摘 要:医用超声诊断仪在临床用于疾患诊断和计划生育已得到肯定,它的质量涉及到人类生命健康和生命的延续,提高图像质量成为该领域内科学技术攻关的焦点。现将 B 超诊断仪检定中的几个技术参数对图像质量的影响加以解释分析。

    鉴于对医用超声诊断仪(又称 B 超诊断仪)几年检定工作的总结,现将 B 超诊断仪检定中的几个技术参数对图像质量的影响加以解释分析。B超诊断仪在临床广泛应用,它的质量涉及到人类生命的健康和延续。如何提高图像质量成为该领域内科学技术攻关的焦点。图像质量的表征方法就是其中至关重要的环节,我们可以通过以下技术参数来表征图像的质量:

   (1) 盲区

    盲区是指 B超设备可以识别的最近回波目标深度。盲区十分有利于检查出接近体表的病灶,这一性能主要取决于放大器的特性。此外,减小进入放大器的发射脉冲幅度和调节放大器时间常数也会影响盲区大小。但是,对加有水囊的换能器测试,其盲区已无意义。

   (2) 探测深度

    B 超设备在图像正常显示允许的最大灵敏度和亮度条件下所观测到的回波目标的最大深度称为探测深度。探测越深,越能更大范围对生物体进行检查。影响此性能的因素主要有:

    ① 换能器灵敏度

    换能器就是在发射和接收超声波过程中声电的相互转换。灵敏度越高,深度越深。当然灵敏度主要取决于晶片的机电性能和换能器声电匹配层的匹配状况。

    ② 发射功率

    提高换能器辐射的声功率可提高探深。要提高声功率,就必须增大电路的发射电压,但必须限制声功率在安全计量阀值范围内。仪器技术指标常用声强表示,要求不能够大于10 mw/cm2。

    ③ 接收放大器增益

    提高接收放大器增益可提高测深度。放大器增益提高,在放大回波弱信号的同时也放大系统的噪声信号,从而使有用信号淹没在噪声中,故增益要适中。

    ④ 工作频率

    生物体内组织的声衰减系数与频率成直线性关系。频率越低,波长越长,直幅值衰减越小,则探测深度越大,但分辨力变差了。相反,频率越高,探测深度越小,但分辨率变好了。为了提高整机的工作性能,一般采取动态频率扫描和动态跟踪滤波技术,使高分辨率和探深得以兼顾应用。尽管如此,为满足临床的需求,仍需要设计不同频率的换能器来诊断生物体的不同部位。

   (3) 轴向分辨率

    指沿声束轴线方向,在 B 超图像显示中能够分辨两个回波目标的最小距离。该值越小,声像图上纵向界面的层理越清晰。对于连续超声波,可达到的理论分辨率等于半个波长。因此,频率越高,分辨率越好。由于生物体组织界面并不是完全相同的靶点,实际中不可能达到理论分辨率的数值,而是相当于 2 个 ~3 个波长数值。在超声脉冲回波系统,轴向分辨率与超声脉冲的有效脉宽(持续时间)有关。脉冲越宽,轴向分辨率越好。为了提高这一特性,目前换能器普遍采用多层最佳阻抗匹配技术,同时在改善这一特性中,为了保证脉冲 前沿陡峭,在接收放大器中各厂家都采用了最好的动态跟踪滤波器。目前,有的厂家生产的超声诊断仪技术指标优于1mm,而 JJG 639- 1998 规定的最小分辨率为 1mm,并不能很好地体现性能优劣。

   (4) 侧向分辨率(横向分辨率)

    指在超声束的扫描平面内,垂直于声束轴线的方向上能够区分两个回波目标的最小距离。该值越小,声像图横向界面的层理越清晰。其影响因素包括:

    ① 声束宽度

    声束越窄,侧向分辨率越好。而声束宽度与晶片直径和工作频率有关,但是换能器尺寸不可能做得很大,频率不能无限高。因此设计者采取了透镜可变孔径技术,在设计中应用了分段动态聚焦和连续动态聚焦,从而提高了侧向分辨率。

    ② 系统动态范围

    在换能器产生的有方向性声场内,声压(或声强)并不是均匀分布的。一般有这样的规律:随着增益的升降,声束宽度相应地变宽或变窄,而目标回波声像的横向尺寸也相应地拉长和缩短。

    ③ 显示器亮度和媒质衰减系数

    显示器亮度和媒质衰减系数等都会影响侧向分辨率,所以在测量侧向分辨率时,一定要将设备的增益和亮度调到最佳状况。

   (5) 几何位置示值误差

    几何位置示值误差指 B 超设备显示和测量实际目标尺寸和距离的准确度。在实际应用中,主要测量纵向几何位置示值误差和横向几何位置误差。这个技术参数指测量病灶尺寸的准确度,精确运用到诊断的因素与治疗的一致性。这一准确度与声速设定和扫描规律形式有关,扇形图像的均匀性比平面线阵扫描几何位置准确度差。

   (6) 声束切片厚度

    声束切片厚度指线阵、凸阵和相控阵换能器在垂直于扫描平面上的厚度。切片越薄,图像越清晰;反之,会导致图像压缩,产生伪像。切片厚度取决于晶片短轴方向的尺寸和固有频率。解决方法:常在晶片前加装聚焦声透镜和整机中采用聚焦技术。

   (7) 对比度分辨率

     对比度分辨率指在图像上能够检出的回波幅度的最小差别。对比度分辨率越好,图像的层次感越强,细节信息越丰富,图像越细腻柔和。影响这一因素的原因主要取决于声信号的频宽和显示电路的灰阶。

    1998 年修改制定 JJG 639- 1998 《医用超声诊断仪超声源》检定规程已于 1998 年 3 月 1 日实施,为了实现机器性能评价的可比性,该规程将被检仪器划分为 A、B、C、D 四档分别评价:彩超为 A 档;多探头多种扫描方式、带 M型功能和多普勒技术的高档黑白 B 超为 B 档;有数字扫描变换器(DSC)、冻结和电子游标测距功能的便携式及某些带推车 B超为 C档;无 DSC功能的最简单 B超为 D档。将这四档仪器按扫描方式和工作频率的不同加以区分,制定了不同档次超声设备的技术指标,用于表征超声设备图像质量的好坏和量值阀限的高低。

    参考文献

   [1]贾建革. 医用计量实用检测技术[M]. 中国计量出版社.

   [2]郭勇. 医用计量[M]. 中国计量出版社.

    本文作者:杨 峰

    

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