四维超声成像技术与方法

第一篇：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

第二篇：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。

第三篇：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。

第四篇：超声成像技术发展现状及应用

超声成像技术的发展现状及应用引言

超声成像以其使用安全、成像速度快、价格便宜和使用方便等优势在临床诊断中被大量使用，是临床诊断的重要工具之一[1]。随着超声在医学诊断领域的广泛而深入的应用，以及微电子技术、计算机技术、图像处理技术和探头技术等工程技术的进步，促进了超声诊断技术不断发展。不仅仪器的图像质量明显提高，而且诊断的模式和方法也更加丰富。国内外很多研究人员从事着超声的研究，使超声技术从模拟技术扩展到数字技术，即数字声束形成技术[2]；从低帧率成像扩展到高帧率成像[3]；从二维成像扩展到三维成像[4]；从线性技术扩展到非线性技术[5]，以适应临床不同的需求。本文着重对多普勒血流成像、三维成像技术和谐波成像技术作一下介绍，并对各自在临床方面的应用进行概括。超声多普勒成像技术

超声多普勒技术主要应用于心脏和血管疾病的诊断。它是无损诊断血管疾病的一种重要手段，对超声多普勒血流信号的分析处理可以为疾病诊断提供重要依据[6]。当超声源与人体内运动目标之间存在相对运动时,接收到的回波信号将产生多普勒频移,由此确定其运动速度大小、方向以及在断层上的分布。

2.1多普勒成像技术简介

目前应用于临床的有一维连续多普勒、一维脉冲多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒组织成像[7]。下面就多普勒组织成像技术及其应用做一个简单的介绍。

多普勒组织成像技术[7]是将低速高振幅的心肌运动信息进行彩色编码显示心脏运动信息的图像诊断技术。该技术能够直观的观察心动周期内各时相的室壁运动方向，并定量分析心脏各节段的室壁运动速度。与传统超声目测分析室壁运动相比，能够更为客观地评价心脏的运动特点。但多普勒组织成像无法克服多普勒声束与室壁运动方向夹角所产生的影响[8]。

2.2 超声多普勒成像技术应用

关于超声多普勒成像技术的临床应用的报道有很多。学者经研究发现二维及

彩色多普勒超声对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别有一定的诊断价值[9]。李斌采用彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤的声像图特征及其相应的生理、病理学基础作了相关的实验分析，得出彩色多普勒超声对子宫颈部肌瘤有很高的诊断价值[10]。也有人针对彩色多普勒超声和多层螺旋CT两种检查方式进行比较[11]。另外，超声多普勒成像技术也可用于心脏图像的动态三维图像[12]。三维超声成像技术

三维超声成像的概念最初由Baun和Greewood在1961年提出[13]。他们在采集一系列平行的人体器官二维超声截面的基础上，用叠加的方式得到了器官的三维图像。在这之后，很多人进行了这方面的研究工作。随着计算机技术和图像处理技术的发展，三维超声成像取得了明显的进展，一些实用的系统开始进入临床应用。

3.1 三维超声成像技术原理简介

三维超声成像技术包括数据获取、三维图像重建和三维图像的显示[14]。三维超声成像是在采集二维图像的基础上进行重建而成。

要获得理想而准确的三维图像，需要清楚地了解二维图像的位置及角度，还需尽快扫查以避免运动伪像。常用机械驱动扫查、自由扫查、一体化容积探头扫查等方式获取[15]。

获取二维图像数据后，便可形成三维立体数据库。当选择一个参考切面对三维立体数据库进行任意方向的切割和观察时，即可完成对感兴趣结构的三维重建与显示。常用的重建方法为[15]：基于特征的三维图像重构法、基于体素的三维图像重构方法。显示方式有：断面成像、表面成像、透明成像。

3.2 三维超声成像的优缺点

与传统二维超声成像相比，三维超声成像具有明显的优势。主要表现在以下几个方面[16]：直接显示脏器的三维解剖结构；可对三维成像的结果进行重新断层分层，从而能从传统成像方式无法实现的角度进行观察；可对生理参数进行精确测量，对病变位置精确定位。

无可厚非，三维超声成像还存在不足之处[16]。主要表现在三个方面：(1)成像速度慢；(2)空间分辨力低；(3)成像效果未达到临床诊断要求。

3.3 三维成像的应用

三维超声在产科领域的应用较早，技术也较成熟[14]。不仅可以对胎儿体表结构进行表面成像，还可利用透明成像对胎儿体内结构进行三维重建，从而对胎儿整体形态结构进行观察。在心血管疾病诊断中，可用于多种心脏疾病以及血管内疾病的检查。随着实时三维超声成像的研究成功，三维超声有望在心脏疾病检查中发挥更大的作用。另外，三维成像对慢性膀胱炎症、憩室、结石、凝血块等膀胱疾病的诊断，也显示出优越性[14]。当然，它的临床应用还有很多，如在肝脏疾病、肾脏疾病以及眼科疾病等方面的治疗中也取得不错的成效[17]，再次不一一列举。谐波成像技术

