大孔径阵列结合发散波成像技术提升脊柱超声实时成像质量

为解决脊柱超声成像中分辨率低、视野受限等问题，研究人员开发了8.8厘米384元素大孔径阵列结合发散波(DW)成像技术，显著提升了脊柱结构的可视化效果，实现了5秒内多椎体扫描，为脊柱诊断和介入治疗提供了安全、低成本的实时影像工具。

　　

脊柱疾病诊断长期依赖CT和MRI等影像技术，但这些方法存在辐射风险、成本高昂且无法实现动态成像的局限性。超声技术虽具有无辐射、实时成像的优势，却因骨骼声影效应和探头孔径限制，难以清晰显示椎管等深层结构。这一技术瓶颈严重制约了超声在脊柱介入治疗中的应用，例如腰椎穿刺时无法全程追踪针尖轨迹。

为突破这一技术壁垒，研究人员设计了一项创新性研究，通过开发超大孔径超声阵列结合先进成像算法，显著提升了脊柱结构的可视化效果。这项发表在《SCIENCE ADVANCES》的研究采用了三大关键技术：8.8厘米384元素相控阵探头、发散波(DW)相干复合成像技术，以及基于GPU的非线性波束形成算法。研究团队还建立了包含7名健康志愿者的测试队列，通过水耦合框架实现稳定的声学耦合环境。

研究结果显示：在"DW传输改善大视野图像质量"部分，通过声场模拟和体模实验证实，DW传输的角覆盖范围达±137.4°，显著优于平面波(PW)和会聚波(CW)，且声场均匀性更优(变异系数0.39)。在"大孔径阵列提升人体脊柱成像"部分，与临床常用的6C2探头相比，新系统可同时显示3-4个椎体，椎管对比度提升达21.9dB。在"非线性波束形成改善脊柱解剖特征显示"部分，相干因子加权延迟求和(CF-DAS)算法使骨性标志物的分辨力显著提高(P≤0.05)。

特别值得注意的是"超声-CT体积配准验证成像准确性"部分，研究通过三维配准证实超声测量与CT结果具有95%的一致性。在"体积脊柱扫描实现椎体三维渲染"部分，研究人员成功重建了椎体三维结构，虽然因入射角限制导致部分棘突侧面信息缺失，但通过多角度扫描可显著改善。最后的"介入手术实时引导"实验证明，新系统能全程追踪穿刺针进入椎管的轨迹，而传统探头仅能显示浅表部位的针尖。

这项研究的意义在于：首次将大孔径阵列与DW传输技术相结合应用于脊柱成像，突破了传统超声的深度限制。通过5秒内完成的容积扫描，实现了椎管等深层结构的高对比度(21.9dB)可视化，为肥胖患者等困难病例的介入治疗提供了新选择。虽然当前的一维阵列在 elevational方向分辨率有限，但研究团队已着手开发二维阵列解决方案。该技术有望成为CT/MRI的重要补充，特别是在需要动态监测的脊柱介入手术中，将显著提高穿刺成功率并降低并发症风险。