[科普中國]-B型超聲

B型超聲(Brightness-mode Ultrasound)，簡稱B超。是指使用超聲探頭發(fā)射超聲波給物體，記錄物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的回波，將回波進(jìn)行處理而形成灰度圖像，以反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

B型超聲簡介B型超聲(Brightness-mode Ultrasound)，簡稱B超。是指使用超聲探頭發(fā)射超聲波給物體，記錄物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的回波，將回波進(jìn)行處理而形成灰度圖像，以反映物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

“超聲”這個(gè)詞與波動(dòng)頻率有關(guān)。聲音總體上分為三個(gè)范圍:次聲、聲音和超聲。頻率在人耳可以聽到的范圍（20到20000赫茲）之內(nèi)的聲波被稱為聲音。次聲波頻率低于20赫茲，超聲波率則超過20000赫茲。現(xiàn)在大多數(shù)醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的頻率通常大于2兆赫茲。

和普通的聲音一樣，超聲能向一定方向傳播，而且可以穿透物體，如果碰到障礙，就會(huì)產(chǎn)生回聲，不相同的障礙就會(huì)產(chǎn)生不相同的回聲，人們通過儀器將這種回聲收集并顯示在屏幕上，用來了解物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。將回聲信號(hào)顯示為光點(diǎn)，回聲的強(qiáng)弱以點(diǎn)的灰（亮）度顯示。聲阻抗相差越大，反射越強(qiáng)，產(chǎn)生的回聲信號(hào)越亮；反之越弱，產(chǎn)生的回聲信號(hào)越暗。使用陣列探頭可以產(chǎn)生一行行亮點(diǎn)，組成一個(gè)平面，即顯示一個(gè)斷面的圖像，稱為二維切面圖像。隨著技術(shù)的發(fā)展，三維超聲圖像和四維超聲圖像（超聲心動(dòng)圖）也已進(jìn)入臨床應(yīng)用。

成像系統(tǒng)

圖1：一個(gè)典型超聲系統(tǒng)的外觀

典型的現(xiàn)代超聲成像系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)如圖1所示，這是一款中低端醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)。探頭架上可以放置多個(gè)探頭，這些探頭通過探頭連接器與系統(tǒng)相連接。圖的最上端是顯示器，用于顯示圖像信息和人機(jī)交互界面?？刂泼姘迳嫌泻芏嘈o和開關(guān)，操作者可以通過控制這些旋鈕和開關(guān)來調(diào)整和設(shè)定系統(tǒng)的重要參數(shù)。最下面是可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子，便于系統(tǒng)自由移動(dòng)；另外還有一些外圍設(shè)備，如刻錄機(jī)、USB接口等。當(dāng)然，除了這種臺(tái)車式的結(jié)構(gòu)，隨著電路集成度的進(jìn)一步提高，便攜式超聲系統(tǒng)發(fā)展迅速。

圖2：醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)中的常用換能器

超聲探頭的主體是換能器，它的作用是完成能量轉(zhuǎn)換。目前，最廣泛應(yīng)用的主要有三種換能器：線陣、凸面陣、相控陣，如圖2所示。在超聲成像領(lǐng)域，掃描是指換能器發(fā)出的聲束掠過人體某個(gè)剖面的過程。B型超聲成像過程中的掃描方式按其提出的時(shí)間順序先后包括：手動(dòng)掃描、機(jī)械掃描、線性電子掃描、相控陣電子掃描和動(dòng)態(tài)頻率掃描。手動(dòng)掃描和機(jī)械掃描是指探頭或聲束的移動(dòng)是靠手動(dòng)操作或機(jī)械控制的，其掃描速度很慢，實(shí)時(shí)成像困難。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在線陣式和面陣式探頭研制成功后，電子掃描技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，掃描速度大大增加，實(shí)時(shí)成像成為現(xiàn)實(shí)。

圖3：典型的超聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

典型的超聲成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，各主要子系統(tǒng)的功能如下：

(1) 首先從聲束合成處理單元開始。在收到從控制單元下達(dá)的指令之后，聲束合成處理單元產(chǎn)生發(fā)射脈沖信號(hào)，通過模擬器件到達(dá)換能器，產(chǎn)生聲波。

(2) 回波通過換能器后，進(jìn)入接收電路；經(jīng)過模擬信號(hào)處理、ADC采樣后進(jìn)入聲束合成處理單元，完成接收數(shù)字聲束合成。

(3) 聲束合成后的線數(shù)據(jù)，進(jìn)行解調(diào)處理。

(4) 接下來的處理與模式相關(guān)。對(duì)于B模式，通常要先完成包絡(luò)檢測(cè)、然后進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮；而彩色血流模式，要進(jìn)行多普勒參數(shù)估計(jì)；脈沖多普勒模式要進(jìn)行頻譜分析。

(5) 最后將各種模式得到數(shù)據(jù)分別顯示。B模式形成灰度圖像，彩色血流圖像疊加在B模式的圖像之上，還可以顯示脈沖多普勒模式的聲譜圖。

(6) 控制面板主要完成以下功能：換能器的選擇；成像模式的選擇；掃描深度的控制；焦點(diǎn)的控制；時(shí)間增益補(bǔ)償(Time gain compensation, TGC)的控制等。

控制單元可能包括基于PC的控制軟件或基于嵌入式系統(tǒng)的控制軟件，控制整個(gè)超聲系統(tǒng)的人機(jī)交互、數(shù)據(jù)采集處理等。還有電源模塊，為所有硬件提供電能。

應(yīng)用范圍B型超聲是臨床上應(yīng)用最廣泛和簡便的一種超聲設(shè)備。通過B超可獲得人體內(nèi)臟各器官的各種圖像。B超能用于多種器官如肝、膽腎、膀胱、子宮、卵巢等疾病的診斷。B超檢查的價(jià)格也比較便宜，又無不良反應(yīng)，可反復(fù)檢查。B超檢查也有其不足之處。它的分辨率不夠高，一些過小的病變不易被發(fā)現(xiàn)。一些含氣量高的臟器遮蓋的部分不易被十分清晰地顯示。同時(shí)檢查者的操作細(xì)致程度和經(jīng)驗(yàn)對(duì)診斷的準(zhǔn)確性有很大關(guān)系，未來計(jì)算機(jī)輔助診斷會(huì)對(duì)此有較大幫助。

擴(kuò)展閱讀1. 萬明習(xí)主編，《生物醫(yī)學(xué)超聲學(xué)》，科學(xué)出版社，2010，ISBN：978-7-03-027204-1。

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本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張耀楠 - 教授 - 東北大學(xué)中荷生物醫(yī)學(xué)與信息工程學(xué)院