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目录
《手持超声成像设备行业（一）》
1超声成像简介
1.1超声成像的概念及分类
1.2超声检查的优缺点
1.3超声诊断的应用范围
2手持超声有望成为主流趋势
2.1手持超声的兴起与增量市场
-------下期预告--------
《手持超声成像设备行业（二）》
2手持超声有望成为主流趋势
2.2超声成像中的关键技术
2.3ASIC芯片：继CPU,GPU,FPGA的后起之秀
2.4手持超声+AI:发展现状与应用前景
3手持超声设备行业政策支持及注册申报
4超声设备的市场分析
年10月更新版
一
超声成像简介
1.超声成像的概念及分类
超声（Ultrasound），是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫兹（KHz）。超音波由于其高频特性而被广泛应用于医学、工业等众多领域。超声成像诊断是基于超声自身在人体内反射、散射、折射等优良性质决定的。医学超声检查（超声诊断学）是一种基于超声的医学影像学诊断技术，使肌肉和内脏器官——包括其大小、结构和病理学病灶——可视化。超声通过声阻抗不同的两种媒质时，在其分界面上将产生透射和反射。其中反射能量与入射能量的比值叫反射系数。例如从软组织到骨骼的分界面上，有50%～70%的能量反射回去。而透射的超声能量与入射的超声能量的比值叫透射系数。两种媒介的声阻抗愈相近，透过的超声能量也愈多。超声诊断中的基本声成像系统，是利用其反射回声或透射声构成不同的声像来检查病变的。典型的诊断超声扫描操作采用的频率范围为2至13兆赫兹。虽然物理学上使用的名词“超声”用于指所有频率在人耳听阈上限(20K赫兹)以上，但在医学影像学中通常指频带比其高百倍以上的声波。随着超声成像新的原理和方法不断出现，并迅速向实际应用转化，使超声成像的性能有了很大的提高。
考虑到目前临床上使用的超声仪器主要是脉冲回波式的成像系统，因此以下介绍均以脉冲回波式成像为主。
超声回波成像基本原理
基本的脉冲回波成像系统
如上图基本脉冲回波成像系统所示，换能器将电信号转换成超声波向人体内发射，发射结束后，立即开始接收信号。当超声波遇到人体组织中声阻抗不连续的点时，就会形成反射波。这一回波信号经过同一个换能器转换成电信号后进入信号接收电路，再经过放大、增益补偿、包络检测等一系列处理过程后送往显示器显示。目前在临床中使用的超声仪器有A型、B型、M型与D型等不同的工作模式。
1.1A型超声
A型超声（Amplitude-modeUltrasound）诊断仪属幅度调制显示型，是最早应用于临床诊断的一种诊断仪。探头以固定位置和方向对人体发射并接收声波，声束不进行扫查。超声在人体内传播时，遇到声特性阻抗不同的界面便产生反射，探头接收到反射回波将其转换为电信号，经处理后送显示器显示。显示器屏幕的纵坐标显示的是反射回波的幅度波形，横坐标代表回波波源的深度。根据回波出现的位置，回波幅度的高低、形状、多少和有无可确定被检体病变或解剖部位的有关信息。它在厚度或距离的测量上有很高的精度，常用于眼科诊断。但A型回波对某些病变反映的特异性不突出，又缺乏解剖学特性，随着实时B型断层显像技术的广泛应用，A型超声已退居次要地位。
1.2B型超声
B型超声诊断成像采用多阵元的阵列换能器向人体内发射超声波，改变各个阵元激发的相对延迟和幅度，可以形成向一定方向发射的聚焦声束。当声束遇到体内不同器官和组织的界面时产生反射回波，再被阵列换能器接收。各个阵元接收的信号经过不同的延迟后叠加，可以加强特定方向的回波，形成接收声束。改变发射和接收波束的方向，使它们在体内扫描，得到的回波幅度反映体内不同位置的组织对声波的反射率。经过处理，在屏幕上的相应位置用灰阶表示体内各点的反射率，形成反映体内解剖结构的图像。
典型A模超声成像图片
典型B模超声成像图片
1.3M型超声
M型(Motionmode)超声诊断仪是一种单轴测量距离随着时间变化的曲线，用于心脏检查，为单声束超声心动图。因Motion一词的第一个字母为M，故称M型超声诊断。它把心脏各层结构的反射信号以点状回声显示在屏幕上。当心脏跳动时，这些点状回声作上下移动。此时，在示波管水平偏转板上加入一对代表时间的慢扫描锯齿波，使这列点状回声沿水平方向缓慢扫描，显示心脏各层的运动回波曲线。图象垂直方向代表人体深度，水平方向代表时间。由于探头位置固定，心脏有规律地收缩和舒张，心脏各层组织和探头间的距离便发生节律改改变，反回的超声信号也随之发生改变。经过水平方向的慢扫描，便把心脏各层组织的回声显示成运动的曲线，即为M型超声心动图。
