数理 医药学杂志 2007年 第 2O卷 第 1期 文章 编号 ：1004-4337(2007)01-0085—02 中图分类号 ：R445 文献标识码 ：A ·成果应 用 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 影响超声 图像质量 的变量 因素及控制对策 王艳丽 金 宝荣 (锦州医学院 锦州 121001) 摘 要 ： 系统研究 了影响超声图像质量的各种变量因素及控 制对策 。 关键词 ： 超声 图像 质量 } 变量因素 } 控制对策 超声 图像质 量 的优 劣 程度 ，通常用 对 比灵 敏度 、分 辨力 、 等于或近于原物大小 。增益 过低会 使 目标 显示 变小 ，增 益过 噪声和对 比清晰度等参数来 衡量 。超声 图像的形成 是一个 复 高会使 同一 目标显示过大 。 杂的过程 ，很多变量因素诸如超声 波的特性 、超声波的传播 机 显示能力是指超声成像 系统把不 同幅度的超声 转变为灰 制、超声波与人体组织的相互影响、超声诊断仪的技术条件和 度图像 的能力 ，也就 是把 目标 的客 观对 比度转换成 图像对 比 功能 、操 作者所选择 的成 像变 量等都 会对 图像 的质 量产 生影 度的能力 。显示能力越 强 ，系统 的对 比灵 敏度 越高 。在 超声 响。系统研究各种变量因素对超声图像各种质量参数的影 诊断系统中。显示能力通过图像增强、灰阶变换或采用窗口技 响，以便获得最佳的超声图像。 1 对 }匕灵敏度 术来实现。 2 分 辨力 要使被检体内某一个 目标在图像上显示出来，这一 目标 被检体内的目标不仅在客观对比度而且在大小上都各不 至少要与周围的组织具有足够的对 比度 ，此即客观对比度。 相同。分辨力即是超声图像能够区分微小组织的能力，它是 但是被检体 内的客观对 比度是不可能被 人眼观察到 的。把 客 评价图像质量好坏的主要指标。通常把分辨力分为横向分辨 观对 比度转换成 图像对 比度的能力就是 超声成 像系统 的对 比 力和纵 向分辨力两种 。 灵敏度 。对 比灵敏度是评价 超声 图像质量各 个参数中 比较 重 2．1 横 向分辨力 要的一个 ，它的高低 对 图像质 量影 响较大 。如 果成像 系统 具 在垂直于超声束轴线的平面上，超声诊断仪使临近的两 有高的对 比灵敏 度 ，就可 以把 目标 中较低 的客观对 比度转 换 个物点形成两个 回声 时 ，两 物点之 间的最 小距离 的倒数 即为 成较高 的图像对 比度 ，就可 以使 目标的细节 有较 大的可见 度。 横 向分辨力 。显然 ，能形成两个 回声 的两个 点物之 间 的距离 反之 ，即使具有较高 的客观对 比度 ，也 只能被成像系统转换 为 越小 ，其横 向分辨力越高 。反之则越低 。横 向分辨力 的大小 主 模糊 的，对 比度不足 的 。分辨 力低 的 图像 ，无法 看清 目标 的细 要取决于超声束直径和超声频率。当超声束直径小于两点间 节 。对 比灵敏度 的高与 低 主要取决 于超 声性 能、系 统对微 弱 距 离时 ，能把这两点都显示出来 ，否则只能形成 一个 回声。从 超声 的探 测能力及 显示能力 。 非聚焦换能器发 出的波束 分成 两个 区域 ：靠近换 能器 的 区域 所谓 超声 性能是指超声频率 和超 声束的直径 。对一 个具 叫做近场 }另一个 区域 叫做远场 。在 近场 内波束 有一 恒定 的 有 固定 客观对 比度的 目标发射超声 ，如果 超声频率越高 ，超声 直径 ，它的大小由换能 器的直径 和超 声频率 决定 。近 场 的长 束直径越小，超声图像的横向分辨率越高l超声频率越高，图 度 L与 换 能器 的直径 D 和 超声 波 长 的关 系为 ：L— Dz／ 像的纵向分辨率越高。