什么是声成像？三维超声成像技术原理_三维超声成像技术研究与应用

　　成像的原理很简单，大家初中物理课上都学过，我们在此就不详述了，但是我们在日常生活中的确是可以看到很多这方面的应用。

　　声成像的研究开始于20世纪20年代末期。最早使用的方法是液面形变法。随后，很多种声成像方法相继出现，至70年代已形成一些较为成熟的方法，并有了大量的商品化产品。声成像技术已得到广泛应用，主要用于地质勘探、海洋探测、工业材料非破坏探伤和医学诊断等方面。

　　什么是声成像？

　　声成像是基于传声器阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布，即取得空间声场分布云图－声像图，其中以图像的颜色和亮度代表声音的强弱。声成像方法可分为常规声成像、扫描声成像和声全息。

　　a、常规声成像。从光学透镜成像方法引伸而来。用声源均匀照射物体，物体的散射声信号或透射声信号，经声透镜聚焦在像平面上形成物体的声像，它实质上是与物体声学特性相应的声强分布。用适当的暂时性或永久性记录介质，将此声强分布转换成光学分布，或先转换成电信号分布，再转换为荧光屏上的亮度分布。如此即可获得人眼能观察到的可见图像。

　　b、扫描声成像。通过扫描，用声波从不同位置照射物体，随后接收含有物体信息的声信号。经过相应的处理，获得物体声像，并在荧光屏上显示成可见图像。

　　c、声全息。将全息原理引进声学领域后产生的一种新的成像技术和数据处理手段。

　　声学照相机，又名声相（像）仪，是利用传声器阵列测量一定范围内的声场分布的专用设备，可用于测量物体发出的声音的位置和声音辐射的状态，并用云图方式显示出直观的图像，即声成像测量。目前国内比较先进的声相仪，是由中国科学院声学研究所噪声振动实验室自行研制的声相仪系统，具有世界先进水平。

　　随着临床需求与计算机技术的发展，超声影像技术经过了应用初期的一维超声成像（A型和M型）、灰阶二维超声成像（复合成像和实时成像）和三维超声（静态、动态和实时成像）等多个发展阶段，目前已经非常成熟，在临床诊断上发挥出巨大的作用。
   当然可靠的数据提取是得到精确三维超声图像的前提，这就需要对光声信号能够高效采集。

　　三维超声成像技术原理

　　三维超声成像分为静态三维成像和动态三维成像，动态三维成像由于参考时间因素（心动周期），用整体显像法重建感兴趣区域准实时活动的三维图像，则又称之为四维超声心动图。静态与动态三维超声成像重建的原理基本相同。

　　1、 立体几何构成法；该法将人体脏器假设为多个不同形态的几何体组合，需要大量的几何原型，因而对于描述人体复杂结构的三维形态并不完全适合，现已很少应用。

　　2、 表面轮廓提取法；是将三维超声空间中一系列坐标点相互连接，形成若干简单直线来描述脏器的轮廓的方法，曾用于心脏表面的三维重建。该技术所需计算机内存少，运动速度较快。缺点是：（1）需人工对脏器的组织结构勾边，既费时又受操作者主观因素的影响;（2）只能重建比较大的心脏结构（如左、右心腔），不能对心瓣膜和腱索等细小结构进行三维重建;（3）不具灰阶特征，难以显示解剖细节，故未被临床采用。

　　3 、体元模型法（votelmode）；是目前最为理想的动态三维超声成像技术，可对结构的所有组织信息进行重建。在体元模型法中，三维物体被划分成依次排列的小立方体，一个小立方体就是一个体元。任一体元（v）可用中心坐标（x，y，z）确定，这里x，y，z分别被假定为区间中的整数。二维图像中最小单元为像素，三维图像中则为体素或体元，体元素可以认为是像素在三维空间的延伸。与平面概念不同，体元素空间模型表示的是容积概念，与每个体元相对应的数V（v）叫做"体元值"或"体元容积"，一定数目的体元按相应的空间位置排列即可构成三维立体图像。描述一个复杂的人体结构所需体元数目很大，而体元数目的多少（即体元素空间分辨率）决定模型的复杂程度。

三维超声成像技术研究

三维超声成像技术采用二维面阵超声探头，使超声束在三维扫查空间中进行摆动，即可直接得到三维体数据。但二维面阵换能器的制作工艺限制了阵元数，使得三维图像的分辨率受到了一定的限制。目前已有使用二维阵列的超声成像系统面世。目前三维超声数据的提取仍广泛采用一维阵列探头。用一维阵列探头提取三维超声数据，需要外加定位装置，如目前临床广泛采用的一体化探头。该探头是将一个一维超声探头和摆动机构封装在一