医学超声成像中的编码激励技术及其应用

### 医学超声成像中的编码激励技术及其应用 #### 摘要与背景 在医学领域，超声成像技术是一种非常重要的无创诊断工具。与传统的脉冲回波成像技术相比，编码激励技术能显著提高超声图像的信噪比或提升声束的穿透深度。本文首先介绍了编码激励成像系统的原理，并对医学超声诊断系统中的发射声强进行了深入分析，得出了采用编码激励技术提高超声图像信噪比的理论上限。随后，文章阐述了发射编码的选择原则，并详细介绍了几种常见的编码技术，包括白噪声编码、伪随机码、Gold码、Barker码以及伪Barker码等。文章还介绍了编码激励技术在B模式成像、彩色多普勒血流测量、M型成像和谐波成像中的具体应用。 #### 编码激励成像系统的原理 编码激励技术的核心在于通过特定的编码方式来调制发射的超声波信号，从而实现对回波信号的增强处理。这种技术主要依赖于编码的自相关特性，即当发射信号与接收信号经过相同的编码处理后，可以有效地提高信噪比。通过这种方式，可以在不增加发射声强的情况下改善图像质量，这对于降低对人体组织的潜在伤害至关重要。 #### 发射声强分析 在医学超声成像中，发射声强受到严格的限制，以避免对人体造成损害。传统的脉冲回波成像通常只利用了很小一部分的最大允许发射声强，这意味着有很大的空间可以通过优化发射信号来提高图像质量而不违反安全标准。编码激励技术正是利用这一特点，通过对发射信号的精心设计，在不增加平均声功率的前提下显著提高信噪比。 #### 发射编码的选择原则 选择合适的发射编码是编码激励技术成功的关键。理想的编码应该具有良好的自相关性，以确保接收信号的增强；同时，还需要考虑到实际应用中的复杂性，如编码的长度、计算的复杂度等因素。以下是一些常用的编码类型： 1. **白噪声编码**：这种编码方法使用随机序列作为编码，虽然简单易行，但由于其随机性质，很难实现精确的信号增强。 2. **伪随机码**：伪随机码是一种周期性的序列，它具有很好的自相关特性，适合用于编码激励技术。通过调整伪随机码的长度和结构，可以实现不同场景下的最优性能。 3. **Gold码**：Gold码是由两个移位寄存器产生的序列组合而成，具有良好的自相关性和互相关性，适用于需要高分辨率成像的应用场景。 4. **Barker码**：Barker码是一种非周期性的序列，它的自相关函数在旁瓣处非常低，这使得它非常适合用于减少旁瓣干扰。 5. **伪Barker码**：当Barker码长度较长时难以找到，因此通常使用伪Barker码作为替代。这些编码在一定程度上保留了Barker码的优点，同时更容易生成。 #### 编码激励技术的应用 1. **B模式成像**：在B模式成像中，编码激励技术可以提高图像对比度，尤其是在深层组织的成像方面效果明显。 2. **彩色多普勒血流测量**：通过编码激励技术，可以提高血流信号的检测灵敏度，进而获得更准确的血流速度和方向信息。 3. **M型成像**：在心脏等动态器官的成像中，编码激励技术有助于提高时间分辨率，使医生能够更好地观察器官的运动情况。 4. **谐波成像**：编码激励技术结合谐波成像可以进一步提高图像的清晰度和对比度，特别是在减少组织背景噪音方面效果显著。 编码激励技术为医学超声成像提供了一种有效的方法来提高图像质量和诊断准确性，而不会增加对人体的潜在风险。随着技术的进步，未来编码激励技术将在更多的应用场景中发挥重要作用。