超聲成像新技術(shù)的物理聲學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用
上個(gè)世紀(jì)90年代以來,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 ..
1.4 脈沖反向諧波成像 脈沖反向諧波成像(pulse inversion harmonic imaging, PIHI)[4]是二次諧波領(lǐng)域的又一重大突破。常規(guī)的諧波成像(conventional harmonic imaging,CHI)是儀器在接收回波信號(hào)時(shí),使用濾波器濾掉基波成分,只接收諧波成分。這一技術(shù)的不足在于濾波器在濾掉基波的同時(shí)也濾掉同波段內(nèi)的部分諧波信號(hào),故在某種程度上減少了造影劑的靈敏度和飽和度。為克服這一缺點(diǎn),ATL公司推出了脈沖反向諧波成像技術(shù)。該技術(shù)是系統(tǒng)在發(fā)射正向脈沖波的同時(shí)發(fā)射一個(gè)相同的反向脈沖波,并全數(shù)字化存儲(chǔ)返回的基波信號(hào)和諧波信號(hào),經(jīng)處理使正向和反向的基波信號(hào)疊加而抵消,而結(jié)合諧波成分產(chǎn)生純凈的寬頻諧波信號(hào),克服了常規(guī)諧波成像頻帶的局限性,提高了圖像的分辨率,并可減少造影劑的用量。
1.5 組織多普勒成像 一般多普勒回波信號(hào)中,既包括血流中散射粒子的散射信息,又包括運(yùn)動(dòng)器官的反射信息,前者的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)速度快,產(chǎn)生的多普勒頻移大,但幅度較小;而后者則速度慢,頻移小,但幅度大。利用高通或低通壁濾波器(wall filter),可分別提取血流或器官的相應(yīng)信息。常規(guī)多普勒成像采用高通壁濾波器,提取血流的多普勒信號(hào),組織多普勒成像(tissue Doppler imaging,TDI)則采用低通壁濾波器,單獨(dú)提取運(yùn)動(dòng)器官的低速多普勒信息,并以適當(dāng)參數(shù)予以顯示[5,6]。目前診斷儀的TDI顯示有速度(velocity)、加速度(acceleration)、分散度(variance)和能量(power)圖像等,這些參數(shù)均可以彩色編碼進(jìn)行偽彩色顯示。 2 與組織定征有關(guān)的超聲成像新技術(shù) 2.1 超聲背向散射積分成像 聲學(xué)密度定量分析是通過定量地分析某些聲學(xué)參數(shù)來研究組織特性以達(dá)到組織定征的目的。超聲背向散射積分成像(integrated backscatter,IBS)技術(shù)作為聲學(xué)密度定量分析新技術(shù),為組織原始回聲信號(hào)的定量分析提供了新方法。 2.1.1 傳統(tǒng)的聲學(xué)密度定量分析法 即視頻分析法。組織的回聲信號(hào)經(jīng)傳統(tǒng)成像方式形成二維灰階圖,視頻分析法即對(duì)該灰階圖的灰階分級(jí)水平及其分布進(jìn)行分析,方法有:①灰階直方圖;②計(jì)算機(jī)定量分析回聲的灰階值及其分布;③紋理參數(shù)分析。由于視頻信號(hào)是組織的回聲信號(hào)經(jīng)處理(檢波、對(duì)數(shù)壓縮等)后所得的信號(hào),并非組織的原始回聲信號(hào),其受動(dòng)態(tài)范圍的限制,信號(hào)被壓縮并有丟失,因此,從嚴(yán)格的定量角度講,視頻分析法并非真正的聲學(xué)密度定量分析方法,由于影響視頻信號(hào)的因素太多,所得結(jié)果不可靠,故有人稱之為半定量研究。 2.1.2 超聲背向散射積分成像技術(shù) (1)超聲背向散射原理[7]:由聲源來的超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),若遇到兩種具有不同聲阻抗的介質(zhì)(聲阻抗差大于0.1%)所形成的界面,且界面大于超聲波 波長時(shí)產(chǎn)生反射,若界面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超聲波 波長,則產(chǎn)生散射。散射是各向性的,朝向探頭的散射即為背向散射,能為探頭所接收。 (2)背向散射積分技術(shù):探頭所接收的背向散射信號(hào)與同時(shí)接收的反射信號(hào)相比是非常微弱的,故在經(jīng)傳統(tǒng)成像方式形成的二維圖像上,由大界面來的反射回聲表現(xiàn)為高回聲,如臟器的包膜回聲、血管壁回聲及大的組織結(jié)構(gòu)回聲等,而由微小界面來的散射回聲則表現(xiàn)為弱回聲或無回聲,如臟器實(shí)質(zhì)回聲為弱回聲,血液、膽汁尿液等為無回聲。然而由于背向散射信號(hào)來源于組織的微細(xì)結(jié)構(gòu),其更能反映組織的結(jié)構(gòu)特性。為了有效的提取和分析微弱的背向散射信號(hào),近幾年來一種以背向散射原理為基礎(chǔ)的超聲成像技術(shù)——背向散射積分成像技術(shù)得到了較快的發(fā)展。 探頭接收人體組織的回聲信號(hào),超聲儀將各界面來的信號(hào)經(jīng)放大、濾波,并進(jìn)行各信號(hào)的延遲合成得到射頻信號(hào)(組織回波的原始信號(hào)),若將射頻信號(hào)經(jīng)檢波并輸入視頻處理器處理(對(duì)數(shù)壓縮、數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換等)后,再輸入顯示器顯示,則形成常規(guī)的二維圖像。背向散射積分技術(shù)是通過特制的時(shí)間門控電路[8],在射頻信號(hào)被處理前,提取相關(guān)區(qū)域(取樣容積內(nèi))的射頻信號(hào),并將其功率譜與一理想平面反射器的回聲信號(hào)功率譜相比,取其有效頻率范圍進(jìn)行積分,單位為分貝(dB),并將積分值顯示出來。目前具有該技術(shù)的儀器均為聯(lián)機(jī)分析系統(tǒng),一旦取樣,儀器將自動(dòng)報(bào)出感興趣區(qū)域局部背向散射積分值。 |
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