超声诊断影像系统及设备技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、A型、M型、B型超声诊断技术

A型超声诊断技术是一种采用幅度调制型显示方法，换能器探头以固定位置和方向对人体进行扫查，根据回波出现的位置、回波幅度的高低及形状等获取人体组织信息的图像诊断技术。该技术仅能获得体内器官的一维信息，因不能直观显示人体组织结构及其空间位置关系而无法满足临床诊断的需求。但其具有对回声各种参量变化非常灵敏的特性，目前仍应用在脑中线、眼及脂肪层测量等方面。M 型超声诊断技术是一种采用亮度调制型显示方法，在显示器上以亮度反映回声的强弱，显示心脏各层结构与体表的相对距离随时间变化的图像诊断技术。但它仅能获得心脏一维空间组织结构的运动信息，而不能显示心血管结构及其空间位置关系。由于它能清晰显示局部组织结构细微快速的活动变化、准确测定组织局部活动幅度与速率，因此，它仍然是评价心脏功能的重要方法。

B型超声诊断技术是采用灰度调制型显示方法，将人体反射回波以灰度不同的光点形式显示二维人体组织切面图像技术。该成像系统形成的二维图像与人体的解剖结构极其相似，能直观地显示脏器的大小、形态、内部结构，并可将实质性、液性或含气性组织区分开来。图像诊断准确率高，成像速度快，可实现实时动态成像，便于对心脏运动、胎动等的实时观察。但是B超不能显示脏器和病灶的空间构形和空间位置，对病变组织的毗邻结构显示不清。为了进一步满足临床的需求，更加准确地获得人体组织和器官的信息，人们对多普勒成像技术、三维成像技术和谐波成像技术进行进一步研究。

2、超声多普勒成像技术

超声多普勒成像技术主要应用于心脏和血管疾病的诊断，当超声源与人体内运动目标之间存在相对运动时，接收到的回波信号将产生多普勒频移，由此确定其运动速度大小、方向以及在断层上的分布。目前应用于临床的有一维连续多普勒、一维脉冲多普勒、彩色多普勒、能量多普勒和多普勒组织成像。

一维连续波多普勒有较高的速度分辨能力，用于检测高速血流，但缺乏距离分辨能力；而一维脉冲波多普勒具有较高的距离分辨能力，用于定点血流测定，但最大显示频率受到脉冲重复频率的限制，在检测高速血流时易出现混叠；彩色多普勒成像技术将相位检测、自相关处理、彩色灰阶编码、平均血流速度彩色显示等技术融为一体，将血流信号叠加显示在二维B型图像上，又称二维多普勒。其用于测量血流速度、加速度和显示心血管内的血流分布，但多普勒速度测量结果受发射声束与血流方向之间夹角及多普勒增益等的影响较大；能量多普勒成像技术是利用血流中红细胞的密度、散射强度或单位面积内红细胞通过的数量及信号振幅大小进行成像的技术，其选用的成像参数是血流中散射体的能量信号，此测量结果不受声束与血流方向之间夹角的影响嗍，并能显示低流量、低流速的血流，但不能获得血流方向的信息，且易受脏器运动的影响而产生伪像；多普勒组织成像技术是将低速高振幅的心肌运动信息进行彩色编码显示心脏运动信息的图像诊断技术。该技术能够直观的观察心动周期内各时相的室壁运动方向，并定量分析心脏各节段的室壁运动速度，与传统超声目测分析室壁运动相比，能够更为客观地评价心脏的运动特点。但多普勒组织成像无法克服多普勒声束与室壁运动方向夹角所产生的影响。

3、三维超声成像技术

由于二维B型超声成像系统只能提供人体某一断面的图像，临床诊断时必须根据临床经验对多幅二维图像进行合成，从而推断其三维解剖结构，这对l临床经验提出了很高的要求，因此一种能够直观显示人体组织及其病变的三维空间成像技术已成为临床诊断中迫切需要的技术。目前三维超声成像技术一般为二维超声图像获取原始图像，通过三维重建、三维图像分割与理解、图像三维显示等步骤获得三维图像，显示人体组织、脏器的空间构形和空间位置，如肿瘤体积、左心室容积与功能等的测量。但目前三维超声系统采集的数据量大，实时成像时要求计算机处理能力强、速度快，三维重建复杂、难度大等技术问题的存在使其在临床应用中受到限制。

4、谐波成像技术

在谐波成像应用于临床之前，所有超声成像系统都是按照线性超声来设计的，但超声在生物体传播时除了基波以外还会产生非线性量——谐波。谐波成像技术是利用回声中谐波所携带的人体组织信息成像的诊断技术。谐波成像中不使用超声造影剂的成像系统称为组织谐波成像或自然谐波成像，而使用超声造影剂的成像系统称为造影剂谐波成像或对比谐波成像。组织谐波成像利用宽频探头发射经非线性调制的高频波，并接收组织细胞的谐波信号，通过对谐波的信号进行实时平均处理，以增强较深组织的回声信号、提高图像质量，减少伪像嗍；对比谐波成像利用造影剂增强声束的背向散射信号，使靶组织的回声信号增强，从而提高图像对比度，改善图像质量。目前谐波成像技术在心脏和腹部疾病超声图像诊断方面的应用较为广泛，但谐波成像发射频率较低，接受频率较高，使得靶区图像分辨力降低，目前此项技术尚处在初级应用阶段。

