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三维超声成像的原理与应用作者：王云楠来源：《科学大众·教师版》2011年第03期摘要：由于传统的B型超声成像系统仅能提供人体断面的二维图像，临床医生是凭自己的经验在脑子里重构出人体的三维结构，这就在一定程度上影响了临床诊断的准确性与治疗的有效性，特别是对一些畸形的或病变的脏器，二维图像的诊断更显得欠缺。
关键词：三维超声；成像原理中图分类号：R445.1 献标识码：A 文章编号：1006-3315（2011）3-167-001三维超声是将连续不同平面的二维图像进行计算机处理，得到一个重建的有立体感的图形。
而最新发展的真正的实时三维超声，数据采集和显示的速率与标准的二维超声系统相接近，即每秒15～30帧，被称作高速容积显像。
技术的进步又推动了临床应用的发展，传统的二维成像就显得不能满足要求了。
一、与传统的二维超声成像相比，三维超声成像具有如下优势1.图像显示直观采集了人体结构的三维数据后，医生可通过人——机交互方式实现图像的放大、旋转及剖切，从不同角度观察脏器的切面或整体。
这将极大地帮助医生全面了解病情，提高疾病诊断的准确性。
2.精确测量结构参数心室容积、心内膜面积等是心血管疾病诊断的重要依据。
在获得了脏器的三维结构信息后，这些参数的精确测量就有了可靠的依据。
3.准确定位病变组织三维超声成像可以向医生提供肿瘤(尤其是腹部肝、肾等器官)在体内的空间位置及其三维形态，从而为进行体外超声治疗和超声导向介入性治疗手术提供依据。
这将有利于避免在治疗中损伤正常组织。
4.缩短数据采集时间成功的三维超声成像系统在很短时间里就可采集到足够的数据，并存入计算机。
医生可以通过计算机存储的图像进行诊断，而不必要在病人身上反复用二维探头扫查。
甚至在病人离开医院后，医生们还可以在一起从不同的角度观察病变的组织和脏器。
二、二维图像的采集和三维图像的重建进行操作时必须先采集二维图像，而后经数字化存储，再重建为三维图像，常用的方法有以下几种：1.平行扫查法扫描平面沿Z轴方向垂直移动，将采集的多幅二维图像数字化后予以存储，建立立方体形数据库，观察三维图像。
波的波型、位置、特征进行分析，对工件进行宏观缺陷检测，几何表征检测，组织构造、力学特性变化的检测和表征，并进一步对其整体使用性能进行评价的一种先进、科学的检测技术手段。
利用超声波对工件缺陷进行检测的方法，始于20世纪30年代初。
1929年苏联科学家首次在检测金属内部的缺陷时，应用了超声波；之后随着检测技术的发展，将近10年的发展，美国科学家推出了脉冲回波式超声检测仪。
超声检测技术被普遍应用在工业检测领域是在20世纪60年代。
直到20世纪80年代末，随着计算机技术以及电子元器件的高速发展，促进了超声检测技术的发展，产生了数字式超声波检测仪。
这类设备的使用也使得检测结果更加形象、准确。
随着各领域的快速发展，超声检测技术也正飞速的发展，成像技术、相控阵技术、3D相控阵技术、人工神经网络（ANNs）技术、超声导波技术等逐渐成熟，推进了超声检测技术的发展。
目前，常规超声检测已经是一项非常成熟的无损检测技术，广泛应用于石油、医疗、核工业、航空航天、交通、机械等行业。
超声检测技术未来研究发展方向主要有如下两个方面：(1) 超声本身技术的研究与改进；(2) 超声辅助和配套技术的研究与改进。
超声自身技术研究01激光超声检测技术通过产生热弹效应（或少数热蚀作用）或利用中介材料（被测材料周围的其他物质）这两种方式激发超声波。
激光超声的优点主要体现为三个方面：(1) 可远距离检测，激光超声可远距离传播，传播过程中的衰减较小；(2) 非直接接触，检测时不需直接接触或靠近工件，检测安全性较高；(3) 空间及时间分辨率高，检测分辨率高。
基于上述优点，激光超声检测特别适合在恶劣环境下对工件进行实时、在线的检测，通过快速超声扫描成像完成检测结果显示。
但是激光超声也存在一些缺点，例如超声检测虽然分辨力高但灵敏度相对较低。
由于检测系统涉及激光和超声系统，所以完整的激光超声检测系统体积较大、构造复杂、造价高。
目前，激光超声技术正在向两个方向发展：(1) 激光超快速激发机制及激光与微观粒子的相互作用、微观特性等的学术研究；(2) 工业上的在线定位监测。
浅谈对超声医学的发展现状与前景之探究【摘要】超声医学是一门利用超声波技术进行诊断与治疗的医学领域。
通过超声波的高频振荡，可以准确观察人体内部的结构与变化，为医生提供重要的诊断依据。
超声医学在临床各个领域都有广泛的应用，如妇产科、心脏病学、消化内科等。
