彩色多普勒組織成像法及諧波成像_修改.ppt

1、彩色多普勒組織成像法及諧波成像,禪城區(qū)中心醫(yī)院功能科,黃麗娜,概述,醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)和X-CT、MR和核醫(yī)學(xué)成像在20世紀(jì)80年代中期開始,就被世人公認(rèn)為現(xiàn)代四大醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)的優(yōu)勢在于：實(shí)時性好,無損傷以及相對而言的成本低。 自1983年世界第1臺彩色血流成像裝置面世以來,醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了快車道。各種新的醫(yī)學(xué)超聲影像技術(shù)不斷涌現(xiàn),使超聲診斷的圖像質(zhì)量明顯提高,超聲診斷的模式和方法也更加豐富。應(yīng)該說,超聲診斷技術(shù)在上世紀(jì)末進(jìn)入了一個新的高度。 近二十年來,各廠商所推出的各款超聲成像系統(tǒng)都向著利用超聲源為載體,以獲取更多的生理、病理信息；提高圖像質(zhì)量,使之更清晰以及力圖顯

2、示更細(xì)微的結(jié)構(gòu)等這些目標(biāo)前進(jìn)。在這一進(jìn)程中,彩色多普勒成像技術(shù)、諧波成像技術(shù)發(fā)展特別明顯。下面試圖從工程技術(shù)角度對這些方面的新進(jìn)展作一個摘要式的綜述。,總目錄,1,2,3,結(jié)構(gòu)圖,彩色多普勒成像法,諧波成像技術(shù),4,總結(jié),結(jié)構(gòu)圖,1 彩色多普勒血流圖,彩色多普勒成像,諧波成像技術(shù),2 彩色多普勒能量圖,3 多普勒組織成像,1 諧波成像的分型,2 組織成像的原理,3 組織諧波成像（THI）,組織追蹤成像,應(yīng)變率和應(yīng)變率成像,1、彩色多普勒成像1.1 彩色多普勒血流圖,它是基本于多普勒效應(yīng),用于實(shí)現(xiàn)對血流參數(shù)的測量。1983年第一臺具有CFM功能的超聲診斷儀面世,標(biāo)志著超聲診斷從形態(tài)學(xué)向血液動力學(xué)

3、的過渡,從人體臟器解剖信息的獲取向功能信息的獲得的過渡。 “彩超”就是彩色多普勒血流成像系統(tǒng)的簡稱。它是一種能同時顯示B型圖像和利用多普勒技術(shù)得出的血流方向、流速及流速分散數(shù)據(jù)的超聲掃描系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)上述血流參數(shù)的測量中,經(jīng)歷了從連續(xù)多普勒（Continul Wave Doppler CWD）血流測量到脈沖多普勒（Polse Wave Doppler PWD）血流測量、再到彩色多普勒血流圖的過程。應(yīng)該說,到目前為止,CFM已成為中高檔超聲診斷儀不可或缺的功能。 CFM這種血流測量技術(shù),因?yàn)樗獧z測回波信號的頻移,而它的測量精度受到聲波方向和血流方向的夾角的影響,且對低速血流的測量較困難,因而在其

4、后又出現(xiàn)了其它的彩色多普勒成像方式。,1、彩色多普勒成像法,它的特點(diǎn)是檢測血流中血球后散射能量的大小,即CDE能量的大小與紅細(xì)胞數(shù)目有關(guān),形成彩色血流圖疊加到二維灰階圖像上,因而從另一角度描述了體內(nèi)血流狀態(tài)。它不區(qū)分血流方向,亦與無關(guān),所以提高了對血流的敏感度,它的敏感性是彩色多普勒血流顯像的3-5倍。用CDE辦法可使以往很難探測到的低速血流和速度幾乎為零的血液可以顯示,例如臟器的“血管樹”一類的結(jié)構(gòu)顯示就是其實(shí)際應(yīng)用。,1.2 彩色多普勒能量圖（CDE ）,1、彩色多普勒成像法,DTI是一項(xiàng)可定量分析室壁運(yùn)動的無創(chuàng)技術(shù),所以DTI技術(shù)實(shí)際上稱為多普勒心肌組織顯像技術(shù)。它具有客觀定量的優(yōu)點(diǎn),在

5、評價室壁運(yùn)動異常、檢出存活心肌方面具有較大的潛力。DTI是在傳統(tǒng)的檢查心腔內(nèi)血流的彩色多普勒技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。傳統(tǒng)的多普勒反映的是紅細(xì)胞產(chǎn)生的頻移信號,利用高通濾波裝置使這種頻移大且振幅小的信號通過并顯示出來。而由室壁運(yùn)動等產(chǎn)生的低頻移、高振幅的多普勒信號則被過濾掉。在DTI中是采用低通濾波器摒棄來自心腔血流的高頻低振幅的多普勒信號,提取來自運(yùn)動心肌的低頻高振幅的多普勒頻移信號,將其輸送到自相關(guān)系統(tǒng)和速度計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行處理,以二維多普勒或頻譜多普勒形式顯示出來。 隨著發(fā)展,在這種成像方法的基礎(chǔ)上,又衍生出諸如組織追蹤成像（TTI）、應(yīng)變率和應(yīng)變率成像（SRorSRI）等新的方法,1.3 多

