吳偉文 深圳英美達(dá)醫(yī)療技術(shù)有限公司 （廣東 深圳 518055）

內(nèi)容提要： 以醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化為研究對象，針對目前超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在臨床應(yīng)用中存在的不足進(jìn)行改進(jìn)。首先，介紹超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的基本原理和現(xiàn)有技術(shù)，分析其在診斷和治療中的重要意義。其次，針對現(xiàn)有超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在圖像分辨率、探測深度等方面存在的問題，提出一種新的雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案采用雙頻超聲探頭，能夠同時發(fā)射高頻和低頻超聲波，并通過信號處理算法將兩個頻段的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而提高圖像的分辨率和探測深度。最后，通過實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)在臨床應(yīng)用中的優(yōu)勢和可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，該雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)能夠更清晰地顯示微小病灶，并具有更大的探測深度。該研究成果對超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的發(fā)展和臨床應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)是一種先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備，結(jié)合了超聲技術(shù)和內(nèi)窺鏡技術(shù)，可用于檢查、診斷和治療消化道疾病。該系統(tǒng)能夠提供高清晰度的圖像和精確的定位信息，對早期癌癥的檢測和治療起到了重要作用[1]。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的快速發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療對高效、安全和精準(zhǔn)的醫(yī)療設(shè)備需求日益增加[2]。傳統(tǒng)的單頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在一些特定場景下存在局限性，如無法完全顯示組織的微結(jié)構(gòu)、無法同時提供高頻和低頻超聲信號等[3]。為了滿足這些需求，醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文將以醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化為研究主題，對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和探討。介紹醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的基本原理和工作原理，并對系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件進(jìn)行詳細(xì)討論，著重探討系統(tǒng)中的優(yōu)化方法和技術(shù)，以提高系統(tǒng)性能和圖像質(zhì)量，并降低成本和風(fēng)險。通過對醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的深入研究與優(yōu)化，相信能夠進(jìn)一步推動該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[4]。這不僅有助于提高醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性和效率，還能為患者提供更加舒適和安全的診療體驗(yàn)。同時，該系統(tǒng)的開發(fā)也將帶動超聲成像技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，為人類健康事業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)[5]。

1.超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)

醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)是一種醫(yī)療設(shè)備，主要用于檢查和診斷消化道和胰腺疾病。它結(jié)合了超聲技術(shù)和內(nèi)鏡技術(shù)的優(yōu)勢，并能夠提供高質(zhì)量的圖像和實(shí)時的超聲影像[6]。該系統(tǒng)由內(nèi)鏡探頭、超聲發(fā)射器和接收器、控制臺以及圖像處理軟件組成，具體見圖1。

圖1.超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)

內(nèi)鏡探頭通過患者的口腔或直腸插入體內(nèi)，配備了超聲傳感器和攝像頭，可以同時獲取超聲圖像和內(nèi)窺鏡圖像。超聲發(fā)射器會向體內(nèi)發(fā)射超聲波，接收器則用于接收反射回來的超聲信號，并將其轉(zhuǎn)化為圖像顯示在屏幕上[7]。通過控制臺，醫(yī)生可以調(diào)整超聲波的頻率和方向，幫助獲得更好的圖像品質(zhì)。圖像處理軟件用于對捕捉到的超聲圖像進(jìn)行處理和分析，輔助醫(yī)生準(zhǔn)確診斷疾病。醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)具有高分辨率圖像、實(shí)時成像、非侵入性、多功能性和安全性的優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)療領(lǐng)域，特別是在消化內(nèi)鏡檢查和胰腺疾病診斷中，為醫(yī)生提供了一種準(zhǔn)確、可靠和無創(chuàng)的手段來診斷和治療患者病情。

在此基礎(chǔ)上發(fā)展的醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)通過結(jié)合高頻和低頻技術(shù)，提供了更廣泛的臨床應(yīng)用能力和更高的成像質(zhì)量[8]。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)有望成為醫(yī)學(xué)影像學(xué)領(lǐng)域的重要工具，為醫(yī)生提供更全面準(zhǔn)確的診斷和治療支持。

2.當(dāng)前醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)存在的問題

2.1 成像質(zhì)量不穩(wěn)定

由于超聲探頭的設(shè)計和使用條件的限制，醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的成像質(zhì)量可能受到影響。成像質(zhì)量不穩(wěn)定可能導(dǎo)致醫(yī)生無法準(zhǔn)確地診斷患者的病情。同時當(dāng)前的醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)多是單幅成像，不能進(jìn)行多幅對比分析。在實(shí)際使用過程中，臨床醫(yī)護(hù)人員最多只能進(jìn)行掃描回顧，難以同時進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，為患者病情的診斷造成了障礙。