随着技术的不断进步，超声医学的成像质量和精度也在不断提高，越来越多的疾病可以通过超声检查来进行诊断。
未来，随着科技的不断发展，超声医学在医学领域将有更加广阔的应用前景。
超声医学具有巨大的潜力，可以在不断拓展的领域中发挥重要作用。
对超声医学的期待也越来越高，希望能够通过这一技术来提高医疗水平，为患者提供更好的诊疗服务。
【关键词】超声医学，技术发展，应用领域，发展现状，未来前景，潜力，发展方向，期待1. 引言1.1 对超声医学的定义超声医学是一种运用超声波技术进行医学诊断和治疗的学科。
超声波是一种高频声波，可以穿透人体组织产生图像。
超声医学利用超声波的高频振动和回声特性，可以精确地观察人体内部器官的结构和功能，从而实现对疾病的诊断和监测。
超声医学的定义还包括超声波在医学领域的广泛应用，如超声心动图、超声胃镜、超声乳房检查等。
通过超声医学技术，医生可以及时发现和诊断疾病，提高治疗效果，减少不必要的手术风险。
超声医学是一门利用超声波技术对人体进行诊断和治疗的学科，具有非侵入性、安全性高、成本低等优点，被广泛应用于临床医学领域。
随着技术的不断进步和创新，超声医学在医学诊断、疾病治疗等方面的作用将越来越重要，对人类健康产生积极的推动作用。
1.2 对超声医学的重要性超声医学在临床诊断中具有独特的优势。
通过超声检查，医生可以直观地观察到人体内部的器官和结构，从而及时发现病变和异常情况。
与传统的X射线和CT检查相比，超声检查没有辐射损伤，对患者身体没有任何副作用，尤其适合孕妇和婴幼儿的检查。
超声医学在导诊和手术中发挥着重要作用。
在手术前，医生可以利用超声检查来评估病变的性质和位置，指导手术的方案和操作过程。
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。
中华医学超声杂志（电子版）２０１３年３月第１０卷第３期ＣｈｉｎＪＭｅｄＵｌｔｒａｓｏｕｎｄ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｄｉｔｉｏｎ），Ｍａｒｃｈ２０１３，Ｖｏｌ１０，Ｎｏ．３１６９ 述评实时三维超声心动图的临床应用和研究现状王建华 ＤＯＩ：１０．３８７７／ｃｍａ．ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２-６４４８．２０１３．０３．００１作者单位：１００７００ 北京，北京军区总医院超声科 心脏三维超声图像采集始于１９７４年，由于其消除了对心腔几何假设的不足以及二维平面成像诠释三维立体结构导致的误差，能够更加精确地评价复杂的心脏解剖和功能。
早期心脏三维图像的获得依赖于脱机三维重建，不仅复杂、耗时而且图像质量不佳，限制了其临床应用。
容积成像技术（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｉｍａｇｉｎｇ）的发展使得实时三维超声心动图（ｒｅａｌ-ｔｉｍｅ３-ｄｅｎｍｉｎｓｉｏｎａｌｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ，ＲＴ３ＤＥ）成为可能，尤其是近年来矩阵经食管超声心动图技术（ｍａｔｒｉｘ-ａｒｒａｙｔｒａｎｓｅｓｏｐｈａｇｅａｌｅｃｈｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ，ｍＴＥＥ）的临床应用极大地拓宽了ＲＴ３ＤＥ在心血管疾病诊断和治疗中的应用范围，尤其是在心脏外科和心脏介入治疗的术前计划、术中引导和术后疗效评价中发挥着重要作用。
目前，ＲＴ３ＤＥ的临床应用主要包括：心腔容积和射血分数测定、左心室室壁运动和收缩不同步性评估、瓣膜解剖结构和功能评价以及三维负荷成像。
一、心腔容积和射血分数测定１．左心室容积（ｌｅｆｔｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒｖｏｌｕｍｅ，ＬＶＶ）和左心室射血分数（ｌｅｆｔｖｅｎｔｒｉｃｕｌａｒｅｊｅｃｔｉｏｎｆｒａｃｔｉｏｎ，ＬＶＥＦ）测定：由于经胸ＲＴ３ＤＥ克服了对左心室形态的几何假设而直接测量其容积大小，因此在ＬＶＶ和ＬＶＥＦ测定的准确性和可重复性方面显著优于二维超声心动图，尤其是对于存在室壁瘤、室壁运动异常以及左心室腔形态变化较大的患者［１-４］。
