上海国际医疗器械展 聚焦超声影像技术：心腔内超声、血管内超声、AI超声、手持超声、超声内镜

超影检查全称是超声影像学检查，主要明确受检部位的结构、功能是否正常。通常情况下，超声影像学检查根据部位可分为心脏超声、腹部超声、血管超声和其他部位超声这四大类。

目前，临床广泛应用的医学影像设备包括 X线、 CT、磁共振、超声等，其中超声具备安全、无创、实时、经济、 便携等优点 ，易于在临床上推广使用。

超声影像已由早期的腹部及妇产科诊断，拓展至心血管、神经、肌肉骨骼等，并逐步渗透至超声引导介入等非诊断领域。

上海国际医疗器械展自2016年起布局医疗电子，从最初的电子部件、电机&传动控制展区到2023年首开的医疗器械设计与制造展区，目前想要系统了解医学成像以及超声影像相关研发设计的更多技术内容，尽在上海国际医疗器械展。

• 黑白超声主要依据声阻抗特性和声衰减特性原理；
• 彩超，全称实时二维彩色多普勒血流显像仪，是集声学材料、信息检测、电子技术、微计算机技术、图像处理、精密工艺等先进技术于一体的高档医疗设备，能即时测算出人体血流中血细胞的移动方向、速度、分布，准确显示组织血流情况。
• 全数字彩超拥有更先进的成像技术，传统模拟彩超正逐步被全数字彩超所代替。

• 便携式彩超便于携带、友好和操作界面快捷；
• 相对而言，台式彩超体积较大，不便于携带，但其功能更多更强大，性能更好。

根据性能可分为，低端、中端、高端超声。物理通道数是探头最重要的参数，一般来说通道数越大，彩超档次越高。

国家发改委发布的2017年《高端医疗器械和药品关键技术产业化项目指标要求》中对高端彩超提出了明确要求：

• 关键技术：数字化波束合成、高帧频彩色血流成像、造影剂谐波成像、实时三维成像、剪切波弹性成像等新型成像技术，多模态技术，小型化设计技术；
• 关键部件：高密度单晶材料探头、二维面阵探头等新型探头；
• 主要指标：物理通道数≥128。

目前高端彩超基本需要配备：

• 灵敏度高、宽频带、多振元、声场特性好的探头，还能适配多种用途的探头；
• 全数字化声束处理技术
• 可用于全身脏器检查，具有CDE图（能量图）；
• 先进的图像处理功能，图像记录、管理功能等；
• 图像质量高，从空间分辨力、速度分辨力、动态分辨力等各个角度评估。

与国外高端超声相比，国产超声差距主要体现在软件和一些复杂功能上，如剪切波弹性成像、造影等。

GE和飞利浦的超声采用面阵探头技术以提供高分辨率的实时三维血管解剖图像。目前，迈瑞医疗、开立医疗、祥生医疗的面阵探头实时三维成像技术、二维面阵探头处于研发中。

根据仪器显示方式，主要分为A型、B型、M型、D型超声。

A型（Amplitude Mode）超声诊断

• A型超声诊断是将超声回声信号以波的形式显示出来，纵坐标表示波幅的高度即回声的强度，横坐标表示回声的往返时间即超声所探测的距离或深度。
• A型超声存在一维局限性，即探测信息量少、盲目性大，自B超发展后已逐渐被抛弃。但该方法对回声各种参数量的变化颇为灵敏，在脑中线、眼及脂肪层测量方面仍为理想手段。

B型（Brightness Mode）超声诊断

• B型超声（B超）诊断是将回声信号以光点明暗，即灰阶的形式显示出来，光点的强弱反应回声界面反射和衰减超声的强弱。光点、光线和光面构成了被探测部位二维断层图像或切面图像，即声像图。
• B型超声可进行实时显像，广泛地应用于各组织器官的疾病的诊断，如心血管系统疾病、肝胆疾病、肾及膀胱疾病、生殖系统疾病、脾脏病变、眼科疾病、内分泌腺病变、孕期胎检及其它软组织病变。

M型（Motion Type）超声诊断

• 超声光点扫描法是在声像图上加入了慢扫描锯齿波，使回声信号从左向右自行移动扫描。纵坐标为扫描时间（即超声传播时间），横坐标为光点慢扫描时间，显示时间位置曲线图，如M型超声心动图。与A型超声相同，均反映的是一维空间结构。
• M型超声主要应用于心血管系统的检查，动态地了解心血管系统形态结构和功能状况，并获取相应的心血管生理或病理的技术指标。