第二节 产品工艺特点或流程

医学超声成像技术和X-CT、MR和核医学成像在20世纪80年代中期开始，就被世人公认为现代四大医学成像技术。医学超声成像技术的优势在于：实时性好，无损伤以及相对而言的成本低。

自1983年世界第1台彩色血流成像装置面世以来，医学超声技术的发展进入了快车道。各种新的医学超声影像技术不断涌现，使超声诊断的图像质量明显提高，超声诊断的模式和方法也更加丰富。应该说，超声诊断技术在上世纪末进入了一个新的高度。

近二十年来，各厂商所推出的各款超声成像系统都向着利用超声源为载体，以获取更多的生理、病理信息；提高图像质量，使之更清晰以及力图显示更细微的结构等这些目标前进。在这一进程中，彩色多普勒成像技术、谐波成像技术发展特别明显。下面试图从工程技术角度对这些方面的新进展作一个摘要式的综述。

1、彩色多普勒成像

1．1 彩色多普勒血流图（Color Flow Mpping CFM）

它是基本于多普勒效应，用于实现对血流参数的测量。1983年第一台具有CFM功能的超声诊断仪面世，标志着超声诊断从形态学向血液动力学的过渡，从人体脏器解剖信息的获取向功能信息的获得的过渡。

“彩超”就是彩色多普勒血流成像系统的简称。它是一种能同时显示B型图像和利用多普勒技术得出的血流方向、流速及流速分散数据的超声扫描系统。在实现上述血流参数的测量中，经历了从连续多普勒（Continul Wave Doppler CWD）血流测量到脉冲多普勒（Polse Wave Doppler PWD）血流测量、再到彩色多普勒血流图的过程。应该说，到目前为止，CFM已成为中高档超声诊断仪不可或缺的功能。

CFM这种血流测量技术，因为它要检测回波信号的频移，而它的测量精度受到声波方向和血流方向的夹角θ的影响，且对低速血流的测量较困难，因而在其后又出现了其它的彩色多普勒成像方式。

1．2 彩色多普勒能量图（Color Doppler Energy CDE）

最早提出这个概念并实现商品化的是原美国ALT公司（现已并入飞利浦公司），时值90年代初。它的特点是检测血流中血球后散射能量的大小，即CDE能量的大小与红细胞数目有关，形成彩色血流图叠加到二维灰阶图像上，因而从另一角度描述了体内血流状态。它不区分血流方向，亦与θ无关，所以提高了对血流的敏感度，它的敏感性是彩色多普勒血流显像的3-5倍。用CDE办法可使以往很难探测到的低速血流和速度几乎为零的血液可以显示，例如脏器的“血管树”一类的结构显示就是其实际应用。

1．3 多普勒组织成像（Dopple Tissve Imaging．DTI）

DTI是一项可定量分析室壁运动的无创技术，所以DTI技术实际上上称为多普勒心肌组织显像技术。它具有客观定量的优点，在评价室壁运动异常、检出存活心肌方面具有较大的潜力。DTI是在传统的检查心腔内血流的彩色多普勒技术的基础上发展而来的。传统的多普勒反映的是红细胞产生的频移信号，利用高通滤波装置使这种频移大且振幅小的信号通过并显示出来。而由室壁运动等产生的低频移、高振幅的多普勒信号则被过滤掉。在DTI中是采用低通滤波器摒弃来自心腔血流的高频低振幅的多普勒信号，提取来自运动心肌的低频高振幅的多普勒频移信号，将其输送到自相关系统和速度计算系统进行处理，以二维多普勒或频谱多普勒形式显示出来。DTI有三种显示方式：速度方式、加速度方式和能量方式。DTI是美国Acuson公司在90年代初中期提出的概念。

随着发展，在这种成像方法的基础上，又衍生出诸如组织追踪成像（TTI）、应变率和应变率成像（SRorSRI）等新的方法。

1．3．1 组织追踪成像（Tissue Tracking Imaging TT1）

它是一种新的用于测量收缩期各局部纵向心肌运动幅度的超声技术。它以原始数据采集和超高帧频技术（帧频＞300帧/秒）为基础，因而克服了以往多普勒心肌成像由于受仪器低频限制而不能同时比较心肌多节段运动的局限性，这样不仅可以减少心脏摆动和呼吸运动对所采集图像清晰度的影响，同时又实现了超声系统实时获取心肌各节段运动的全部信息，继而使不同轴向位移值，用不同颜色来编码，以心电图监控确定收缩期的开始和结束，这样就由多种层次的颜色（一般为7种）来编码感兴趣区域的心肌节段在整个收缩期内位移变化的情况，从而实现了对纵向心肌运动幅度的测量。这是一种可能对冠心病心肌功能评价极有前景的方法。

1．3．2 应变率和应变率成像（Strain Rate or Stain Rate image SRorSRI）

这是另一种基于DTI的超声新技术。SR是指单位时间内的应变即变形速率。由于DTI可以实时测量心肌各点的运动速度，则根据两点间的速度变化和距离变化可得到心肌的SR。如果将应变率计算结果进行彩色编码显示，即称为SRI。此种技术的优点是：减少了心脏的摆动和相邻组织牵拉效应对结果的影响，可以更好地反映局部心肌功能。可以预料，随着SRorSRI技术的进一步完善，该项技术将会成为诊断心肌缺血、定量评价局部心肌功能的一种全新方法。

