超聲醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)

超聲醫(yī)學(xué)影像設(shè)備經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的發(fā)展歷程,特別是90年代以來隨著醫(yī)學(xué)、機(jī)械材料、計算機(jī)、電子工程技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲診斷儀器的性能不斷提高、功能不斷完善、用途不斷擴(kuò)展。現(xiàn)在，沒有一個醫(yī)院可以離得開超聲影像診斷技術(shù)，超聲影像診斷具有高空間分辨率、高軟組織對比、實(shí)時快速成像、操作方法簡便、無禁忌、無損傷、可重復(fù)、可提攜和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，它與CT、MRI、同位素顯像一起構(gòu)成了臨床醫(yī)學(xué)中必不可少的四大影像診斷技術(shù)。

　　超聲影像診斷技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用概況

　　超聲影像診斷技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用始于上世紀(jì)中期，開始只是利用A型超聲儀檢測離體臟器的厚度，并進(jìn)行一些臨床疾病診斷的探索;繼之利用M型超聲儀探測正常人和風(fēng)濕性心臟病患者的心臟;直至70年代初期，可以顯示臟器和病變形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的B型超聲顯像技術(shù)應(yīng)用于臨床，從此翻開了臟器二維切面超聲成像檢查技術(shù)的新的一頁。80年代中期彩色多普勒超聲診斷儀問世，由于它可以顯示臟器和病變的形態(tài)結(jié)構(gòu)與血流動力學(xué)改變的雙重信息，又將超聲影像診斷技術(shù)水平向前推進(jìn)了一步。直到9 0 年代計算機(jī)數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，醫(yī)學(xué)超聲三維成像技術(shù)的研究成功，使得超聲影像診斷技術(shù)進(jìn)入了一個較高水平和新的發(fā)展階段。也就是說，從上世紀(jì)末到本世紀(jì)初，超聲影像診斷技術(shù)的發(fā)展是驚人的，它取得了許多重大的技術(shù)性突破?？v觀超聲影像診斷技術(shù)的發(fā)展過程，是一個由“點(diǎn)”(A型超聲)→ “ 線” (M型超聲) → “ 面” ( 二維超聲)→“體”(三維超聲)的發(fā)展過程;是一個由一維陣向到二維陣向朝三維陣向的發(fā)展過程;是一個由靜態(tài)成像向?qū)崟r動態(tài)成像的發(fā)展過程;是一個由單參量診斷技術(shù)向多參量診斷技術(shù)的發(fā)展過程;也是一個由解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)影像向解剖結(jié)構(gòu)功能影像、代謝影像、酶和受體及基因表達(dá)成像融合的分子影像的發(fā)展過程。

　　數(shù)字技術(shù)在超聲影像診斷設(shè)備中的應(yīng)用

　　超聲診斷儀的數(shù)字化， 從數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器開始到今天的超聲發(fā)射、接收、成像過程的全數(shù)字化，數(shù)字技術(shù)已為高性能超聲影像診斷設(shè)備普遍采用，如探頭新型編碼發(fā)射接收技術(shù)、數(shù)字化聲束技術(shù)、數(shù)字式延時技術(shù)、動態(tài)變跡技術(shù)、動態(tài)電子聚焦、動態(tài)孔徑技術(shù)等。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用還促進(jìn)和帶動了超聲影像診斷設(shè)備的高性能、智能化和小型化。高性能的超聲影像診斷裝置不僅能夠滿足臨床疾病診斷的各種需求，而且能夠深入開展相關(guān)基礎(chǔ)理論和臨床醫(yī)學(xué)研究，從而進(jìn)一步促進(jìn)了超聲影像診斷技術(shù)從單純形態(tài)學(xué)向形態(tài)生理與功能學(xué)及分子影像學(xué)方向的發(fā)展。智能化可實(shí)現(xiàn)一鍵操作，如一鍵多功能，既可調(diào)節(jié)TGC、接收增益、動態(tài)范圍，又可調(diào)節(jié)速度標(biāo)尺，多普勒基線等眾多參數(shù)，從而避免了檢查過程中復(fù)雜、繁瑣的調(diào)節(jié)操作。在保證所需功能前提下的超聲儀器小型化，其裝置結(jié)構(gòu)簡單，如筆記本電腦大小，無論是床邊檢查還是出診或急診的現(xiàn)場搶救檢查，更能體現(xiàn)出超聲影像診斷技術(shù)的重要臨床地位和價值，同時，也拓寬了超聲診斷技術(shù)的臨床應(yīng)用范圍。另外，隨著信息高速公路的興起，通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前不同廠家、不同機(jī)型的超聲影像診斷設(shè)備都設(shè)有DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)接口。在DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)中，不僅涵蓋了與醫(yī)學(xué)影像學(xué)直接相關(guān)的數(shù)據(jù)字典、信息交互、網(wǎng)絡(luò)通訊、介質(zhì)存儲和文件格式以及顯示打印、管理等方方面面的內(nèi)容，而且還有逐步覆蓋整個醫(yī)療環(huán)境中容量和數(shù)據(jù)信息交換的趨勢。也就是說可以將超聲影像診斷設(shè)備或連同超聲影像工作站一起融入醫(yī)院圖像管理與通訊系統(tǒng)(PACS)，甚至融入整個醫(yī)院的信息系統(tǒng)。

