1、B型超声诊断仪的发展趋势、新技术及维护保养与维修 安徽省立医院物流中心设备维修科 徐国庆 一、 B超诊断仪的发展趋势 医学超声诊断方法建立在医学超声工程技术发展的基础上，但由于人体组织器官自身的多样性、复杂性、生理和病理组织的特异性，实现准确的超声诊断绝非易事，这就向医学超声工程技术开发提出了很高的要求。广泛深入的临床应用，进一步促进了医学超声工程技术的发展。从20世纪70年代到90年代，多阵元超声换转器技术、数字扫描转换技术、超声多普勒检测技术、数字声束成像技术等重大技术的突破，有力的促进了医学超声诊断仪的发展，促进了医学超声图像诊断的蓬勃发展和深入应用。由于低强度超声对人体组织不产生损伤，
2、使超声图像诊断成为医学图像诊断的首选技术。现代医学超声诊断仪已是最新医学超声基础理论研究、大型压电材料和超声换能器研制、计算机处理、声成像技术与信息传输技术相结合的产物。70年代以B型超声显像技术为特征，80年代彩色多普勒血流成像技术为特征，90年代则以超声体成像为特征。而当今医学超声诊断的新技术发展主要体现在宽频带化、数字化、多功能化、多维化及信息化等五个方面的综合应用上，这一发展趋势在90年代后期已日渐明显，也引导着未来先进医学超声诊断设备研制的创新思维。 1、 宽频带化 PDF created with pdfFactory Pro trial version 宽频带技术的发展涉及到新型
3、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等的探头一般系指中心频率，其频宽F约为1MHz，此种探头可称为单中心频率窄宽带探头，目前仍大量应用。其不足之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感。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2.5-6.0MHz的超声波，其有效带宽可达到3MHz左右，检测浅表组织时由于高频率可以提高分辨率，而对深部组织时又
4、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。90年代，宽频带探头和超宽频带探头获得应用，例如同一只探头可以变换产生2.5、3.5、6MHz为中心频率的超声波，小器官探头可以产生5、7、9MHz中心频率的超声波，其频带宽度可以达到8MHz以上。超宽频带探头已可以产生1.8-12MHZ的超声波，术中探头则能发射6-15MHz的超声波， 可以准确显示浅表血管壁与内膜。超高频探头可产生60-100MHz的超
5、声波，极大地提高了皮肤及浅表组织的分辨率。变中心频率宽频带探头的应用为诊断医师提供了方便，也可以更PDF created with pdfFactory Pro trial version 容易获得更为清晰的图像，提高了检测灵敏度和动态范围。但信噪比则略有下降。 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的接收与处理，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，声图像的纵向分辨率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
6、带技术必须折中考虑多种因素。 2、 数字化 数字化技术的开发与应用伴随着现代B型超声诊断仪发展的整个过程。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
7、件的使用，逐步实现了实时动态显示，取得了临床应用的蓬勃发展。80年代中期，国际上出现了将原来单一信号通道发展成同时发射和接收128路回声信号，并由微机控制，由模、数混合计算，计PDF created with pdfFactory Pro trial version 算出符合声学理论计算的每个回波声束（即波束形成器），由软件控制的声透镜做动态聚焦、动态变迹、动态孔径和增强处理，这实际上是由软件控制实现回声信号的前端数字化处理，多通道同时处理提高了成像速度。随后，又出现了以全数字运算微机控制的128通道回声信号进行前端数字处理的超声显像诊断仪。理论上，全数字声束形成技术能够进一步减少非线性衰减延
8、迟的相关失真和信号传输损失，实现了按像素点聚焦声束。在数字化超声诊断仪的基础上，进一步发展了全数字化超声诊断仪，即已达512路甚至更多路的数字声束形成器。它还包括了数字图像管理和存档（PACS）以及数字图像传输等系统。 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，始终贯穿于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，随即又发展成为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