6、普勒組織成像,1.3.1 組織追蹤成像（Tissue Tracking Imaging TT1) 1.3.2 應(yīng)變率和應(yīng)變率成像（Strain Rate or Stain Rate image SRorSRI),彩色多普勒成像法多普勒組織成像,131 組織追蹤成像（TT1） 它是一種新的用于測量收縮期各局部縱向心肌運(yùn)動幅度的超聲技術(shù)。它以原始數(shù)據(jù)采集和超高幀頻技術(shù)（幀頻300幀/秒）為基礎(chǔ)，因而克服了以往多普勒心肌成像由于受儀器低頻限制而不能同時比較心肌多節(jié)段運(yùn)動的局限性，這樣不僅可以減少心臟擺動和呼吸運(yùn)動對所采集圖像清晰度的影響，同時又實(shí)現(xiàn)了超聲系統(tǒng)實(shí)時獲取心肌各節(jié)段運(yùn)動的全部信息，繼而使不

7、同軸向位移值，從而實(shí)現(xiàn)了對縱向心肌運(yùn)動幅度的測量。這是一種可能對冠心病心肌功能評價極有前景的方法。,132 應(yīng)變率和應(yīng)變率成像（SRorSRI） 這是另一種基于DTI的超聲新技術(shù)。SR是指單位時間內(nèi)的應(yīng)變即變形速率。由于DTI可以實(shí)時測量心肌各點(diǎn)的運(yùn)動速度，則根據(jù)兩點(diǎn)間的速度變化和距離變化可得到心肌的SR。如果將應(yīng)變率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行彩色編碼顯示，即稱為SRI。此種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：減少了心臟的擺動和相鄰組織牽拉效應(yīng)對結(jié)果的影響，可以更好地反映局部心肌功能?？梢灶A(yù)料，隨著SRorSRI技術(shù)的進(jìn)一步完善，該項(xiàng)技術(shù)將會成為診斷心肌缺血、定量評價局部心肌功能的一種全新方法。,諧波成像 目錄,2.1 概述及分

8、型 2.2 諧波成像的原理 2.3 組織成像的原理 2.4 組織諧波成像（THI）,2、諧波成像技術(shù)2.1（概述及分型）,諧波成像是一項(xiàng)超聲診斷新技術(shù)，是近年來非線性領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，這一技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用使許多疾病的診斷范圍和診斷水平得到拓展。在二維及彩色多普勒超聲檢查中應(yīng)用諧波成像極大地提高了信噪比（狹義來講是指放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示，設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量越高，否則相反。 ），更清晰地顯示被檢臟器的圖像和血流狀態(tài)，這一技術(shù)被認(rèn)為是超聲技術(shù)發(fā)展過程中的又一里程碑。 近十

9、年來，經(jīng)周圍靜脈使用的超聲微泡造影劑的研制取得了快速的發(fā)展，而微泡造影劑與諧波技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用更為超聲成像帶來新的進(jìn)展。聲波在介質(zhì)中傳播以及在反射和散射時，都具有非線性效應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)生諧波。濾去基波，利用諧波的信息去進(jìn)行成像，稱為諧波成像。諧波成像主要分為兩大類:組織諧波成像和對比諧波成像。,諧波成像,諧波成像的理論根據(jù)在于：長期以來,超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)都采用的是線性聲學(xué)規(guī)律,即認(rèn)為人體組織是一種線性的傳聲媒質(zhì),如發(fā)射頻率f0的聲波時,從人體內(nèi)部臟器反射或散射并被探頭接收的回聲信號也是f0附近的一個窄帶信號。而實(shí)際上,醫(yī)學(xué)超聲存在著非線性現(xiàn)象。非線性聲學(xué)效應(yīng)的研究結(jié)果表示：超聲在人體組織內(nèi)傳播過程中

