第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
B超診斷儀領(lǐng)域的新技術(shù)：
1、超聲內(nèi)窺鏡：這是B超技術(shù)與內(nèi)窺鏡技術(shù)的結(jié)合,通俗地講就是制作一條細(xì)長(zhǎng)的B超探頭借助現(xiàn)代內(nèi)窺鏡技術(shù)進(jìn)行內(nèi)臟超近距離B超檢查,可以更加細(xì)致地觀察。目前有經(jīng)食道心臟超聲,經(jīng)胃/十二指腸內(nèi)窺鏡超聲,腹腔鏡超聲等。
2、超聲CT：在二維超聲圖象上移動(dòng)超聲焦點(diǎn),對(duì)局部臟器進(jìn)行放大,實(shí)施細(xì)微觀察。它的應(yīng)用局限性是所觀察器官與周圍器官解剖位置不清析。此技術(shù)由西門子公司率先開發(fā)。
3、三維超聲：用專用探頭對(duì)臟器進(jìn)行容積式掃描,然后利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三位重建,獲得三維圖象。
4、四維超聲：實(shí)際上此種技術(shù)是在三維超聲基礎(chǔ)上加上時(shí)間參數(shù),形成三維立體電影回放圖象。
5、血管內(nèi)超聲：有一種直徑只有幾個(gè)毫米的特制超聲探頭,利用介入技術(shù)將探頭插入血管內(nèi),對(duì)血管內(nèi)情況進(jìn)行仔細(xì)觀察,為介入治療提供可靠的依據(jù)。
6、手提式彩色超聲：隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,使彩超這種復(fù)雜的電子儀器小型化了,在保證主要功能的前提下出現(xiàn)了手提式彩超。這種彩超主要應(yīng)用于術(shù)中或集診急救,另外在軍隊(duì)野外作戰(zhàn)也廣范用途。
第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程
通過便攜B超的設(shè)計(jì)案例，具體看看ID設(shè)計(jì)和MD設(shè)計(jì)存在的具體矛盾以及解決的方法。
就工業(yè)設(shè)計(jì)的主流而言，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要能夠大批量生產(chǎn)，大批量生產(chǎn)就意味著成本要適當(dāng)，裝配工藝要簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單；而設(shè)計(jì)師往往希望達(dá)到完美的設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)結(jié)果發(fā)揮到極致，這往往是不能實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)應(yīng)該說是在夾縫中求生存，所以很難達(dá)到完美，即便達(dá)到完美也是一種中庸的妥協(xié)的完美。ID設(shè)計(jì)希望不受生產(chǎn)工藝的約束，希望自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或者效果生產(chǎn)工藝一定可以做到，MD希望自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品加工精度和加工誤差非常小，而生產(chǎn)工藝希望產(chǎn)品對(duì)精度的要求不要過于嚴(yán)格。通過便攜B超的例子來說明。
便攜B超內(nèi)部鈑金之間就有上百個(gè)裝配關(guān)系，這上百個(gè)裝配關(guān)系完成后與外殼裝配，還有把手裝配，這內(nèi)部上百個(gè)的裝配關(guān)系誤差累計(jì)到塑膠殼體的裝配關(guān)系上，導(dǎo)致的結(jié)果是誤差累計(jì)過大，把手裝配不上去，顯示器不居中或者顯示器與前殼配合間隙很大，甚至導(dǎo)致外部塑膠件之間的裝配關(guān)系出現(xiàn)很大的縫隙，影響外觀的效果。如果要求加工精度高，鈑金件的加工成本相差200元以上，如果以1000臺(tái)計(jì)算的話，成本相差20萬；客戶希望降低加工精度，同時(shí)要達(dá)到效果，這就需要MD設(shè)計(jì)考慮周全，在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)計(jì)抵消誤差的橢圓孔或者長(zhǎng)條孔，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整裝配間隙。
ID設(shè)計(jì)希望把手或者殼體上沒有瑕疵或者接縫，各個(gè)拼接縫之間配合均勻。但模具生產(chǎn)一定存在分模以及模具拼接線的問題。例如把手的加工，雖然采用氣輔注塑，可以避免兩個(gè)部件組裝的拼接線，但模具拼接線是很難避免的，需要ID在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮可能的分模線，提前考慮弱化分模線對(duì)整體的影響。
解決這個(gè)矛盾的原則就是提前估計(jì)生產(chǎn)工藝對(duì)產(chǎn)品最后的影響，提前考慮弱化這些影響的方法。
第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì) 分析
1、寬頻帶化
寬頻帶技術(shù)的發(fā)展涉及到新型寬帶超聲換能器(探頭)研制、寬頻帶信號(hào)接收、處理及顯示技術(shù)，實(shí)際上體現(xiàn)新型壓電材料、多陣元探頭研制及寬頻帶信號(hào)處理的技術(shù)水平。早期應(yīng)用標(biāo)稱頻率為2.5、3.5、5、7、10MHz等的探頭一般系指其中心頻率，其帶寬Δf約為1MHz，此種探頭可稱為單中心頻率窄帶探頭，目前仍大量應(yīng)用，其不足處是深部組織回聲高頻信號(hào)損失較大，影響整幅圖像的清晰度與靈敏度。80年代中期，人們根據(jù)超聲在生物組織中的衰減規(guī)律及其對(duì)超聲圖像的影響，開發(fā)了寬頻帶探頭，如中心頻率為3.5MHz的探頭，可以產(chǎn)生2.5~6MHz的超聲波，其有效帶寬可達(dá)到3MHz左右，檢測(cè)表淺組織時(shí)由于高頻率可以提高分辨率，而對(duì)深部組織時(shí)由有較低頻形成衰減較少的回聲信號(hào)，從而使深部組織結(jié)構(gòu)得以較清晰的圖像顯示，因此在寬頻帶探頭的檢測(cè)下可以形成多頻率構(gòu)成的圖像，又稱為融合圖像技術(shù)。這也是與動(dòng)態(tài)濾波信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用密不可分的，同時(shí)整個(gè)信號(hào)處理通道響應(yīng)帶通也應(yīng)提高到相應(yīng)寬帶的程度。
