王巍伟
桐乡市梧桐街道社区卫生服务中心 浙江省桐乡市 314500
摘要：声波的频率超过人类听觉系统的极限值称为超声，超声波是人耳听不见的。通常在20kHz的频率下，超声波在整个传播过程中必须具有反射、映射和多普勒效应。超声波在当代日常生活中的使用越来越普遍。本文介绍了超声成像技术的基本原理和特点，并详细介绍了超声扫描成像系统的系统模型的组成。
关键词：超声波；扫描成像技术；医学领域
引言：超声波是一种高频机械波，其声源的振动频率超过20000Hz，并且可以在气体，液体和固体中传播。人耳可以听到20-2（00DOHz）的范围，因此人耳听不到超声波。经过超半个世纪的发展，超声医学已成为临床医学的重要组成部分，对于临床医学疾病的诊断和治疗至关重要。
1、超声波的基本特征
1.1超声波
超声波本质上是机械波，可以用标量来描述，例如光的波长，频率和速度。
1.2超声波动能
超声波动能可以集中到整个光束中，并且光束辐射的水平和方向性与频率成正比，与光波长成反比。
1.3超声波传播的基本原理
当超声波在人体细胞中传播时，当它们遇到具有不同声阻抗的声学材料页面时，就会发生反射，散射，透射和其他不同的情况。声阻抗差越大，反射越强，这也是超声检测内脏器官的基本概念。
1.4传播物质
当超声波在材料中扩散时，随着扩散距离的增加，声强会逐渐减弱，这就是超声波的衰减范围。超声波衰减的主要原因是扩展衰减，传输衰减以及消化吸收衰减。当产生声源与接收器之间相对运动时，接收器接收到的声频与声源处的频率不一致，这被称为声波频率的多普勒效应。心脏壁，血管壁，心脏瓣膜的运动和血液流动性均可引起多普勒效应。
2、超声扫描成像技术
2.1超声扫描成像的基本原理
超声本身的物理特性包括反射，映射、及其多普勒效应等，这些已成为超声在医学中应用的基础。对于人体的不同器官的声阻抗的主要参数是不同的，并且在正常和患病情况下，同一人体中人体器官的声阻抗的主要参数也不同。超声波扫描成像的应用基本上是获得从人体反射和衰减的不同抗压强度的超声波，这是因为人体器官中不同的深层结构的声阻抗和衰减特性不同，从而导致不同的反射和衰减。收集这种回波数据信号并执行解决方案，然后可以获得相应的图形指示。该图案可以在视觉上反映人体中反射的超声数据信号的高度和散布，从而帮助医生区分内部器官和机构的形状或疾病。
2.2超声扫描成像的特点
超声波可以穿透不可渗透的物体，获得其内部结构特征，并创建物体的可见图像，这种方法称为超声扫描成像。超声扫描成像已成为现代科学中的关键成像科学，可帮助医生获得人体内部结构中声学材料特性的信息内容。它的优点包括：
（1）使用方便，用于超声扫描和成像的设备体积小，不会损坏身体，并且可以使用便携式照相机对身体的特定部位进行扫描和成像，使用方便。超声波是非电离辐射。进行医学超声检查时，输出功率会调整到诊断类别，对人体无害。到目前为止，尚未发现医学超声扫描成像会对人体造成伤害。此外，与具有高风险因素的X射线相反，超声诊断可用于检查胎儿。
（2）可以准确地区分人体的皮下组织。X射线和超声波对人体骨骼和皮下组织的成像能力大不相同。超声成像方法是反射性的，并且穿透皮下组织，根据从页面返回的回声，它可以产生皮下组织的页面图像，该图像显示了超声判断皮下组织的能力。
2.3超声扫描成像技术不足
自从超声波扫描成像技术问世以来，它已经集成了日趋完善的电子计算机图像处理技术，并根据图像处理了与图像质量密切相关的每个参数，这大大促进了超声成像质量的提高。
但是，超声成像的技术性质仍然存在一些困难。主要原因是图像的屏幕分辨率不够高，超声回波中的有益信息含量非常有限，并且混合了很多信息内容。另外，当超声波在人体细胞中扩散时会产生衰减，并且随着扩散距离的增加，声音强度会逐渐减弱。
3、超声扫描成像系统模型
3.1系统组成
