楊 帆

（承德市中心醫(yī)院計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息管理中心，河北承德　067000）

計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)與超聲影像醫(yī)學(xué)應(yīng)用新進(jìn)展

楊 帆

（承德市中心醫(yī)院計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息管理中心，河北承德067000）

計(jì)算機(jī)；數(shù)字化技術(shù)；超聲；醫(yī)學(xué)影像

醫(yī)用超聲診斷設(shè)備是臨床常用診療設(shè)備，約占各類(lèi)醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查方式中的25%，因其價(jià)格相比于MRI、CT低廉，且無(wú)創(chuàng)傷性、無(wú)電離輻射、檢查時(shí)間短、能夠?qū)崟r(shí)獲取人體組織圖像表現(xiàn)，臨床應(yīng)用范圍越來(lái)越廣［1］。而隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，大大擴(kuò)展了超聲圖像處理、儲(chǔ)存及管理等功能，為超聲影像學(xué)的發(fā)展及臨床應(yīng)用開(kāi)拓了空間。本文就計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)在超聲影像醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展作一綜述。

1　計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)在超聲圖像處理中的應(yīng)用

超聲診斷儀的數(shù)字化，從數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換器開(kāi)始到今天的超聲發(fā)射、接收、成像過(guò)程的全數(shù)字化，數(shù)字技術(shù)已為高性能超聲影像診斷設(shè)備普遍采用，如數(shù)字式延時(shí)技術(shù)、探頭新型編碼發(fā)射接收技術(shù)、動(dòng)態(tài)變跡技術(shù)、數(shù)字化聲束技術(shù)、動(dòng)態(tài)孔徑技術(shù)、動(dòng)態(tài)電子聚焦技術(shù)等［2］。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，在一定程度上促進(jìn)了超聲影像診斷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的高性能、小型化、智能化。高性能超聲影像診斷設(shè)備不僅可以滿(mǎn)足臨床疾病診斷需求，還可以深入開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)理論與臨床醫(yī)學(xué)研究，極大的促進(jìn)了超聲影像診斷技術(shù)從單純形態(tài)學(xué)向形態(tài)生理與功能學(xué)及分子影像學(xué)方向的發(fā)展［3］。小型化超聲影像診斷設(shè)備，在確保設(shè)備功能的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，如筆記本電腦大小，不管是應(yīng)用在臨床檢查還是現(xiàn)場(chǎng)搶救當(dāng)中，均可以體現(xiàn)超聲影像診斷技術(shù)的重要臨床地位和價(jià)值，并且在一定程度上拓寬了超聲診斷技術(shù)的臨床應(yīng)用范圍［4］。智能化超聲影像診斷設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)一鍵操作，如一鍵多功能，不僅可以調(diào)節(jié)TGC、動(dòng)態(tài)范圍、接收增益，還可以調(diào)節(jié)速度標(biāo)尺等參數(shù)，進(jìn)而減少了檢查過(guò)程中繁瑣、復(fù)雜的調(diào)節(jié)操作［5］。

超聲檢查主要是利用人體不同組織器官之間的密度不同，從而產(chǎn)生不同的聲阻抗，并在相應(yīng)界面上發(fā)生不同的超聲波反射，然后以相應(yīng)儀器接收其所發(fā)射的回流，從而檢測(cè)其相關(guān)信息，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理以后所形成的圖像［6］。其中，B超成像是目前臨床應(yīng)用最多的成像技術(shù)，其主要成像原理是利用超聲波在組織中的傳播特性（包括反射率、速度及吸收率等），并將其轉(zhuǎn)化成為特殊可顯示信號(hào)，并在相應(yīng)顯示器上顯示出來(lái)［6］。而聲波的傳播特性主要受被測(cè)對(duì)象生物組織學(xué)特性所決定，例如密度及聲速等對(duì)于超聲波能量所產(chǎn)生的不同強(qiáng)度的散射或者反射等，獲取并分析其信息特性，從而反應(yīng)生物體內(nèi)各組織器官的特性［7］。但由于B超顯像容易受到場(chǎng)頻、顯示器刷新頻以及幀頻等的影響，應(yīng)用于疾病診斷存在一定的誤差。計(jì)算機(jī)技術(shù)具有專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)顯示以及存儲(chǔ)區(qū)域，且其所反應(yīng)的信息均具有相應(yīng)的顯存區(qū)域所儲(chǔ)存，且有專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)處理硬件完成，故具有更為精確、獨(dú)立、完善的信號(hào)處理及圖像建立。將計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)以及超聲診斷技術(shù)有機(jī)融合，即為現(xiàn)代超聲成像技術(shù)［8］。

