超声探头及四维知识

第一篇：超声探头及四维知识

超声探头的核心是压电晶体或复合压电材料。

为了向人发射超声波，并将经组织界面反射回来的信息转换为图象信号，能完成这功能的器件就是超声换能器。

当在晶片上加一机械振动时，则此时晶片将产生电苛——将机械能转变为电能，这种效应称为正电压效应，当在晶片是加一交变电信号，则此材料将产生与交变信号同样频率的机械振动——将电能转变为机械能，这种效应称为逆压电效应。产生超声波是晶体的逆压电效应，或泛称为压电效应

二、超声探头的种类与临床应用

线阵探头、凸阵探头——主要用于腹部、妇产、外围血管 扇形扫描探头 ——主要用于心脏 环阵扇形探头 ——主要用于腹部

探头是超声仪器的重要部件，使用时应避免探头摔打，牵拉导线，用不带腐蚀性的清洁剂擦洗探头残余耦合剂，仪器不用时应冻结图像。

三、探头频率与振子

单频探头：探头的标称频率（如3.5MHz），为发射时振幅最强的频率。也是探头的工作频率。

变频探头：通过面板控制，对同一探头可选择2——3种频率（如 3.5MHz.5.0Mhz）——探头频率可变 宽频探头：发射时：有一很宽的频带范围，如2MHz——12MH 接收时：分三种情况

（1）选频接收：在接收回声中选择某一特定的中心频率，保证能达到所要求的诊断深度，尽可能选择较高频率的回砀，以获得最佳的图像质量

（2）动态接收：在接收时，随深度变化选取不同的频率，近场，中场达到好的分辨力和好的穿透力的要求

（3）宽频接收：接收所有频率的回声在中近场包含不同频率回声取中频，远场只保低频取高频，在远场由于高频成分衰减，只保留稍低频率的回声。

四、高频探头：

当频率在40MHz——100MHz范围时，称之为高频超声探头，主要用于皮肤成像，冠状动脉内成像及眼部成像，如：超声生物显微镜。

任何种类的探头晶片前面均有匹配层，探头匹配层可保护压电振子，减少声波的谐振，增加频宽，使声阻抗与皮肤相近，保证声波有效透入人体，保证纵向声波传播。

探头的压电振子保护层，振子引线，吸声层，探头及接插机构等是探头质量的重要因素。

五、振子数：

是超声探头的重要指标，也是决定整机具体使用结果的关键技术之一。

超声探头由若干振子（阵元）组成，并与一定数目的通道对应。振子数可用一定方法测得。阵元与振子通道的关系：一个阵元可以包括4～6个振子

如256振子只有64阵元，一个阵元包括4个振子，256振子可与256个采集通道对应也可与64采集通道对应，即256振子，64采集通道。

振子数多（包括128、256、512、1024振子及通道）理论上成像质量越好，高密集探头使声束扫描线密度高，多方向同时接收回声信号，不需要进行插补处理，图像细腻，分辩力好。

在数字化波束形成中，接收回声时全部振子及通道均起作用。

1什么是四维彩超胎儿写真

四维彩超胎儿写真是通过四维（动态三维）彩超记录胎宝宝在妈妈腹中的形态、表情、动作，给未出世的宝宝留下视频、影像作为永久留念，她记录下了人生最初的感动。在欧美、港澳，胎儿写真已经成为每个准妈妈为孩子留下的第一份珍贵的礼物，并且已经像婚纱摄影一样，从对时尚的追求逐渐变成人生的必须。

2医学超声影像工作原理解析：四维彩超与其他彩超的区别

二维彩超、三维彩超、四维彩超，统一采用的是超声波技术。超声波是声波的一种，它可以穿透液体，遇到组织会产生回波(回声)，不同的组织回声强度也不尽相同。根据这一特点，人们利用计算机收集这些回声，将其转化为图象显示在屏幕上，以此来观察人体内部脏器、血管以及胎儿。

二维超声，也就是我们通常说的B超，是超声波切面成像，图像是一个组织特定部位的断面，这种图象只有专业医生才能看得懂，它是由2个维度(X轴+Y轴)组成的平面，而三维超声是通过计算机的后期处理，在其垂直的面上加上Z轴，使之成为立体成像。

要让三维的超声波图像动起来，只要加上时间这个轴，就成为动态三维，也就是人们常说的四维彩超立体成像技术，而彩色也是人为加上去的伪彩色。这些都是现代高科技的计算机技术造福人类的成果。在医学上，它用于诊断人体器官的相关疾病，特别是对胎儿体表的立体成像有着无可比拟的独特优势，为给胎儿做写真提供了可能。