2、谐波成像技术

2．1 谐波成像的分型

利用回声（反射或散射）中的二次谐波所携带的人体信息形成的声像图称为超声谐波成像（Harmonic Imaging HI）。有学者认为，在超声诊断技术的发展过程中，由B超发展到彩超是一次飞跃，而由基波成像（线性检测）发展到谐波成像（非线性检测）又是一次飞跃。由此可见谐波成像技术在超声诊断发展进程中的重要作用。

在谐波成像技术中又因是否使用超声造影剂UCA而分为2种不同的成像类型。不使用UCA的谐波成像称为组织谐波成像（THI）或自然谐波成像（NHI）；而使用UCA的则称为造影剂谐波成像（AHI）或对比谐波成像（CHI）。

2．2 谐波成像的原理

谐波成像的理论根据在于：长期以来，超声医学成像系统都采用的是线性声学规律，即认为人体组织是一种线性的传声媒质，如发射频率f0的声波时，从人体内部脏器反射或散射并被探头接收的回声信号也是f0附近的一个窄带信号。而实际上，医学超声存在着非线性现象。非线性声学效应的研究结果表示：超声在人体组织内传播过程中产生非线性以及组织界面入射/反射关系的非线性，使得当发射的声波频率为f0时，回波频率中除有基波频率f0以外，还有2f0、3f0……等成分，此成分称为谐波，其中以二次谐波2f0的能量最大。

研究结果表明：谐波具有以下两个优点：（1）谐波的强度随着深度的变化呈非线性变化。谐波在体表皮肤层的强度实际为零。随着深度的增加而增强，直到某个深度时因组织衰减作用超过组织的非线性参数B/A的作用时，该点（指某个深度）就成了幅度下降的转折点。在所有的深度上，组织谐波的强度都低于基波。（2）基波频率能量和谐波频率能量的非线性关系。换句话说就是：弱的基波频率几乎不产生谐波频率能量，而强的基波产生相当大的谐波频率能量，这一点非常重要，因为超声中的大部分伪像由异常的传播途径而来，其能量肯定弱于中心成像声束。 

2．3 组织谐波成像（THI）

下面我们具体分析一下组织谐波成像技术是如何提高成像质量的。

在这里我们可以采用电子学上的滤波技术，去除基波而仅利用谐波来进行成像，这在技术上是不困难的。由前述的谐波的第1个特点可知：谐波的频率能量随着传播距离的增长而增加，超声经过数厘米距离后，将有足够的能量从基波频率转换而产生一明显的二次谐波频率（如箭头处）。由于超声图像声像图中近场伪像干扰与来源于腹壁和接近腹壁的反射和散射有关，而这些伪影含有极少的谐波频率能量，如果使用谐波技术，使其在谐波范围内成像，则近场伪像的大部分将消除，图像质量则明显提高。

另一方面，由前述谐波的第2个特点可知，利用这一特性可有效遏制超声侧瓣回声对图像的影响。我们知道：侧瓣回声与许多囊腔内杂乱回声有关。从二次谐波的声束轮廓来看，表明与中心声束相比，侧瓣能量呈反比例地下降。当二次谐波信号放大到使中心声束信号达到超始的基波信号幅度时，侧瓣声束仍较基波成像时的能量低得多。这样，通过谐波技术可以减小旁瓣水平和主瓣宽度，可以改善聚集特性，进而进一步消除了伪像素紊乱。

总起来说，组织谐波成像改善图像质量的简单陈述为：对传统基波成像困难的病人，图像经常出现模糊状改变，这是由于超声束在表浅组织内表层与肋骨之间产生回响形成扭曲所致，因为发射声波还没有机会形成明显的谐波能量，这些回响几乎全部由基波频率的超声能量形成。当声束穿过浅层以后，声束变为聚焦，并且开始形成谐波能量。然而，一旦声束穿过了这些层次，后面的均匀组织对声束的影响就很小了，而谐波声束仍保持声束原有轮廓及聚焦的特征。当返回的信号被过滤丢掉基波后，紊乱和模糊被消除，得到的是高清晰的图像。其次二次谐波降低了旁瓣水平，亦可使伪影和紊乱消除。再者，谐波成像减小旁瓣水平和主瓣宽度，可以改善聚焦特征，亦使图像的质量得到了提高。

在临床上，约有20-30%的病人，由于肥胖，肺气过多，肋间隙狭窄，胃肠气体干扰，腹壁较厚或疾病等原因，而被称作显像困难的病人。对这部分病人，组织谐波成像技术可采用超宽频带探头发射声波，仅接受和处理机体组织产生的谐波高频信号，通过改善组织对比分辩力来提高图像清晰度。

尽管组织谐波成像（TH1）有不少优越性，但真正质量的好坏还取决于仪器的性能，因为即使在最佳的环境条件中，来自组织的谐波频率能量远远小于基波频率能量，而所有对成像有效的谐波频率能量均通过消除基波频率而获得。因此仪器必须解决以下三个问题：（1）仪器必须有超宽大的动态范围。因为谐波成像时，会损失10~20db`的信号强度，为保持信噪比，必须设定非常宽的动态范围以接受这种相当弱的信号而成像。（2）发射源必须在谐波频率上发射极小的能量，即需要的是短脉冲超声波以确保发射信号中较高和较低频率同时存在。（3）在成像过程中，必须有一锐利的接收滤波器仅使谐波频率能通过至解调器。左图滤波器允许较宽的频谱通过并进入成像环节，所产生图像中基波频率能量远大于谐波频率。