在谐波成像应用于临床之前，所有超声成像系统都是按照线性超声来设计的。非线性声学的理论和实验表明，有限振幅声波在传播过程中会产生非线性效应，因此可以利用人体组织产生的高次谐波进行成像[18]。当前应用较广的有造影谐波成像，组织谐波成像等。具有谐波成像和Doppler血流成像功能成为高端超声成像仪的主要标志。

4.1 组织谐波成像和造影谐波成像

临床上，由于肥胖、胃肠气体干扰、腹壁较厚或疾病等原因，约有20%-30%此类的病人被称为超声显像困难病人[18]。对于此类病人需要较低频率的超声检查以增加穿透力从而得到进一步的诊断研究，组织谐波成像便能解决此问题。

组织谐波成像是利用超声传播过程中由人体组织自身产生的高次谐波进行成像[19]。组织谐波成像和造影谐波成像都是通过提取回波信号中的高次谐波分量进行成像，但高次谐波产生的物理原理却不相同。造影谐波成像的原理如下

[20]：超声造影剂内存在大量的微气泡，若通过静脉注射造影剂，由于造影剂中的微气泡与周围血液的声阻抗差异较大，增强了超声束的后向散射信号，从而提高超声图像的对比度，改善图像质量。这种利用造影剂反射回波的二次谐波成像的方式称为造影剂谐波成像。

4.3 谐波成像应用

目前谐波成像技术在心脏和腹部疾病超声图像诊断方面的应用较为广泛。但谐波成像发射频率较低，接受频率较高，使得靶区图像分辨力降低。因此，此项技术尚处在初级应用阶段。国内对组织谐波成像研究仅限于临床应用研究，尚缺

少对该项技术在理论和实验方面的深入研究。国外已经开展了组织谐波成像模型的理论研究，取得了一些成果。比如Yadong Li研究了用于产生谐波B型超声图像的计算模型[21]。组织谐波成像已经被证实具有较好的影像解析度，它比基波图像有着更好的对比，造影剂二次谐波成像可以增强造影剂与周围组织的对比度，使成像更为清晰。展望

从早期超声诊断技术到目前的超声多普勒成像技术、三维成像技术和谐波成像技术的发展历程来看，超声图像诊断技术的发展目的是为了提高图像质量，准确反映疾病信息。超声成像技术在过去、现在和将来都是医学影像研究的重点内容之一。随着技术的发展、研究的深入，相信将会有更多新发现和新技术用于超声成像中。

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第五篇：光电成像原理与技术教学大纲

《光电成像系统实践》教学大纲

课程编号：OPT04042 英文名称：Practice of Photo-electronic imaging System 学

分：3

学时：3周

先修课程：应用光学，光电成像原理与技术，精密机械基础等

一、目的与任务

本环节为电子科学与技术专业（光电子方向）实践教学必修环节，安排在第7学期进行。本教学实践环节旨在通过对典型光电成像系统结构的认识和设计，进一步巩固、加深学生对光电成像系统的构成、各技术环节的作用和工作原理的认识和理解，明确系统总体性能与各部分参数的关系，使学生掌握光电成像系统的总体设计的思路、步骤和关键环节部件选配方法等。通过本实践教学环节，可达到提高学生动手能力和在实际工作中独立发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强学生对科学性、合理性、经济性、可行性、可靠性、可维护性等工程概念的理解，以及提高学生解决实际工程问题水平的目的。

本课程的内容亦军亦民，与国防装备密切相关，因此，本课程的学习可以培养学生的爱国主义精神和大国防意识。

二、教学内容及学时分配（3周）

课程设计题目分类：

设计1 直视微光成像（观瞄）系统设计（关键部件选型应包括：物镜系统、像管＋高压电源、目镜系统的选型等）；

设计

2电视型微光成像（如车载夜视仪、星光级电视瞄具）系统设计（关键部件选型应包括：物镜系统、像管＋高压电源、摄像系统、信号传递方式及显示系统的选型等）；

设计

3主动照明微光／红外成像（如车牌抓拍系统、闯红灯违章记录系统、车号识别系统、露天场景全天候监视系统、水下成像系统）系统设计（关键部件选型应包括：光源、滤光镜、物镜系统、像管＋高压电源、目镜系统的选型等）；

设计

4医用内窥镜电视成像（如胃镜系统、工业内窥镜）系统设计（关键部件选型应包括：专用镜头、光源、传光系统、支撑机构、信号传递方式、显示方式与显示系统等）；

设计5 高速工业在线视频检测成像（如钢丝直径在线检测、路面瑕疵或不平整度检测系统、轨道参数测量系统、印刷品质量检测系统、电路板故障检测系统）系统设计（关键部件选型应包括：光源、滤光镜、物镜系统、摄像系统、信号传递方式、信息记录或显示系统的选型及图像处理方案等）；

设计6 特种光电成像系统设计（选择光子计数探测系统、火星车立体视觉系统、紫外指纹搜索系统、门禁体温自动探测系统、高炉炉膛测温成像系统、舰载红外警戒系统、多光谱成像系统或其他新用途、新型成像系统。关键部件选型根据具体要求进行）； 课程设计要求：