2.2 操作復(fù)雜

醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的操作相對復(fù)雜，需要經(jīng)過專門的培訓(xùn)才能正確使用。操作復(fù)雜性可能導(dǎo)致操作人員出錯或者花費(fèi)更長的時間來完成檢查。當(dāng)前的醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)能夠滿足不同的超聲頻率檢測需求，但往往需要更換探頭，這一過程需要依靠醫(yī)務(wù)人員的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動更換，切換過程繁瑣復(fù)雜，大大降低了檢測效率。

2.3 局限性

醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在某些部位或器官的檢查方面可能有局限性。例如，超聲波難以穿透骨骼或氣體，因此在骨骼或肺部等部位的應(yīng)用上存在一定的限制。

2.4 昂貴的設(shè)備和維護(hù)成本

醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)通常是昂貴的，這使得它們對于一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)來說不可承受。此外，維護(hù)和修理費(fèi)用也較高，增加了醫(yī)療機(jī)構(gòu)的運(yùn)營成本。

2.5 專業(yè)人員需求

使用醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員進(jìn)行操作和解讀結(jié)果。然而，這些專業(yè)人員往往有限，并且在某些地區(qū)可能難以獲得，從而限制了醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的使用范圍。

2.6 侵入性

醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)通常需要在患者體內(nèi)插入探頭進(jìn)行檢查，這對一些患者來說可能是不舒適或具有一定風(fēng)險的。

3.新型醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)設(shè)計

醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)是一種先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備，它結(jié)合了高頻和低頻兩種超聲波技術(shù)，具有更廣泛的臨床應(yīng)用范圍和更高的成像質(zhì)量[9]。

醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)主要由超聲探頭、信號處理系統(tǒng)和顯示器等組件構(gòu)成。其中，超聲探頭是該系統(tǒng)的核心部分，可以發(fā)射和接收不同頻率的超聲波[10]。高頻探頭通常用于淺層組織成像，具有較高的分辨率和對細(xì)微結(jié)構(gòu)的敏感度；而低頻探頭則適用于深層組織成像，具有較大的穿透深度和對大血管等結(jié)構(gòu)的顯示能力。

3.1 雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)探頭設(shè)計

對于雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)探頭的優(yōu)化設(shè)計見圖2所示。

圖2.雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)探頭

該設(shè)計的優(yōu)化之處主要集中在以下幾個方面：①采用雙頻探頭設(shè)計，即安裝了換能器A和換能器B，可以同時發(fā)送和接收兩個不同頻率的超聲波信號。這種設(shè)計可以增加超聲內(nèi)鏡的成像能力，提供更多的圖像細(xì)節(jié)。②設(shè)計了固定座和旋轉(zhuǎn)軸，通過安裝在外殼內(nèi)的公接頭和撥桿，可以實(shí)現(xiàn)探頭的旋轉(zhuǎn)和調(diào)整角度。這樣的設(shè)計可以使探頭的使用更加靈活，能夠適應(yīng)不同患者的需求。③在彈性管內(nèi)安裝同軸屏蔽線、同軸芯線A和同軸芯線B，同時通過旋轉(zhuǎn)軸和公接頭與探頭相連。這樣的設(shè)計可以保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，減少信號失真。④同軸芯線A和同軸芯線B共用同軸屏蔽線，形成并聯(lián)的兩條信號回路。這種設(shè)計可以提高信號的傳輸效率和抗干擾能力，確保良好的圖像質(zhì)量。

該設(shè)計改進(jìn)了超聲內(nèi)鏡探頭的結(jié)構(gòu)和性能，使其具備更好的成像能力和使用便捷性。通過優(yōu)化設(shè)計，可以提高超聲內(nèi)鏡的診斷效果，為醫(yī)生提供更準(zhǔn)確、清晰的圖像信息，有助于提高疾病的早期發(fā)現(xiàn)和治療效果[11]。同時，還涉及信號傳輸和抗干擾技術(shù)的應(yīng)用，對于超聲內(nèi)鏡探頭的工程設(shè)計和制造具有一定的參考價值。