　　超聲影像診斷儀探頭技術(shù)的發(fā)展

　　探頭又稱為換能器， 它是超聲影像診斷儀中最重要的部件之一，其主要作用是將超聲發(fā)射到人體后再接收人體中的超聲回波信號。高性能、高品質(zhì)的探頭不僅是獲得高質(zhì)量圖像的前提，更是各種新的超聲成像方法的技術(shù)保證。探頭的結(jié)構(gòu)一般是由主體、殼體和導(dǎo)線三部分組成，其中壓電材料(晶片)是主體的核心。從單晶片、多晶片發(fā)展到數(shù)十個、數(shù)百個甚至千個以上的晶片，同時由若干個晶片并聯(lián)起來組成的探頭陣元數(shù)都在不斷擴(kuò)展。目前，探頭的主要發(fā)展趨勢是新材料、新工藝、多陣元(高密度)、高頻、寬頻帶和專用。新材料：主要包括復(fù)合材料和有機(jī)薄膜材料;新工藝：就是將壓電陶瓷和高聚物按一定的連接方式，一定的體積比例和一定的空間幾何分布復(fù)合而成，具有高靈敏度、低電阻抗(有利于與人體組織間的匹配)和較低機(jī)械品質(zhì)因素(有利于頻帶的展寬)等優(yōu)勢; 高密度： 1 維(256陣元)、1.5維( 8 × 1 2 8 陣元) 、2維(60×60陣元);高頻： 3MHz - 7MHz頻率的探頭用于診斷腹部和心臟疾病，10MHz-15MHz頻率的探頭用于淺表臟器的檢查，20MHz-40MHz頻率的探頭用于眼和皮膚的超聲成像， 而100MHz-200MHz頻率的探頭主要用于超聲顯微鏡; 寬頻帶： 寬頻帶是指換能器工作頻率的上下限范圍，它可實(shí)現(xiàn)使用一個探頭檢查時由淺到深發(fā)射和接收由高到低不同頻率的超聲回波信號，同時，也是實(shí)現(xiàn)頻域復(fù)合成像、諧波成像和其它一些非線性成像新技術(shù)的重要保障;專用：就是將探頭制成特殊形狀，如專門用于食道、直腸、陰道、尿道、膀胱、腹腔、血管等檢查的專用腔內(nèi)探頭。

　　超聲影像診斷中幾種新成像技術(shù)的發(fā)展

　　1. 超聲三維成像技術(shù)

　　超聲三維成像技術(shù)是超聲診斷技術(shù)領(lǐng)域的一項重大突破，是臨床超聲正在興起的一項新技術(shù)，它可獲得三度空間上的圖像信息，從而彌補(bǔ)二維平面成像技術(shù)的不足。三維成像技術(shù)根據(jù)成像原理可分為觀察非活動臟器的靜態(tài)三維成像和觀察心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)及其活動的動態(tài)三維成像與實(shí)時三維成像。靜態(tài)三維成像是采用二維探頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描或扇掃掃描，在一定時間內(nèi)獲取若干個切面圖像饋入計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行圖像重建，顯示出器官的三維立體圖，重建后的圖像清晰，邊界清楚，表面輪廓與深淺立體感強(qiáng)，器官與病變的形態(tài)具有特征性，主要用于對器官內(nèi)有液體存在或探查對象周圍有液體環(huán)抱者，如肝腎囊腫與膿腫、膽道結(jié)石與息肉、腎積水和腫瘤等;對胰、十二指腸三維圖像重建，可觀察胰頭與周圍組織的立體解剖結(jié)構(gòu)，有助于胰頭及膽總管病變的診斷;血管三維重建可實(shí)現(xiàn)沒有實(shí)質(zhì)組織反射的血管樹樣圖像，有助于了解臟器內(nèi)的血管走向、分支狀況、有無畸形、血栓形成等情況;對于沙盤樣結(jié)構(gòu)病變?nèi)鐫儭⑻好娌炕?、臍帶繞頸等也有鮮明的特點(diǎn)。另外，三維超聲成像可以向醫(yī)生提供腫瘤病灶在體內(nèi)的空間位置及三維形態(tài)，從而為超聲引導(dǎo)介入性治療提供更準(zhǔn)確的定位信息，有助于改善和進(jìn)一步提高臨床治療效果。