9、。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。 （1） 能量图 PDF created with pdfFactory Pro trial version 能量图建立在利用超声多普勒方法检测血流信号的基础上。但除去了频移信号，仅利用由红血球散射能量形成的幅度信号。它可以出色的显示细小血管分布，不受血流角度及弯曲度的影响，又称为超声血流造影技术。新近发展的方向性能量图则全面利用了幅度值及频移信号，有时又称为复合全彩色多普勒。既可以显示血管分布，又可以检测血流平均速度，为诊断提供了新方法。 （2） 谐波成像 通常超声换能器中的压
10、电振子以固有频率谐振荡，发射基频超声波。若产生频率为基频几倍的超声波则成为N次谐波。超声二次谐波成像就是利用接收二倍于基频的超声信号来提取有用信息并结合到所显示的图像上。二次谐波信号只在特殊情况下才能激发产生，并被高灵敏度超声换能器接收到。由于声衰减量与频率平方成正比，通常二次谐波超声信号是很弱的。目前利用二次谐波成像技术主要有两种，即自然组织二次谐波成像和造影剂二次谐波成像。前者来自于检测组织所产生的非线性声学效应。后者则来自于造影剂微气泡突然破裂所产生的激波信号。利用超声二次谐波成像可以进一步诊断心脏功能及心肌存活情况，也可为心肌密度定量分析提供依据。分谐波成像技术正在发展，它利用的是1/
11、2或1/3基频探测人体组织，可以减少声衰减，提高侧向分辨率。 （3） 组织特征参数成像 诊断定量化一直是超声医学及工程学追求的目标。目前已对组织速度、弹性、B/A(非线性声参数)测量取得重大进展，利用超声多PDF created with pdfFactory Pro trial version 普勒法除测量与显示血流速度外，对心室壁面的快速运动同样可以应用，形成组织速度图像。另一种方法是采用高帧频采集技术，其帧频可近400Hz左右，以高速采集全部室壁的运动动态信息，然后再将彩色（速度）信息与组织灰阶信号相结合，从而显示运动组织的状况。组织弹性声成像反映组织弹性特征。它利用特制超声源对被测组织
12、进行辐射激振，测量其动态位移，由应变与辐射力计算出相应的弹性系数加以显示。可以显示组织的弹性及老化状态。 当超声波与生物组织互相作用时也会产生谐波滋生、激波等非线性声学现象。由非线性声学方程所引出非线性声参量B/A不仅弥补了线性参量的不足，客观上也反映生物组织的另一方面的特性，研究表明，利用B/A参量形成的图像对比度高出常见声图像的10倍以上，为组织生理与病理状态的定性提供了有力工具。 （4） 复合图像技术 最先出现的是多频图像技术，它利用宽带发射探头发射宽带超声波，而在接收过程中利用动态滤波技术，使得由浅入深接收的组织回声信号频率由高到低逐渐变化，形成整幅均匀而清晰的图像。另一种方法是控制高
13、速图像采集系统，使其一幅图像来自于频带宽度的上缘，另一幅来自频带宽度的下缘，然后选择性接收与融合成一幅高清晰度图像。 4、 多维化 B超经过了三个发展阶段，最早采用的是黑白超声诊断技术，也就是现在的普通B超。通过超声探头测得的图像是黑白的。上PDF created with pdfFactory Pro trial version 世纪80年代在普通B超的基础上出现了彩色-多普勒超声波探测诊断技术，观测到的图像以红蓝两色为主，面向探头的呈现红色，反之为蓝色。这种技术能够观测到被检测对象的血液流动情况，有利于及时发现被检测对象的异常。普通B超和彩色B超都是二维平面图像，目前这两种技术仍在使用，随
14、着计算机技术的发展，出现了三维B超，也就是将二维图像合成模型，透过屏幕可从各个方位观察被检测对象。四维B超简称4D超声，是目前世界上最先进的彩色超声设备。第四维是指时间这个矢量。对于超声学来说，4D超声技术是新近发展的技术，4维超声技术就是采用三维超声图像加上时间维度参数。该技术能够实时获取三维图像，超越了传统超声的限制。它提供了包括腹部、血管、小器官、产科、妇科、泌尿科、新生儿和儿科等多领域的多方面的应用。 5、信息化 随着计算机技术、信息技术、电子和新材料等高新技术的迅速发展，以及临床诊断对于图像质量和使用功能需求的不断提高，B型超声诊断仪的功能不断增强，诊断范围和信息量不断扩大。因此，超
15、声信息系统（UIS）得到了广泛的应用。超声影像工作站系统也不断地建立起来，它与各种型号的B超、彩超连接，实现了实时图像显示、采集、处理、打印、图像存贮。同时，超大容量的存储空间，丰富的查询模式，多种多样的报告输出样式大大地提高了临床医生的工作效率。也为医院带来了良好的社会效益和经济效益。 二、 B超诊断仪领域的新技术 PDF created with pdfFactory Pro trial version 由于科学技术的不断发展，在 B 型超声诊断领域已经出现了以下一些新的技术，并且随着人们的不断追求，还将涌现出更多的新技术。 1、 超声内窥镜：这是B超技术与内窥镜技术的结合，通俗的讲就是制