10、產(chǎn)生非線性以及組織界面入射/反射關(guān)系的非線性,使得當(dāng)發(fā)射的聲波頻率為f0時,回波頻率中除有基波頻率f0以外,還有2f0、3f0 等成分,此成分稱為諧波,其中以二次諧波2f0的能量最大。其關(guān)系見圖1所示。,2.2 諧波成像的原理,諧波成像,研究結(jié)果表明：諧波具有以下兩個優(yōu)點(diǎn)：（1）諧波的強(qiáng)度隨著深度的變化呈非線性變化。諧波在體表皮膚層的強(qiáng)度實(shí)際為零。隨著深度的增加而增強(qiáng),直到某個深度時因組織衰減作用超過組織的非線性參數(shù)作用時,該點(diǎn)（指某個深度）就成了幅度下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn),在所有的深度上,組織諧波的強(qiáng)度都低于基波。（2）基波頻率能量和諧波頻率能量的非線性關(guān)系。換句話說就是：弱的基波頻率幾乎不產(chǎn)生諧波頻

11、率能量,而強(qiáng)的基波產(chǎn)生相當(dāng)大的諧波頻率能量,這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)槌曋械拇蟛糠謧蜗裼僧惓５膫鞑ネ緩蕉鴣?其能量肯定弱于中心成像聲束。缺點(diǎn)：由于濾波等處理，成像速度減低，實(shí)時性變差。,諧波成像組織諧波成像(THI),下面我們具體分析一下組織諧波成像技術(shù)是如何提高成像質(zhì)量的。 組織諧波成像改善圖像質(zhì)量的技術(shù)基礎(chǔ)為:近場處諧波能量很少，不易產(chǎn)生偽像。常規(guī)超聲圖像的大部分偽像來源于胸壁和腹壁的反射和散射，這些偽像含有極少的諧波頻率，因此近場偽像被消除有利于消除旁瓣偽像?；l率能量和諧波頻率能量呈非線性關(guān)系，能量較高的基波產(chǎn)生相當(dāng)大的諧波能量，而弱的基波幾乎不產(chǎn)生諧波頻率能量。因旁瓣能量比主波低得多，

12、產(chǎn)生的二次諧波很低，不足以形成圖像，因此消除了旁瓣的干擾諧波波長較短，可以提高軸向分辨力。頻帶較窄，提供較佳的側(cè)向分辨力。頻率比基波高1倍，所以其檢測低速血流速度的閾值為基波的1/2，即對低速血流的檢測更靈敏組織諧波成像一般使用穿透力高的低基波頻率，且由于諧波非線性效應(yīng)，在某一深度范圍，諧波的能量明顯增強(qiáng)，有力地提高該深度范圍的聲噪比，明顯提高了超聲圖像的質(zhì)量,2.3 組織諧波成像(THI),諧波成像組織諧波成像(THI),總起來說,組織諧波成像改善圖像質(zhì)量的簡單陳述為:對傳統(tǒng)基波成像困難的病人,圖像經(jīng)常出現(xiàn)模糊狀改變,這是由于超聲束在表淺組織內(nèi)表層與肋骨之間產(chǎn)生回響形成扭曲所致,因?yàn)榘l(fā)射聲波

13、還沒有機(jī)會形成明顯的諧波能量,這些回響幾乎全部由基波頻率的超聲能量形成.當(dāng)聲束穿過淺層以后,聲束變?yōu)榫劢?并且開始形成諧波能量.然而,一旦聲束穿過了這些層次,后面的均勻組織對聲束的影響就很小了,而諧波聲束仍保持聲束原有輪廓及聚焦的特征.當(dāng)返回的信號被過濾丟掉基波后,紊亂和模糊被消除,得到的是高清晰的圖像.其次二次諧波降低了旁瓣水平,亦可使偽影和紊亂消除.再者,諧波成像減小旁瓣水平和主瓣寬度,可以改善聚焦特征,亦使圖像的質(zhì)量得到了提高. 在臨床上,約有20-30%的病人,由于肥胖,肺氣過多,肋間隙狹窄,胃腸氣體干擾,腹壁較厚或疾病等原因,而被稱作顯像困難的病人.對這部分病人,組織諧波成像技術(shù)可采

14、用超寬頻帶探頭發(fā)射聲波,僅接受和處理機(jī)體組織產(chǎn)生的諧波高頻信號,通過改善組織對比分辯力來提高圖像清晰度. 盡管組織諧波成像（TH1）有不少優(yōu)越性,但真正質(zhì)量的好壞還取決于儀器的性能,因?yàn)榧词乖谧罴训沫h(huán)境條件中,來自組織的諧波頻率能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基波頻率能量,而所有對成像有效的諧波頻率能量均通過消除基波頻率而獲得.因此儀器必須解決以下三個問題：（1）儀器必須有超寬大的動態(tài)范圍.因?yàn)橹C波成像時,會損失1020db的信號強(qiáng)度,為保持信噪比,必須設(shè)定非常寬的動態(tài)范圍以接受這種相當(dāng)弱的信號而成像.（2）發(fā)射源必須在諧波頻率上發(fā)射極小的能量,即需要的是短脈沖超聲波以確保發(fā)射信號中較高和較低頻率同時存在.,總結(jié),綜上所述，僅