超声波扫描成像系统可以根据超声波的回波观察人体细胞的转化。它通常由超声照相机，发送超声信号源，基本电源电路，回波信号分析和指示组成。超声照相机是超声扫描成像系统的关键组件，它的功能是发送和接收超声波，并进行电声数据信号和和弦电信号的转换。实际的整个过程是根据晶体的振动将摄像机发出的高频电子信号转换为超声波，然后发送到人体细胞中，反射回原位的超声波被接收在超声波探头的晶体上，并且超声波被转换为高频电子信号。
3.2体元回波系统模型
在超声扫描成像系统中，成像方法是通过发送回声积累来完成的，即识别体素由最小的机构体素组成，可以认为是几个区分体素与入射波的相互影响之和。作为超声成像效果，使用ue（t）表示区分体素的入射波，使用ur（t）表示反射波。如果使用hm（t）表示测得的区分体素的冲击响应，则ur（t）=ue（t）×hm（t）。如果使用Hm（x，f）表示位于X处的区分体素的传递函数，则使用Ue（f）表示入射波的相频特性，使用Ur（X，f）表示上式的相频特性可以表示为Ur（X，f）-Ue（f）XHm（X，f）。由于Hm（X，f）包括位于x处的区分体素的相频特性和超声波束的自由扩散，因此Hm（X，f）=E（x，f）Q（x，f）Ha（X，f），其中Q（x，f）表示位于x处的区分体素的相频特性，E（X，f）和Ha（x，f）分别表示整个光束的发射传播过程光束的实用性和来回动能的损耗。E（X，f）的可降解性分为两个部分，即：E（X，f）＝Ef（X，f）Eb（X，f）。公式中，Ef（X，f）表示超声波在扩展到X的整个过程中的波束扩展因子，Eb（X，f）表示从X发射物质回波时的波束扩展因子。超声传播过程中动能损失Ha（X，f）的关键因素是该物质对超声的消化，吸收和衰减作用。这种衰减效果主要表现在两个方面：一是减小超声波的波幅，二是改变相频特性的相位差。因此，如果假定来回的超声波衰减相同，则Ha（X，f）可以表示为：Ha（xf）＝e-2axe-j20（X，f）。其中：a是衰减指数，通常是频率的顶点。e是相位差延迟时间，通常是传输距离和频率最高点。用于区分体素的相频特性Q（X，f）的可降解性分为两部分，包括反射效用Hr（X，f）和透射效用HS（X，f），因此，可以表示为：Q（X，f）＝Hr（X，f）×Hs（X，f）。
3.3确定系统参数
接收到的回波不仅包括检测到的人体细胞的功能，还包括诸如超声波摄像机和基本电源电路之类的系统功能。此时，有必要弄清系统的传递函数，以便从回声中轻松获得组织的信息内容。除了噪声的影响之外，超声扫描成像还遭受声电转换和生物组织的影响。声电转换系统的传递函数可以用He（X，f）表示，生物组织的相频特性可以用Hm（f）表示，然后：Ur（f）=Ue（f）Hm（X，f）He（f）。如果已知物质的相频特性或冲击响应，则可以通过测得的入射波和超声回波确定系统的响应功能。这整个过程称为系统表征或摄像机表征。在系统的表征中，首先将类似于全反射的计划指定为总体目标。摄像机和整个目标都可以浸入蒸馏水中，蒸馏水可以清除残留物和气泡。这样做的好处是可以消除路径上的动能损坏。为了更好地获得最强的超声回声，反射平面应垂直于相机的中心线。此时，传递函数为1。系统的传递函数为回波的相位频率特性与入射波的相位频率特性之比，即He（X，f）=Ur（f）/Ue（f）。
结束语
在这个阶段，医学超声扫描成像技术已经发展成为医学领域最常见的诊断成像之一。由于超声波对人体无害，因此可以在人体细胞中传播，衰减低，成本低，特别适合现代科学应用。此外，超声扫描成像可以立即显示图像，并且在人体皮下组织的检测以及对心血管和脑血管疾病器官的血流动力学观察方面具有独特的见识，具有广阔的发展前景。
参考文献
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