23、超声成像技术的原理、系统对比及应用

超声成像技术的原理、系统对比及应用

1. 超声成像的基础原理

超声成像中，超声波会在不同时间撞击换能器元件，最短时间对应每个点正上方阵列元件的距离。而且，换能器元件具有方向敏感性或指向性，随着垂直角度增加，信号会减弱，这就导致了右侧面板中射频（RF）数据弧线的出现，该弧线展示了所有元件的RF数据幅度与时间的关系。

计算这一过程的模拟可称为“正向”问题，而从这些数据重建图像则是“逆向”问题的一个例子。图像重建操作通过对回波散射数据应用延迟求和程序来计算图像网格中每个像素的强度，从而重建介质图像。以最左侧点散射体对应的图像位置为例，沿着蓝色弧线的数据会被求和，以产生重建RF的像素值。在计算时，每个元件的数据会在时间上对齐后求和，且仅包含那些元件指向性值超过预设阈值的元件贡献。由于数据是按时间采样的，除了时间移位外，还需要进行插值。

延迟求和重建的本质就是如此，但该方法的实现方式在插值方法、弧线包含范围以及求和前是否对元件数据应用加权等方面存在差异。当像素位置对应目标位置且设定弧线曲率的介质声速正确时，像素值的幅度较大；当像素不在目标上时，重建弧线可能与数据中的弧线相交，从而产生图像旁瓣伪像。有多种方法可用于减少旁瓣，不过对于延迟求和（DAS）方法，点扩散函数（PSF）是具有旁瓣的衍射受限结果。此外，使用与真实声速不同的重建声速，以及介质中声速相对于标称值 $c_0$ 的异质性变化（在组织和大多数自然介质中普遍存在），都可能导致图像失真。Vantage架构使研究人员能够用替代算法取代DAS波束形成器，以减少失真和伪像，提高成像质量，若成功，这些改进可应用于临床系统。

2. 超声成像系统对比

2.1 商业诊断超声成像系统