寬頻帶化是醫(yī)學(xué)超聲診斷儀的重要技術(shù)發(fā)展。實(shí)際上超聲二次諧波信號(hào)接收與處理，也是擴(kuò)展信號(hào)的帶寬。而偽隨機(jī)及隨機(jī)超聲發(fā)射與探測(cè)的 研究 ，將使超聲頻帶接近無限帶寬?？梢栽跇O寬的頻譜范圍內(nèi)顯示與診斷。但理論 分析 表明，聲圖像的縱向分辨隨著帶寬的增加而提高，而信噪比(S/N)及橫向分辨率則下降。當(dāng)空間分辨率越高時(shí)，時(shí)間分辨率則下降。因此發(fā)射寬頻帶技術(shù)必須折衷考慮多種因素。
2、數(shù)字化
數(shù)字化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用伴隨著現(xiàn)代B型超聲顯像儀發(fā)展的整個(gè)進(jìn)程。一般說來，又可分為數(shù)字化后處理和數(shù)字化前(端)處理兩個(gè)發(fā)展階段。早在70年代中期，應(yīng)用數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換(DSC)技術(shù)，它將由換能器接收的組織界面回聲信號(hào)經(jīng)前置放大、射頻放大、視頻放大等模擬信號(hào)處理后，再經(jīng)DSC中的微機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入圖像存儲(chǔ)器，接著按幀讀出的圖像數(shù)字信號(hào)再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)進(jìn)入顯像管進(jìn)行顯示。顯然DSC技術(shù)是一種在回聲模擬信號(hào)處理后進(jìn)行的數(shù)字化后處理技術(shù)，由它帶來B型超聲顯像儀的一次重大的突破性進(jìn)展，它實(shí)現(xiàn)了圖像的存儲(chǔ)、凍結(jié)、無閃爍和灰階電視顯示，隨著高速器件的應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，取得了臨床應(yīng)用的蓬勃發(fā)展。
3、多功能化
根據(jù)超聲與生物相互作用基礎(chǔ)理論 研究 的最新進(jìn)展，發(fā)展新的檢測(cè)參數(shù)并用于臨床醫(yī)學(xué)，始終貫穿著醫(yī)學(xué)超聲診斷儀的發(fā)展過程，如最初利用組織界面聲特性阻抗的差異，檢測(cè)界面反向回聲信號(hào)，形成了初期的黑白灰階B型超聲圖像，而后在超聲多普勒效應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用血流形成的超聲多普勒頻移從而檢測(cè)流速，隨即又發(fā)展成以彩色顯示流向的彩色多普勒成像技術(shù)。這兩大技術(shù)檢測(cè)的分別是聲阻抗與頻移參量。新參量的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將導(dǎo)致醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的發(fā)展和功能增強(qiáng)。90年代中期以來，一些新參量發(fā)展帶來超聲診斷儀的多功能化。
4、多維化
雖然換能器多陣元和寬頻帶技術(shù)、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字聲束形成器技術(shù)、超聲多普 勒技術(shù)等有力地促進(jìn)醫(yī)學(xué)超聲二維圖像技術(shù)的飛躍發(fā)展，但在深入應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)其不足之處: 診斷的準(zhǔn) 確性較高地依賴于診斷醫(yī)師掌握儀器的能力與醫(yī)學(xué)知識(shí)；成像面間隙區(qū)域信號(hào)丟失; 受檢體空間結(jié)構(gòu)是 在診斷醫(yī)師大腦中瞬間合成的印象；介入性治療明顯受到平面聲像制約。實(shí)現(xiàn)超聲體成像(Ultrasonic Volume Imaging)就成為醫(yī)學(xué)超聲診斷技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，而用各種方式高速采集體元象素(Voxel)是技術(shù)關(guān)鍵，由此構(gòu)成的體圖像不僅彌補(bǔ)了平面聲像的不足，并且將醫(yī)學(xué)超聲診斷推向多維化新階段。嚴(yán)格地 說來，顯示空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)(x，y，z)的是三維參數(shù)圖像，能夠顯示結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(x，y，z，v)是四維參量圖 像，即動(dòng)態(tài)體成像。而又能在動(dòng)態(tài)體圖像上同時(shí)顯示動(dòng)態(tài)血流的是五維(x，y，z，t，v)參量圖像，可稱 為彩色動(dòng)態(tài)體成像。目前體元象素成像已有五種觀察模式即表面模式、最小值顯示模式、最大值顯示模 式、類X射線模式及灰階加彩階模式。同時(shí)能以5種模式顯示的體成像儀具有較高的技術(shù)水平。重建一幅體象素圖像的速度，既與高速運(yùn)算芯片的運(yùn)算能力，也與運(yùn)算軟件相關(guān)，目前已可以達(dá)0.3s內(nèi)重建一幅 體象素圖像，并可在10余秒內(nèi)全部重建體圖像。提高重建速度是有待 研究 的關(guān)鍵問題之一。目前實(shí)現(xiàn)體成像大致有兩種途徑，一是利用三維探頭實(shí)現(xiàn)空間掃描，并重建體圖像。二是利用圖像處理工作站附加在主機(jī)上采集存儲(chǔ)圖像然后重建體圖像，前者較為快捷，且失真度小。
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