16、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：在二维超声图像上移动超声焦点，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晰。此技术由西门子公司率先开发。 3、 三维超声：用探头对脏器进行容积式扫描，然后利用计算机进行三维重建，获得三维图像。 4、 四维超声：实际上此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像。 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，
17、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，在保证主要功能前提下出现了手提式彩超。这种彩超主要应用手术中或急诊急救，另外在军队野外作战也广泛用途。 三、B超诊断仪的维护保养 PDF created with pdfFactory Pro trial version 对B超诊断仪进行定期的维护保养，是保障其性能稳定，减少和避免故障，延长使用寿命，使其始终处于良好工作状态的重要手段。因此，对B超的维护保养是仪器操作人员和工程技术人员均不可忽视的一项重要工作。而维护保养的基本内容可分为两个方面，即日常维护保养和定期维护保养。日常维护保养
18、一般情况下应由仪器操作人员来做，主要工作是：（1）检查仪器使用的环境卫生状况：如环境温度、湿度；清除仪器表面灰尘、污物。（2）检查仪器各连接件和固定部件是否牢固，系统电气接触是否良好、稳定。（3）开机后，检查仪器的自检功能是否正常，是否出现正常的屏幕显示。（4）操作仪器面板各控制键，检查性能是否良好，特别是轨迹球和超声探头的性能。经过以上检查，如发现解决不了的问题，需及时通知工程技术人员予以解决。定期维护保养则应由工程技术人员来进行，这时也可称之为预防性维修（PM）。为了做好定期维护保养的工作，必须制定一套合理的计划，然后再按计划实施具体方案。定期维护保养主要有以下内容：（1）检查仪器的电源电
19、压是否符合要求，是否要配置净化电源和UPS电源，以确保仪器供电电源的稳定，这对保障仪器性能稳定，延长使用寿命尤为重要。（2）检测仪器的漏电流。检查仪器的接地状况是否良好。确保使用安全。（3）检查仪器周围环境中的电场和磁场的影响。电场和磁场对仪器造成影响时，必须采取有效措施消除干扰。（4）检查仪器的性能。主要是B超的探测深度、纵横向分辨率，确保得到检测范围符合要求，图像清晰的超声影像。（5）检查超声信息系统（UIS）。包括系统硬件、软件、应用软件和数据PDF created with pdfFactory Pro trial version 库。做好数据备份和软件升级更新，测试UIS与HIS、P
20、ACS的联接情况。如果工程人员在检查中发现自己不能解决的问题，必须向上级汇报或寻求厂家工程师予以解决。 四、B超诊断仪的维修 随着科学技术的迅猛发展，现代 B 型超声诊断仪与早期的B超相比，已经发生了翻天覆地的变化。B型超声诊断仪虽说是一种复杂的电子仪器，但早期的 B 超是由一些分立元件、单层或双层电路板和大规模的集成电路所组成。因此，一些工程技术人员凭借自己的技术水平和维修经验，通过一定的检测方法，尚且能解决一些仪器的故障。而现今的B超则是由超大规模集成电路，多层线路板组成的功能模块所组成，只有少数的地方保留了过去的结构。因而，对于现今的工程技术人员来说，要能成功地修复一台有故障的B超是件不
21、易之事。当然，这也并不说明在 B 超发生故障时我们就束手无策。我们可以从两个方面着手。（1）在B超发生故障时，工程技术人员必须第一时间到达现场，根据故障现象，凭自己的维修经验和水平迅速作出判断。如果自已有能力解决的，应尽快予以解决。对自己不能解决的，要立即汇报。如显示屏出现故障，能代替的先用替代的，对不能替代的应尽快与厂家取得联系；再如电源、轨迹球等发生故障，尽量依靠自身的力量给予解决。（2）对于一些如硬盘、软件、图像异常、超声探头损坏等故障必须通知厂家工程师，以便尽快解决。对于一个大型医院来说，B超发生故障，它的影响不仅仅是经济效益，还有它的社会效益，快速恢复B超进行正常工作是首要任务。因此说，在仪器发生PDF created with pdfFactory Pro trial version 故障时进行维修已不是我们当今的主要任务，我们的工作重点应是平时的维护保养，即预防性维护(PM)。 PDF created with pdfFactory Pro trial version