D型（Doppler Mode）超声诊断

• 多普勒法，简称D型（D-mode），是应用多普勒效应原理设计的。
• 当探头与反射界面之间有相对运动时，反射信号的频率发生改变，即多普勒频移，用检波器将此频移检出，加工处理，即可获得多普勒信号音。
• 目前临床应用广泛的是经过进一步发展的彩色多普勒超声与经颅多普勒超声检测。
• 彩色多普勒血流显像（CDFI）或彩色多普勒显像（CDI）主要是利用血液中运动的红细胞对声波的散射，产生多普勒效应，经伪彩色编码技术，在二维图像上显示彩色血流影像。不同方向的血流以不同的颜色表示。彩色多普勒超声诊断仪同时具备频谱多普勒功能，可在彩色图像上定点取样，显示多普勒频谱图，并听取多普勒信号音。
• 经颅多普勒超声 (TCD)是用较低频率的多普勒超声探查颅内动脉，显示为多普勒频谱图，用来诊断各种脑血管疾病，如脑血管畸形、脑动脉瘤、脑血管痉挛等。
  
  

医用彩色超声诊断仪通过仪器发射的高频电信号，引起探头里晶体的震动，转变为超声波进入人体，探头接收时将人体反射的超声波转换为电信号，电信号经过数字波束形成器的数字化处理后（可以提高图像质量），在显示器上成像。其包括探头、主机、控制面板、显示器及其他附件，其中探头和数字波束形成器是决定超声诊断仪成像质量的核心因素。

超声探头主要由压电晶体、声透镜、匹配层、吸声背材及外壳构成。

压电晶体是超声探头的主体，晶体被电刺激之后，晶体会沿其短轴方向膨胀，改变电信号的极性，晶体又会收缩。快速的膨胀和收缩就会产生超声波，将电能转换成超声能（发射）；超声波作用于晶体时，将会把压缩或拉伸的能量转化成晶体的膨胀和收缩，将超声能转换成电能（接收）。

晶体材料（如石英、铌酸锂、硫酸锂等）和陶瓷材料（如锆钛酸铅PZT、钛酸钡、偏铌酸铅等）被用来做压电晶体，其中多数超声探头采用锆钛酸铅（PZT）作为压电晶体材料。同样的材料采用不同的培养方式、切割方式、烧制方式等，会产生多种多样的成品，形成频段、成像清晰度和成像质量的差异。

超声探头有三种分类方式：

• 按波束控制方式可分为线阵式探头、凸（弧）阵探头、相控阵探头。凸阵探头大多为 3.5MHz，扇形成像，主要用于腹部肝胆胰脾肾、妇产科和儿科类诊断；线阵探头大多为3.5MHz，矩形成像，主要用于血管、外科和胎儿诊断；相控阵线探头大多为 3.0MHz，扇形成像，主要用于深腹部心脏相关诊断；
• 按临床诊断部位可分为心脏探头、颅脑探头、腹部探头、眼科探头、腔内探头等；
• 按应用方式可分为穿刺探头、术中探头、腔内探头。腔内探头大多为 6.5MHz，经直肠、阴道探头；穿刺探头和术中探头用于手术或辅助治疗。

国际医疗器械展发现，探头的发射频率是探头最重要的特性参数之一，是由晶体的厚度决定的，晶体越薄，发射频率越高；而晶体的形状则确定了声束形状和声场分布等重要特性。探头频率越高，则波长越短，分辨力则越高，穿透能力较弱。

检查浅表器官如甲状腺、乳腺等，多采用高频探头，而深部脏器如心脏、腹部等，则采用低频探头，来增加其穿透性。

超声探头发展方向：

• 三维实时动态成像：获得三维超声图像主要有手持式、机械扫描和二维面阵电子扫描，其中手持式和机械扫描式探头的成像速度慢，达不到实时成像的要求；二维面阵探头是在二维相控阵换能器技术的基础上，实时获取三维图像，是三维超声成像系统中的核心部件。目前，研究重点集中在二维面阵探头，国内仍然缺乏有自主知识产权的三维超声成像技术。
  
  
• 向高频和超高频探头发展：高频超声成像使医学图像的分辨率更高。
  
  

文章来源：Medii Research

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