二、超声影像的形成

（一）二维超声影像

超声显像的仪器一般是由换能器（探头）和主机两大部分组成，主机由发射电路、接收电路和显示系统等几部分组成。换能器由具有压电效应的天然或人工材料制成的压电晶片所构成，其内加电压后，产生振动的薄膜借助于逆压电效应，沿一定方向发出相应频率的超声波。换能器在非常短的时间内将超声波入射至组织（约0.00 001秒），超声波在人体组织中以平均约1540m/s的速度传播，由于不同脏器或同一脏器内的组织结构存在一定的声阻抗差异，超声波在不同声阻抗的界面产生反射，反射回来的声波被换能器接收，换能器内的晶片借助于正压电效应，晶片振动产生电信号，这些被换能器接收回的微弱高频带电信号经主机增益和滤波等复杂处理，反射波返回换能器所需的时间代表着反射界面与换能器的距离。在图像上相应的位置以不同辉度的像素表示界面反射信号的强弱，运用连续方式扫描显示脏器的切面图像，这就是二维超声显像的一般原理。此外电子探头内镜超声还会用到超声多普勒频谱和彩色多普勒血流图。前者利用超声多普勒效应，以多种方式显示多普勒频移，通过分析多普勒频谱及其音频信号，了解血流动力学的变化，对心血管和其他脏器的生理与病理作出判断。后者采用自相关技术获得并处理血流多普勒信息，经过彩色编码，实时叠加到二维灰阶图像上，形成彩色多普勒血流图，不同的色彩代表血流的不同方向和速度，血流朝向换能器时显示为红色，血流背离换能器时显示为蓝色，可直观地显示心脏及血管内的血流。

实时的声像图能够显示内脏器官的运动，这要求声像图合成必须快速，当声像图的刷新低于16帧/秒时一般人眼就会有闪烁的感觉，检查者容易出现视觉疲劳。一帧声像图由一系列不同辉度的像素形成的垂直像线组成。像线的密度越高，声像图的质量就越佳。但像线的密度越高，声像图的刷新时间越长，刷新率越低。一般的超声机都可调节像线密度，使图像更清晰或更稳定。由于深层组织的回声需要更长的时间进行处理，所以当检查深层组织时，将降低声像图刷新率。

内镜超声换能器有两类：机械换能器和电子换能器。前者是将换能器安于转子上，由马达带动转子转动，通过换能器的转动，发射超声波和接收超声波，形成一环形切面的声像图。电子换能器是由很多晶片排列成线状的阵列，在电子开关的控制下按一定的时序和编组进行声波的发射和接收，从而形成线阵或扇形的声像图。

新的多层探头技术，扩展了探头的频率范围，同一设备可以有不同的超声频率，电子内镜超声探头可以在5MHz到10MHz之间切换。这一技术将使我们能根据不同的观察深度选择不同的频率，观察深层组织选择较低的超声频率，观察浅层组织选择较高的超声频率以提高声像图的质量。

（二）数字化超声技术

近年来，作为超声发展史上的里程碑——已应用于体表超声检查的全数字超宽频探头技术也同样应用于内镜超声，这将会大大提高超声图像质量。数字超声是基于个人计算机系统，其核心技术是数字声束发生器，能实时控制声学的各种参数，是技术上的重大突破，与传统的模拟技术相比，能大量快速处理超声的信息，不仅精确，而且重复性好。最新的超声影像技术使其能发出很窄的声束波形，调整探头的不同晶片，在发射信号时不断切换频率、振幅、波形，使焦点的范围扩展到从近场到远场，从而得到具有良好对比的超声图像，并使不同深度的声像图都能有良好的轴向分辨率和侧向分辨率。

数字影像在图像处理上可以通过算法消除图像的斑点，使图像更均质，减少噪声。数字滤过算法还能提高多普勒的敏感性，减少运动伪影，使在EUS下血流图像更容易识别。

基于个人计算机的数字超声系统，预装了Windows NT4.0 Embeded版（或Windows XP Embeded版本），集超声机与影像工作站于一体，提供了良好的图像管理和网络传输功能。

