超声中的通道

发布时间：

2025-03-12 09:38

通道的定义

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；

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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。

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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：


超高端	192以上为主，部分128
高端	128为主，部分64
中端	64为主，部分128
中低端	32，64为主
低端	32或者以下

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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