超聲圖像處理技術(shù)主要包括超聲圖像數(shù)字化處理、圖像增強(qiáng)、恢復(fù)、編碼、重建及分析等，從而實(shí)時(shí)對(duì)超聲醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全方位處理。目前，臨床應(yīng)用的超聲數(shù)字化技術(shù)對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像處理主要包括以下幾方面內(nèi)容：

1.1圖像平滑處理噪聲是影響超聲圖像檢查質(zhì)量的主要因素之一，由于噪聲具有不可避免性以及隨機(jī)性，故其對(duì)于圖像的影響始終存在。為降低噪聲對(duì)圖像質(zhì)量的影響，多需對(duì)超聲圖像進(jìn)行去噪處理。圖像平滑處理技術(shù)主要是減少圖像噪聲，減少其對(duì)于圖像分辨率的影響，便于影像學(xué)醫(yī)師更為全面地分析圖像的細(xì)節(jié)［9-10］。

1.2圖像偽色彩處理常規(guī)B超診斷儀所獲得的圖像為灰度圖像，直接觀察往往對(duì)于灰度分辨能力具有一定的限度，而對(duì)于彩色的色調(diào)以及強(qiáng)度的分辨能力則較強(qiáng)。利用這一特點(diǎn)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行偽色彩處理，從而增強(qiáng)圖像效果，提高圖像識(shí)別度。

1.3圖像銳化處理圖像銳化處理主要是加強(qiáng)圖像中可見(jiàn)物的邊緣與輪廓，在相應(yīng)頻率域和空間域上提高圖像識(shí)別度，從而提高目標(biāo)區(qū)域的識(shí)別以及分析［11］。

1.4紋理分析處理B超圖像中的顆粒紋理主要分為兩種情況：從組織反射回來(lái)的超聲波相互干涉和散射引起的斑紋，屬于B超圖像自身斑紋，對(duì)臨床診斷無(wú)意義；與被檢查機(jī)體自身組織結(jié)構(gòu)相關(guān)，并且隨著被檢查機(jī)體組織結(jié)構(gòu)的改變而改變，其圖像紋理分析對(duì)組織定性與分類(lèi)有著密切關(guān)系，對(duì)臨床診斷有著重要意義［12-13］。由于正常組織器官與病變組織器官之間的超聲圖像上存在不同的組織顆粒分布特征，分析超聲的紋理特征，對(duì)于病變的識(shí)別具有重要價(jià)值。紋理分析處理技術(shù)通過(guò)灰度行程法、極大極小值法以及灰度級(jí)差法等而對(duì)圖像進(jìn)行處理，提高臨床對(duì)于超聲圖像的分析處理準(zhǔn)確度。

1.5圖像對(duì)比度增強(qiáng)處理技術(shù)該技術(shù)主要是通過(guò)疏散原始圖像中較為密集的灰度分布，擴(kuò)大圖像對(duì)比度，從而增強(qiáng)視覺(jué)辨別效果，提高圖像細(xì)節(jié)的清晰度和辨識(shí)度［14］。這有利于提高超聲圖像分析處理的準(zhǔn)確性，為臨床診斷和治療提供更為直觀、全面的信息，指導(dǎo)臨床診斷、治療決策以及預(yù)后判斷等。圖像增強(qiáng)處理技術(shù)是圖像處理中十分重要的一項(xiàng)基本處理技術(shù)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)處理，將原來(lái)較為模糊甚至不清晰的原始圖像處理為清晰、信息明確的可使用圖像。B超圖像對(duì)比度和圖像中暗的部分、亮的部分的分布有著密切關(guān)系。對(duì)比度比較低的圖像，一般均是由有限范圍的灰度構(gòu)成，在有關(guān)直方圖上，其像素值比較集中，同時(shí)只是占據(jù)像素范圍的一小部分動(dòng)態(tài)范圍非常?。?5］?；叶戎狈綀D主要就是對(duì)圖像灰度分布情況予以反映的圖形，其每一個(gè)分支都對(duì)應(yīng)著灰度級(jí)頻數(shù)，即灰度級(jí)像素個(gè)數(shù)和像素總數(shù)的比值，其實(shí)圖像中具有灰度級(jí)的像素相對(duì)值或者數(shù)目。由于數(shù)字圖像處理比較容易，為此，能夠借助直方圖形狀的改變，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圖像對(duì)比度的目的。此種方法主要就是在概率論的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比實(shí)現(xiàn)的，其偏暗圖像灰度范圍比較窄，均集中在比較低的灰度級(jí)上；灰蒙蒙圖像灰度范圍也比較窄均集中在中間灰度級(jí)上；偏亮圖像灰度范圍均集中在比較高的灰度級(jí)上；正常圖像動(dòng)態(tài)范圍比較廣，各灰度級(jí)上均有分布，進(jìn)而對(duì)比度大，圖像相對(duì)清晰。

