【医学图像处理】超声成像之超声成像设备

超声成像利用声波的频率超出人类听力范围。这些波穿过组织，被反射，然后检测到返回波（回波）并形成图像。在B模式成像（医学上最常用的成像）中，返回波的强度表示为监视器上的亮度水平，以在监视器上提供2D横截面图像。本节介绍超声成像设备。

Modes

A-Mode (A表示振幅)

一束超声波穿过材料，记录回波，给出该束通过的结构的一维表示。A模式是医学超声的首次使用，用于显示大脑的中线移位。超声波束穿过头骨和镰形内突将返回显示其位置的回声。现在，它主要用于眼科研究视网膜脱离等。

B-Mode (亮度B)

现在，这是使用的超声的主要模式。返回的回声在屏幕上以对应于其强度的灰度显示。结构在屏幕上显示为2D图像。

M模式（运动用M）

超声波以A或B模式连续释放并记录。这将创建类似于视频录制的图像。

当反映声波的器官边界移动时，可以计算速度，例如心脏瓣膜。

多普勒

使用多普勒效应来测量流量，例如血液流量。当声波撞击移动的物体时，返回的声波会改变频率。如果物体朝着换能器移动，则频率增加，如果物体朝着换能器移动，则频率降低。多普勒可以是脉冲的或连续的。

B模式传感器

基本

• 依次触发100条或更多A线
• 这些是从组织界面反映出来的
• 接收回波的振幅并将其转换为亮度
• 逐行建立图像以形成横截面图像

传感器

换能器将机械能转换为电能，反之亦然。它既充当声音的发送者又充当接收者。

• 隔音器：阻止换能器在手中振动

• 背衬材料：阻止回荡回压电材料的振动。它通过确定阻尼多少来确定超声脉冲的长度

• 压电材料：形成超声波并接收回波的材料。它的厚度为1/2波长，通常由256个晶体组成。

• 匹配层：始终为1/4波长厚，以减小波长阻抗差异。

安全性

超声成像的优点是：

• 没有辐射
• 非侵入性
• 快速
• 便宜的
• 实时成像
• 可以测量血流速度
• 横截面成像

超声波也有缺点：

• 无法通过骨骼或气体成像
• 非常依赖于操作员技能

尽管超声通常是安全的，并且没有确诊的证据表明超声诊断会造成损害，但是存在一些理论上的风险。必须监控一些值并将其保持在一定范围内，以减少发生这些风险的可能性。

• 时间平均强度<100 mWcm -2
• 总声能<50 Jcm -2
• 热指数
• 机械指标

热指数（TI）

TI测量超声波加热局部组织的能力。TI =发射功率/将温度提高1°C所需的功率。如果该指数<0.5，则低于任何影响的阈值水平，并被认为是安全的。随着TI的增加，应按比例减少扫描时间，例如TI为3时，可以扫描患者10分钟。如果患者发烧，则并发症的阈值较低，应缩短扫描时间，例如TI为3，并且温度为39°c的患者扫描少于1分钟将是不安全的。

更易受热损伤的敏感组织为：

• 受精后不到八周的胚胎
• 胎儿或新生儿的头，脑或脊柱
• 眼睛（任何年龄的受试者）。

机械指数（MI）

MI是压力脉冲最大振幅的量度，并指示发生气蚀的风险。

MI =峰值负压/√（超声波频率）

英国医学超声学会（BMUS）指出，一般诊断超声和产科超声的MI必须小于0.7，尤其是使用造影剂时，理论上，MI越高，空化风险越大。一般新生儿影像学检查的MI应<0.5。

超声并发症

• 局部供暖
• 空化：压力变化导致液体中的微气泡逐渐膨胀然后坍塌。在以下情况下气蚀的风险增加：
• • 含气结构（例如肠，肺）
• • 低频脉冲（即更长的波长）
• • 更高的功率/脉冲强度
• • 使用超声造影剂。
• 机械损伤细胞膜

20200607