技术进步引发超声医疗设备热潮

大型超声波系统功能更强大，图像更清晰

西门子Medical Solutions、GE Healthcare Systems和飞利浦Medical Systems是三家最大的超声波系统制造商。西门子最近推出了妇产科使用的白金版Acuson Anteres系统。GE的Volusion 730系统主要用于胎儿超声心动图仪。相对紧凑些的飞利浦HD11 XE超声波系统则适合心脏科室使用。

西门子的Acuson系统基于该公司自己开发的节奏对比脉冲序列技术(CPS)。CPS也可以通过超声波诊断跟踪癌及癌细胞转移。通过整合非线性基本原理和较高阶谐波对比信号，CPS可以改善对比药剂的灵敏度和特征，这使得可以同时检测出只有对比药剂和被扫描生理组织才有的信号。另外，通过施加到多普勒信号上的啁啾编码激励，Acuson系统的高分辨率彩色流(HRCF)可以极大地改善超声波空间分辨率和灵敏度。

GE Volusion 730系统是一个四维超声波系统，其先进的信号处理功能可实现高等级的图像质量。GE独特的四维技术可以实现扫描图像的实时更新，它与三维成像的区别“好比一个是活动视频，一个是静止照片。”GE公司表示。

虽然西门子、GE和飞利浦的超声波系统代表了世界最先进的超声波设备，但它们体积庞大，价格昂贵，许多这样的系统价格都超过了20万美元。而且由于它们体积大，使用中的可移动性和灵活性受到很大限制。许多这样的系统都被放置于医院的放射室，不能移动到患者床前，而必须将病人带到机器前才能接受超声波检查和治疗。

便携产品将大行其道

由于认识到低成本、可移动性和灵活性的需要，一些公司开始推类似于笔记本电脑的高性能便携式机器，售价低至4万美元。便携式B超已不再是简易概念下的产品，而是大型、多功能B超的小型化(便携式、床边化、家庭化)概念，将给整个产业与技术的发展带来巨大的影响。

GE 的Logiq Book XP是一款类似笔记本电脑、重量仅10.3磅(包括电池)的超声波仪器，可用于心血管、腹腔和妇产科领域。Logiq Book XP性能的关键是采用了包括外科手术用小型血管传感器在内的先进传感器。该系统有一个GE的LOGIQ系列产品中常见的键盘、一个轻松导航的轨迹球和一个彩色显示器。配置有60GB的存储器，其中30GB专门用来保存30,000多个超声波。图像可以通过CD-R/W驱动器、USB设备或通过无线医学数字成像和通信(DICOM)协议输出。

连通性设计正在成为临床医疗设备的一个主要的设计因素。不管是采用ZigBee技术、以太网、CAN、蓝牙或是某种专门的RF解决方案，终端产品都必须能够与医院或诊所里的任何网络连接，而且还必须是非常安全的连接，以可靠地传输重要的数据，不损害病人的隐私权。

例如，GE的LOGIQ系列就具有有线及无线上网功能，能随时随地提供病人或伤员的详细生理数据，特别适用于运动会中为运动员及时诊断伤情。一旦出现不能确诊的情况，就可将伤情数据通过互联网迅速传递给其他地方的专家会诊。

Sonosite 公司通常被认为是便携式超声波成像市场的领头羊，这要归功于该公司的系统级芯片(SoC)成像技术。这种SoC在同一芯片上包含有数字信号处理和多种超声波功能。Sonosite的技术源自华盛顿大学应用物理实验室对声纳的研究成果，其最新产品是8磅重的MicroMaxx超声波成像系统，可用来诊断在美国占死亡原因第一位的心血管疾病(图4)。


图4：8磅重的MicroMaxx超声波成像系统来自Sonosite, 一家最早开拓手持式超声波成像设备市场的公司。该设备用于诊断心血管疾病。

Zonare 公司开发的便携式z.one系统可用于一般成像、妇产科、心脏科、血管科和其它新兴领域。它采用该公司专有的Zone超声波检查法和Zone Speed技术(ZST)，可专门针对成像组织的"区域"快速收集大量数据(图5)。使用Zone超声波检查法可以在5.2ms内完成图像捕获，而传统的超声波技术需要花52ms。

z.one系统性能的关键部分是三个TI公司的C6?55 DSP芯片，这些芯片增强了视频处理和成像性能。该仪器可以在装有5.5磅扫描引擎的手推车上使用，在需要携带至别处使用时可以从手推车上取下引擎。 Zonare公司将该系统称为可装卸式超声波仪，因为它能快速方便地在许多不同的地方用于不同的医疗用途。