综上所述，仅从前面列举的彩色多普勒成像、组织谐波成像技术来看，就已使当代超声诊断设备的性能得到了极大的提升。除此之外，三维超声成像技术、造影剂谐波技术、介入超声技术以及其它新型的成像方法正在不断的完善和涌现，因此，我们完全有理由相信：随着计算机技术和图形处理技术的不断进步，加之诸如超声换能器技术的创新，医学超声图像的质量与当代其它三大医学成像技术真正可以并驾齐驱的日子已经不远了。

3、三维超声成像技术

近年来，三维超声成像技术成了超声设备上的“热点”，这个技术成为新的高档超声成像设备的一个趋势似乎已成实论。由于它集计算机技术及图像后处理之大成，又有多种三维重建模式，所以它所提供的图像比二维图像在显示上更直观，信息更丰富，病灶的空间定位和容积测量更准确。

对三维超声成像技术可用如下简单的表述：利用常规探头用自由臂扫查方式、或采用容积探头的方式扫查、或用电子式的二维面阵探头来扫查，采集感兴趣区的数据，进而进行图像重建，产生矢状面、冠状面和横断面图像，在所获得的超声信号容量范围内调整这些平面，便可看到连续的三维图像，这就是三维超声成像技术。

由二维超声到三维超声成像需要解决的问题不少，它包括数据采集方式、实时图像重建、临床应用扩展等。为了达到三维超声成像最高阶段实时三维成像，还必需采用并行数据处理与缩短数据采集时间的特殊措施。

在三维超声成像装置的商品化方面。韩国的Medison公司是先驱者，它通过收购两个开发三维成像技术的奥地利Kretztchid及TomTcc公司而使其产品的三维成像技术在20世纪末处于全球的领先地位。它在1996年首次推出的Voloson 530D三维彩超是其代表产品。SONOACE8000及SONOACE9900系列，则是其的后续产品。目前各主要超声诊断仪制造厂家纷纷在其新产品中加入了三维成像技术。

3．1 静态、动态和实时三维成像的含义

静态三维成像是指：采用自由臂扫查方式进行三维数据采集，此种方式每扫查一次只能重建一幅静止的图像。此种方式形成的图像称为静态三维成像。

动态三维成像是指：采用非自由臂方式进行扫查，由于其扫查速度较快且三维数据采集的时间较短，因而可以实现连续动态显示脏器的三维图像，故称为动态三维成像。

实时三维成像是指：当三维成像速度达到24帧/秒时，就可真正称为实时动态三维成像。

由于动态三维成像时把时间因素加了进去，用整体显像法重建感兴趣区域准确的实时活动的三维图像，因此不少文献称之为四维成像。

3．2 三维数据的采集

良好的三维图像质量是以高质量的三维数据采集为前提的。目前三维数据的采集方式大致分为两类：自由臂扫查法及非自由臂扫查法。在这两类中依据具体方法的差异，又有细分为若干种小类。

3．2．1 自由臂扫查法

它的特点是：能探查范围较大的脏器，探头能自动适应体表形状的变化而进行扫查。目前按有无定位系统而细分为2种方式。

（1）无定位系统的自由臂扫查法

在这种方法中，采用常规的B超探头，由医生手持探头在被检体表平行均匀地移动，获得系列的平行排序的二维图像，然后通过重建得到近似的静态三维图像。此法的好处是简单、方便、廉价。但要求医生手法均匀平稳，否则重建的图像质量不好。此法的不足之处是目前仅限于表面成像，且不能进行定量的测量及不能进行动态成像。

（2）有定位系统的自由臂扫查法

这是一种采用带电磁位置传感器的自由臂扫查法。一般将由3个互相垂直的线圈组成的电磁接收器固定在常规B超探头上，当探头在由仪器产生的磁场中移动时，电磁接收器会输出若干个（一般为6个）自由度的参数，这就给出了探头（接收器）在磁场坐标中的位置和方向，在这个系统中，电磁发射器的空间位置是固定的且被称为空间考照原点。这样，综合探头接收的图像信息和位置信息，就可以进行三维重建。这种扫查法的特点是：失真小，且可以进行空间定位和测量。不足之处是易受处部电磁场干扰，影响定位（位置和方向）的准确性。

3．2．2 非自由臂扫查法

在这类的扫查法中，采用容积探头，通过机械驱动探头或采用二维面阵探头的方法采集三维图像数据。

（1）机械驱动容积探头扫查法 在此法中，将B超探头和机械驱动装置组合成完整的组件，称为容积探头。根据B超探头在工作时运动状态不同，又分为扇形摆动式及旋转式两种。探头在扇形摆动或旋转扫查中获得三维数据。

这种机械式或容积探头的扫查方法的明显好处是：操作较为容易；三维数据的采集及重建速度较快，所以可以实现动态三维成像乃至实时三维成像。

其中的摆动式容积探头主要用在腹部和妇产科的诊断上，而旋转式则较适宜于心脏或经阴道、经直肠的腔内三维成像。

（2）二维面阵探头扫查法：这是一种用电子学的方法，采用二维面阵探头，用相控阵的原理控制声束进行二维扫查，从而实现三维数据采集。这是一种为实现实时三维超声心动图技术而进行的探头换能器技术的革新。二维面阵探头的原理图如图6所示。现以拟定的60×60方阵的二维面阵探头说明其工作原理。 