2　計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)在超聲后處理工作站中的應(yīng)用

超聲圖像的管理、儲(chǔ)存與應(yīng)用仍為超聲影像醫(yī)學(xué)研究管理的重點(diǎn)內(nèi)容。目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅應(yīng)用于超聲成像，在圖像管理、儲(chǔ)存、編輯、傳輸?shù)确矫嬉搏@得了應(yīng)用這為進(jìn)一步提高超聲圖像質(zhì)量與應(yīng)用效能創(chuàng)造了有利條件。計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲圖像的自助獲取、顯示、儲(chǔ)存、傳輸及管理，同時(shí)能夠與患者的病例信息以及診斷情況進(jìn)行充分結(jié)合，從而形成一個(gè)完整的綜合性的系統(tǒng)，為臨床診療與預(yù)后評(píng)估提供全面、可靠的參考信息［16］。

在圖像的儲(chǔ)存與檢索方面，采用數(shù)字化技術(shù)能夠快速、無(wú)失真地將B超圖像數(shù)據(jù)存貯，可動(dòng)態(tài)觀察任一時(shí)刻的超聲圖像以及即時(shí)凍結(jié)感興趣圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行編號(hào)和存儲(chǔ)，還可隨時(shí)恢復(fù)其動(dòng)態(tài)觀察，在整體分析超聲變化的同時(shí)可加強(qiáng)細(xì)節(jié)分析［17］。此外，還可對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)的圖像根據(jù)存儲(chǔ)編碼進(jìn)行回訪，從而檢索已經(jīng)存儲(chǔ)的圖像，便于影像學(xué)醫(yī)師針對(duì)某一病變影像進(jìn)行檢索、重現(xiàn)和反復(fù)分析大大節(jié)省了存儲(chǔ)空間以及檢索時(shí)間，便于信息的保存與交流，提高影像學(xué)信息的歸檔管理規(guī)范性與科學(xué)性［18］。

近年來(lái)，隨著超聲影像學(xué)技術(shù)在臨床診斷中的廣泛應(yīng)用，臨床對(duì)于超聲診斷報(bào)告的要求也日益提高。傳統(tǒng)超聲圖像報(bào)告多僅限于文字描述，而缺乏直觀的圖像說(shuō)明或者僅有簡(jiǎn)單的圖像顯示，但由于分辨率較低，無(wú)法進(jìn)行圖像后處理及與文字匹配度不高、難以保存后再處理等影響了后續(xù)診斷與影像資料的遠(yuǎn)期應(yīng)用價(jià)值。而計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用則解決了上述問(wèn)題，其能夠?qū)D像資料進(jìn)行數(shù)字化提取與保存，在保留高質(zhì)量畫(huà)面的同時(shí)，能夠根據(jù)臨床需求進(jìn)行圖像捕捉和保存，并可對(duì)獲得的圖像進(jìn)行復(fù)制、縮放，還可進(jìn)行清晰度、對(duì)比度調(diào)節(jié)以及圖像剪輯等后處理，還可自動(dòng)生成超聲診斷報(bào)告，并可進(jìn)行圖像采集、超聲診斷報(bào)告填寫(xiě)及打印等，集圖像文字、診斷報(bào)告于一體，從而提高了臨床超聲診斷報(bào)告的全面、規(guī)范化、格式化及直觀性，提高臨床診斷準(zhǔn)確性［19-20］。同時(shí)，利用后處理工作站中的網(wǎng)上溝通功能，能夠?qū)τ跋褓Y料進(jìn)行資源共享，便于臨床各科室及時(shí)了解患者的超聲診斷情況，從而針對(duì)性制定治療方案。同時(shí)，資源共享也有利于醫(yī)療工作者對(duì)病歷的分析、討論和學(xué)習(xí)，促進(jìn)超聲技術(shù)的發(fā)展。

3　展望

超聲技術(shù)是臨床診斷、治療與預(yù)后判斷中的重要影像學(xué)檢查手段，隨著超聲在臨床中的廣泛應(yīng)用及各類(lèi)超聲技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)與現(xiàn)代超聲醫(yī)學(xué)的相互融合與相互促進(jìn)。為滿(mǎn)足臨床對(duì)各類(lèi)疾病的診斷需求，現(xiàn)代超聲影響學(xué)技術(shù)對(duì)于提高超聲檢查系統(tǒng)性能方面，包括成像速率（幀頻）、空間分辨率、深度及圖像后處理等方面的研究也日益深入。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字成像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，超聲等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)也將逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、信息化以及管理科學(xué)化，為臨床診療提供全面可靠的影像學(xué)信息，促進(jìn)影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

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（綜述講座欄目編輯：張玉亭）

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