图像与实体表面基本一致，而且是彩色图像，便于普通人观察。通过四维彩超，我们能真切的看见宝宝在妈妈肚子里的模样。3四维彩超对宝宝是否有伤害

四维彩超室在三维彩超基础上加上时间轴，也叫实时三维彩超。利用二维超声，也就是我们通常所有的B超截面图实时合成三维影像。而超声检查是一种无创性检查。胎儿超声检查是一种间接的方法，不是直接检查胎儿，而是通过母体间接做检查，由于通常使用的B超仪器所发出的超声波是低强度的，对胎儿是没有任何危害的。4怎样才能拍出清晰可爱的四维彩超胎儿写真 其实拍出来的胎儿照片清晰与否，主要取决于胎位、胎儿面部前方的羊水量、是否有胎盘、脐带、肢体遮挡等因素，就好比我们平时照相一样，你背向镜头的时候就只能看到你的后背，你侧面对着镜头就只能看到侧脸，只有当你正面对着镜头的时候才可以看到完整的脸部；此外，如果你拿东西遮住脸蛋，当然也看不清整个脸部了。所以，是否能照出漂亮的胎儿脸部照片，还要BB的配合呢。不过，一般情况下，如果我们发现胎儿脸部显示不清，拍照效果不好的时候，都会轻轻推动一下胎儿，尽量让其转一个体位，如果BB睡着了，我们会建议孕妇到外面走动走动，然后回来再照一次。孕周越大，胎儿可以活动的空间越少，能在有限的检查时间内拍出好的照片的机会就越少；孕周过小的时候，胎儿有部分器官又未能显示清楚，宝宝在各个孕周的大小、形态、动作、表情都不一样，所以孕妈妈把握好照四维的最好时期。

5、多少周拍四维彩超最合适

我们建议怀孕16-35W之间都可以，如果赶到30W以前效果更好

不同的孕周孩子的表现是不一样的，就看您想给孩子留下什么样的留念了。16W-18W左右可以看到宝宝整个身体都在一个镜头的画面，宝宝的胳膊腿的活动情况都可以看得很清楚 20W-26W左右，这个时候宝宝已经长了一些肉肉，一个镜头下来可以看到宝宝大半个身体画面，表情也丰富了

26W以后，因为宝宝已经到大孕周了，一个镜头只能看到宝宝的局部了，这个时候肯定是以宝宝的头部为主，这时能看出宝宝长得像妈妈还是像爸爸喽，几乎和出生后没有区别了。

四维彩超能够多方位、多角度地观察宫内胎儿的生长发育情况，为早期诊断胎儿先天性体表畸形和先天性心脏疾病提供准确的科学依据。过去的B超设备只能检查胎儿的生理指标，而四维彩超还能对胎儿的体表进行检查，如唇裂，脊柱裂，大脑、肾、心脏、骨骼发育不良等，以便尽早的进行治疗。生个聪明健康的小宝宝，并且将宝宝的样子和动作制作成照片或VCD，让宝宝拥有最完整的0岁相册，这已经不再是幻想。

第二篇：四维超声成像技术与方法

四维超声成像技术与方法

作者：魏晓光

来源：安太医院

近年来计算机技术革命化的进步被融入超声诊断系统，使得三维容积成像的速度在短短的几年时间里得到了极大提高，目前已经发展到能够进行动态的四维成像。

高分辨的二维超声和彩色多普勒超声的技术进步是超声诊断学发展的重要里程碑，尤其是在妇产科的应用，成为无可替代的非侵入性的诊断工具。近年来四维超声技术的发展和进步，为非侵入性的诊断技术又开辟了一个新的领域。

四维超声技术能够克服二维超声空间显像的不足，成为二维超声技术的重要辅助手段。四维超声的进步体现在能够迅速地对容积图像数据进行储存、处理和动态显示其三维立体图像，并且能够得到多平面的图像，而这一功能以往只有CT和MRI技术才具备。目前四维超声尚不可能完全替代二维超声，但它的确为一些复杂声像结构的判断提供了大量辅助信息，并对某些病变的诊断起到二维超声无法替代的作用。它的应用潜能正随着经验的积累被逐步开发出来。

一、四维超声技术简介

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。早期的三维重建一次必须采集大量的二维图像(10～50幅)，并将其存在计算机内，进行脱机重建和联机显示，单次三维检查的图像数据所需的存储空间达数十兆字节，成像需要数小时甚至数天时间。近年来三维超声与高速的计算机技术的联合使其具备了临床实用性。三维表面成像在80年代首次应用于胎儿；90年代初期开始了切面重建和_一个互交平面成像；容积成像则开始干1991年；1994发展了散焦成像；1996年开始了实时超声束跟踪技术，而最新发展的真正的实时三维超声可以称作四维超声(four—dimensional ultrasound)，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(high speed ultrasotlnd v01umetri clmaging，HSUVI)。真正实现实时动态三维成像，将超声技术又提高一个台阶。新景安太医院拥有4台四维彩超，专业的四维彩超检查医生，此技术已经在我院临床使用4年多，有非常丰富的经验。