此方法最早是由美国DuKe大学的研究人员提出的。其换能器晶片被纵向、横向多线均匀切割为呈矩阵形排列，达60×60=3600（或80×80=6400）个微型正方形晶片阵。工作时由程序控制，使声束发射按相控阵方式给Y轴进行方向转向形成二维图像，再沿Z轴方向扇形扫描获容积数据库。

在几何尺寸上，这样微型正方形振元非常微小，直径细如发丝。这种换能器按人体工程学的要求进行设计，其振元置于探头的顶端，能接触体表，便于超声的发射和接收。在换能器振元的后边，探头内密布150多个微型线路板，所有振元分别经过1000多条通道与探头内的微型线路板及主机相连接。

从电子学角度看，在使用这种面阵探头时，当发射的声束沿预定X轴方向前进时，可形成一条扫描线（一维显示）；按相控阵方向沿Y轴进行方位转向形成二维图像；使二维图像沿Z轴方向扇形移动进行立体仰角转向，由于声束在互相垂直的三个方向进行扫描，则最后将得到一个覆盖靶区内各部位立体结构的金字塔形的三维图像数据率。

假设金字塔三维数据库的形状为60°×30°（Y×Z方向），以1°分布1条扫描线测算，每个金字塔数据库内最少要有60×30=1800条扫描线。而要达到实时显示三维超声图像的目的，每秒钟至少要获取16个金字塔三维图像数据库。据此，每秒种内三维成像装置应发出的扫描线至少需要1800×16=28800条。如果采取通常的1：1的方式，每次发射1条声束扫描线的话，则在脉冲频率为28800HZ时，相邻两个脉冲的时间仅为34.7μs，在此时段内超声行程为5.2cm（软组织中超声传播速度恒定为0.15cm/μs），按往返双程计算，射入组织的深度仅为2.6cm，这个探查深度显然在临床上是无法应用的。

为此，在后来的研发过程中，Duke大学和飞利浦公司的设计人员开发了一种新的微电子电路，它使矩阵型换能器在发射扫描线时，让它接16：1的并行处理方式去扫描金字塔容积，能同时发射多条声束扫描。这样，发射脉冲数虽然增多了，但仍有足够长的脉冲间隔，使超声射入人体组织的深度随之增大。这样一来，对心脏检查来说，就能在较大容积内提供相当于二维图像扫描线密度的实时三维心脏结构动态图像。

从理论上讲，如上述处理方法真正得以实现，这种二维面阵探头在三维成像方面的优点是显而易见的，即：探头小巧、操作方便，且成像速度肯定比机械式容积探头快，有望真正达到实时，尤宜于心脏检查。

有资料表明，此系统已在少量机型上试用，以获得动态的三维心脏图像。由于技术上的原因，目前它尚存在的缺点是：图像视野小、空间分辨率有限。现在也有相关厂商在研发1.5维面阵探头，以暂时替代技术复杂的二维面阵探头。

3．3 三维图像显示方式

三维超声图像，在图像显示方式上基本分为表面模式及透明模式两大类。

3．3．1 表面模式

这种显示模式，类似于“照相”。它是一种从图像数据中选取部分构造轮廓，显示感兴趣结构的立体形态、表面特征、空间位置的关系，可对感兴趣结构的容积或体积进行测量。

在临床上，主要用于全液性结构或被液体环绕结构的三维成像。如产科中胎儿面部及体态的显示就是一个例子。

在这种显示模式中，根据图像处理手段的不同，又有表面模式、表面平滑模式和亮度混合模式之分，操作医生在临床实践可灵活运用之。

3．3．2 透明模式

这种显示模式是用来显示实质性脏器内部结构的三维图像。依据显示感兴趣区域目的不同而细分为以下三种方式：

（1）最大回声模式。它显示感兴趣区域的最大灰阶值，即显示每条回声上的最强回声的结构。主要用于占位性病变的三维成像。

在临床上，特别是在妇科、产科领域中，用此模式可清楚地显示胎儿的脊柱；可进行子宫内膜病变的研究，如畸形、IUD评价，IVF后分析等。

（2）最小回声模式。它显示感兴趣区域的最小灰阶值，即显示每条回声上的最弱回声的结构。主要用于显示血管等无回声管道结构的三维形态；或无回声、低回声占位性病的三维形态。

在临床上使用此模式，可清楚显示血管和囊肿以及乳腺肿瘤内部的透明结构。

（3）X线模式。它就如X线透视一样，显示感兴趣区域全部灰阶值，即显示每条回声上的灰阶平均值，如显示胎儿的整个骨骼结构。

3．4 三维超声的临床应用

3．4．1 在产科的应用

三维超声不仅可以对胎儿体表结构进行表面重建，还可以利用透明模式对胎儿体内结构进行三维成像，从整体上对胎儿形体结构进行观察，提高胎儿畸形的产前诊断率；确定不同孕龄胎儿正常及病理状态。具体有（1）可直观显示不同孕龄的胎儿各器官的成像特点。第6周可见胚胎；第8周可辩手、手指和脚趾；11周可见张嘴胎儿；12周可辩认男性外生殖器；13周上下肢和面部可完全显示。（2）三维能更清楚观察胎儿面部解剖（如前额、眼、鼻、唇和耳朵）位置及其相互关系，对胎儿的唇结构显示有独到的功能。（3）观察胎儿骨骼发育及其畸形，尤其是胎儿脊柱及胸廓有无异常。（4）脐带观察。可直观地显示胎儿脐带有无绕颈（绕体或绕肢）及其圈数；直观显示脐带的缠绕、打结等。

