成像的原理很簡(jiǎn)單，大家初中物理課上都學(xué)過(guò)，我們?cè)诖司筒辉斒隽?，但是我們?cè)谌粘Ｉ钪械拇_是可以看到很多這方面的應(yīng)用。

　　聲成像的研究開始于20世紀(jì)20年代末期。最早使用的方法是液面形變法。隨后，很多種聲成像方法相繼出現(xiàn)，至70年代已形成一些較為成熟的方法，并有了大量的商品化產(chǎn)品。聲成像技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，主要用于地質(zhì)勘探、海洋探測(cè)、工業(yè)材料非破壞探傷和醫(yī)學(xué)診斷等方面。

　　什么是聲成像？

　　聲成像是基于傳聲器陣列測(cè)量技術(shù)，通過(guò)測(cè)量一定空間內(nèi)的聲波到達(dá)各傳聲器的信號(hào)相位差異，依據(jù)相控陣原理確定聲源的位置，測(cè)量聲源的幅值，并以圖像的方式顯示聲源在空間的分布，即取得空間聲場(chǎng)分布云圖－聲像圖，其中以圖像的顏色和亮度代表聲音的強(qiáng)弱。聲成像方法可分為常規(guī)聲成像、掃描聲成像和聲全息。

　　a、常規(guī)聲成像。從光學(xué)透鏡成像方法引伸而來(lái)。用聲源均勻照射物體，物體的散射聲信號(hào)或透射聲信號(hào)，經(jīng)聲透鏡聚焦在像平面上形成物體的聲像，它實(shí)質(zhì)上是與物體聲學(xué)特性相應(yīng)的聲強(qiáng)分布。用適當(dāng)?shù)臅簳r(shí)性或永久性記錄介質(zhì)，將此聲強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換成光學(xué)分布，或先轉(zhuǎn)換成電信號(hào)分布，再轉(zhuǎn)換為熒光屏上的亮度分布。如此即可獲得人眼能觀察到的可見圖像。

　　b、掃描聲成像。通過(guò)掃描，用聲波從不同位置照射物體，隨后接收含有物體信息的聲信號(hào)。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理，獲得物體聲像，并在熒光屏上顯示成可見圖像。

　　c、聲全息。將全息原理引進(jìn)聲學(xué)領(lǐng)域后產(chǎn)生的一種新的成像技術(shù)和數(shù)據(jù)處理手段。

　　聲學(xué)照相機(jī)，又名聲相（像）儀，是利用傳聲器陣列測(cè)量一定范圍內(nèi)的聲場(chǎng)分布的專用設(shè)備，可用于測(cè)量物體發(fā)出的聲音的位置和聲音輻射的狀態(tài)，并用云圖方式顯示出直觀的圖像，即聲成像測(cè)量。目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的聲相儀，是由中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室自行研制的聲相儀系統(tǒng)，具有世界先進(jìn)水平。

　　隨著臨床需求與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，超聲影像技術(shù)經(jīng)過(guò)了應(yīng)用初期的一維超聲成像（A型和M型）、灰階二維超聲成像（復(fù)合成像和實(shí)時(shí)成像）和三維超聲（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)成像）等多個(gè)發(fā)展階段，目前已經(jīng)非常成熟，在臨床診斷上發(fā)揮出巨大的作用。

? ?當(dāng)然可靠的數(shù)據(jù)提取是得到精確三維超聲圖像的前提，這就需要對(duì)光聲信號(hào)能夠高效采集。

　　三維超聲成像技術(shù)原理

　　三維超聲成像分為靜態(tài)三維成像和動(dòng)態(tài)三維成像，動(dòng)態(tài)三維成像由于參考時(shí)間因素（心動(dòng)周期），用整體顯像法重建感興趣區(qū)域準(zhǔn)實(shí)時(shí)活動(dòng)的三維圖像，則又稱之為四維超聲心動(dòng)圖。靜態(tài)與動(dòng)態(tài)三維超聲成像重建的原理基本相同。

　　1、 立體幾何構(gòu)成法；該法將人體臟器假設(shè)為多個(gè)不同形態(tài)的幾何體組合，需要大量的幾何原型，因而對(duì)于描述人體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)并不完全適合，現(xiàn)已很少應(yīng)用。