四维超声成像方法有散焦镜法、计算机辅助成像和实时超声束跟踪技术。

(一)散焦镜方法(defoctJsi rlg lens metriod)也称厚层三维图像，方法简单，费用低。装置仅需在凸阵或线阵探头上套上一个散焦镜。用此方法可以对胎儿进行实时观察，然而胎体紧贴宫壁时图像就会重叠，使胎儿图像辨别困难。

(二)计算机辅助成像 是目前首选的三维成像方法，成像处理过程包括：获取三维扫查数据；建立三维容积数据库；应用三维数据进行三维图像重建。

(三)实时超声束跟踪技术 是三维超声的最新技术，其过程类似于三维计算机技术但可以立即成像。仅仅需要定下感兴趣部位的容积范围就可以住扫查过程中实时显示出三维图像，可以提供连续的宫内胎儿的实时三维图像，例如可以看到胎儿哈欠样张口动作等。

二、四维超声成像方法

四维超声的临床实用性很大程度上取决于操作人员对此技术掌握的熟练程度。只有了解四维超声的基本原理和概念，熟练掌握四维超声诊断仪的操作方法和步骤，才能充分发挥三维超声的最大作用。

(一)四维成像的主要步骤与成像模式 常规四维成像包括以下步骤：

1．自动容积扫查 以三维容积探头进行扫查，获取三维数据。三维数据是通过超声探头扫查平面的移动而获取的大量连续二维断面图。现有的三维探头都配有内置的凸阵或扇形探头，探头内电磁感应器可以感应出每一断层的相对位置和方向。每一断面的二维图像信息连同其空间方位信息都被数字化后输入电脑。实时二维扫查是基础，根据感兴趣区域的空间范围，任意调节断面的角度、扫查深度和扫查角度，确定三维容积箱(volume box)的位置和大小后进行扫查。任扫查时可以根据感兴趣区的回声和运动特征调整扫查速度。对运动的目标可选用快速扫查，但获得的图像空间分辨力低；低速扫查图像分辨力最高，但易受运动影响；正常速度扫查的空间分辨力介于两者之间。

2．三维数据库的建立 探头扫查获得的数据是由许许多多的断面组成的合成数据，作为三维数据库输入电脑，可以通过滤过干扰信息改善数据的质量。三维数据库包含一系列的体积像素，每一体积像素既是灰度值也是亮度值，见图1—2一l。

3．三维图像重建应用三维数据库可以重建出各种图像，包括三维切而重建和立体三维的观察。

(1)切面重建：成像最简单，通过旋转三维数据库可以选定任意一个平而的二维图像，进行多平面图像分析。尽管得到的是断面图，有时对诊断却非常有用，冈为许多平面(例如子宫的冠状面)是二维超声难以观察到的。

(2)容积成像(volLime rendering)：是一种基十体积像素(voxel)的三维数据库的视觉工具。一个像素(pixel)是二维图像的最小的图像信息单位，一个体积像素则是三维容积数据中最小的图像信息单位。在二维的有立体感的图像L的每一个像素都代表着一组三维体积像素，沿着投射线的多个体积像素经过分析处理后

1)表面成像模式：采用此方法能够建立组织结构的表而立体图像。通过旋转三维立体数据库选择感兴趣区域进行成像，非感兴趣区可以去除；采用合适的滤过功能，可以滤过周围低回声，使图像突出，例如去除羊水内的低回声，突出眙儿表面高回声，滤过高时还可以突出胎儿骨骼结构，显示出高回声结构的立体图像；应用图像自动回放的旋转功能，可以从不同角度观察立体图像；另外还可以调节图像的明亮度和对比度，使图像立体感更强。

2)透明成像模式：将实质性的组织结构的所有三维回声数据投射到一个平面上，选择性地显示出高同声或低回声结构的特征。采用这种模式要求感兴趣结构的回声特征较周围组织回声高或低，例如骨骼、血管或囊性结构。此模式能够产生类似x线照片的效果，但与x线照片不同的是，可以通过回放旋转功能从各个角度来观察图像。

