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前言 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。 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。 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……. 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。 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。 通道数 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。 通道的定义 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。 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。 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。 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； 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。 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； 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。
八卦通道 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。
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： 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。 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。 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。 如何科学地计算通道数 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： 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， 2048*9*2*4=147456，貌似轻松搞定。 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。 |
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