三维超声图像的获取方法研究

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。

医学超声调研报告医学超声调研报告超声技术是一种通过声波在人体内部产生图像以诊断病变和监测器官功能的非侵入性检查方法。

随着科技的发展，超声技术得到了广泛的应用。

本次调研主要对医学超声技术进行了研究分析，以下为报告的主要内容。

一、医学超声技术的基本原理医学超声技术是通过超声波的传导和反射来获取人体内部器官的图像信息。

该技术利用超声波在物体内部的传播速度和反射特性，通过超声波的传入和接收，从而重构出图像。

超声波的特点是频率高、穿透力强、无辐射，因此被广泛用于医学诊断。

二、医学超声技术的应用领域1. 实时成像：医学超声技术可以实现实时成像，能够提供动态的图像信息，可以迅速观察和分析人体器官的结构和功能。

在临床上，实时成像常用于检测胎儿发育、心脏功能和肿瘤的观察等方面。

2. 血流成像：医学超声技术可以用来观察人体血管的内部结构和血流状态，可以帮助医生检测血管病变和血液循环的异常情况，为临床诊断提供重要的参考。

3. 彩色多普勒：彩色多普勒是医学超声技术的一种，它可以将血管中的血流速度和方向通过颜色编码的方式展示出来，从而帮助医生更直观地观察血流状态，准确判断血管病变。

4. 介入性超声：介入性超声是将超声技术与其他治疗或手术操作相结合，用于指导医生进行介入性操作。

通过实时成像和导航功能，医生可以准确地进行肿瘤穿刺、组织活检和介入手术等操纵。

三、医学超声技术的发展趋势1. 高频超声技术：高频超声技术可以提高图像的分辨率和清晰度，对于一些细微的病变或病理变化的观察具有重要意义。

2. 三维超声技术：三维超声技术可以从多个角度获取图像信息，重构出完整的三维结构，提供更全面的诊断信息。

3. 智能化技术应用：随着人工智能技术的发展，医学超声技术也开始应用智能化算法，实现自动化的图像分析和诊断，大大提高了工作效率和准确性。

结语：医学超声技术作为一种重要的无创检查方法，已经在临床医学中得到广泛应用。

随着技术的不断发展和创新，医学超声技术将具备更高的分辨率、更全面的诊断信息和更便捷的操作方式，将会为医生的诊断和治疗工作提供更多的帮助和支持。

超声波图像装置和使用超声波图像的三维图像显示方法引言：超声波图像装置是一种重要的医疗设备，可用于产生及获取人体组织的超声波图像。

随着科技的进步，超声波图像不仅在医学领域得到广泛应用，还在工业、军事等领域发挥着重要作用。

本文将介绍超声波图像装置的工作原理，并探讨使用超声波图像进行三维图像显示的方法。

一、超声波图像装置的工作原理超声波图像装置主要由超声发射器、探头、接收器和信号处理器等组成。

其工作原理是通过超声波波束的发射、传播、接收和信号处理等步骤，生成人体组织的超声波图像。

1. 超声波发射超声波图像装置中的超声波发射器会产生高频的超声波脉冲，并将其转化为超声波波束。

这些超声波波束通过人体组织，并与组织中的不同组织结构相互作用。

2. 超声波传播超声波波束在传播过程中，会与组织中的界面、异物或其他异常结构相互作用。

根据不同组织的声阻抗差异，超声波会发生反射、折射、散射等现象。

这些现象会导致超声波出现干扰、衰减等现象。

3. 超声波接收当超声波波束传播与反射回超声波图像装置时，接收器会将其转化为电信号。

接收器在接收过程中，会选择性地接收特定频率的超声波信号，并将其转化为电信号。

4. 信号处理接收到的电信号会通过信号处理器进行滤波、放大、增强等处理。

信号处理的目的是增加图像的对比度、清晰度和细节，以更好地展示人体组织的信息。

二、使用超声波图像的三维图像显示方法超声波图像装置不仅可以生成二维图像，还可以通过一些方法生成更加直观、具有深度感的三维图像。

以下是几种常见的三维图像显示方法：1. 体表重建法体表重建法是一种基于体表轮廓和超声波能量反射的方法。

利用超声波图像装置获得的二维图像，结合计算机图像处理技术，可以将多个平面切片的超声波图像按照一定的距离和角度进行堆叠，形成一个体表三维模型。

2. 体数据重建法体数据重建法是一种通过超声波数据的体数据集进行三维图像显示的方法。

通过超声波图像装置采集到的多个切面图像，可以通过计算机算法将其融合成一个为体素矩阵的三维数据集，进而生成具有体细节的超声波三维图像。

文章编号：1006-6586(2011)07-0009-06 中图分类号：R445.1 文献标识码：A收稿日期：2011-07-01作者简介：韩志会，中国科技大学电子科学与技术系教授0 引言传统的B 型超声成像系统仅能提供人体某一断面的二维图像，具有一定的局限性[1~3]。

例如，临床医生要根据自己的临床经验对多幅二维图像在自己脑子里合成其三维结构，这个过程需要长时间的训练和相当熟练的B 超操作手法，这就给医生提出了很高的要求。

为了解决二维超声成像的不足，人们提出三维超声成像的概念。

三维超声成像具有图像显示直观、可以进行生物器官参数的精确测量，缩短医生诊断所需要的时间，提高诊断的准确性等优点。

此外，由于三维超声成像可以从任意角度观察被测物体，因此能够模拟手术。

由此可见，对3D 超声成像技术的研究解决了二维超声成像的一些不足，具有更高的临床应用价值[4~5]。

由于三维成像这些特点，三维成像的研究成为超声成像领域一个长期的热点。

经过了近半个世纪的研究[6~10]，人们已取得了一些进展。

但是由于传感器工艺水平的限制，电路规模庞大，成像算法复杂且耗时长，3D 图像不易显示等因素，目前的3D 超声成像技术仍有许多不足，比如成像系统不仅空间分辨率差，时间分辨率(即帧率)也非常低，不利于对运动器官(如心脏)的成像。