（三）三维超声影像

三维超声是随计算机处理技术的发展而迅速发展起来的新型超声成像技术，其临床应用价值已被越来越多的人所认识。目前的三维超声显像是基于计算机图形学而进行的物体立体模型重建。当前多采用体元模型的总体显示法，即利用总体结构内的全部信息建立一个具有实体感的三维图像，显示组织结构的所有灰阶信息。具体有以下两种成像方式：

1.表面成像提取组织结构的表面灰阶信息，然后采取表面拟合的方式进行图像重组。

2.透明成像该技术采用透明算法实现三维重建，淡化组织结构的灰阶信息，使之呈透明显示。该方法使重建结构具有透明感和立体感，从而显示实质性脏器内部结构的空间位置关系。（图2-6）

三维内镜超声的应用对于消化道肿瘤的来源和浸润深度具有重要意义，尤其是三维超声能显示进入瘤体内的滋养血管、周围被压迫移位或变窄的血管，准确了解肿瘤的整体形态，这些较二维图像增加的信息往往是临床医师术前制定手术方案所需了解的。

（四）二次谐波成像

传统超声成像方法采用基波成像（fundamental imaging，FI），即接收声波频率与探头发射频率一致。早些时候提出二次谐波成像（second harmonic imaging，SHI）技术，主要是对血液中造影剂微气泡敏感，回声更强，而对组织的敏感性相对较弱，从而便于研究心肌及脏器造影剂的灌注情况。最近开发出自然组织谐波成像技术（native tissue harmonic imaging，NTHI），与造影技术被称为21世纪超声发展的又一里程碑，它融合了多种现代超声技术，如超宽频探头，宽频全数字声束形成器和信号处理技术等。

探头以低频率发射基波，基波在体内传播过程中，使介质中每个质点发生位移，产生与基波频率呈非线性关系的振动波，其中整倍于基波频率的振动波称为谐波（harmonic），2倍于基波频率的振动波为二次谐波。二次谐波成像时探头接收频率是发射频率的2倍，即发射频率为5MHz，则接收频率为10MHz。谐波中带有丰富的组织结构信息，可用于成像，以显示组织结构特征，但二次谐波信号通常较微弱，在常规超声成像过程中被忽略。在组织谐波成像技术中，探头只接收组织振动所产生的二次谐波信号，并对其进行放大成像，因此可降低噪声伪像，提高对比度，明显增强图像分辨力和清晰度，从而提高诊断率。其原理在于：①二次谐波的宽度窄，可提高侧向分辨率；②随着二次谐波的增加，反射脉冲的长度逐渐减小，使轴向分辨力提高；③主声束的二次谐波高于旁瓣，使谐波图像中杂波簇（cluster）减小，因旁瓣作用随谐波的增加而减少。利用人体回声信号的二次谐波成分构成人体器官的图像，又可分为对比（造影）谐波成像（contrast harmonic imaging，CHI）和组织谐波成像（tissue harmonic imaging，THI）两种。对比谐波成像需静脉注射造影剂，谐波频率能量来自于造影剂微气泡产生的散射；而组织谐波成像中，谐波频率能量由超声波在组织中传播时逐渐产生，虽声能强度小于前者，但无需注射造影剂，简便易行。这些技术已较广泛应用于体表超声，目前也开始应用于内镜超声检查，其临床意义亟待我们去探索。

（五）弹性成像

内镜超声弹性成像（EUS elastography）是近年来开始发展的一种新的技术，即通过EUS检查反映组织的弹性情况。其原理是通过对生物组织加压使其变形，由于组织的软硬度及弹性存在差异，在相同压力作用下，质地软、弹性大的组织加压后形变大，质地硬、弹性小的组织加压后形变小，这种因加压变形所产生的组织位移速度差异经量化分析后可转化为不同的彩色图像，弹性大的组织显示为红色，弹性小的组织显示为蓝色，弹性程度中等的组织显示为绿色，从红色至蓝色的渐变代表组织质地从软到硬的变化。有些疾病可导致组织硬度改变，根据组织弹性差异不同，EUS弹性成像在鉴别良恶性淋巴结、肝脏或胰腺局灶病变等方面有一定辅助作用（详见第十章）。