3)彩色模式：在扫查中采用多普勒方式，可以进行血管内彩色血流三维重建。三维多普勒能量图不但能够观察组织结构内的血流情况，还可以提供一定容积内血细胞量的间接资料，三维血管成像方法能够跟踪血管走向，区分重叠血管，见图2一l一

10、图2一l一19等。三维彩色直方图是最近开发出来的能够客观定量分析血流的一个新指标，是指单位体积内代表血管化程度的彩色成分的百分比和代表血流量的平均彩色幅度值，它为定量评估生理和病理情况卜的血管生成提供了一个非常重要的手段。

(二)容积成像的步骤与方法 在数秒钟内完成扫查和建立三维数据库后，可以立即进行容积成像操作，也可以把数据储存入仪器内，过后再调出分析。容积成像的基本步骤

(1)确定成像范围：在所扫查的三维容积资料中选定出感兴趣区域(即容积箱)，任容积箱外的结构将不会被成像。

(2)选择成像模式：根据感兴趣区域的回声特征合理选择成像模式，以能够突出病灶特征为原则。

(3)图像的滤过处理：表面成像时利用滤过功能对周围低回声结构进行适当的抑制，以突出表面结构特征。

(4)旋转三维图像：进行图像定位，使立体图像处于最佳显示角度，从而得出最佳三维图像。

(5)立体电影回放：采用电影回放的功能可以从不同角度动态地观察图像，立体感更强。

(6)电子刀的选择：利用电子刀的功能能够去除与感兴趣结构表面无关的立体回声结构，以及不规则的周边，使图像从任何角度上看都更为清晰、重点突出。

三、四维技术的优点

最新四维超声系统在妇产科应用的主要优势在于四维容积扫查方式的进步和四维数据处理方式的进步。

四维成像技术的优点主要有以下几点：

1．能够获得任意平面的图像，并标明其在空间的方向和位置，有利于对图像进行仔细分析，减少主观因素干扰。

2．具有精确的体积计算功能。常规的二维超声只能获取一个组织结构的三个切面，通过三个切面的径线粗略地估测体积，当目标形态不规则时则无法估计。三维超声可处理多平面资料，模拟出组织的形状，利用特定的容积计算公式得出体积大小，使体积的测量更为精确，尤其对不规则形器官或病灶体积的测量更具优越性。新近应用的在体器官计算机辅助分析技术(virtual 0rgan compute卜aidedanalysis，VOCAL)具有自动测最各种形态结构之体积的功能，能够描画和显示任何形态的组织器官外形特征，并计算出其体积，为不规则形结构的体积估计提供了最佳的手段。

3．能够对感兴趣结构重建三维立体图像，使结果直观。清晰的立体图像可以产生以下效果：

(1)对胎儿异常的观察更为细致，对了解病变的全貌优干二维超声检查，例如对胎儿唇裂的诊断等。

(2)对初学超声诊断者，有助于培养空间思维能力和理解图像的能力。

(3)胎儿异常的三维立体成像使母亲及其家属容易理解，避免医务人员解释不清所造成的不便。

4．四维扫查在瞬间完成，获得的容积数据可以全部被储存起来，数据可以在患者离开后随时调出来进行研究分析，评价存储数据，由此带来的优点是：

(1)不必匆忙对疑难病例下定论，可以在充分讨沦后得出更准确的判断。

(2)减少了病人因检查时间长而造成的不适，降低了超声检查时间长对胎儿的可能损害。

(3)可使观察者之间、观察者本人的差异降到最低，减少了分析图像中的主观因素

第三篇：超声四维成像操作小技巧

超声四维成像操作小技巧----时钟法

实践总结认为四维成像的难度有

70%在于如何判断胎儿颜面部所向的“方位”并获取四维图像所需的“矢状面”，因为在二维操作中以胎儿颜面部观测最常用的是冠状面，此切面提供了很多胎儿颜面部的信息，而矢状面较少用到，所以很多医生对如何准确、快速的获取该切面有一定的难度，进而影响了四维成像的效果。而另外只有30%的难度来自于对仪器的操作各对四维的调试。时钟法的具体步骤只有两项：