三维超声成像技术的发展及临床应用(1) 自超声技术应用于临床诊断60多年来，随着临床需求和现代电子技术尤其是计算机技术的发展，使超声影像技术，从应用初期的一维A型和M型超声成像 发展到了实时灰阶二维B型超声成像，到目前的全数字能实时回放的三维超声影像系统。超声影像具有无创性，高灵敏度，应用面广，低成本和操作方便等优点，发展速度和普及程度近年已成为医学影像之首。可以预计实时三维（四维）超声成像必将成为二十一世纪医学影像系统临床应用中一项最为有效的诊断工具而造福于人类。 正是由于这种市场需求，世界上许多知名的有远见的厂商竟相投入高科技开发全数字技术的实时三维（四维）超声影像系统。东软数字医疗股份有限公司以独特的视角推出了具有世界领先实时三维（四维）技术和软件技术的NAS-2000a，使超声医学影像与当代计算机尖端技术完美结合，在软件上采用了目前临床要求的最新专业软件，实现了动态三维实时回放、实时三维（四维）成像，简化了本来十分复杂的处理过程，提高了效率。 原理与方法 成像原理： 三维超声成像分为静态三维成像和动态三维成像， 动态三维成像由于把时间的因素加进去， 用整体显像法重建感兴趣区域准确实时活动的三维图像（又称四维）。 1、立体几何构成法：将人体脏器假设为多个不同形态的几何组合，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。 2、表面轮廓提取法：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， 曾用于心脏表面的三维重建。该技术所用计算机内存少，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）只能重建左、右心腔结构，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。 3、体元模型法：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。 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。 4、随着高档超声仪器软件的不断开发， 三维成像不经过工作站可直接启动设备软件包进行三维重建或三维电影回放来完成。 成像方式：动态三维超声成像原理与静态基本相同。 1、 表面成像：提取组织结构的表面灰阶信息，然后采取表面拟合的方式进行图像重组。 2、 透明成像：采用透明算法实现三维重建，淡化组织结构的灰阶信息，使之呈透明显示 ，从而显示实质性脏器内部结构的空间位置关系。 派尔SCANNER450型B超电容不良维修一例 故障现象：开机后，灰阶度及超声边缘有毛刺，其它均正常。 分析检修：通过分析，造成此故障的原因有以下几种：①外界电源有干扰进入机内；②显示器故障；③机内电源故障；④其它。针对以上四条进行检测，用净化稳压电源代替市电，故障依旧，排除故障原因①；对于②，最简单方法为外接监视器，观察图像，未见好转，故障原因②排除；对于③，用数字万用表测+13伏，+5伏及其它电源，未见异常；对于④，范围比较广，一时无法下手，只好重新拔插线路板插头，查地线是否好，如此多次，未见好转，至此，对以上步骤进行分析，未见不当之处，问题出在哪里？本机有超声，灰阶段，各控制正常，说明电源，信号通道，字符显示部分正常，最后，根据进一步分析及以往经验，决定对电源进行重新测量，用示波器观察各输出电压，当观察到5伏电压时，发现电压为5伏，但输出不光滑且有纹波，B超边框毛刺随之扭动，问题是否出在此处？试着用一电容并在5伏后电容上，当并到33μF/63V电容上时，故障消失，换下该电容，故障消除。 体会：由于该机为进口机，量少，无资料，修理难，便钽电容出现此种故障较少见，钽电容出现短路常见，通过此例维修，望引起同行注意，同时在测量电压时，万用表靠不住，建议最好用示波器。 影像之星彩色超声系统基本操作指南 进行常规检查前，需进行以下四个步骤； 2、机器的各种调节方式；
3、预设置的存储与删除； 进行常规检查前，需进行以下四个步骤： 1 打开电源开关 在机器下部的底座上，将其向上扳为"开"，向下为"关" 等待机器自检完毕 进入如下图所示的画面:
2 选择合适的探头 在操作面板上找到按钮"Probe"（更换探头键），反复按下直到选中将要使用的探头。 腹部：肝，胆，脾，胰，肾，子宫和附件等 -- 凸阵探头 心脏，TCD ------------------------------- 扇形探头 血管，表浅器官 -------------------------- 线阵探头
3、选择合适的频率 在操作面板上找到按钮"Frequency"（频率键），反复按下，直到选中将要使用的探头频率
[ 所选的探头类型（虚箭头）和频率信息（实箭头）均显示在屏幕上
