目标：医学超声成像具有非侵入、安全、便捷、实时性高等优点，是临床诊断中最重要的影像模式之一。本实验室致力于开发先进的超声成像方法与设备，既面向医学影像与信号处理方面的智慧教育，又聚焦医学超声核心技术的研发与攻关，服务企业与临床。

主要研究方向包括：实验室目前具备美国Cephasonics 256通道超声成像平台，以及相关成像体模、各类型探头，支持开展高质量超声波束形成方法、超快超声成像、高灵敏度多普勒血流成像等方面的研究工作，同时也在研究将深度学习与超声成像结合以提高超声成像质量、辅助临床诊断。

（1）高质量超快超声成像

最近十年，超声成像领域正经历一场由超快超声成像(Ultrafast ultrasound imaging, UFUS)技术推动的革命。UFUS彻底改变了超声成像方式。传统的超声成像需要几百次发射-接收过程才能形成一幅图像，成像速度一般在20~100帧/秒。相比之下，UFUS利用平面波(Plane wave, PW)或发散波(Diverge wave, DW)，一次发射即可获得一幅超声图像，从而使图像帧频大大提高，可以达到4000~15000帧/秒，因此可以检测到现有超声成像无法检测到的现象，为一系列新的临床应用铺平了道路，如超快多普勒成像、剪切波弹性成像、大脑功能成像等。

为了弥补超快超声成像的局限性和不足，如分辨率和对比度低于常规超声成像，需要进一步发展以提高超快超声成像的性能和适用性。

图1. 传统超声成像vs超快超声成像。(a)传统超声成像：逐线扫描，帧频：20~60帧/秒。(b)超快超声成像：平面波全域成像，帧频：4000~15000帧/秒（成像深度5~20cm）。

 

（2）高灵敏度多普勒血流成像

超声成像的一个关键特征在于可以在一个心动周期内跟踪血流动力学变化。目前，基本上每一台临床超声设备都具备多普勒血流成像功能，尤其是在心血管和癌症诊断方面的应用。然而，传统的频谱多普勒(CW or PW Doppler)和彩色血流多普勒（Color flow imaging CFI），由于成像模式的固有局限，不得不在成像质量和/或帧速率进行严格的权衡。如何在不牺牲B mode图像质量和帧频的前提下，提高血流成像的灵敏度，实现微弱血流和微细血管成像，是我们的一个重要研究方向。

（3）基于超声射频(Radiofrequency，RF)信号的组织功能信息提取

超声原始射频信号的定量分析具有客观、准确地评估疾病的潜力，因为组织结构微细改变而引发的疾病过程，可以引起可量化的RF信号变化。更重要的是，RF信号比B mode图像包含更多的信息，因此，与B超图像相比，丰富的射频数据可以更全面地描述病理生理状况。通过使用标定的体模进行系统校准，可以从原始射频信号中提取与系统无关的参数，如衰减系数和后向散射系数，且对操作员的依赖性很小。如何利用超声RF信号，建立模型，从而客观、准确和自动化地辅助临床诊断，是我们的一个重要研究方向。

（4）基于深度学习的自动超声图像分析

虽然超声成像具有非侵入、安全、便捷、实时性高等优点，但是，也存在图像质量低、差异性大等不足。开发先进的自动化超声图像分析方法辅助医生进行诊断，一方面可以减轻医生的负担，另一方面可以降低诊断的主观性，使得诊断更加客观与准确。在医学超声图像分析中，深度学习具有巨大的应用潜力。我们将深度学习与超声成像过程相结合，研究超声图像增强方法、超声图像自动分割与目标检测方法、轻量级网络构建，提高超声成像质量，同时进行自动图像分析，从而辅助临床诊断。