1、获取胎儿丘脑平面，判断胎儿颜面方位（指向几点钟）。

2、移动探头至颜面所指的方位，旋转90度，至获取矢状面。

技巧及注意事项

1、一般情况下胎儿颜面指向8：30---12点钟，12点钟到3：30位置可成像。

2、当探头指向的钟点位置较低时（如9点前、3点后），需将探头用力向上翘以尽量获取胎儿颜面的矢状面。

3、当检查的胎儿胎龄较小，其颜面部距体表较深时，在找到钟点位置应用探头对肚皮施加一定压力，使胎儿颜面部更贴近体表，因为对于四维成像而言，部位越深效果越差。

4、当找到胎儿“钟点位置”后，如果颜面前方羊水较少，应稍施放压力，尽量腾出透声空间。

5、当胎儿颜面指向4：30--8：30时，四维颜面成像困难，一般先完成其他二维观测项目，然后看胎儿是否有移动位置，如没有，可让孕妇活动30分钟再检查。

6、巧用成像模式，大部分胎儿四维都用表面成像来获取胎儿表面立体图像。仪器成像模式中的“最大化成像（Max）”可用来实现对骨骼组织的成像，且效果满意。其中要注意的是在使用该成像模式时要将B增益调低些，而获取脊柱矢状面的方法同样使用时钟法，只是方向跟颜面的相对向。超声笔记每天分享，赞赏是正能量的动力。

第四篇：修改浅谈医用超声探头的发展_V2

医用超声探头的研究进展

周锡明1，安玉林2，沙宪政3（1.岳阳市一人民医院 设备科，湖南 岳阳，414000 2.解放军四零一医院 医学工程室，山东 青岛，266071 3.中国医科大学 生物医学工程系，辽宁 沈阳，110001）

摘要：本文阐述了医用超声探头在医学超声设备的发展中的重要地位，同时从材料工艺，结构技术以及应用前景等方面分析了医用超声探头的发展现状和应用前景。

关键词：医学超声设备；医用超声探头；医学超声技术 中图分号类： 文献标识码：

文章编号：(以后添加)The Development of Medical Ultrasound Probe

Zhou Ximing1, An Yulin2, Sha Xianzheng3

(翻译上面的)Abstract: This paper analyzes the important status of medical ultrasonic probe in the development of ultrasonic equipment。At the same time，from the material technology，structure technology and application prospect，discussing the current status and future development of medical ultrasound probe.Key words: Medical ultrasonic equipment;Medical ultrasonic probe;Ultrasound technolog随着科技的进步，医用超声诊断设备朝宽频带化、数字化、多功能化、多维化、信息化发展。现今的超声诊断领域已出现了新的技术，像超声内窥镜，超声CT，多维超声，血管内超声等。20 世纪末超声检查已占据各类医学影像检查方式的四分之一[1]。

超声探头是在各类超声诊断设备中占有重要的位置，常被称为超声诊断仪的“眼睛”，它既能将高频电能变换为超声机械能向外辐射，并接收超声回波将声能转换为电能，即具有超声发射和接收双重功能，其性能和品质直接影响整机的性能。了解超声探头的发展对了解医用超声诊断领域的发展具有重要的意义。

1医用超声探头的应用现状

超声诊断是一种无损伤、实时性好、无电离辐射、使用方便、低成本、适用范围广的影像诊断方法，尤其是现代各种新型超声诊断设备应用于临床以来，超声诊断技术在现代化医院内具有很重要的地位，国际公认，医学超声成像技术、X-CT、MRI及ECT是现代医学成像技术的四大医学影像技术，已广泛应用于心脏科、产科、眼科、肝、肾、胆囊及血管系统等。

医用超声探头作为医学超声成像系统中最为

关键的声学部件。医用超声探头的特性具有使用特性和声学特性两大方面，使用特性主要有工作频率、频带宽度、灵敏度、分辨率等。而声学特性是指探头中换能器的阻抗特性、频率特性、换能特性、暂态特性、辐射特性和吸收特性等。

医用超声探头的主要特性跟它的换能器有着重要的联系。目前超声成像设备上用得最多的医用超声探头是一维阵换能器，该换能器已被应用于体表、小组织、心脏、腹部、妇产科和眼科等部位的超声诊断中，根据人体不同部位及器官临床诊断的要求制成不同形状大小、不同阵元数和不同频率的一维阵换能器。一维阵换能器又常见为一维线阵和一维凸线阵，凸阵换能器具有线阵换能器可进行多段电子聚焦和机械扇扫换能器具有宽阔视野的优点，在临床中得到了广泛的应用。

相控阵换能器常用于心脏功能超声诊断，心脏功能超声诊断由于受肋骨的限制，换能器不能像其他换能器一样随意移动，相控阵换能器采用实现顺序变角度扫描，临床应用中一些成像系统也有使用一些高性能换能器来做心脏功能超声诊断。对于心脏超声诊断的另一种形式为避开肋骨的影响，采用经食道心脏超声成像系统，该系统中换能器在平行或垂直于换能器平面的两个方向控制移动，以达到从心脏侧后方进行超声检查的最佳位置。

