探头性能下降对图像质量的影响和超声诊断仪对临床影响的评估方法

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1、探头性能下降对超声诊断仪图像质量和临床影响的评估方法摘要：在临床超声检查中，探头的“健康”对于整个临床质量和研究的效果是十分关键的。探头是由一系列性能相同的具有超声声学特性的阵元组成，现代的超声探头通常包括128~288或更多的阵元。我们知道随着时间的推移探头将会受到磨损，其中个别阵元可能损坏了或者其灵敏度下降。性能下降或失效的阵元将影响探头的正常工作，在临床结果上产生负面的影响，同时影响超声的研究。为了研究阵元退化对临床结果的影响，我们使用有一定数量阵元工作不正常的探头与性能完好的探头进行对比，评估探头性能下降的影响。当探头中有阵元损坏后，我们使用如下方法检查其

2、损坏对探头的影响：Ø探头发送的超声波束；Ø探头的各种声学参数；Ø仿真组织体膜图像；Ø血流体膜测试(频谱和彩色血流Doppler)；Ø最重要的谐波成像。结果显示在128阵元的探头中哪怕只有2个无效连续阵元损坏或性能下降，都会导致超声波束在人体中的传输明显不同。4个或更多的阵元失效或者性能下降，在超声波束上能产生显著的负片效果，结果导致图像的分辨率下降，探测深度减小(对于Doppler和B图像)，在较深处图像变得模糊，图像的噪声增加，峰值速度错误和频谱Doppler显示的方向含糊不清。由于失效阵元可能使设备显示的MI和TI指示错误，因而导致安全问题。我们还将说明仿真组

3、织体膜评估阵元性能时可能是错误的。结论是，所有阵元完好是获取高质量图像和有效地研究超声的关键，阵元性能的下降可能导致误诊。在超声诊断设备中，探头总体性能的良好是图像质量和检查效果的最根本因素，但是在超声成像链中探头却是最容易损坏的部件。因为即使探头勉强能够产生一定级别的B-mode图像，频谱Doppler或彩色血流图像，但是就算对于最有经验的用户，有时获取的信息是迷糊的，这些信息还不足以作适当的研究或诊断，例如病人太胖，或体格粗大时。通常，就会做一些不必要的或昂贵的服务，让病人使用其他设备辅助检查，增加检查时间，最坏情况可能对病人产生误诊。根据我们对探头测试和维修

4、经验，数据显示大约25%的探头由于性能制约或结构问题，在临床使用时没有进行诊断。当前在美国估计有超过110，000台超声诊断设备，而每台超声诊断仪平均约3.6个探头，即是说有近99，000个探头，(略去后述文字，因为其主要描述探头可能带来的问题)。探头技术背景一个性能完好的探头主要由下面的材料组成：背板材料，压电超声陶瓷阵元，匹配层，和声透镜(如图1)。背板材料减少阵元的ring-down时间，是确保获取轴向分别率和低噪声的关键因素。匹配层主要是使阵元的声阻抗和人体组织的声阻抗匹配，适当的匹配可以减小探头表面和人体组织的阻抗不同，提高超声发射和接收的效率。声透镜主

5、要作用是提供超声聚焦所需的结构特点，同时对病人进行电隔离。匹配材料，声透镜和背板材料可以和阵元分离，但同时也导致图像上回波的衰减。压电阵列是使用一块陶瓷材料进行分割为一系列单元(如：64，128，288等)而得，每一个阵元都有独立的激励，产生超声脉冲并传播进入人体，同时接收从人体返回的超声回波信号，并将他们转化为电信号，以便超声系统进行处理，结果使用B-mode成像，Doppler信号或彩色血流在系统中显示出来，以便观察。每个阵元使用38~45号线径的同轴线和系统连接，并且所有的连接同轴电缆使用屏蔽探头电缆包在一起。图1超声探头结构超声系统使用约60~120V的短

6、持续时间的电脉冲激励压电超声阵元，产生一个声束，通常同时发射的孔径为32~64阵元。线阵或凸阵探头处理方式是顺序重复所有探头阵元直到所有超声扫描线全部产生组成一幅图像。线密度的测量，通常凸阵使用线数/角度表示扇形图像线密度，线阵探头使用线数/毫米表示矩阵图像的线密度。相控阵探头所有的阵元用于产生每一根超声扫描线，通过使用电子延迟线，控制波束方向和聚焦位置，从而产生扇形图像。虽然不同的厂商使用不同的顺序和脉冲技术产生频谱Doppler或彩色血流图象，但是他们所有的操作都具有相同的物理、机械和电子约束条件。最后，临床用户只要明白探头工作的基本原理，以及它是超声系统成像

7、或Doppler的关键部件就可以了。为了使超声成像显示的数据正确和完整，参与超声扫描线的所有阵元最大效率地工作是很重要的。多数OEM用户手册都引用了各种探头性能指标，用户希望系统能够正常地工作。例如：(1)最小穿透深度(用cm表示)，(2)轴向分辨率(在某个深度时用mm表示，如4cm深度时1.0mm)，(3)横向分辨率(在某个深度时用mm表示，如4cm深度时3.2mm)，这些值可以使用含有各种目标靶的仿真组织体膜(如图四)来验证。在OEM探头的操作手册中至少会有这样的描述：“…探头的选择是图像质量的关键因素…”，下面说明怎样选择探头，应该使用基本的程序进行测试。另

8、外很难直接