上個世紀(jì)90年代以來，由于電子計算機(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)展前景等問題作一簡要闡述。
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]。組織在超聲聲場的作用下，當(dāng)超聲波滿足小振幅條件時，聲源與其聲場之間為線性關(guān)系，即無論在聲場的任何距離上，介質(zhì)質(zhì)點都重復(fù)聲源的振動規(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，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，經(jīng)聲場介質(zhì)作用后，將產(chǎn)生具有多重頻率的回波信號，且其頻譜與聲源發(fā)射者不同，即實現(xiàn)了頻率轉(zhuǎn)換。從成像的觀點來說，回波信號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算機(jī)，可將回波信號分解為多個頻帶進(jìn)行并行處理，然后再按頻譜合成為最后的信號，因此亦稱為頻譜合成成像，由此獲得的圖像分辨率更高，對比度更大，噪聲偽像更低。
1.2 二次諧波成像 1995年以來，二次諧波成像(second harmonic imaging,SHI)技術(shù)逐步趨于成熟，近幾年開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)：如前所述，當(dāng)超聲波不滿足小振幅條件時，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”，在超聲場作用下，微泡除常規(guī)散射基波外，尚發(fā)生運動而再“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為線性關(guān)系，明顯的振動為基頻共振，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，則會出現(xiàn)非線性復(fù)雜運動，相繼出現(xiàn)高次諧振，分諧振，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，儀器通過帶通濾波，只提取二次諧波信號進(jìn)行成像。無造影劑存在時，二次諧波信號來自組織，稱自然組織諧波成像，有造影劑存在時，二次諧波信號主要來自造影劑微泡，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，且隨著諧波信號的增強(qiáng)，反射回聲的長度逐漸減小，圖像的軸向分辨力隨之提高，同時隨諧波信號增強(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)特性的差異較大，因此比周圍組織質(zhì)點有更大的等效散射面積，加上微泡諧振引起的共振散射，故來自造影劑微泡的二次諧波信號較強(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，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)心外臟器，實現(xiàn)心外臟器造影，增強(qiáng)實質(zhì)臟器的二維圖像和多普勒信號，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) 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時，主要對回波的功率(振幅)信息進(jìn)行分析處理，并利用該信息進(jìn)行成像。PCAHI提高了諧波對造影劑的敏感性，尤其對微小顆粒的靈敏度更高，對細(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，而能量造影諧波成像時，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，少量的造影劑即可使血流信息從組織中分離出來。