(工学)生物医学工程概论之生物医学图像-1-part

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1、山东大学控制学院生物医学工程系刘忠国生物医学图像生物医学工程概论之2021/8/101生物医学工程中心2.超声成像系统超声成像设备是目前医院中仅次于投影X射线机使用得最频繁的成像设备。目前临床上使用的超声成像系统基本上都是采用脉冲回波亮度调制方式成像(即B型超声显像仪)。超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时又能提供人体断面实时的动态图像。因此广泛地用于心脏或腹部的检查。2021/8/102生物医学工程中心（1）B超2021/8/103生物医学工程中心2021/8/104生物医学工程中心超声成像图2021/8/105生物医学工程中心超声图象2021/8/106

2、生物医学工程中心超声图象PhotocourtesyPhilipsResearch3Dultrasoundimages2021/8/107生物医学工程中心2021/8/108生物医学工程中心除断面成像外，血流测量也是超声成像设备中的重要组成部分。超声血流测量是借助多普勒频移原理完成的。射入人体的一定频率的超声波在遇到运动的红血球时，血球产生的后向散射信号会出现多普勒频移。通过对多普勒回波信号的分析就能得到血流的方向与速度信息，这些信息是心血管疾病与脑血管疾病诊断中的重要依据。（2）多普勒超声诊断2021/8/109生物医学工程中心20世纪80年代初问世的超声彩色血流图（colo

3、rflowmapping，简称CFM）是目前临床上使用的高档超声诊断仪。它的特点是把血流信息叠加到二维B型图像上。凡是指向换能器的血流在B超图中用红颜色表示，而背离换能器的血流则用蓝颜色表示。由于在一张图像上既能看到脏器的解剖形态，又能看到动态血流，它在心血管疾病的诊断中发挥了很大的作用。超声彩色血流图2021/8/1010生物医学工程中心ColorFlowMapping,CFM2021/8/1011生物医学工程中心超声诊断2021/8/1012生物医学工程中心超声诊断2021/8/1013生物医学工程中心肾脏多普勒2021/8/1014生物医学工程中心（3）高能量聚焦超声波

4、治疗仪（high-intensityfocusedultrasound,HIFU）是利用超声波良好的组织内聚焦性、方向性和能量的可渗透性，通过一定的聚焦方式，将超声源发出的超声能量聚焦于人体组织，在组织内形成一个声强较高的区域——焦域，使焦域组织温度瞬间内达到70℃以上，致使焦域内的组织细胞凝固性坏死，失去增殖、浸润和转移能力，而对焦域以外的组织影响甚少。2021/8/1015生物医学工程中心HIFU原理示意图2021/8/1016生物医学工程中心聚焦超声在其所穿过的非治疗部位的能量不足以对组织造成损伤。而在其聚焦点，由于声强很高，通过超声的热效应使该处组织的温度瞬间上升至5

5、6～100℃，从而导致蛋白变性及组织细胞凝固性坏死；同时还通过超声的空化效应使组织间液、细胞间液和细胞内气体分子在超声波正、负压相作用下形成气泡，并随之收缩和膨胀以致最终爆破，所产生的能量导致细胞损伤、坏死。聚焦超声声焦域的形态、大小以及组织对超声的效应和反作用等因素对超声治疗的深浅度、组织损伤范围和损伤程度起着决定性的作用。因此，通过对超声换能器参数的设置可以达到靶向破坏病变的目的，而对治疗靶点周围组织却没有损伤，从而实现无创治疗的目标。高强度聚焦超声与超声热疗区别：高强度聚焦超声聚焦区域瞬间温度可升高到60℃以上，直接凝固细胞蛋白。超声热疗则完全不同，超声作用区的温度一般

6、为40～45℃，不能直接造成细胞组织凝固性坏死，只能令其变性，故疗效不可靠。2021/8/1017生物医学工程中心HIFU刀重庆医科大学研制的HIFU刀是我国第一个完全拥有自主知识产权的大型医疗设备2021/8/1018生物医学工程中心HIFU刀无锡海鹰医疗电子有限公司生产的HY2900聚焦超声肿瘤治疗系统2021/8/1019生物医学工程中心HIFU的优点：手术精确治疗中电脑实时计划，实时监控，术中不出血体外治疗，不开刀，不出血，无疼痛，创伤反应明显小于开放手术病人耐受性好。并发症少住院时间短治疗过程大约在半小时内完成，病人术后当天可下地活动，康复快，身体状况好者则无需住院

7、风险小尤其适用于因其他疾病或原因不能手术的患者,如高血压，糖尿病，心血管疾病，高龄患者等。2021/8/1020生物医学工程中心3.磁共振成像系统1945年美国学者Bloch和Purcell首先发现了核磁共振现象，从此产生了核磁共振谱学这门科学。它在广泛的学科领域中迅速发展成为对物质的最有效的非破坏性分析方法之一。核磁共振作为一种成像方法的应用是一个较新的发展。2021/8/1021生物医学工程中心Bloch和Purcell于1945年因发现宏观物质核磁共振NMR现象获得1952年诺贝尔物理学奖。202