决定)。
为了增加横向分辨力,应尽量减小发射和接收波束的宽度。
波束的宽度取决于探头的频率、单元数和单元间距等参数。
波束形状要兼顾波束在不同距离的宽度。
如将焦点定得比较近,波束在离探头比较近的近场很窄,而在远场就可能太宽;如将焦点定得比较远,近场波束宽度又太大,因此必须折中处理。
同时焦点处的波束也不能定得太图1 波束形成原理示意图窄,因为聚焦实际上是不同传播方向的波在焦点的叠加,聚焦很强的波束参与焦点叠加的波的方向很多,在焦点前后的发散很严重。
这个矛盾是影响超声成像质量的一个主要因素。
有一种方法是向同一方向发射和接收两次或多次波束,每次的焦点不同,可以兼顾不同距离横向分辨力的要求,但这种方法受超声成像系统的实时性与超声波传播速度之间矛盾的限制。
超声波在人体软组织中的传播速度大约是1540m /s 。
如欲探测的体内深度为200mm,超声波来回一次大约需要260 s 。
系统每次发射超声脉冲的时间间隔必须大于这个时间,否则前一次发射的脉冲在远距离目标的反射信号会与后一次发射在近距离目标的反射同时被接收,产生混淆,无法成像。
因此,系统每秒可以发射的次数大约是3800次。
为产生实时运动的图像,每秒大约需要25帧图像,形成一帧图像发射的超声波不能超过150次。
这是对超声成像系统的基本要求,常规二维图像、实时三维成像均必须满足。
许多二维超声成像系统每发射一次超声产生一条扫描线,由128条扫描线组成一帧二维图像,符合这个条件;但若得到一条扫描线需要发射多次超声,就必须减少每帧图像的扫描线,或者减小探测深度,影响成像质量。
2 动态接收波束形成随着超声成像技术向数字化方向发展,动态接收波束形成技术的出现部分解决了不同距离的波束宽度问题,其原理如图2所示。
图2A 表示探头前方两个深度不同的目标(A 和B),在各单元产生的反射波信号如图2B 所示,每路接收信号包含这两个目标产生的先后两个脉冲。
如果按照目标A 的脉冲的到达时间对各路信号延迟,得到图2C 。
目标A 的脉冲在时间上是对齐的,而目标B 的脉冲在时间上没有对齐。
将各路信号叠加,得到图2D,目标A 的信号很强,而目标B 的信号很弱。
同样,如果按照目标B 的脉冲的到达时间对各路信号延迟,得到图2E,叠加后得到图2F,目标B 的信号很强。
图2B 表示的接收信号中,每路信号的前面部分是近场目标产生的,后面部分是远场目标产生的,如果把这两部分信号分别按照图2C 和图2E 延迟聚焦,亦即按照不同距离的焦点聚焦,得到的接收波束在远场、近场都是焦点区,都可以有很窄的波束宽度。
这种将信号分段作不同延迟的处理很难用模拟电路实现,但在数字化成像系统中,接收信号经过模数转换变为数字信号后再用软件进行处理,处理方法极其灵活,完图2不同深度目标产生的反射信号及动态波束形成原理示意图图3 非相干成像和相干成像插值的示意图全可以将信号分成两段或更多的分段作不同的延迟;还可以对信号进行任意的拉伸,相当于无穷的分段、连续的变换;亦可改变参与延迟叠加的信号的数量,在近场由探头中部少数单元的信号参与处理,而远场用较多单元的信号,各路信号还可以有不同的放大倍数,得到更好的效果。
这些处理方法就是动态接收波束形成技术,可以大大改善图像质量,但由于发射信号的时间很短,在一次发射中很难改变延迟时间,接收波束的动态形成技术不能直接用于发射波束。
3 相干成像技术随着数字化超声系统的发展,十余年前相干成像技术开始运用。
相干成像属于相干信号处理,应用信号的相位信息。
在早期的超声成像系统中,波束形成产生的扫描线波形(图1E)经过检波和低通得到图1F 所示的波形,再经过模数转换变为数字信号,送入后续的成像部分。
由于检波后的信号丢失了相位信息,后续成像部分只利用信号的幅度信息,属于非相干的处理方法。
当时这样做的原因是非相干方法只需要处理幅度信息,对模数转换的速度和数据的存储量的要求比较低,与早期的数字技术水平相适应。
随着数字化技术的发展,在扫描线的幅度数字化的同时可以把相位信息数字化,或将未检波的信号(图1E)直接数字化,存储后用于后续的成像过程,在成像过程中用到幅度和相位两部分信息,称为相干成像。
可以用一个简单的例子来说明相干成像的优点。
成像过程中要根据扫描线数据产生适于屏幕显示的图像数据,如图3A 中两条实线表示扫描线的位置,而虚线是图像需要的数据的位置,这时需要用扫描线上A 和B 点的数据插值得到中间点C 的数据,通常取A 和B 点的数据的(加权)平均作为C 的数据。
如果两条扫描线上A 和B 的位置上有两个目标,A 的声阻抗率比较高(如结缔组织),B 的声阻抗率比较低(如脂肪组织),它们产生反射信号相位相反,如图3B 中A 和B 的波形。
相干成像利用其插值进行成像,两者取平均值为0,如图3B 中波形C 所示,目标A 和B 中间隔开,反映两个不同的目标。
非相干成图4 区域扫描成像和发射波束后聚焦示意图 对于目标A 来说,两次辐射的方向不一样(箭)像利用检波后的波形,检波后A 和B 的波形相同,如图3C 中A 和B 的波形所示。
利用其插值,其平均值与A 和B 的波形相同,如图3C 中波形C 所示。
成像结果中A 、B 、C 连成一片,难以确定是几个目标产生的。
由此可见,非相干的插值只是图像灰度的插值,未增加图像的信息;而相干的插值反映组织的性质,增加了图像的细节。
由于实时图像只能发射一百多次超声波,在远场得到的扫描线间距比较大。
为改善图像的质量,需要在实际的扫描线之间利用插值增加所谓的组合扫描线,这时也要用到相干成像的方法,其原理与图3所示相同。
4 区域扫描技术前已指出,实时的成像系统完成一帧图像只能发射接收一百多次超声波。
如果每次发射接收只产生一条扫描线,得到的数据量太小,特别对于实时三维成像,需要采集和处理的数据量比现有的二维的超声成像多得多,一百多条扫描线根本不能覆盖整个检测空间。
动态接收波束形成技术的发展提供了一个新的思路,即利用一次发射和接收可以对多个目标位置聚焦,在此基础上产生了区域扫描技术,改变了传统的发射波束形成技术和按扫描线逐线扫描的方式,探头每次发射的超声波不再是聚焦的声束,而是能覆盖一个比较大的区域的超声波,如扩散的球面波,如图4中虚线所示。