典型M模超声成像图片
典型多普勒超声成像图片
1.4D型（多普勒）超声
多普勒效应是波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。例如远方急驶过来的火车鸣笛声变得尖细（即频率变高，波长变短），而离我们而去的火车鸣笛声变得低沉（即频率变低，波长变长），就是多普勒效应。D型(Dopplermode)超声诊断仪利用Doppler原理检测活动界面或粒子，因Doppler一词的第一个字母为D，故称D型超声诊断。包括连续波Doppler(CW)、脉冲波Doppler(PW)及彩色Doppler血流显像。根据多普勒频移原理，利用自相关方法处理多次发射得到的血流的回波，可以得到不同位置的血流速度信息，再用彩色编码表示，得到表示体内血流分布的彩色血流图，俗称彩超。也可以对同一位置的血流作多普勒频谱分析，得到流速随时间的变化，称为频谱多普勒。多普勒超声大大提高了医学超声检查的能力，它利用多普勒效应判断某结构（通常是血流）是否朝向或背离探头运动，并计算出其相对速度。通过计算部分样本容积的频率漂移（例如心脏瓣膜上方的喷射血流），可以确定其方向、速度。这对心血管方面的研究特别有用，对其他的一些医学领域也是必要的，比方说诊断肝脏门脉高压症时的血流逆行。多普勒信息的图形化显示可以使用频谱多普勒，也可以使用彩色多普勒或者能量多普勒。通常此信息利用立体声扬声器表现出来，虽然是人工合成，但是特征明显。在超声领域（但不是指信号处理领域），术语多普勒超声兼指脉冲多普勒和连续多普勒系统，而忽视速度测量的不同机理。
1.5E型（弹性成像）超声
生物组织的弹性（或硬度）与病灶的生物学特性紧密相关，对于疾病的诊断具有重要的参考价值。目前，一种对生物组织弹性（或硬度）特征成像的新技术——超声弹性成像成为临床研究的热点。作为一种全新的成像技术，它扩展了超声诊断理论的内涵和超声诊断范围，弥补了常规超声的不足，能更生动地显示、定位及鉴别病变，使现代超声技术更为完善，被称为继A型、B型、D型、M型之后的E型超声模式。对组织弹性的测定实质上是要测出组织在应力作用下的应变。作用的应力可能是外部的或者内部的。外应力通常是指体外施加的机械振动，频率一般为1Hz到10Hz。内应力是由心脏或大血管搏动引起的。组织在应力作用下引起的应变可通过超声方法测的，目前已采用的方法有两种：多普勒速度测量方法/时域相关技术。目前，关于组织弹性的测定或成像技术已经在临床上开始应用。这种无创伤的检测方法可以在体内测量人体组织的弹性，应用前景是十分广泛的。目前剪切波弹性成像共有三种：应力式弹性成像、点式剪切波弹性成像和湿式剪切波弹性成像（E-成像）。
应力式弹性成像指应用外力（手动按压、心跳、呼吸、脉搏）作用于被检组织，观察被检组织的应变情况，并以红黄蓝等色阶显示出不同的硬度分布，目前主要应用于浅表组织，已经在中高端彩超设备中普及。点式剪切波弹性成像指探头发射推力脉冲波（纵波），作用于组织，引起组织形变并产生剪切波（横波），计算剪切波速度以换算组织硬度，应用范围为腹部、浅表。实时剪切波弹性成像是以马赫圆锥形式发射多组序列脉冲，通过连续多点快速动态聚焦作用于被检区域，并以极速成像平台告诉捕获剪切波的传播过程及组织的形变信息，进而实时、全幅、全定量的显示组织质地信息。此技术为法国声科影像专利技术。它创新的采用了叠波成像技术，是传统超声的纵波与剪切波的横波实时同屏显示。弹性成像的发展趋势正由外力按压-生理按压-点式剪切波-实施全幅剪切波、由外力式到声力式、由点到面不断提高其实用性与准确性。超声检查也正经历着由B型超声（二维灰阶）到D型超声（多普勒）再到E-成像（弹性成像）的不断创新变革中。
弹性超声成像图片
点式剪切波弹性成像
乳腺浸润性导管癌的实时剪切波弹性成像
2.超声检查的优缺点
2.1优点
?对肌肉和软组织显像良好，对于显示固体和液体腔隙之间的界面有特别用处；
?实时生成图像，检查操作者可动态选择对诊断最有用的部分观察并记录，利于快速诊断；
?显示脏器的结构；
?目前未知有长期副作用，一般不会造成患者不适；
?设备广泛分布并相对灵活；
?有小型的、便携式扫描仪，可在患者床边进行检查；
?相对于其他检查价格便宜（例如CT成像，双向X射线吸收成像或者核磁共振成像）。
2.2缺点
?超声设备对骨的穿透性差。例如，脑的超声成像就极为受限；
?因为声阻抗的差异过大，当探头与要探查的组织之间有气体时超声显像质量很差。例如，由于前方受到胃肠道气体的干扰，使得胰腺的成像非常困难，肺脏成像也是不可能的(除非是探查胸腔积液)；