　　2、 表面輪廓提取法；是將三維超聲空間中一系列坐標(biāo)點(diǎn)相互連接，形成若干簡(jiǎn)單直線來(lái)描述臟器的輪廓的方法，曾用于心臟表面的三維重建。該技術(shù)所需計(jì)算機(jī)內(nèi)存少，運(yùn)動(dòng)速度較快。缺點(diǎn)是：（1）需人工對(duì)臟器的組織結(jié)構(gòu)勾邊，既費(fèi)時(shí)又受操作者主觀因素的影響;（2）只能重建比較大的心臟結(jié)構(gòu)（如左、右心腔），不能對(duì)心瓣膜和腱索等細(xì)小結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建;（3）不具灰階特征，難以顯示解剖細(xì)節(jié)，故未被臨床采用。

　　3 、體元模型法（votelmode）；是目前最為理想的動(dòng)態(tài)三維超聲成像技術(shù)，可對(duì)結(jié)構(gòu)的所有組織信息進(jìn)行重建。在體元模型法中，三維物體被劃分成依次排列的小立方體，一個(gè)小立方體就是一個(gè)體元。任一體元（v）可用中心坐標(biāo)（x，y，z）確定，這里x，y，z分別被假定為區(qū)間中的整數(shù)。二維圖像中最小單元為像素，三維圖像中則為體素或體元，體元素可以認(rèn)為是像素在三維空間的延伸。與平面概念不同，體元素空間模型表示的是容積概念，與每個(gè)體元相對(duì)應(yīng)的數(shù)V（v）叫做“體元值”或“體元容積”，一定數(shù)目的體元按相應(yīng)的空間位置排列即可構(gòu)成三維立體圖像。描述一個(gè)復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)所需體元數(shù)目很大，而體元數(shù)目的多少（即體元素空間分辨率）決定模型的復(fù)雜程度。

三維超聲成像技術(shù)研究

　　三維超聲成像技術(shù)采用二維面陣超聲探頭，使超聲束在三維掃查空間中進(jìn)行擺動(dòng)，即可直接得到三維體數(shù)據(jù)。但二維面陣換能器的制作工藝限制了陣元數(shù)，使得三維圖像的分辨率受到了一定的限制。目前已有使用二維陣列的超聲成像系統(tǒng)面世。目前三維超聲數(shù)據(jù)的提取仍廣泛采用一維陣列探頭。用一維陣列探頭提取三維超聲數(shù)據(jù)，需要外加定位裝置，如目前臨床廣泛采用的一體化探頭。該探頭是將一個(gè)一維超聲探頭和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)封裝在一起，操作者只要將該探頭放在被探查部位，系統(tǒng)就能自動(dòng)采集三維數(shù)據(jù)。還有一種新型探頭專門用于解決定位問(wèn)題。該探頭有三個(gè)陣列，中間的主陣列用于超聲成像，與主陣列垂直的兩個(gè)側(cè)陣列用于提取定位圖像。由于探頭移動(dòng)的連續(xù)性，所以定位圖像兩兩重疊部分很大，可以通過(guò)兩側(cè)的定位圖像確定兩次采樣間的位移、旋轉(zhuǎn)，從而確定圖像的空間位置。

　　1 、胃、腸道疾病。囑受檢者適量飲水或灌腸后可建立良好的透聲窗。清楚顯示胃腸道隆起性病變與潰瘍的大小、深度、邊緣形態(tài)，觀察惡性腫瘤的浸潤(rùn)深度、范圍及與鄰近組織、血管的立體位置關(guān)系，進(jìn)行術(shù)前TNM分期，對(duì)協(xié)助臨床制定相應(yīng)的治療方案，具有重要意義。3D-CDE（彩色多普勒能量圖CDE）對(duì)潰瘍出血和胃底靜脈曲張的診斷，也可提供較大的幫助。