学生在以上设计选题中选做1个，根据具体设计要求的技术指标（观察条件、目标及背景特性、工作条件等其他相关技术指标）完成系统的框架设计、总体技术参数分配、关键部件的选配等；通过网络检索、查询相关设计手册等手段，完成关键部件详细参数的了解和市场调研，完成关键部件选型，参数验算，并利用实验室已有试验条件，开展部分模拟性验证实验和计算机仿真；对诸如专业处理电路等非成熟产品，要求能够给出功能框图，数据输入输出格式及要求等；使用绘图软件画出系统总体结构图，撰写设计论证报告、计算书、模拟实验报告（或软件仿真实验报告），对设计结果进行初步的性能评估。课程设计内容及时间分配：

第一周集中讲课：以教师对既往科研中开展过的某个光电成像系统设计过程为例，让学生了解系统设计的基本思路，要求学生理解光电成像系统总体设计方法和设计原则、技巧及完整的设计过程。同时，介绍常用的结构设计方法与应用软件、电子电路的设计方法和应用软件。

演示与操作实验：通过实验室内对实物解剖、展示，让学生亲自观察、使用和分析实验室现有的夜视仪、电视摄像系统（黑白／彩色）、显示器（黑白／彩色），视频发射接收器等光电成像系统及关键部件，了解实际光电成像系统的共性和特性。

安排课程设计题目并根据提出具体要求：学生自愿选题，每个题目可以有最多5名成员组成小组共同完成，在教师的指导下明确组内各成员的分工，进而指导其完成总体技术指标的确定，确定系统总体方案。要求学生在本周末提交设计论证报告（初稿），完成成像器件性能指标的确定和选型及总体技术指标计算书。

第二周 指导学生通过查询相关设计手册、网络检索完成对其他关键部件详细参数的了解和市场调研，完成部件选配，参数验算；并结合细化的设计过程，对上周指定的设计论证报告中提到的相关技术指标进行必要的修正。利用实验室已有试验条件，设计并搭建局部性能的模拟性验证实验系统，或编制小规模的计算机仿真程序（如模拟成像系统的图像探测、采集、存储、传输的功能、验证相关照明条件与滤光系统对成像系统的影响、编制图像预处理及特征提取等特定需要的功能软件以验证图像处理算法选择的科学性、可行性等），对诸如专业处理电路等非成熟产品，要求能够给出功能框图，数据输入输出格式及要求等；学习并使用绘图软件画出系统总体结构图。本周末对各组设计工作的阶段性进展进行考核。

第三周 开展部分模拟性验证实验和计算机仿真；根据小组内各成员的设计结果和问题，结合所设计系统的工作条件，开展工程化的论证和修正。按照小组分工，结合每个人的工作内容，有重点地撰写设计论证报告，并对设计结果进行初步的性能评估分析。以小组为单位，以答辩的形式，进行设计工作总结与考核。

三、考核与成绩评定

成绩评定根据创新性情况、设计论证报告、系统参数计算书、系统指标完成情况及设计是否达到要求并综合纪律、出勤情况给出。成绩分为优秀、良好、中等、及格和不及格五等。具体标准如下：

1.2.3.4.5.所设计的系统应满足应用的基本分辨力、灵敏度、动态范围等基本要求； 各关键部件在性能指标，结构及操作性等方面应满足适配性要求； 所设计系统中的部件成本应有一定的经济合理性；

对关注到环境适应性、可操作性，可维护性和可靠性的设计在评分时予以倾斜；

提交的设计论证报告时，需将所有选用关键部件的调研情况、局部功能模拟验证实验报告及相关功能性软件程序仿真结果作为附件一起提交。

四、大纲说明

1.本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。

2.在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。3.本大纲适合光电类相关专业。

五、教科书、参考书

教科书：

自编讲义 典型光电成像系统综合设计――待编

参考书：

白廷柱，金伟其编著．光电成像原理与技术[M]．北京：北京理工大学出版社，2006.1

编写教师： 曹峰梅

责任教授：

教学院长：

《Practice of Photoelectric Imaging System》

Course Code: OPT04042 Course Name: Practice of Photoelectric Imaging System Class Hour: 3 weeks Credit: 3 Course Description:

The objective of this course is to familiarize students with basic photo-electronic imaging devices, system architecture and its application, train the students’ ability of designing the integrated system, analyzing the relationship between the system’s whole performance with the parameters of basic models or devices.Through the course, students should learn how to calculate the parameters of the key elements, select the proper devices, practice the design method and design procedure of the photo-electronic system.The main contents of the course include analyzing several typical photoelectric systems as examples, introducing the frequently-used architectural or electronic design method and software, showing the students the night vision system and devices, color/mono CCD and other typical imaging devices.After introduction and practicing mounting the typical system, students should design the specific system and practice some basic parts.Students should work in groups and have clear division for a specific photoelectric imaging system.Then, from the system design, they need to implement part of the system to verify their design method and submit the design report.