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信号处理技术在超声波成像中的应用超声波成像技术是一种常用的医学成像技术，可以通过声波反射产生的影像来观察人体内部的情况。
信号处理技术对于提高超声波成像的精度和准确性起着重要作用。
本文以信号处理技术在超声波成像中的应用为主题，介绍了信号处理技术在超声波成像中的基本原理和常用方法，并阐述了未来信号处理技术的发展趋势和应用前景。
一、超声波成像的基本原理超声波成像是通过发射高频声波，使声波在人体内部反射并回传，通过计算反射的时间和强度来产生影像的一种成像技术。
声波在人体组织中传播的速度不同，因此当声波从一种组织传到另一种组织时会发生反射和衍射。
这种反射和衍射会产生回波信号，这些回波信号被接收器接收后，经过放大和处理后形成影像。
二、信号处理技术在超声波成像中的应用1. 图像滤波超声波成像的信号通常受到噪声干扰。
为了提高成像的质量，需要对信号进行滤波处理。
在图像滤波中，常用的方法包括中值滤波、高斯滤波和小波变换等。
中值滤波能够有效地去除噪声，而高斯滤波则能够平滑图像，使得图像更加清晰。
2. 图像增强超声波成像的信号质量往往受到噪声和衰减等因素的影响。
为了提高图像的清晰度和对比度，需要对信号进行增强处理。
常用的图像增强方法包括灰度变换、直方图均衡化、自适应直方图均衡化和小波变换等。
这些方法能够提高图像的清晰度和对比度，使图像更加易于观察和分析。
3. 三维成像在传统的超声波成像中，一般只能获得二维图像。
但随着计算机技术的发展，现在也可以实现三维超声波成像。
三维超声波成像可以更准确地显示人体内部结构，帮助医生进行更精准的诊断和手术操作。
4. 自适应波束成像在超声波成像中，声波在传播过程中会发生衍射和反射。
对于比较深的组织，声波的传播会更加复杂，也更容易受到噪声的干扰。
自适应波束成像可以根据信号的传播路径和反射程度来优化声波的传播方式，从而提高成像质量。
三、未来的发展趋势和应用前景随着计算机技术、信号处理技术和超声波成像技术的飞速发展，超声波成像技术已经成为医学影像学中不可或缺的技术之一。
超声波医学成像工作原理超声波医学成像是一种非侵入式的诊断技术，可以通过声波的传播和反射来获取人体内部的结构和组织信息。
它在临床上广泛应用于检测和诊断肿瘤、器官损伤、妊娠等多种医学领域。
本文将详细介绍超声波医学成像的工作原理。
一、超声波的产生超声波是指频率超过20kHz（人耳听觉范围）的声波。
在超声波医学成像中，超声波的产生主要依靠压电效应。
当施加交变电压于具有压电特性的晶体或陶瓷材料上时，晶体或陶瓷会发生机械振动，从而产生超声波。
二、超声波的传播和反射超声波在物质中的传播速度与介质的密度和弹性有关。
一般来说，在软组织中，超声波的传播速度约为1540米/秒。
当超声波遇到两种介质界面时，会发生反射和折射现象。
反射是指超声波从介质界面上反射回来，而折射是指超声波在两种介质之间发生方向改变。
三、超声波成像的原理超声波成像利用超声波在人体组织中的传播和反射特性来获得人体内部结构的信息。
具体而言，超声波成像主要分为超声波的发射和接收两个过程。
在超声波的发射过程中，医生将超声波探头放置在患者身体表面，并通过控制仪器发出超声波脉冲。
超声波脉冲通过介质传播后，遇到不同组织界面会发生反射，部分能量会返回到探头。
在超声波的接收过程中，探头上的压电晶体会将接收到的超声波信号转化为电信号。
这些电信号经过放大和处理后，可以生成图像，并通过显示屏展示出来。
四、超声波成像的模式超声波成像有多种模式，常见的包括B超、彩色多普勒超声和三维超声。
B超，即亮度超声，是最常用的超声波成像模式。
它通过反射超声波的亮度变化来显示图像。
B超图像以灰度形式展示，明亮的区域代表回波强，而暗淡的区域则代表回波弱。
彩色多普勒超声用于检测血流，可以显示血流方向和速度分布。
彩色多普勒超声通过测量血液回波的多普勒频移来计算血流速度，并以彩色形式在B超图像上显示。
三维超声是一种高级的超声模式，它可以实时获取物体的三维图像。
三维超声利用多个二维图像拼接而成，可以提供更加全面的结构信息。
经阴道三维超声自由解剖成像技术在宫腔疾病中的诊断价值随着医学科技的不断进步，经阴道三维超声自由解剖成像技术已成为妇科常规诊断手段之一，也是宫腔疾病诊断中不可或缺的重要组成部分。
本文将从技术原理、诊断价值、优缺点及未来发展等方面对经阴道三维超声自由解剖成像技术在宫腔疾病中的诊断价值进行探讨。
一、技术原理经阴道三维超声自由解剖成像技术是基于超声成像原理的一种内部组织成像技术。
采用的是实时三维成像，具有较高的空间分辨率和时间分辨率，能够提供宫腔内各种结构的立体成像。
通过患者自身的自由呼吸、肌肉松弛等自然状态，获得更真实可靠的图像。
二、诊断价值1.诊断子宫畸形子宫畸形是宫腔疾病中的一种常见病，易造成反复流产、输卵管阻塞等不良后果。
经阴道三维超声自由解剖成像技术在子宫畸形的诊断中具有不同于传统二维超声诊断的优势，可以直观地观察子宫形态、大小、位置等情况，为诊断和制订治疗方案提供有力支持。
2.诊断宫腔肿瘤宫内肿瘤的治疗方案和疗效很大程度上取决于肿瘤的种类、部位、大小等情况，而经阴道三维超声自由解剖成像技术可以有效地观察宫腔内肿块的形态、位置、大小等情况，较二维超声更释放，更具有诊断意义。
3.诊断宫腔粘连宫腔粘连是一种常见的妇科疾病，对于不孕不育患者造成极大的影响。
经阴道三维超声自由解剖成像技术通过立体成像可以直观观察粘连情况，对病情评估和治疗方案制订有很大的指导意义。
4.评估手术效果经阴道三维超声自由解剖成像技术具有高分辨率、高灵敏度和高特异性等优点，可以准确地显示手术效果，帮助医生调整治疗方案，提高治疗效果。
三、优缺点1. 优点经阴道三维超声自由解剖成像技术具有高分辨率、无创、无辐射等优点，能够准确显示宫腔内的形态、大小、位置以及大血管、神经等结构的立体图像，提供更准确、更切实可行的信息，提高诊断的准确率和可靠性。
2.缺点经阴道三维超声自由解剖成像技术的设备体积较大，价格较高，技术操作要求较高，且患者体验不佳，需要更好地进行沟通和引导。
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。