凸阵探头： 成人腹部 ---------------------------- 3.5MHz 肥胖成人腹部 ------------------------ 2.5MHz 小儿和较瘦的成人腹部 ---------------- 5.0MHz
线阵探头： 血管 --------------------------------- 二维 7.5MHz 彩色 5.0MHz 表浅器官（眼睛，甲状腺，乳腺等）------ 二维 10MHz 扇形探头： 心脏 -------------------------------- 2.5MHz TCD ------------------ -------------- 2.0MHz
4、选择合适的预设置 在操作面板上找到并按下按钮"Preset"（预设置键），进入预设置菜单 菜单显示预设置共分七大类： .Abdominal --------- 腹部 ======检查腹部器官时选用 .Cardiac ----------- 心脏 ====检查成人心脏时选用 .Musculoskeletal----肌肉骨骼===检查肌肉和骨骼时选用 .OB/GYN ----------- 妇产科 == 检查妇科和产科时选用 .Pediatric --------- 儿科 == 检查新生儿和幼儿时选用 .Small Parts------- 小器官 ====检查表浅器官时选用 .Vascular ---------- 血管 ========= 检查血管时选用
用轨迹球将选定的预设置用红框框住，便可看到下一层菜单： Abdominal --------- 腹部 Abdomen --------------- 检查常规腹部器官时选用 ˉ Renal -------------------- 检查肾脏时选用（推荐使用） Aorta -------------------- 检查腹部深部血管时选用 Bowel ------------------- 检查肠管时选用 ER Prostate ------------- 使用经直肠探头检查前列腺时选用
Cardiac ------------- 心脏 Adult --------------------- 检查成人心脏时选用 Pediatric ----------------- 检查儿童心脏时选用 TEE ---------------------- 使用经食道探头检查心脏时选用 Musculoskeletal --------- 肌肉骨骼 Wrist ----------------- 检查腕部时选用 Knee ------------------- 检查膝关节时选用 Ankle ---------------- 检查踝关节时选用 Shoulder ------------- 检查肩关节等选用 Tendon-----------------检查肌腱等选用 OB/GYN ----------- 妇产科 Pelvis -------------------- 检查妇科时选用 OB ----------------------- 检查产科时选用 EV Pelvis --------------- 使用经阴道探头检查妇产科时选用 Fetal Heart -------------- 检查胎儿心脏时选用 Pediatric ------------ 儿科 Abdomen --------------- 检查常规腹部器官时选用 Neonatal Head --------- 检查新生儿头部时选用 Hip ---------------------- 检查新生儿髋部时选用 Small Parts --------- 小器官 Thyroid ----------------- 检查甲状腺时选用 Breast ------------------- 检查乳腺时选用 Scrotum ---------------- 检查阴囊时选用 Superficial ------------- 检查表浅包块等选用 Vascular ------------ 血管 Carotid ----------------- 检查颈部血管时选用
TCD---------------------- 检查经颅血管时选用 TCD-TO---------------- 检查颈内动脉颅内段时选用 Upper Ext Artery ----- 检查上肢动脉时选用 Lower Ext Artery ----- 检查下肢动脉时选用 Upper Ext Vein ------- 检查上肢静脉时选用 Lower Ext Vein ------ 检查下肢静脉时选用