超声图像的横向分辨率和纵向分辨率 (4 )。可见 ，近场长度与换能器 的直径 的平 方成 正 比，与频率 高说 明超 声图像对 比度高 ，也 就说 明 了该 超声 系统把客 观对 成 正 比。远场的波束是发散的 ，故声束 直径在该 区较大 。发 散 比度转换 成图像对 比度 的能力 强 ，即该 超声成 像系统具 有较 的近似角度与换能 器 的直 径及超声 波 长的关 系为 ：发散角 度 高的对比灵敏度。因此控制超声频率和超声束直径就能够控 数一7O ／D。选用频率高的超声 波 和直径 大的换 能器 会使 波 制对 比灵敏度 束发散减小 ，从而提 高横 向分辨力 。在换 能器 前加一 声学 透 探 测能力是指 电路 的增益 和抑制能力 。超声诊 断需要把 镜则可 以产生会 聚的 超声 束 ，此 即聚焦换 能器 。在 沿波束 轴 被检 体 内各种 组 织的 细微结 构 或微 小病 变显 示在超声 图像 的某些位置会产 生直径 比换能 器直径 小的超声 束 ，会 聚 的强 上 。超声系统 的探测能力越强 ，图像显 示质量越高 ，则系统 的 或弱 由声学透镜 的特 性决定 。聚焦 可 以提高横 向分 辨力 ，现 对比灵敏度越高。图像的显示质量取决于超声成像系统的增 代超声诊断仪均采用动态 聚焦 。聚焦 的焦区范 围同样 关系到 益和抑制能力 。一般而言 ，增益调节必须 适 当，以使显示大 小 图像 的质量 。如果 焦 区范 围很小 ，则 在近 侧与远 侧散 焦 区的 收 稿 日期 ：2006—03—03 · 85 · 

维普资讯 http://www.cqvip.com Journal of Mathematical Medicine Vo1 ． 20 No． 1 2007 图像就会模糊不清。具有可变孔径和动态聚焦功能的仪器 ， 降。另外，由于时控增益的补偿，也相当于增大了噪声。 既能提高分辨力又能选择最佳焦区范围，从而提高图像的横 噪声无法避免，只有尽量减小噪声 ，尽量提高有用信号强 向分辨 力。 2．2 纵 向分辨力 度，即提高信噪比，从而改善图像的质量。控制对策之一是增 加超声频率，聚焦改善超声束的形状 ，使分辨力提高 对策之 在超声束轴线方向上图像中能被分辨的两点(例如两个 病灶)间的最小纵深距离的倒数，称为纵向分辨力。它的大小 二是在超声安全剂量内适当增加超声强度，使回声信号强度 增加 。对策之三是改进 电子线路 ，降低电子噪声 。 主要取 决于超声 频率 。设 超声 波 的脉 冲周 期为 T，则 纵 向分 辨 最小极限距离 d为 ： =(1／2)(声速 )×丁(脉冲周期)。当超 4 对 比清 晰度 声轴线上 a点与b点之间距离恰好等于d，则意味着从 n点的 在明亮反射体存在情况下，鉴别软组织类型和看清细微 反 射波与从 n点 到达 b点后 ，从 b点再返 回到 n点的反射波相 结构的能力即为对比清晰度。它主要取决于像素数。像素数 遇，因而无法区别为两点。只有当口与b点间距离大于 d时， 越多 ，图像越细 腻 ，对 比清 晰度越 高。对 于数 字 图像来 说 ，影 a点与 b点两个反 射波就分开 ，在 图像上显示为两个 回波或两 响对 比清晰度 的因素是 图像矩阵 的大 小 。因为 图像 矩阵越大 ， 个光点 可见 ，纵 向分辨最小极限距离 d与周期 丁成正 比，与 像素数越多。通常，图像信号在空问或幅度上数字化形成了 频率成反 比。就 是说 ，频率越高 ，能分辨 的最小极 限距 离 d越 灰阶级量化。图像矩阵愈大，灰阶级愈多，图像 的层 次愈丰 小 ，纵 向分辨力越高 ，图像越 清晰 。 2．3 超声频率与分辨力的关系 富，包含的信息量愈多，对比清晰度愈高，愈有助于诊断。