机械扇扫换能器常与内窥镜技术结合用于胃

肠道疾病诊断，也可用于外周血管、冠状动脉等诊断；单阵元凹面圆形换能器一般常应用于眼科成像；目前已有部分采用压电复合材料的宽频带换能器应用在临床多频率成像和谐波成像；采用压电单晶材料制作的高频换能器有的也应用于眼科超声成像中，用于妇产科、心脏等部位的超声成像系统有的也采用二维面阵换能器进行三维成像。

总之，由于超声医学工程技术的进步，超声探头由原来体外用的长形、圆形、凸形发展到各种腔内探头、管内探头，尤其是将数毫米直径的微型导管探头置于内窥镜的顶端或直接导入管腔，可以介入到腔内和血管内，甚至心脏冠状动脉内进行诊断以及辅助治疗。

2医用超声探头的关键技术和发展

目前，医用探头种类繁多，其性能也不尽相同。但是其基本结构是类似的，探头由插头、压电振子、声透镜、匹配层、吸声块、支撑架、声头外壳和电缆线构成。其中由压电振子、匹配层、声透镜和吸声块组成的医学超声换能器是是医疗超声系统中最为核心的声学部件，其研制理论及技术涉及到声学、信息、电子、材料、物理等多个领域。2.1从材料发展方面来讲

压电振子是探头中最重要的部件，是一个可逆的机电换能系统。压电陶瓷是目前应用最广泛的压电材料[2]。其具有机电转换效率高、易与电路匹配、性能稳定、易加工和成本低等优点得到广泛应用。同时，压电陶瓷材料也存在声特性阻抗高，不易与人体软组织及水的声阻抗匹配；机械品质因数高，带宽窄；脆性大、抗张强度低、大面积元件成型较难及超薄高频换能器不易加工等缺陷。

在20世纪90年代取得突破性进展的是弛豫型铁电压电单晶[3]。2004 年，飞利浦将压电单晶（PMN-PT）应用到X7-2面阵换能器上，图像质量有了突破性提高。

基于锆钛酸铅（PZT）陶瓷的压电复合材料，是将压电陶瓷和高分子材料按一定的连通方式、一定的体积比例和一定的空间几何分布复合而成，其机电耦合系数高、声阻抗较低且易加工成型，在医用超声换能器中应用较多的是 1-3 型和 2-2 型[4]，其中1-3 型复合材料具有高灵敏度、低声特性阻抗、较低的机械品质因数和容易加工成型等特性[5]。复合材料超声换能器可实现多频率成像、谐波成像和其他非线性成像，其性能明显优于普通压电陶瓷材料制作的换能器。部分谐波成像系统中采用复合材料制作的宽频带换能器，并应用于临床。如Odile Clade 等人用1-3型复合材料研制了中心频率为 3.5 MHz 凸阵和7 MHz 线阵相比陶瓷换能器带宽增加了15%~25%[6]。T.R.Shrout 等人使用细颗粒压电陶瓷制作2-2 型在高频超声换能器中有着很好的应用前景[7]。

压电材料未来的发展趋势是复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微型化，最近一个阶段的发展方向集中在: 高居里温度压电材料、细晶粒压电陶瓷、无铅压电材料三个方面[8-9]。2.2 从结构技术方面来讲

传统压电超声换能器，均是基于压电振子、匹配层、背衬等核心结构[10]，然而传统换能器的设计及工艺，已经难以满足探头微型化、集成精密化的发展趋势。

近年来国际上有研究者利用由集成半导体工艺衍生而来的 MEMS（Microfabrication Process）微加工工艺，开发了一类新型的医用超声换能器: 微加工超声换能器（Micromachined Ultrasonic Transducers，MUTs）。MUTs 利用微薄膜的弯曲振动发射和接收超声波，省却了传统换能器中的匹配层和背衬。根据机电转换机制的不同，MUTs 可以进一步划分为电容式 cMUT（capacitive MUT）和压电式 pMUT（pie-zoelectric MUT）两种。cMUT 最大的优势在于超宽的频带宽度[11]，其应用大规模集成电路的制作技术，以硅材料为衬底，上面生长一层中间留有空隙的支撑体，然后在支撑体上覆盖一层薄膜，这样薄膜和硅体之间就形成了一层空气隙，在薄膜和硅体上分别加以金属电极，就形成一个具有振动薄膜的电容式超声换能器。cMUT具有灵敏度高、带宽宽、易于制造、尺寸小，工作温度范围宽及易于实现电子集成等优点。而pMUT 是集压电薄 / 厚膜技术和硅微加工技术于一体，利用振膜的弯曲振动模式发射和接收超声波的器件[12]。从而从结构上不断创新。医用超声探头的应用发展前景

