超聲成像新技術(shù)的物理聲學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用

《超聲成像新技術(shù)的物理聲學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、超聲成像新技術(shù)的物理聲學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用90年代以來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)容量和功能的提高，數(shù)字化技術(shù)的引入，以及各種信號(hào)處理、圖像處理和控制技術(shù)的應(yīng)用，醫(yī)學(xué)超聲成像新技術(shù)、新設(shè)備、新方法層出不窮。本文就腹部超聲診斷中常用的主要新技術(shù)的物理聲學(xué)基礎(chǔ)、臨床應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景等問(wèn)題作一簡(jiǎn)要闡述。????1?與提高圖像質(zhì)量有關(guān)的超聲成像新技術(shù)????1.1?頻譜合成成像?頻譜合成成像即頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)(frequency?convert?technology,FCT)[1]。組織在超聲聲場(chǎng)的作用下，當(dāng)超聲波滿足小振幅條件時(shí)，聲源與其聲場(chǎng)之間為線性關(guān)系，即無(wú)論在聲場(chǎng)的任何距

2、離上，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)都重復(fù)聲源的振動(dòng)規(guī)律，但當(dāng)超聲波不滿足小振幅條件，而具有一定振幅(有限振幅，達(dá)到有限振幅的波為有限振幅波)時(shí)，隨傳播距離的增加，由于有限振幅波的傳播速度不是常數(shù)，而與介質(zhì)的非線性參量及質(zhì)點(diǎn)的振速有關(guān)，致使波形發(fā)生畸變，波形的畸變必然伴隨諧波的產(chǎn)生。當(dāng)聲源發(fā)射的不是單頻的超聲波，而是以f0為主頻、具有一定頻寬的超聲脈沖時(shí)，經(jīng)聲場(chǎng)介質(zhì)作用后，將產(chǎn)生具有多重頻率的回波信號(hào)，且其頻譜與聲源發(fā)射者不同，即實(shí)現(xiàn)了頻率轉(zhuǎn)換。從成像的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，回波信號(hào)中頻率成分利用得越充分，圖像質(zhì)量就越好。利用超寬頻探頭、數(shù)字化處理和超大容量計(jì)算機(jī)，可將回波信號(hào)分解為多

3、個(gè)頻帶進(jìn)行并行處理，然后再按頻譜合成為最后的信號(hào)，因此亦稱為頻譜合成成像，由此獲得的圖像分辨率更高，對(duì)比度更大，噪聲偽像更低。????1.2?二次諧波成像?1995年以來(lái)，二次諧波成像(second?harmonic?imaging,SHI)技術(shù)逐步趨于成熟，近幾年開(kāi)始用于心外臟器和組織的檢查[2]。應(yīng)用于臨床的諧波成像分自然組織諧波成像(native?tissue?harmonic?imaging,NTHI)和造影劑諧波成像(contrast?agents?harmonic?imaging,CAHI)兩種。????(1)物理聲學(xué)基礎(chǔ)-6-：如前所述，

4、當(dāng)超聲波不滿足小振幅條件時(shí)，在組織中，隨傳播距離的增加，必然有諧波成分產(chǎn)生，但組織的諧波信號(hào)微弱，主要反射(大界面產(chǎn)生反射)和散射(小界面產(chǎn)生散射)基波。聲學(xué)造影劑多為含氣體微泡的液體物質(zhì)，這些微泡構(gòu)成了液體的“空化核”，在超聲場(chǎng)作用下，微泡除常規(guī)散射基波外，尚發(fā)生運(yùn)動(dòng)而再“發(fā)射”超聲波，回波頻率與發(fā)射波頻率(即基頻fundamental?frequency)的關(guān)系在外加聲壓較弱時(shí)為線性關(guān)系，明顯的振動(dòng)為基頻共振，產(chǎn)生以基頻為主的一次諧波，二倍和三倍于基頻的二次和三次諧波稍有顯示。隨著外加聲壓的不斷增加，則會(huì)出現(xiàn)非線性復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，相繼出現(xiàn)高次諧振，分諧振

5、，高次分諧振等。診斷用超聲聲壓較弱，組織和造影劑微泡除反射和散射基波外，主要產(chǎn)生較弱的二次和更弱的三次諧波。傳統(tǒng)的超聲儀只接收基波信息成像，二次諧波成像時(shí)，儀器通過(guò)帶通濾波，只提取二次諧波信號(hào)進(jìn)行成像。無(wú)造影劑存在時(shí)，二次諧波信號(hào)來(lái)自組織，稱自然組織諧波成像，有造影劑存在時(shí)，二次諧波信號(hào)主要來(lái)自造影劑微泡，稱造影劑諧波成像。由于二次諧波可提高圖像的側(cè)向分辨力，且隨著諧波信號(hào)的增強(qiáng)，反射回聲的長(zhǎng)度逐漸減小，圖像的軸向分辨力隨之提高，同時(shí)隨諧波信號(hào)增強(qiáng)，旁瓣作用減弱，Clutter亦減少，上述幾方面因素使圖像質(zhì)量得以明顯提高。由于造影劑微泡與周圍組織聲學(xué)特

6、性的差異較大，因此比周圍組織質(zhì)點(diǎn)有更大的等效散射面積，加上微泡諧振引起的共振散射，故來(lái)自造影劑微泡的二次諧波信號(hào)較強(qiáng)，因此，造影劑諧波成像在臨床上應(yīng)用更廣。????(2)臨床應(yīng)用：目前大多數(shù)中高檔超聲診斷儀均具諧波成像功能。自然組織諧波成像對(duì)不適宜聲學(xué)造影或經(jīng)濟(jì)困難的肥胖患者深部病變的觀察可首先考慮使用。造影劑諧波成像時(shí)，可使組織回聲明顯增強(qiáng)，該技術(shù)已廣泛用于心臟病變的診斷與鑒別診斷。吳瑛等對(duì)比分析了基波顯像和諧波顯像在診斷膽總管下段——胰腺區(qū)域病變中的價(jià)值，結(jié)果表明，諧波顯像能更清晰顯示該區(qū)域病灶。此外，隨著第三代聲學(xué)造影劑的研制成功，造影劑已能到達(dá)

7、心外臟器，實(shí)現(xiàn)心外臟器造影，增強(qiáng)實(shí)質(zhì)臟器的二維圖像和多普勒信號(hào)，造影劑諧波成像技術(shù)為研究組織的血流灌注提供了更加可靠的手段，有助于腹部臟器病變的診斷與鑒別診斷。????1.3?能量造影諧波成像技術(shù)-6-?能量造影諧波成像(power?contrast?agent?harmonic?imaging,PCAHI)[3]在接收返回的諧波信號(hào)時(shí)，主要對(duì)回波的功率(振幅)信息進(jìn)行分析處理，并利用該信息進(jìn)行成像。PCAHI提高了諧波對(duì)造影劑的敏感性，尤其對(duì)微小顆粒的靈敏度更高，對(duì)細(xì)小病變顯示更清楚，因此有利于病變的早期診斷。此外，由于造影劑和組織均具有諧波特性，而

8、能量造影諧波成像時(shí)，血管內(nèi)造影劑的功率諧波成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于組織的功率諧波成分，因此，少量的造影劑即