本文从成像仪器最主要的技术指标成像帧率和分辨率的角度，综述了当前3D 成像存在的问题以及当前的研究现状，并对基于有限衍射波的新的成像模式进行了介绍。

1 3D 超声成像原理及存在的问题用于三维成像的超声传感器也称为容积探头，它主要有两种[11][12]：机械扫描方式超声传感器、2D 超声传感器(图1)。

机械扫描方式是采用机械的方式来控制一维传感器的移动，从而获得各个切面的图像，然后将这些图像使用计算机和图像处理算法转换成3D 图像。

缺点是图像在移动方向的分辨率较低，同时由于采用了机械扫描的方式，用于实时成像比较困难。

三维超声成像的方法学徐辉雄吕明德•徐辉雄先生，中山大学附属第一医院超声科副教授、硕士研究生导师；吕明德先生，教授、博士研究生导师。

2005年8月•三维超声成像是超声医学发展的重要方向之一，其方法学一般包括三维图像数据的采集、数据的处理、容积数据库的建立、三维图像的显示等步骤。

其中三维图像数据的采集是最基本的步骤，而三维图像的显示则是最终步骤。

三维图像数据的采集•三维图像数据的采集，就是要获得所感兴趣结构整个容积范围内的全部回声信息，即要获得感兴趣区一系列断面的信息。

•图像采集过程中最重要的两点是：•超声图像定位的易行性及数据采集的速度。

焦点问题则是如何将探头的方位信息与二维图像的灰阶或血流信息有机地整合在一起。

•因此，三维图像数据采集方法的特点是：一是采集一系列距离和角度相等的二维图像；••二是采集到的系列二维图像要包括整个感兴趣区，而不能有图像的缺失或遗漏。

不同的图像采集方法，实际上是利用了不同的方法来定位某一帧断面图像在容积数据库中的具体位置。

•维超声实际上是由一系列的二维图像经过处理形成的，而图像的采集又可以从任意角度进行，那么图像间的相对位置及角度就需要被精确地记录下来以避免产生伪像。

此外，为避免由于呼吸、心跳、患者的移动等因素造成的伪像，图像采集过程应非常迅速并有合适的门控手段。

•目前大多数图像采集方法类似于常规二维超声，即采集一系列相互分立的二维图像，形成一个三维数据库，通过某种计算方法来得到三维图像。

这就需要一个定位系统能准确地反映每一帧二维图像在三维容积中的准确位置，一般要求其距离分辨力达到0.5cm，角度分辨力达到0.5度。

常用的定位装置有步进马达（可为平行、旋转或扇形扫查的方式）或为某种传感装置(感受电磁场、声或光信号)。

随着高频超声的应用，对定位系统的精度要求也越来越高，这样才能获得高质量的三维图像。

此外，也有一些学者采用其它方法获取图像。

•图像采集过程中，已采集到的超声图像及其位置信号即刻存贮于计算机中，经处理后形成容积数据库。

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？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。

三维超声成像的原理与应用一、引言三维超声成像技术是一种通过超声波对物体进行扫描并生成三维图像的成像技术。

它在医学领域得到广泛应用，可以提供具有高分辨率和高对比度的图像，为医生提供更准确的诊断信息。

本文将介绍三维超声成像的原理和应用。

二、原理1.超声波的产生和传播–超声波是一种机械波，通过晶体或磁体中的电磁转换器产生，经过超声探头传到物体中，并通过转换器接收回来。

–超声波的频率通常在2-18 MHz之间，高频率可以提供高分辨率的图像。

2.超声波的反射和散射–超声波在物体中的传播过程中，会遇到不同组织的边界或结构，这些边界或结构会使超声波发生反射或散射。

–超声波的反射和散射信号可以被探头接收，并经过处理形成图像。

3.超声波的成像原理–超声波的成像原理主要是通过测量超声波的传播时间和强度来确定组织的位置和特性。

–通过测量超声波传播时间的差异，可以推断不同组织的深度。

–通过测量超声波的强度，可以获得组织的对比度信息。

三、应用1.临床应用–超声心动图•三维超声心动图可以提供更准确的心脏结构和功能信息，用于诊断心脏病变。

–产科超声•三维超声在产科领域可以提供更清晰的胎儿图像，用于胎儿畸形的检测和评估。

–肝脏超声•三维超声可以对肝脏进行全面的评估，包括肿瘤的检测和定位、肝血流动力学的评估等。

–乳腺超声•三维超声可以提供乳腺病变的更准确的形态、定位和大小信息，用于乳腺癌的早期诊断。

2.科研应用–细胞成像•三维超声可以在细胞水平上观察细胞的结构和功能，用于细胞生物学研究。

–动物模型研究•三维超声可以在动物模型中观察器官结构和功能的变化，用于研究疾病的发生和发展机制。

–肿瘤研究•三维超声可以对肿瘤进行全面的评估，包括体积测量、血流动力学分析等，用于肿瘤的研究和治疗监测。

3.工业应用–材料检测•三维超声可以对材料的密度、缺陷等进行评估，用于材料的质量控制。

–管道检测•三维超声可以对管道内部的泄漏、堵塞等问题进行检测，用于管道的维护和修复。

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。