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老蒋谈超声(五):帧率、线密度及其他


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前言


因为个人原因,对于招标中常见的大多数指标都没多少好感,一写就是负能量满满。早上喝了二两心灵鸡汤,决定还是尽可能心平气和地去分析这些指标。如果有负责招标的相关人员看到,指标也许可以写得更合理一些。毕竟,只是要招标就必然有对比,可量化的东西才有可能保证对比的公平性,没有更好的方案前,这也许是最不坏的方案。

这一篇开始对常见招标参数做一些快速解析,其实是想早点结束这个系列,毕竟超声开发中更有意思的事情还很多,正如拳击手,身高体重肌肉有多少块,出拳速度和力度的定量值,不能说一点不说明问题,但真正有很说服力还是在拳台上的表现。


帧率


帧率的定义:每一秒,得到的二维成像(比如B,COLOR, POWER,TDI,等等)结果图片的数量。对运动比较快的器官,比如心脏检查时,对帧率要求会比较高。所以,我这里就不黑帧率这个指标本身了,肯定是需要的。但基于我一向喜欢吐槽的特质,主要针对帧率这个指标应该怎么来提来开火。

早上看了两份招标要求,对于B模式的帧率要求,一份是这样写的:凸阵探头,全视野,18cm深度时,帧率>45帧;另一份是这样写的:最大帧率>500帧。后者比前者数字大得多,但是基本没有实际意义,因为没提什么条件下达到500帧。这里主要想说,在限定条件下再谈帧率数字才有意义,单纯的数字没有意义。正如我让我家熊孩子练字,说写5页是没有意义的,限定“写五页,每页的字数大于200,字必须写好”才有意义(别问了,孩子是亲生的)。

对于超声二维成像的帧率,放一个简单的公式在这里:帧率=1/(每帧发射次数*成像深度*/声速)

声速是不会变的(人体内大约是1540m/s),但是改变成像深度、每帧发射次数很容易,这样比较轻易就可以得到很高的帧率。所以面对第二份招标要求,通常我们就会告知一线的销售,把深度调到最浅,把扫描范围调到最窄,扫描线密度调到最稀疏,另外不要用谐波(后三项都可以减少一帧的发射次数),一般情况下就可以满足要求,如果还是搞不定,还可以由研发修改内部参数把扫描线密度再降低,轻松搞定所有招标要求(独孤求败的赶脚)。

而第一份招标要求,对于深度有了限定,18cm,全视野意味着扫描范围够大,发射次数就不可能太少,这时的帧率就有意义了。不过还有空子可钻,可以通过修改内部参数把扫描线密度再降低来提高帧率(只是这时候图像往往分辨率极低了)。因此,对于帧率,相对最科学的招标要求可以写成这样:凸阵探头,全视野,18cm深度,保证10cm处横向分辨率大于2mm时,帧率>xx帧。横向分辨率可以用标准体模来测试。

这样写也不是绝对就没漏洞,还是有其它办法在满足上面所有限制条件时,帧率还极高、体模图像质量很好,但是没实际意义的图像(对于高频线阵探头,发射7次可以得到穿透力,空间分辨力都相当不错的体模图像)。只是这样干造价比较高,估计没人会这样去做,这里就不展开了。顺便扯了一句题外话,把体模图像做好,基本只是产品开发的最低要求,还远远不能说上人体就是好图像,所以对于用体模来判断机器好坏的,我只能呵呵…….


线密度


不少标书里面还会指定每帧图像大于多少线。对于模拟超声时代,这个参数可能比较有意义,因为当时的超声一次发射就只有一条接收线,要提高接收线数目并不容易,而且至少有方法来测试实际有多少扫描线。但现在绝大多数超声成像设备已经是数字超声,进入数字领域,图像质量确实突飞猛进,坏处是要玩数字游戏太容易了。比如通过数学算法插值,两条扫描线之间想插多少线就插多少线,再提这个参数就没有了实际意义。何况,本身也很难有有效办法来确认一帧图像里面究竟有多少扫描线。

好吧,即使大家都是老实人,不会用纯数学插值这种没节操的方法来增加扫描线,扫描线越密是不是单帧图像就一定更好?实际情况是,工程上一般认为,扫描线间距如果已经低于理论横向分辨率上限的1/4,继续减小间距对于提高图像质量几乎没有意义。比如7M线阵,横向分辨率上限是0.5mm(这个值和频率,通道都都相关),那么线间距小于0.125mm就没太大意义。如果该线阵是4cm宽,一帧线数就不需要超过320线(40mm/0.125mm)。

和现在的智能手机屏幕喜欢拿PPI(pixel per inch)说事儿有一些相似, 单位面积里面点阵越多,显示效果会越好,但超过人肉眼能分辨的上限,也就300PPI,再增加的意义就难说了。现在屏幕最高PPI似乎已经超过500,实际很多人还是觉得苹果手机336PPI的显示效果是最好的。


各种参数档位


招标中对参数的档位数提出要求很多,比如增益,动态范围,MAP曲线,偏传角度,可调频点,线密度,帧相关,PW取样门宽度……对于这一类参数,不能说档位数绝对没意义,如果每个档位之间展现的图像效果有明显区别而且临床可以用,档位数量就有意义。只不过,上面提到了,超声进入数字领域,想玩数字游戏太容易了。当只考虑档位数量时,只要开发产品的研发人员介入,档位基本上是愿意做多少就做多少。这样一来,不管是好机器还是坏机器,由于都是愿意做多少就做多少,比拼这个就失去了意义。

我曾经写过一个专利, 主要内容是根据频点数目的要求,自动为每个频点生成参数并成像,也就是说,比如一个的探头,要求50个成像频点(夸张一点,一般比较没节操的也就5个),可以在几秒内让这个探头支持这50种不同的成像频率。结果是被我当时的老大骂神经病,做这些毫无实际意义的事情,当然后来也就没递交上去。其实我这不算最没节操的,好歹每个频点多少有点区别,还有友商只改界面显示的数字,显得档位很多,其实内部没任何变化的。。。。。

对于招标评分来讲,个人觉得更重要是关注设备是否提供了对应参数的调节功能,具体多少个档位其实是研发人员和医生沟通后,认为多少档位他们用起来方便,档位数量多或者少没有绝对好坏,也不能体现机器本身的性能。


结束


这一篇写得有一点了无生趣,主要是觉得谈的内容有点无聊,写得也就寡淡。超声大家最关注的是图像,而和CT,核磁相对比,超声图像是不太容易用简单的指标就能表征的,可以说带有一定艺术性的成份在里面。临床优化图像,当然有大量的工程指标要去考虑,(和招标里面这些指标几乎没太大关系),工程指标满足后,大量的时间是图像优化人员和医生之间进行相互的磨合,通过各种参数调节去迎合他们半感性半定量的要求,有点象一个情窦初开的女子,各种打扮去迎合心目中的男神,然后被一句“漂亮是漂亮了,你脸上的麻子不能给掩盖掉呀,这些是诊断信息看不清会引起误诊的”轰得外焦里嫩。有机会写写图像优化过程中的趣事。

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