　　2 、膀胱疾病。膀胱充盈后可形成極佳的透聲窗，三維超聲與二維超聲一樣清晰顯示病變的形態(tài)、大小、數(shù)目、內(nèi)部回聲，同時(shí)三維超聲還能顯示病變的整體、表面形態(tài)及腫瘤對(duì)膀胱壁的浸潤(rùn)情況，從而提高了其診斷的準(zhǔn)確性，并有助于腫瘤術(shù)前方案的抉擇。對(duì)慢性膀胱炎癥、憩室、結(jié)石、凝血塊等膀胱疾病的診斷，也顯示出優(yōu)越性。

　　3、 在實(shí)質(zhì)性臟器中的應(yīng)用

　　肝臟疾病。肝囊腫與肝膿腫二維超聲診斷準(zhǔn)確性較高，而肝癌與肝內(nèi)其它性質(zhì)占位性病變相互間的鑒別有時(shí)較為困難。三維超聲可從不同方位觀察肝表面和邊緣輪廓，腫三維超聲成像在臨床上有廣泛的應(yīng)用前景。可用于精確測(cè)量和定位在產(chǎn)科臨床上，三維超聲成像可用于鑒別早期胎兒是否存在畸形以及檢查各個(gè)孕期胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育情況；在心血管疾病診斷中，可用于多種心臟疾病以及血管內(nèi)疾病的檢查。隨著實(shí)時(shí)三維超聲成像（一般要求幀頻必須大于20幀/s）的研究成功，三維超聲有望在心臟疾病檢查中發(fā)揮更大的作用。盡管如此，由于價(jià)格和技術(shù)上的原因，目前三維超聲成像尚未達(dá)到臨床廣泛應(yīng)用的水平，也還有不少值得研究的問(wèn)題。

　 4、 在婦科的應(yīng)用

　　三維超聲對(duì)子宮實(shí)質(zhì)性腫瘤的斷，有一定輔助作用。對(duì)卵巢和輸卵管病變（特別囊性變），可清晰顯示其立體外形輪廓、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、有無(wú)分隔與性突起、液體渾濁度等。對(duì)盆壁轉(zhuǎn)移性病灶合并腹水的人，三維較二維超聲的診斷價(jià)值更大。文獻(xiàn)報(bào)道三維超聲診斷附件區(qū)惡性腫瘤時(shí)，其敏感性由二維超聲的80%增87%。此外，三維超聲于術(shù)前可清晰顯示惡性腫瘤浸及圍臟器的情況，評(píng)價(jià)腫瘤與子宮、盆壁及髂血管的關(guān)系，為中能否切除腫瘤提供有價(jià)值的資料。與此同時(shí)，應(yīng)用3CDE可以顯示腫瘤內(nèi)血管空間結(jié)構(gòu)，并計(jì)算單位體積內(nèi)的瘤血管密度，為腫瘤的定性診斷增加新的參考指標(biāo)。

　 5、在心血管系統(tǒng)的應(yīng)用

　　心臟為具有復(fù)雜三維形態(tài)的動(dòng)態(tài)器官 三維超聲心動(dòng)圖能夠提供心臟的三維立體結(jié)構(gòu)，直觀顯示心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的解剖形態(tài)、空間關(guān)系、立體方位及血流變化等，為各種瓣膜疾病、心肌疾病和先天性心臟復(fù)雜畸形的診斷與治療提供幫助。RT-3DE能實(shí)時(shí)總體評(píng)估一個(gè)心動(dòng)周期心臟的解剖、功能及活動(dòng)狀況，測(cè)定心腔容量，估測(cè)心室重量及各項(xiàng)心功能指標(biāo)，分析室壁節(jié)段運(yùn)動(dòng)等，在冠心病、先天性心臟畸形等心血管疾病的定性和定量診斷方面發(fā)揮重要作用。

　　總結(jié)：超聲成像是臨床上廣泛使用的一種成像模式，在某些場(chǎng)合甚至是最好乃至唯一可用的成像模式。各種新技術(shù)新方法的開發(fā)和利用，使超聲儀器的檢測(cè)和診斷更為有效，應(yīng)用范圍也不斷延伸，如用于觀察病程的發(fā)展情況、細(xì)胞的代謝情況等。超聲成像技術(shù)在過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)都是醫(yī)學(xué)影像研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。隨著技術(shù)的發(fā)展、研究的深入，將會(huì)有更多新發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)用于超聲成像。