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老蒋谈超声(一)那些被玩坏的指标-通道数

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发表于 2020-10-14 21:06:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

                    

                    

                    
                    
                    <section><section><section><section><strong>前 言</strong></section></section><section><section></section><section></section></section></section><section><section><p>笔者(叫我华声老蒋也行)在我们市场部帅哥逼迫下,准备写一系列超声医学成像设备(说人话就是彩超黑白超,有些地方也不管彩超黑白超都叫B超)里面的指标解释。本文是第一篇,所以多啰嗦几句。</p><p><br  /></p><p>先解释一下题目,其实重点是三个字——“被玩坏”。被谁玩坏呢,笔者这里指的是古今中外各种各样的彩超黑白超的招标。超声是成像设备,显而易见成像质量才是最最重要的性能,可是图像好坏是一个主观性非常强的东西,很难保证是一个客观评价。就象笔者当年泡摄影论坛的时候,看N家和C家吵得不亦乐乎,一开始只是看热闹,自从入手N家的机身和几个镜头后,就宣称买C家的都是傻B。</p><p>争论图像质量争论不清楚,招标又一定要分出高低,基本就从两个维度来评比,一是功能,看谁的功能多;二就是指标,所以可以量化的指标就很重要了,比如通道数,帧率,动态范围,电影存储长度……用数字一比,高下立分,世界清静了。于是各大厂家开始围绕这些指标展开数字军备竞赛,总归就是一个字“大”,bigger than bigger. 在前一家公司的时候,笔者曾负责过图像系统,反正就是和图像相关的所有事情都可以找我,于是经常被市场猛妹子咆哮,“你这个不够大,给我再大一点”,往事不堪回首…….</p><p><br  /></p><p>话说回来,其实医学超声成像系统基本架构近20年都没怎么大变过了,真正意义上的指标,至少排名前十的公司不会有本质上的区别。比较方便的方法就是把数字宣称大,反正很多指标实际没有官方定义,找个说得过去的解释,让研发改一改显示在屏幕上就可以了。“我们的研发改得很快”在目前国内是实实在在的竞争力,一点不开玩笑,第二天评标,头一天晚上研发还是在改这种事情并不稀奇。当然,对手也不会闲着,你敢写大我也敢,于是大量让攻城狮们瞠目结舌的数字横空出世。比如通道数,笔者接触过最大的数是131072,不清楚还有没有更大的。题目里“被玩坏”就是这意思。</p><p>数字竞赛估计还是会继续,笔者还是想尽可能给出这些物理指标在国际上,尤其是工程界相对公认的定义。如果可能影响到一些标书的书写,尽可能让招标中的参数合理一些,工程师多花点精力把产品做好而不是配合玩这些数字游戏,那就善莫大焉。</p></section></section></section><p><br  /></p><section><section></section></section><section><section><section><section><section><section><strong>1</strong></section></section><span><section>通道数  </section></span></section><section></section></section><p>如果一定要用一个单一指标来描述一台超声成像设备的性能,笔者认为通道数是比较合适的,类似于发动机排量之于汽车。当然,大家也知道,汽车也不是有一个大排量发动机就是好车了,超声设备也一样。</p><section><section><section><section><strong>2</strong></section></section><span><section>通道的定义  </section></span></section><section></section></section><p>现在开始进入比较无聊的环节,要解释通道究竟是什么鬼了。看不下去可以跳到最后,看看八卦通道,然后点个赞。</p><p><br  /></p><p>解释通道概念之前先科普一下超声成像系统最基本的原理,超声成像系统往往称为PULSE-ECHO系统,一次发射、接收过程往往是这样的:超声探头被高压脉冲冲击(不明白意思的用手背靠一下电门就能明白),被揍之后会发抖(你要是摸了电门也会发抖对不对),发出超声波,超声波对外传播的过程中会被传播介质,如人体,反射或者散射回来又到探头,探头把回来的超声波信号转换成电信号,等需要的信号收到差不多了,一次发射/接收就结束,等待处理,显示。</p><p><br  /></p><p>最早的探头就是一个整体,系统不存在通道概念。而受雷达技术的影响,从上世纪80年代开始,绝大多数医用超声成像系统都用阵列探头来成像了,所谓阵列探头,就是探头外面看起来虽然是一坨,内部其实被切成了很多个完全独立的单元,称为阵元。</p><p><br  /></p><p>阵元数多了,自然就有不同的电路来控制这些阵元的发射和接收,其实这些不同的电路就是通道。由于系统里既要发射,又要接收,所以超声成像系统的通道分发射通道和接收通道,发射通道数也就是相互独立的发射电路数量;接收通道数也就是相互独立的接收电路数量;</p><p><span><p><img src="image/20201014/2c67a4b510977530e2d0a87eae89fce9_1.png" /></p><br  /></span></p><p><span></span></p><p>配图是一个最简单的超声系统,4发射通道,4接收通道。4发射通道意味着一次发射/接收中,最多有四种不同的发射信号在发射通路,一般来说最多也就只有4个阵元可以挨揍,(系统里面还有一个东西就是高压开关,他们来选择具体哪个阵元来挨揍),现在探头大多数都远远超过4阵元,所以其它阵元想求虐也木有办法,通道不够呀,排队吧,下次可能就到你了;探头阵元探头各个阵元都会接收到回来的超声波,但也只有4个阵元的信号会被选中,回到接收电路中进行处理,其它的阵元只好暂时伤心一下。</p><p><br  /></p><p><br  /></p><p>从上面哆里哆嗦的解释里,也可以这样来解读发射通道数和接收通道数,在一次发射/接收过程中,最多能揍的阵元数,就是发射通道数;回到各个阵元的信号,最多能有多少阵元的信号被处理,就是接收通道数;</p><p>此外,现在绝大多数商用系统的发射通道数和接收通道数是相同的,所以一般提到通道数,也就是同时包括发射通道数和接收通道数。