3.2 雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)控制方法設(shè)計

優(yōu)化后的雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)控制方法見圖3所示。

圖3.雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)控制方法

傳統(tǒng)的超聲內(nèi)鏡操作需要手動更換超聲探頭以及對超聲探頭進(jìn)行配置，操作繁瑣且容易出錯。而本設(shè)計通過采用雙頻超聲內(nèi)鏡和自動確定采集通道的方法，省去了手動更換超聲探頭和配置的步驟，簡化了操作流程，提高了操作的便利性。由于加入了自動確定采集通道，即自動確定所采用的超聲探頭的采集頻率，無需手動配置，有效節(jié)省了操作人員的時間和精力，并且能夠快速進(jìn)行超聲掃描，提高了掃描效率。本設(shè)計通過采用雙頻超聲內(nèi)鏡進(jìn)行超聲掃描，可以獲得更豐富的超聲數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可用于生成更清晰、更準(zhǔn)確的超聲圖像，有助于醫(yī)生作出準(zhǔn)確的診斷。總體來說，設(shè)計簡化了操作流程、提高了掃描效率和提升了診斷準(zhǔn)確性。這對于超聲內(nèi)鏡的應(yīng)用來說具有重要意義，可使操作更便捷、提高工作效率和提升診斷水平，有助于改善醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。具體采集方法流程圖見圖4。

以雙頻采集模式為例，采集過程、切換過程、回放過程流程圖見下圖5、圖6、圖7。

圖5.雙頻采集模式采集過程流程圖

圖6.雙頻采集模式切換過程流程圖

圖7.雙頻采集模式回放過程流程圖

3.3 雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)圖像采集方法設(shè)計

針對當(dāng)前的醫(yī)用超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)多是單幅成像，不能進(jìn)行多幅對比分析的問題，對系統(tǒng)圖像采集方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在超聲圖像采集過程中，為雙頻超聲內(nèi)鏡的各采集頻率分配獨(dú)立的儲存區(qū)域和顯示區(qū)域。這樣做的意義在于可以在超聲圖像回放過程中同步顯示各采集頻率的超聲圖像，也可以在不同的顯示區(qū)域顯示不同采集時刻或頻率的超聲圖像[12]。這樣的設(shè)計方便了使用者對同一采集時刻的超聲圖像進(jìn)行對比，也方便了對不同采集時刻或頻率的超聲圖像進(jìn)行對比，提高了圖像分析和評估的效率。同時，該方法和裝置利用了雙頻超聲內(nèi)鏡的特點(diǎn)，提供了更多的圖像信息和選項，增加了超聲圖像采集的靈活性和應(yīng)用范圍。

3.4 實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢分析

雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)的優(yōu)勢在于它可以根據(jù)不同的臨床需求和解剖位置選擇合適的頻率進(jìn)行成像。在診斷和治療過程中，醫(yī)生可以根據(jù)病變的深度和性質(zhì)，靈活地切換使用高頻或低頻模式[13]。這樣一來，就能夠更好地觀察和評估病變的特征，提高診斷準(zhǔn)確性。

此外，雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)還具有其他一些優(yōu)勢。例如，雙頻成像可以提供更豐富的信息和對比度，增加了圖像的辨識度和可視化效果。盡管醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在成本和使用復(fù)雜性上可能稍高于傳統(tǒng)單頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)，但它的臨床應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。例如，在胃腸道領(lǐng)域，雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)可以用于早期胃癌和食管癌的檢測與評估；在泌尿系統(tǒng)領(lǐng)域，它可以用于評估前列腺癌和腎臟疾病等。

4.小結(jié)

綜上所述，醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過本文的研究，對該系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化進(jìn)行了深入的分析和探討。首先，介紹了系統(tǒng)的基本原理和工作原理，并重點(diǎn)討論了超聲發(fā)射和接收器件、成像算法和信號處理等關(guān)鍵組件。其次，提出了一些優(yōu)化方法和技術(shù)，以提高系統(tǒng)性能和圖像質(zhì)量，并降低成本和風(fēng)險。這些優(yōu)化措施包括改進(jìn)超聲探頭的設(shè)計、優(yōu)化成像算法以及引入新的信號處理技術(shù)等。通過這些優(yōu)化，可以更好地滿足醫(yī)療診斷的需求，提高檢測和治療的準(zhǔn)確性和效率。最后，展望了醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)在未來的發(fā)展方向。

盡管醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，但仍然存在一些挑戰(zhàn)和問題需要解決。例如，如何進(jìn)一步提高圖像分辨率、增強(qiáng)組織對比度以及實(shí)現(xiàn)更精確的定位等。此外，系統(tǒng)的可靠性和安全性也是需要關(guān)注的重要問題。因此，未來的研究可以集中于改進(jìn)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，探索新的成像技術(shù)和算法，并在臨床實(shí)踐中進(jìn)行大規(guī)模的驗(yàn)證和應(yīng)用?？傊t(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)是一項具有重要意義的醫(yī)療設(shè)備，對提高醫(yī)學(xué)診斷和治療水平有著積極的影響。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，有理由相信醫(yī)用雙頻超聲內(nèi)鏡系統(tǒng)將在未來發(fā)展成為更加成熟和先進(jìn)的技術(shù)，為醫(yī)療行業(yè)帶來更大的價值。