3．4．2 在妇科的应用

（1）子宫疾病的诊断 应用三维超声显像可获得冠状面的回声信息，并可通过平行移动及旋转，对感兴趣做全面分析。因此对判断子宫畸形的敏感性与特异性均接近100%；利用经阴道三维超声对子宫内膜息肉及子宫粘膜下肌瘤的鉴别诊断提供更多的帮助；应用三维超声测量容积的方法，可以准确测量子宫内膜癌的容积大小，这对诊断、分期及预后有重要意义；（2）卵巢疾病的诊断 它在判断内容性物质方面比二维更优越；且在判断妇科肿块与周邻脏器如膀胱、直肠`等的空间关系，更直观；使卵巢肿瘤的体积测量成为可能。

3．4．3 在腹部、小器官血管成像方面应用

（1）对正常脏器而言，血管树及其分支显示充分，如肝、肾、脾血管树分支完整、清楚、且层次感强。对正常小器官，原本血管就细小且走行弯曲，三维重建后可形成相对完整的血管结构，如乳腺、甲状腺、眼底视网膜中央动脉等。（2）对病变脏器可从多普勒能量图的表现来进行判断：实质性脏器恶性多血管型及浸润进展中肿瘤，病灶部位血管明显增多、杂乱；功能亢进性、血流旺盛疾病，血管弥漫性增多似网状；多血管脏器或多血管病变，出现内部血液循环障碍及血管受阻时，三维血管重建出现血管稀少、变细、变窄、萎缩等表现；少血管，含液性占位性病变无血管树表现等等。

3．4．5在心脏科的应用

实时三维超声心动图能实时显示心脏正常和病变结构的立体形态以及动态变化，它所具有的潜在应用前景是：（１）脏器与病变的立体形态与复杂空间关系的判别；（２）容积与房室功能的准确测量；（３）真实模拟手术剖面，有助于手术方案的制定；（４）对人工瓣、封堵器  的功能以及球囊扩张术效果的直观、准确评价；（５）先心病的定性与分型诊断将更为准确；（６）准确界定缺血与梗死心肌的范围。

3．4．6 在眼科的应用

眼球的生物学特性，使之成为三维超声重建的理想部位。三维超声能清楚地显示玻璃体内条状及膜状病变，如视网膜脱离、玻璃体内机化物、玻璃体炎症、脉络膜病变、晶体脱位等。随着高频超声的应用，三维超声对球后的病变也能较好地显示。

此外，三维超声在颈动脉与颅脑方面的应用，在泌尿生殖系统的应用亦有不俗的表现。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

医学超声诊断方法建立在医学超声工程技术发展的基础上。但由于人体组织器官自身的多样性 、复杂性、生理和病理组织的特异性，实现准确的超声诊断绝非易事，这就向医学超声工程技术开发提出了很高的要求。广泛深入的临床诊断应用，进一步促进了医学超声工程技术的发展。从20世纪70年代 到90年代，多阵元超声换能器技术、数字扫描转换技术、超声多普勒检测技术、数字声束成形技术等重大技术的突破，有力地促进医学超声诊断仪的发展，促进了医学超声图像诊断的蓬勃发展和深入应用。由于低强度超声对人体组织不产生损伤，使超声图像诊断成为医学图像诊断的首选技术。现代医学超声诊断仪已是最新医学超声基础理论研究、新型压电材料和超声换能器研制、计算机处理、声成像技术与 信息传输技术相结合的产物。70年代以B型超声显像技术为特征，80年代彩色多普勒血流成像技术为特征 ，90年代则以超声体成像为特征。而当今医学超声诊断的新技术发展特点主要体现在宽频带化、数字化 、多功能化、多维化及信息化等五个方面的综合应用上，这一发展趋势在90年代后期已日渐明显，也引 导着未来先进医学超声诊断设备研制的创新思维。

1、宽频带化

宽频带技术的发展涉及到新型宽带超声换能器（探头）研制、宽频带信号接收、处理及显示技术，实际上体现新型压电材料、多阵元探头研制及宽频带信号处理的技术水平。早期应用标称频率为2.5、3.5、5、7、10MHz等的探头一般系指其中心频率，其带宽Δf约为1MHz，此种探头可称为单中心频率窄带探头，目前仍大量应用，其不足处是深部组织回声高频信号损失较大，影响整幅图像的清晰度与灵敏度。 80年代中期，人们根据超声在生物组织中的衰减规律及其对超声图像的影响，开发了宽频带探头，如中心频率为3.5MHz的探头，可以产生2.5~6MHz的超声波，其有效带宽可达到3MHz左右，检测表浅组织时由于高频率可以提高分辨率，而对深部组织时由有较低频形成衰减较少的回声信号，从而使深部组织结构得以较清晰的图像显示，因此在宽频带探头的检测下可以形成多频率构成的图像，又称为融合图像技术。这也是与动态滤波信号处理技术的应用密不可分的，同时整个信号处理通道响应带通也应提高到相应宽带的程度。