　　隨著高速掃查和采樣技術(shù)的發(fā)展，在靜態(tài)三維成像的基礎(chǔ)上加上心電圖同步技術(shù)的時間參量，則可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時方式顯示的動態(tài)三維成像(也稱四維參量);如果再加上速度信息，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時三維成像(又稱五維參量)。動態(tài)三維成像可以顯示大血管的起源、位置、方向及前后左右關(guān)系，觀察有無缺損并判斷缺損部位、形態(tài)大小，提供復(fù)雜、疑難先心病的診斷與鑒別診斷;可以準(zhǔn)確顯示心臟立體形態(tài)，更精細(xì)地測定心臟功能， 觀察室壁節(jié)段性運(yùn)動失常部位、范圍與程度，提供冠心病的診斷與治療依據(jù);可以顯示瓣口的整體結(jié)構(gòu)，對診斷瓣口狹窄與關(guān)閉不全，尤其是二尖瓣瓣裂與脫垂、腱索斷裂等瓣膜疾病有重要意義;還可以顯示心內(nèi)血流的立體動態(tài)圖像，對觀察血流方向、返流與分流有重要意義?？傊?，動態(tài)三維成像技術(shù)從不同方位觀察心臟的各種結(jié)構(gòu)的立體形態(tài)、空間關(guān)系、活動情況與血流動態(tài)，從而大大提高了臨床診斷的準(zhǔn)確性。

　　2. 寬景超聲成像技術(shù)

　　寬景超聲成像技術(shù)又稱超寬視野成像、拓寬視野成像或全景超聲成像技術(shù)，它是通過探頭的移動獲取一系列二維切面圖像，利用計算機(jī)重建的方法再把這一系列二維圖像拼接成為一幅連續(xù)超寬視野的切面圖像。寬景超聲成像技術(shù)的主要特點(diǎn)是可以提供更好的結(jié)構(gòu)層次與空間關(guān)系，清晰地顯示病變位置、大小、范圍、內(nèi)部回聲及其毗鄰，定量準(zhǔn)確地測量臟器大小和體積較大的病灶或腫物，較好地展示和延伸管道結(jié)構(gòu)，存在的主要不足則是會受到組織或器官運(yùn)動的干擾影像致使圖像模糊。寬景超聲成像技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于胸腹部、婦產(chǎn)科、乳腺、甲狀腺、睪丸等小器官以及肢體軀干的肌肉、血管和周圍神經(jīng)疾病的診斷。一幅寬景超聲圖像可以完全顯示整個乳房，獲取的圖像形態(tài)與乳房自然形態(tài)相同，乳房解剖層次清楚，病變特征明確，不同組織結(jié)構(gòu)成像反差明顯，并可以清楚顯示隆胸手術(shù)填充材料與胸大肌、乳腺腺體之間的關(guān)系。一幅寬景超聲圖像還可以獲得常規(guī)二維超聲無法獲得的整個胎兒全貌， 甚至包括胎盤在內(nèi)的完整結(jié)構(gòu)，對于多胎妊娠、胎位的判斷、羊水量多少與分布的評估、胎盤的定位、測量與分級等均有重要價值。特別是肢體軀干軟組織采用高頻線陣探頭大范圍迅速體層掃描，則可以獲得一幅從皮膚、皮下組織、肌肉、肌腱、血管、周圍神經(jīng)干以及骨膜的正常和病變體層解剖寬景圖像，且各層結(jié)構(gòu)特征一目了然。寬景超聲成像技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿土己玫膽?yīng)用前景，它結(jié)合常規(guī)實(shí)時灰階和彩色多普勒超聲會使現(xiàn)代超聲診斷技術(shù)更趨完善，同時，也為超聲CT的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　3. 分子影像技術(shù)

　　分子影像學(xué)是借助現(xiàn)代影像技術(shù)，以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)， 從分子水平研究和觀察疾病的發(fā)生，發(fā)展中病理生理變化和代謝功能改變，即從細(xì)胞和分子水平上確定和描述活體生物過程的一種成像方法。分子影像學(xué)這一專業(yè)術(shù)語最初出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代的中后期，并于1998年由美國國家癌癥研究所正式提出和應(yīng)用。分子影像學(xué)與傳統(tǒng)的成像方法不同，它所揭示的是導(dǎo)致人體疾病的細(xì)胞和分子異常，而不是細(xì)胞或分子發(fā)生改變后所導(dǎo)致的最終解剖組織結(jié)構(gòu)異常。臨床上，由于許多疾病在臟器組織出現(xiàn)病理改變之前，其功能或細(xì)胞分子就發(fā)生了明顯的改變，因此，通過細(xì)胞分子成像技術(shù)不僅可以更早地發(fā)現(xiàn)和確定疾病，還可以對疾病的治療效果直接做出細(xì)胞和分子水平的評價，從而對疾病的發(fā)生、發(fā)展和治愈過程建立起一個全新的科學(xué)性認(rèn)識。超聲在分子成像中通過單克隆抗體、多肽分子等靶向微泡對比劑，可以用于心血管、腫瘤等的靶向診斷，血栓、粥樣硬化斑塊等的治療和藥物、基因的輸送。微泡和聲學(xué)活性物質(zhì)可作為超聲成像靶向?qū)Ρ葎?，攜帶靶向配基，可與活體細(xì)胞結(jié)合，用作分子成像和治療， 靶向微米/ 納米氣泡開啟了分子影像的一個新的前緣。分子影像學(xué)是分子生物學(xué)、生物化學(xué)、納米技術(shù)、基因工程技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和圖像處理等技術(shù)多學(xué)科結(jié)合的成果，也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的革命性發(fā)展和未來發(fā)展的必然趨勢。