</p><p><span></span></p><section><section><section><section><strong>3</strong></section></section><span><section>八卦通道  </section></span></section><section></section></section><p><span></span></p><p>通道数越多,如果探头本身不掉链子,系统开发没有大错误,最直观的结果就是空间分辨力,特别是横向分辨力的提高,下图是笔者在正在开发的系统上做的一个实验,左边为128通道打开时的效果,右边把接收通道控制在64以内,可以非常明显地看到右边图中远场点被横向拉长,也就是横向分辨力变差。</p><p><p><img src="image/20201014/e36629a1d2f7a9f922eef7f815b0c1cd_2.png" /></p><br  /></p><p><br  /></p><p><span>按照笔者在文中的定义,如果通道可以作为描述系统档次最重要的指标,现在市面上常见的系统一般是多少通道呢?看这个表:</span></p><p><br  /></p><table cellspacing="0" cellpadding="0"><tbody><tr><td width="277" valign="top" height="17"><br  /></td><td width="233" valign="top" height="17"><br  /></td></tr><tr><td width="277" valign="top" height="17"><p>超高端</p></td><td width="233" valign="top" height="17"><p>192以上为主,部分128</p></td></tr><tr><td width="277" valign="top" height="17"><p>高端</p></td><td width="233" valign="top" height="17"><p>128为主,部分64</p></td></tr><tr><td width="277" valign="top" height="17"><p>中端</p></td><td width="233" valign="top" height="17"><p>64为主,部分128</p></td></tr><tr><td width="277" valign="top" height="17"><p>中低端</p></td><td width="233" valign="top" height="17"><p>32,64为主</p></td></tr><tr><td width="277" valign="top" height="17"><p>低端</p></td><td width="233" valign="top" height="17"><p>32或者以下</p></td></tr></tbody></table><p><br  /></p><p>大体上还是通道数越大,档次越高。就笔者了解到,一般商用彩超最大的是256通道,实实在在256路独立的发射和接收电路。这样的系统性能当然是很好,但也存在不小的浪费。因为目前在售的探头,超过192阵元的探头并不多,也就是192阵元各自用独立的发射和接收通道来控制,也只需要192通道,多余的64根本用不上。如果您的医院财大气粗配了这样的机器,很有可能您配的探头没有一个是超过192阵元,不过放心,我不会告诉你让你伤心的。</p><p><br  /></p><p><span></span></p><p>另外,通道数和机器档次之间的关系其实很不严格。比如过去七八年国内最受认可的IU22, IE33,其实只有128通道;而美国的ZONARE(现在已经被收购),三四年前凭一个64通道的系统,一样在美国的超高端市场销售,至少它在GI方面的B图像还是非常受认可。</p><p><br  /></p><p>除了这些大家比较熟悉的商用系统,在科研界还有一些怪物。丹麦超声专家J. A. Jensen在好多年以前就在实验室搭了一个2048通道的宠然大物,用来研究二维面阵的成像;美国的科研超声公司Cephasonic现在也提供定制超声,据说也可以到2048通道,只是价格是天价。</p><p><br  /></p><section><section><section><section><strong>4</strong></section></section><span><span><section>如何科学地计算通道数  </section></span></span></section><section></section></section><p><br  /></p><p>回到开头,可能有人对如何科学地计算出131072通道比较有兴趣,可以试着算一算:</p><p><span><br  /></span></p><p>假定系统实在的通道是256, 发射和接收通道是分开的,所以可以乘以2,另外台式机有4个探头插口,也可以算成不同的通道,256*2*4=2048,差得还比较远;但是再把一些成像技术考虑进来就轻松多了,比如加了空间复合,高端系统做到9个角度没问题,再考虑频率复合(一帧图里面包含两种或者两种以不同频率发射、接收),另外再考虑多焦点技术,比如4个焦点,</p><p>2048*9*2*4=147456,貌似轻松搞定。</p><p>再夸张一点,如果是4D成像,投影出的一卷图里面至少包含60-70帧的信号,再乘进去,过百万也很EASY。</p><section><section><p><span><strong>小编按语:</strong></span><span>老蒋是医用超声界技术大牛,目前是深圳华声医疗技术有限公司研发领军人物。本篇为“老蒋谈指标”连载系列之第一篇,后续请大家持续关注。本文为华声医疗原创作品,如有友情转载请注明出处,也可联系小编索要原文刊登,谢谢!</span></p></section><section></section></section><p><p><img src="image/20201014/3af9f758c144803c3abda19bb2172631_3.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/bc529719431288ee9407de44a85cce6a_4.jpg" /></p></p></section></section><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201014/e21cfab5489994f664d4b6b61a04216d_5.jpg" /></p></p>
               
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