90年代，变频宽带探头和超宽频带探头获得应用， 例如同一只探头可以变换产生2.5、3.5、6MHz为中心频率的超声波，小器官探头可以产生5、7、9MHz中 心频率的超声波，其频带宽度可以达到8MHz以上。超宽频带探头已可以产生1.8~12MHz的超声波，术中探头则能发射6~15MHz的超声波，可以准确显示浅表血管壁与内膜。超高频探头可产生60~100MHz的超声波，极大地提高了皮肤及表浅组织的分辨率。变中心频率宽频带探头的应用为诊断医师提供了方便，也可 以更容易获得更为清晰的图像，提高了检测灵敏度和动态范围。但信噪比则略有下降。

宽频带化是医学超声诊断仪的重要技术发展。实际上超声二次谐波信号接收与处理，也是扩展信号的带宽。而伪随机及随机超声发射与探测的研究，将使超声频带接近无限带宽。可以在极宽的频谱范围内显示与诊断。但理论分析表明，声图像的纵向分辨随着带宽的增加而提高，而信噪比（S/N）及横向分辨率则下降。当空间分辨率越高时，时间分辨率则下降。因此发射宽频带技术必须折衷考虑多种因素。

2、数字化

数字化技术的开发与应用伴随着现代B型超声显像仪发展的整个进程。一般说来，又可分为数字化后处理和数字化前（端）处理两个发展阶段。早在70年代中期，应用数字扫描转换（DSC）技术，它将由换能器接收的组织界面回声信号经前置放大、射频放大、视频放大等模拟信号处理后，再经DSC中的微机控制A/D转换变成数字信号进入图像存储器，接着按帧读出的图像数字信号再经D/A转换变成模拟信号进入显像管进行显示。显然DSC技术是一种在回声模拟信号处理后进行的数字化后处理技术，由它带来B型超声显像仪的一次重大的突破性进展，它 实现了图像的存储、冻结、无闪烁和灰阶电视显示，随着高速器件的应用，逐步实现了实时动态显示，取得了临床应用的蓬勃发展。

第二部分 超声诊断影像系统及设备国内市场综述

第一节 超声诊断影像系统及设备市场现状分析及预测

近年来，中国超声诊断影像系统及设备的市场以其超过2亿美元的巨大规模，成为继美、日两国之后的世界第三大市场。这样的市场规模，吸引了世界上各主要生产厂商不遗余力地在中国进行市场开发及投入。预计未来两年，市场上一定会出现多种价位适中、性能全面、成像优异的彩超系统，而国内品牌的加入，将促使低档超声产品的战国时代来临，从而引发中国超声市场的重组。谁先准备好，谁的产品过得硬，谁就有可能成为这场重组的先行者。

第二节 超声诊断影像系统及设备产品产值分析及预测

目前，各大超声厂商都在竞相开发低成本、多功能、高可靠性、易于维护、容易操作的低价位彩色超声影像系统。由于技术进入门槛的降低，计算机技术的普遍使用，许多新公司及小公司也纷纷加入到这一类新产品的研制开发，而国内几家著名的医疗设备厂商也在紧锣密鼓地研发自己的彩超产品。

部分厂商情况统计

单位：台

预计未来两年，市场上一定会出现多种价位适中、性能全面、成像优异的彩超系统；国内品牌的加入，将打破几乎被进口品牌完全垄断的市场格局一一低档超声的战国时代的来临，必将促使市场重新洗牌。随着彩超市场价位的下调，低档彩超就会威胁到中高档黑白超的市场。30万作为一个心理突破点，如果任何一种彩超系统价格低至这个价格水平，必将引起低档彩超的热销，从而引发中国超声市场的重组。连锁反应会造成许多原计划购买高档黑白超的医疗机构转而购买彩超，低价位彩超的市场容量将成倍增长。反之，高档黑白超的市场需求萎缩，市场价格也将被压迫在20万元以下。

市场重组是一把双刃剑。一方面，医院的采购成本下降，更多的中小医疗机构有能力负担起彩超，这无疑也给广大的患者带来了更好的诊断效果。然而，市场价格的下降同时也会给厂商带来压力，虽说市场总量增加了，但竞争环境变得更复杂，可以说，只有那些懂得如何降低生产成本和控制运营成本的厂商，才能在这个市场生存下来。

在中国设厂生产无疑是降低生产成本的必由之路，多数外资厂商已在中国建立了生产基地，个别厂商甚至建立了研发中心，以从根本上来控制成本。元器件采购本土化也进一步在成本控制方面帮了忙，在这一点上，本国产品可以说是占尽优势。而就运营成本控制来说，如何建立行之有效的分销模式甚为关键，大多数现有的代理渠道可能会不适合这种高效率的运作，有效地运用物流控制系统来帮助降低成本和提高效率，必将被提到议事日程上来。同时，系统装机遍布全国各地，如何在控制运营成本的同时保持一个良好的售后服务系统可以说是困扰各超声厂商的大难题。

第三节 超声诊断影像系统及设备市场需求分析及预测

1、超声诊断影像系统及设备市场分析

2005年，在中国低档彩超市场中，每台彩超市场价格低于70万元，这个市场的用户需求很强烈，这种需求主要来自于二级及二级以下的医院及医疗机构。但是，过去几年的发展证明，实际的市场规模其实并不大，总量也就几千万人民币。究其原因，主要是由于目前在这个价位的彩色超声影像系统通常功能比较简单，主要以腹部、妇产为主，几乎没有心脏应用功能，很难全面承担日常的超声诊断工作，购买此类超声系统的医院通常只能负担起一台的成本压力。而医院只需付二三十万就可以拥有性能优良的高档进口黑白超，应付日常检查已经足够，病人也负担得起。所以中国高档黑白超一直有着不俗的表现，甚至于许多大医院也配备这类高档黑白超来应付日常的普通检查，各高档黑白超供应商在黑白超方面部取得了良好的业绩。