例 如，当图像矩阵为 128×128时。图像灰阶为 64级I而当图像 如前所述。横向分辨力、纵向分辨力均与超声频率密切相 矩阵为 512×512时，图像具有 256级灰阶。随着灰 阶的减 关 。频率越高 。横向分 辨力 与纵 向分辨 力越好 。因此 ，对 微小 少，图像的对比清晰度明显变坏，图像质量迅速降低。 的结构或病变成像时，需要用较高的频率。然而还应该看到， 影响对比清晰度的另一个因素是在一帧图像内的扫描声 在 较高 频率下 ，超 声在 媒 质 中传 播时 衰减 增 大 ，传播 性 能下 线数。一般地说，声线愈多 ，图像愈清晰，组织细节愈易被分 降 ，导致穿透力下 降 ，从而 影 响了探测 深度 。所 以，一个 换能 辨 。实时成像 系统 中每发射一个声 脉冲就形成 一条声 线 。线 器选用频率的原则应该在分辨力与探 测深度之 问作 合理 的兼 形扫描 中，每横 移 lmm 至少 要 有 一 条发 射声 线 。扇形 扫描 顾。一般情况下，探测较深的部位如胸部和腹部时选用较低 中，每 1度内至少要有一条声线。但实时成像系统的声线数 的频率 ，如 1～5MHz左 右 I而探测较浅的部位如 眼球 时 ，则可 不可能太密。声线数的多少还受帧频和穿透深度的制约。B 选用较高 的频率 ，如 10~15MHz。 3 噪声 型超 声诊 断仪 的图像处理可 以在 图像显示时 利用 内插 值 电路 插入扫描声线(而不是发射声线)，以弥补声线数的不足，从而 改善图像 的对 比清 晰度 。应该指 出 的是 ，这种 做法 只是 改善 噪声 是各种 随机干扰在 图像 中的表现 。比如在 图像 中随 了人眼对图像感觉 ，并没 有增 加探测信息 。 机出现的亮度或灰 度。噪声 在图像中的具体表 现就是 图像 中 综上所述，在超声波检查过程中，熟悉各种变量因素对超 的斑点 、细粒 、雪花 和网纹等 。通 常在视频 图像 观察到 的雪花 声 图像质量的影响 ，并 合理地加 以调节 和控制 ，对 于获得 高质 就是典型的噪声表 现 。噪声 对图像的影响就好 比给 图像蒙上 量 的超声 图像具有十分重要 的意义 一 层纱布，从而使图像对比灵敏度下降。噪声越大，信噪比越 低 ，图像 的质量越差 。 图像 噪声 的主要 来 源 于 以下 三个 方 面。其 一是 电子 噪 声 。超声成像系统 中某些电子元件可 能成为 电子 噪声 源。噪 声的产生是 由于设 备 内的热 骚动所致 。图像 信号越 弱 ，噪声 就愈显著 。超声成像系统 中的放大 电路 会使电子噪 声与有用 参 考 文 献 1 PerrySprawls Jr，著．黄诒焯 ，主译 ．医学成像的物理原理 ．北京 t 高等教育出版社 。1993。4；357~360． 信号一起被放大，增益越大，噪声也就越大。其二来 自周围环 2 黄诒焯 ，主编．医 学影像 物理 基础．乌 鲁木 齐 ：新 疆大 学 出版社 ， 境电磁 的或机械 的干 扰 ，以及 电源的 波动 和干扰 。这 些干 扰 1995．7：319~ 321． 都是随机 的 ，都 会 在 图像 中形 成 噪声 。其三 来 自人 体 内部 。 3 霍 纪文 ，等 主编．医 学成 像技 术．沈 阳t辽 宁 科 学技 术 出版 社 · 超声在人体内部产生的除有用的反射信号外 ，还有散射、折射 1994。10：74~ 76． 和衍射等 ，这些信号大部分会被体内组织衰减吸收，但有时也 会随机地到达探头 ，形成噪声 。探测深度越 深 ，这种机会就 越 多，噪声越大。由于探测深度深。使有用信号更弱，信噪比下 4 朱翠玲 ，等主编．现代 医学 影像学一工程 与 l临床．济南 t山东 科学 技术 出版社 ，2000，5：394~395． · 86 ·