便携式B超技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

B超诊断仪领域的新技术：

1、超声内窥镜：这是B超技术与内窥镜技术的结合,通俗地讲就是制作一条细长的B超探头借助现代内窥镜技术进行内脏超近距离B超检查,可以更加细致地观察。目前有经食道心脏超声,经胃/十二指肠内窥镜超声,腹腔镜超声等。

2、超声CT：在二维超声图象上移动超声焦点,对局部脏器进行放大,实施细微观察。它的应用局限性是所观察器官与周围器官解剖位置不清析。此技术由西门子公司率先开发。

3、三维超声：用专用探头对脏器进行容积式扫描,然后利用计算机进行三位重建,获得三维图象。

4、四维超声：实际上此种技术是在三维超声基础上加上时间参数,形成三维立体电影回放图象。

5、血管内超声：有一种直径只有几个毫米的特制超声探头,利用介入技术将探头插入血管内,对血管内情况进行仔细观察,为介入治疗提供可靠的依据。

6、手提式彩色超声：随着现代电子技术的发展,使彩超这种复杂的电子仪器小型化了,在保证主要功能的前提下出现了手提式彩超。这种彩超主要应用于术中或集诊急救,另外在军队野外作战也广范用途。

第二节 产品工艺特点或流程

通过便携B超的设计案例，具体看看ID设计和MD设计存在的具体矛盾以及解决的方法。

就工业设计的主流而言，设计的产品要能够大批量生产，大批量生产就意味着成本要适当，装配工艺要简单，产品的生产工艺简单；而设计师往往希望达到完美的设计，将设计结果发挥到极致，这往往是不能实现的。设计应该说是在夹缝中求生存，所以很难达到完美，即便达到完美也是一种中庸的妥协的完美。ID设计希望不受生产工艺的约束，希望自己设计的产品或者效果生产工艺一定可以做到，MD希望自己设计的产品加工精度和加工误差非常小，而生产工艺希望产品对精度的要求不要过于严格。通过便携B超的例子来说明。

便携B超内部钣金之间就有上百个装配关系，这上百个装配关系完成后与外壳装配，还有把手装配，这内部上百个的装配关系误差累计到塑胶壳体的装配关系上，导致的结果是误差累计过大，把手装配不上去，显示器不居中或者显示器与前壳配合间隙很大，甚至导致外部塑胶件之间的装配关系出现很大的缝隙，影响外观的效果。如果要求加工精度高，钣金件的加工成本相差200元以上，如果以1000台计算的话，成本相差20万；客户希望降低加工精度，同时要达到效果，这就需要MD设计考虑周全，在适当的位置设计抵消误差的椭圆孔或者长条孔，可以适当的调整装配间隙。

ID设计希望把手或者壳体上没有瑕疵或者接缝，各个拼接缝之间配合均匀。但模具生产一定存在分模以及模具拼接线的问题。例如把手的加工，虽然采用气辅注塑，可以避免两个部件组装的拼接线，但模具拼接线是很难避免的，需要ID在设计的时候就要考虑可能的分模线，提前考虑弱化分模线对整体的影响。

解决这个矛盾的原则就是提前估计生产工艺对产品最后的影响，提前考虑弱化这些影响的方法。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

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。

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。

3、多功能化

根据超声与生物相互作用基础理论研究的最新进展，发展新的检测参数并用于临床医学，始终贯穿着医学超声诊断仪的发展过程，如最初利用组织界面声特性阻抗的差异，检测界面反向回声信号，形成了初期的黑白灰阶B型超声图像，而后在超声多普勒效应的基础上，利用血流形成的超声多普勒频移从而检测流速，随即又发展成以彩色显示流向的彩色多普勒成像技术。这两大技术检测的分别是声阻抗与频移参量。新参量的发现与应用，将导致医学超声设备的发展和功能增强。90年代中期以来，一些新参量发展带来超声诊断仪的多功能化。

4、多维化

虽然换能器多阵元和宽频带技术、数字扫描转换技术、数字声束形成器技术、超声多普 勒技术等有力地促进医学超声二维图像技术的飞跃发展，但在深入应用中也发现其不足之处: 诊断的准 确性较高地依赖于诊断医师掌握仪器的能力与医学知识；成像面间隙区域信号丢失; 受检体空间结构是 在诊断医师大脑中瞬间合成的印象；介入性治疗明显受到平面声像制约。实现超声体成像(Ultrasonic Volume Imaging)就成为医学超声诊断技术发展的趋势，而用各种方式高速采集体元象素(Voxel)是技术关键，由此构成的体图像不仅弥补了平面声像的不足，并且将医学超声诊断推向多维化新阶段。严格地 说来，显示空间形态与结构(x，y，z)的是三维参数图像，能够显示结构运动(x，y，z，v)是四维参量图 像，即动态体成像。而又能在动态体图像上同时显示动态血流的是五维(x，y，z，t，v)参量图像，可称 为彩色动态体成像。目前体元象素成像已有五种观察模式即表面模式、最小值显示模式、最大值显示模 式、类X射线模式及灰阶加彩阶模式。同时能以5种模式显示的体成像仪具有较高的技术水平。重建一幅体象素图像的速度，既与高速运算芯片的运算能力，也与运算软件相关，目前已可以达0.3s内重建一幅 体象素图像，并可在10余秒内全部重建体图像。提高重建速度是有待研究的关键问题之一。目前实现体成像大致有两种途径，一是利用三维探头实现空间扫描，并重建体图像。二是利用图像处理工作站附加在主机上采集存储图像然后重建体图像，前者较为快捷，且失真度小。

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