2、超声诊断影像系统及设备市场需求预测

预计未来五年中国超声诊断设备市场将持续增长，年复合增长率达到6.9%。到2012年该市场的销售额将达到6.2亿美元。

2008年彩超出货的数量只占整个中国超声诊断设备市场的15%，但其销售额却占总体的70%以上。跨国公司在彩超市场占据绝对优势，有近90%的市场份额。而本土企业则在黑白超市场占有60%以上的份额。在今后几年，将有更多的本土企业进入彩超市场，但是在高端彩超市场，本土企业还有很长的路要走。以产品销售收入统计，GE医疗，飞利浦医疗以及西门子医疗占据市场的前三强。迈瑞公司则位居第四，当之无愧地成为本土企业的领头羊。汕头超声、深圳蓝韵等本土企业也有不错的表现。

国家在医疗方面的支出将持续增长。医疗机构在超声诊断设备上面的配备以及升级换代的需求仍将持续。这些因素都将促进中国超声诊断设备市场的发展。在沿海发达地区，乡镇卫生院以及其它地区的县级医疗机构对彩超的需求将强劲增长。预计在今后5年，中低端的彩超将成为推动市场的主要因素。同时也不能忽视计生系统对于相对低端超声仪器的持续和稳定的需求。

第四节 超声诊断影像系统及设备消费状况分析及预测

中国的超声设备主要是安装于大医院的超声科，中小医院的电诊科、物理诊断科或特诊科。早期的B超均为黑白系统，主要应用于腹部脏器及妇产科的检查，扇扫超声仪配备较少，主要用于心脏扫查。直到上世纪80年代后期，随着彩色多普勒系统的引进，很多大医院开始配备彩超系统，用于装备心内科，由心内科医师操作，重点用于心血管系统的检查。

彩超技术的进一步发展及应用领域的不断扩张，使得近几年各医院再购置超声诊断系统的时候，多考虑购买所谓的全身应用系统，即一机多能，同时拥有心脏、腹部、妇产、外周等多种应用功能。因此，中国市场现已装机的超声系统多为该类机型，而日常诊断则大部分以腹部、妇产为主，心脏应用则取决于该院心脏科的配备如何，其他应用一般较少。也就是说，在中国市场推广超声影像诊断系统，其设备必须拥有完善的功能，以腹部、妇产应用为主，心血管应用则为必需配置（基本应用即可），以满足检查要求。心脏专用系统则必须配备先进功能，因为通常心血管专科的医师水平都比较高，故此对超声系统的应用水平和要求也自然很高。

2009年1季度国内共有21个地区发生了有关超声波诊断仪的国际招标活动，其中，需求较大的是广东、北京、上海、浙江和江苏5省市，采购数量均达到或超过15台。

2009年第一季度超声波诊断仪中标情况

虽然今年由于经济危机，很多行业都受到严重的影响，但我国超声诊断系统及设备却没有受到多少影响，医院的需求仍然在不断的上升，预计今年的消费还将持续目前的良好态势。

第五节 超声诊断影像系统及设备价格趋势分析

2005年产品市场价格：将彩超市场分为高中低三个不同的档次，单台价值150万元以上为高档市场，70万以上150万以下为中档市场，低于70万的为低档市场。而较细的划分是把高档市场分成高档全身应用市场及高档心脏专用市场，中低档市场中几乎不存在专用心脏市场。黑白超市场最简单的划分就是分两档，即单台价值15万以上及15万以下。高档黑白超全部为国外品牌所垄断，国产黑白超则以价格低廉、性能单一、操作简便占据整个低端市场。虽然黑白超单价便宜，但市场容量巨大，每年的出货量近万台。反观彩超市场规模，每年的出货量不足2,000台，但由于厂商相对获利较高，各主要超声系统供应商新品迭出，推广活动不断，所有这些都促进了中国超声市场的进一步发展。

2009年1季度绝大多数彩超设备国际招标项目的报价点在50万美元以下，其中又以5-50万美元间的报价最为密集，这个区域基本上反映了单台彩超的一般价格。50万美元以上多为一些高档彩超和多台彩超设备的报价范围。预计未来的价格会随着国产设备的增加而有所降低，但国外采购的价格不会有太大的变动。

第六节 超声诊断影像系统及设备进出口量值分析

2007年中国进口彩色超声波诊断仪2660台，共计1.6亿美元，2008年彩色超声波诊断仪出口额为2.03亿美元，同比增长51.51%，B超诊断仪出口额为1.09亿美元，同比增长了5.88%等。从超声波诊断仪的国际招标采购来看，2007年采购量在800台以上，2008年达到1000台。

2009年1季度共发生了100多个有关超声波诊断仪的国际招标采购项目，超声波诊断仪的需求数量超过200台。

2009年1月-3月我国采购彩超的金额起伏明显，采购金额从1月的1400多万美元减少至2月的1200多万美元，到3月又增长到1300多万美元。中标数量呈增加趋势，从1月到3月增加了45.45%。

2007-2008年彩超采购情况

单位：台