3.1与光学集成应用

医用超声内窥镜以电子内窥镜系统为基础，将超声换能器经由电子内窥镜活检通道伸入体腔，接近目标器官，既可以直接观察粘膜表面的病变，还可以通过超声扫描获得器官管壁断层的组织特征，不但扩大了普通内窥镜的诊断范围，而且提高了普通内窥镜的诊断能力。医用超声内窥镜是电子内窥镜技术与超声传感技术，微机电技术，现代计算机技术等高新技术的不断发展和融合的产物，是当前应用前景非常广阔的医疗仪器之一。

随着内窥镜在医学临床的普及应用，更加现代化，合理化，人性化，智能化的内窥镜设计与制造，显得尤为重要。超声内窥镜的探头细径化，变频，兼容性强以及图像处理自动化的发展进程中同时对医用超声探头的制作提出了新的要求，主要表现在细径、高频以及变频技术。3.2与导管介入手术集成医用

冠状动脉造影（CAG）是一种安全可靠的有创诊断技术，现已越来越多地被临床所接受，曾一度被认为是诊断冠心病的金标准。但是CAG只能显示血管长轴的管腔投影影像，无法分清管腔的实际形态，对病变位于腔内或壁内无法区别，更无法了解斑块的组织特性。随着PCI的发展，介入医师需要对冠脉内的解剖结构及病理生理状况进行全面的了解以指导介入治疗，单纯冠脉造影已不能完全满足临床的需要，而血管内超声（IVUS）是无创性的超声技术和有创性的导管技术结合起来的新的诊断方法，准确掌握血管的管壁和狭窄程度。它对冠脉进行切面显像，不仅可观察到管壁结构和管腔形态，还可准确地测量血管直径、管腔面积和斑块面积，明确斑块的性质和偏心程度，明确血管造影中等程度冠脉狭窄病变的性质、严重性和稳定性，指导进一步的治疗，已被广泛应用于临床。

血管内超声探头大致划分为机械旋转型单探头和电子扫描阵列式探头[13]两种。机械旋转型式是将装载有单晶体的转换器设计在外鞘内，利用一个灵活的传动轴带动转换器发生机械旋转获取图像。电子扫描阵列式通过由多个阵元呈环形排列在导管顶端，通过电子开关的逐次连续激励，从而获得

360°横断面图像。

IVUS已被广泛应由于临床，但它还存在一定的局限性。IVUS成像中的伪像使近场图像变得模糊，从而使超声导管的大小较其实际大小增大。超声导管与血管长轴不垂直会导致图像的几何形状失真。超声导管的大小也限制了其在严重狭窄病变中的使用。相控阵探头具有较机械探头更小的外直径，但是其分辨率明显低于机械探头，影响成像质量。3.3三维实时动态成像

与传统二维超声成像相比，三维超声成像具有图像显示直观、能得到靶标的容积、面积等的精确测量结果和可以缩短医师诊断需要的时间等优点，三维超声成像一直是当前应用及开发的焦点。

目前，主要有两种获取三维超声图像的方法。一种是利用现有的一维相控线阵获取一系列空间位置已知的二维超声图像，然后再对获得的图像进行三维重建，获取二维图像主要通过机械驱动扫查法和磁场空间定位扫查法。

另外一种是利用二维面阵探头控制超声波束在三维空间的偏转方向进行聚焦，获得实时三维空间数据，然后重建得到三维图像。所以面阵换能器即多维高密度超声换能器的研制引起了人们的极大兴趣。目前用于临床的商业化面阵探头，主要采用单晶材料，然而研制面阵换能器存在着很多技术难题[14]，如灵敏度低、阵元引线复杂、系统发射/接收通道数等问题。心脏实时三维超声成像技术正在逐步发展中。

3.4高频探头的高速发展

因医学成像对更高分辨率的追求，使得高频超声（≥20 MHz）成像成为一个研究热点。在皮肤科、口腔科、眼科、肌肉骨骼系统疾病的诊断，以及小动物活体成像等领域得到广泛应用。此外，超高频（≥50 MHz）超声可以有效地诊断青光眼和眼部肿瘤。美国南加州大学 NIH 医学超声换能器技术中心在该领域处于领先地位，Shung K． K 教授领导的团队研制了多种高频超声换能器，例如中心频率为 67MHz 和 100 MHz 的 32 阵元超声换能器阵列[15]。加拿大 Sunnybrook 研究中心 S． Foster 教授领导的团队，研制了（30 ～ 80）MHz 高频超声换能器。美国Volcano 生产的 Revolution 心血管内导管系统，使用了中心频率为