?即使没有骨骼或气体的干扰，超声的探查深度也是有限的，使得远离体表的结构成像困难，特别是肥胖病人；
?操作者的手法十分重要。高超的技巧和丰富的经验对于获得高质量的图像和作出准确诊断是必要的。
2.3危险性
?对于超声的安全性曾经有过争议。既然超声是能量的一种形式，那么就存在一个问题：“此种能量波会对我的组织产生何种影响？”有一些报道称一些接受了超出建议次数超声检查的产妇产出低体重儿。
?美国FDA警告说，实验室研究表明诊断水平的超声波会对组织产生物理效应，例如机械震动和温度升高。并且建议，公众如无必要，不要随便暴露在超声波下，尤其是孕妇。尽管没有证据表明这些物理效应会伤害胎儿，但绝不可认为超声波检查传送的能量对胎儿完全无害，并且FDA不许可利用医学超声波成像设备进行胎儿写真、视频留念等非医学用途行为，并将医学超声波成像设备列为处方设备。
2.4可能的一些副作用
热效应：局部组织吸收超声的能量并使组织的温度升高
空化效应：溶解的气体因为局部的温度升高从溶质中释出
3.超声诊断的应用范围
超声诊断由于自身的优势（无辐射、成像速度快、无痛苦等）目前在医学上的应用范围非常广泛，是三大医学影像检测手段之一（其余两种为MRI和CT成像）。从用途上讲包括检测器官的大小、形状、物理特性以及某些功能状态；检测心血管的结构、功能与血流动力学状态；鉴定占位病灶的物理特性及部分病理特性；检测有无积液的存在，并初步估计积液量；随访药物或手术治疗后各种病变的动态变化；应用介入性超声进行辅助诊断或某些治疗。从疾病科室上讲可以应用到心脏科、内分泌科、消化科、妇产科、眼科、泌尿科等科室。
手持超声设备因为自身体积更小，便携性更好，因此相较于传统的超声设备来讲有更为广阔的应用前景，而不仅仅局限在超声科室内。例如急诊科快速诊断，介入科室的手术引导，新生儿颅脑拍照及婴幼儿髋关节发育跟踪，骨科相关的影像学检查，超声引导下的静脉置管，张力性气胸，肢体软组织，关节伤积血等。在家庭护理方面，掌上超声今后可以用于患者术后管理和老年病人护理。另外，在一些医美机构，可以在超声引导下注射。掌上超声能被广泛应用于院内其他科室，海上渔业，沙漠，高原等地区，在现场转运以及特殊的航天航空和军事领域有广泛的应用。在基层医疗机构，特别是乡村卫生院/站，由于现在的超声设备价格昂贵，同时缺乏专业的超声医生，很多都没有配备超声。因此高性价比，支持远程传输和云平台、简单易操作的掌上超声将是推进分级诊疗中颠覆性的工具。
二
手持超声：有望成为主流趋势
1.手持超声的兴起与增量市场
手持超声最早起源于军用。20世纪80年代，美国率先开展对附带卫星远程传输图像功能的充电超声诊断仪器的研发，并将其应用于海湾战争，目的是使得野战和灾害中的伤员于第一时间获得准确的医疗诊断和救援。这是手持超声的雏形。
随后，该技术从运用转为民用，并逐渐发展成为现今的手持超声。
年，由美国GE公司生产的全球首款医用手持超声诊断设备VSCAN1.0在美国上市，并首次应用于急诊心脏快速筛查。这项产品一经推出立即引起市场轰动，被被美国《TIME》和《PopularScience》评为“年50项最佳发明”和“年项最佳科技成果”。这标志着医用手持超声诊断设备的兴起。
相比于昂贵沉重、不便携带、无法腾挪、学习成本高的常规医疗超声影像设备，手持超声能满足更多的市场需求，适应更丰富的应用场景：
?基层医疗，特别是偏远山区。常规超声机器价格昂贵，医院，基层乡镇卫生院难以拥有；常规超声机器体积过大，医生们下基层、进社区时，特别是在某些地形复杂的偏远山区或者雨雪天气，汽车难行，设备难以携带。此时，便携且相对便宜的的手持超声能够填补市场需求。基层医生可以随身携带手持超声进行上门巡诊，使得基层人们不用出村即可获得超声检查服务，有助于国家医疗下沉构架的搭建。
?医院各临床科室对超声的需求。传统医院超声科负责，而医院临床科室，比如麻醉、疼痛、普外、泌尿、妇科、呼吸、血液、肿瘤，以及急诊科室的日常诊疗活动都需要超声服务。这些需求对超声科医生的工作量提出了高要求，常常需要排队。传统超声设备采购费用昂贵，无法达到每个科室配置。这些临床需求正是医用手持超声的目标市场。
?院外野战医疗和灾害急救。军用手持超声是该技术的源头，除开战场救护，手持超声还可以用于解决灾害救助中的医疗诊断设备匮乏问题。同时，手持超声对电源的依赖性较低，用电池替代交流电，扩展了超声的应用场景。
（待续）
Formoreinformationonup白癜风早期能够治愈吗刘云涛
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