对超声波领域，TI许多高性能和高集成度的器件，如一系列8通道压控放大器VCA8617，可提供8个VCA通道和集成的低通滤波器，可节省板空间。其集成度水平和低功耗性能有助于增加系统通道密度，并有利于提高系统性能和便携性。

内窥镜超声波(EUS)是医疗领域中最新和增长最快的应用之一。在EUS帮助下，几英尺长的一根纤细导管可以通过食道向下或通过直肠向上插入到病人的消化道中。

EUS可帮助医生通过显微镜检查消化道内部及其周围的组织。内窥镜检查管就像潜望镜那样工作，它能帮助医生检查内部器官，并将窥视结果拍摄成照片或录像。EUS与常规内窥镜检查法的舒适度一样，虽然它所花的时间要长一些，因为它更精确，而且医生需要看清和分析更多的细节。

奥林巴斯有多款医疗内窥镜新产品。例如，经鼻插入的超细型上部消化道视频内窥镜“GIF TYPE N260”可大幅减轻患者痛苦，目前很受日本医生的欢迎，而名为“EVIS EXERA II”的内窥镜系统正被越来越多的欧美医院所采用。针对中国及其它亚洲地区的是名为“EVIS LUCERA”的高清内窥镜系统及普及型视频内窥镜“V70系统”。

EVIS EXERA II是专用于医疗及外科内窥镜检查的高清晰视频系统，该系统采用了1080i高清晰图像处理、窄带成像等先进技术，高性能的EVIS EXERA II处理器为HDTV等先进功能提供了强大的支持。为进行高效的图像管理，EVIS EXERA II还提供各种数字输出能力，使图像以数字形式进行传输或存储，从而很方便地在电脑中进行数据管理，而对图像质量没有任何损失。

细针抽吸活检术是一种更先进的EUS技术，已被加州大学的干涉内窥镜检查中心的总监和医学博士Kenneth Chang，以及Phuong Nguyen博士成功运用于许多病人。它在内窥镜的端点插入一个活检针，通过电视屏幕的控制和监视，这种针能让医生检查并判断癌细胞是增加了还是减少了 (作为治疗的效果)。在没有这种技术的情况下，病人需要经过许多探测性外科手术才能检查癌组织。

细针抽吸术也可以用来探查其它器官，包括心脏、肝、肠和胰腺。用这种方法可以看到直径小至6mm的胰腺肿瘤，CT扫描技术以前曾是观察肿瘤的最好方法，它只能发现大于2cm的肿瘤。

研究发现，33%的食道癌和75%的胰腺癌病例发现时已进入晚期，也即此时已经没有必要再实施探查用的外科手术。


图5：Zonare公司的z.one系统是一款重仅5.5磅的便携式超声波设备，适用于通用超声波成像，它采用该公司专有的Zone超声波检查法和Zone Speed技术(ZST)，可专门针对成像组织的"区域"快速收集大量数据。

据Chang估计，在美国大约有150家医院在使用EUS。“大约有一半的医院可以做细针抽吸术，其中又有不到一半的医院正在成功地为病人实施细针抽吸术。”他说，“他们有生物工程学知识，但没有经验，当前最缺乏的是培训。”

理解EUS的超声波图像是一项非常艰巨的任务，需要进行培训和实践，且要头脑灵活，这也是Chang和Nguyen在UCI医疗中心每年教授三次超声波内窥镜课程的原因。事实上，Chang已经是Mayo诊所和其它诊疗中心的演讲佳宾。

EUS 是如此热门以致于许多医疗设备制造商(如Pentax)正准备研制EUS探针。以照相机著名的Pentax发明的具有360度全视角的第三代全电子放射阵列内窥镜已经在做临床试验，更小的线性阵列内窥镜也在开发中。据Pentax透露，新的压电材料、更高的制造效率和更有效的线缆与屏蔽材料对Pentax 的EUS先进设备都有很大的贡献。

另外一个重要的先进性能来自于Duke大学。那里的研究人员已经开发出整合了三维成像和加热治疗的超声波设备，这种设备能够很好地治疗心律不齐。

“还没有其他人开发出在导管中整合了治疗与成像功能的超声波设备，而让三维成像单独实现。”领导这一项目小组的生物医学工程教授Stephen Smith表示。他认为这种设备可以改进医生过去广泛使用的摧毁或烧灼掉引起心律不齐的异常心脏组织的方法。

作者：Roger Allan，《Electronic Design》特约编辑；Bellinda Shi，《电子系统设计》高级助理编辑