MHz 的相控阵。美国 Boston Sci-entific 研制了含有 40 MHz 机械旋转超声换能器的iCross 心血管内导管超声系统[15]。结束语

医学超声成像技术已在临床上得到广泛应用，作为超声成像系统核心部件的换能器研发在不断进行中。从当初的频带较窄的压电陶瓷换能器，发展到目前部分应用于临床的穿透深、信噪比高的压电单晶换能器、三维成像换能器和广泛应用于临床的宽频带换能器。宽频带、多维高密度、高频、微型化腔内集成探头和环境友好是未来超声换能器发展的主要方向。医学超声技术的发展使得超声成像成为临床诊断领域的重要组成部分。

参考文献

[1] 彭 珏，覃正笛，刁现芬，金 程，汪天富，陈思平.医学超声关键技术研究和进展[J].生物医学工程学进展，2013,34(1):21-26.[2] 裴先茹，高海荣.压电材料的研究和应用现状[J].安徽化工，2010,36(003):4-6.[3] Park S E，Shrout T R．Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals[J].JAppl Phys，1997,82(4): 1804-1811.[4] 伍于添．医学超声设备原理·设计·应用[M]．科学技术文献出版社，2012．

[5] BirerA,GhohestaniM,CathignolD.Development of a compact self-focusing piezoelectric generator using electrical pre-strain piezocomposite material Ultrason Sonochem, 2004, 11(3-4): 155-160 [6] Clade O，Felix N，Lacaze E． Linear and curved array with advanced electro acoustic and acoustic properties[A].IEEE Ultrasonics Symposium: IEEE[C], 2002．

[7] Shrout T R，Park S E，Lopath P D，et

al．Innovations in piezoelectric materials for ultrasound transducers[A], Society of Photo － Optical Instrumentation Engineers(SPIE)

Conference Series[C], 1998．

[8] 杨庆庆，李全禄，吴晶等.压电材料的研究和

应用现状[J].西安邮电学院学报，2011，16（S2）: 4-6

[9] 赵亚，李全禄，王胜利等．无铅压电陶瓷的研

究与应用进展[J]．硅酸盐通报，2010，29（3）[10] Vos H J，Frijlink M，Droog E，et al． Transducer

for harmonic intravascular ultrasound imaging［J］． IEEE Trans．Ultrason Ferroelectr Freq Control，2005，52（12）: 2418－ 2422.[11] Oralkan O，Ergun A S，Johnson J A, et al.Capacitive micromachined ultrasonic transducers: Next-generation arrays for acoustic imaging[J].IEEE Trans.Ultrason．Ferroelectr Freq Control，2002,49(11): 1596-1610.[12] Akasheh F, Myers T, Fraser J D.et al.Development of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers[J]．Sens Actuators A Phys，2004, 111(2): 275-287.[13] Schulze-Clewing J，Eberle M J，Stephens D N.Miniaturized circular array for intravascular ultrasound[C].IEEE Ultrasonics Symposium: IEEE, 2000

[14] Smith S W，Lee W，Light E D，et al． Two

dimensional arrays for 3-D ultrasound imaging[A].IEEE Ultrason-ics Symposium: IEEE[C], 2002

[15] Cannata J M，Williams J A，Zhou Q，et

al． Development of a 35-MHz piezo-composite ultrasound array for medical imaging[J]． IEEE Trans． Ultrason． Ferroelectr．Freq． Control，2006,53(1): 224-236

第五篇：20180410四维超声加值班补贴申请计划

申

请

尊敬的院领导：

您好！新年新气象，狗年一开年，超声科病人数激增，我们面临以下困境：四维超声加班过长，尚无补贴；据调查一开春超声科，四维孕妇预约等待人数突破2000人/月；我科4名专业产前超声诊断医师日以继夜加班加点尚不能完成任务，早上班，晚加班，晚回家已成常事，但仍解决不了孕妇积压的困惑。一医四维早已蜚声襄阳，大量孕妇从周边县市涌入，四维是门诊收入，474元/次,胎儿心脏会诊收费是350元/人（两项收入均是现金收费，是纯收入），大量孕妇等待不及流入其他不具备资格的私人医院检查，这些医院水平不一，技术参差不齐，极易造成漏诊错诊，一不利于襄阳市人口素质的提高，二造成我院门诊收入大量流失，对此我预备排加值班周一至周五每天加班，周六周日正常上班加诊，尽全力解决积压孕妇四维超声，为门诊创收，实现超声科门诊收入增长极，但四维医师周末加值班确实辛苦，无法陪伴家人，特申请补贴50元/孕妇四维（一个月可为门诊提高纯现金收入20万,年提高300万）。此举社会医院效益双赢，请院领导予以批准。

一医院超声科

王瑜