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(kāi)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(shì)在于：實(shí)時(shí)性好,無(wú)損傷以及相對(duì)而言的成本低。 自1983年世界第1臺(tái)彩色血流成像裝置面世以來(lái),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(shuō),超聲診斷技術(shù)在上世紀(jì)末進(jìn)入了一個(gè)新的高度。 近二十年來(lái),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(duì)這些方面的新進(jìn)展作一個(gè)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(duì)血流參數(shù)的測(cè)量。1983年第一臺(tái)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(dòng)力學(xué)

3、的過(guò)渡,從人體臟器解剖信息的獲取向功能信息的獲得的過(guò)渡。 “彩超”就是彩色多普勒血流成像系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。它是一種能同時(shí)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(cè)量中,經(jīng)歷了從連續(xù)多普勒（Continul Wave Doppler CWD）血流測(cè)量到脈沖多普勒（Polse Wave Doppler PWD）血流測(cè)量、再到彩色多普勒血流圖的過(guò)程。應(yīng)該說(shuō),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(cè)量技術(shù),因?yàn)樗獧z測(cè)回波信號(hào)的頻移,而它的測(cè)量精度受到聲波方向和血流方向的夾角的影響,且對(duì)低速血流的測(cè)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(cè)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(wú)關(guān),所以提高了對(duì)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(cè)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(shù)”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(dòng)的無(wú)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(píng)價(jià)室壁運(yùn)動(dòng)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(lái)的。傳統(tǒng)的多普勒反映的是紅細(xì)胞產(chǎn)生的頻移信號(hào),利用高通濾波裝置使這種頻移大且振幅小的信號(hào)通過(guò)并顯示出來(lái)。而由室壁運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)生的低頻移、高振幅的多普勒信號(hào)則被過(guò)濾掉。在DTI中是采用低通濾波器摒棄來(lái)自心腔血流的高頻低振幅的多普勒信號(hào),提取來(lái)自運(yùn)動(dòng)心肌的低頻高振幅的多普勒頻移信號(hào),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(lái)。 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(cè)量收縮期各局部縱向心肌運(yùn)動(dòng)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(shí)比較心肌多節(jié)段運(yùn)動(dòng)的局限性，這樣不僅可以減少心臟擺動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)所采集圖像清晰度的影響，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了超聲系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取心肌各節(jié)段運(yùn)動(dòng)的全部信息，繼而使不

7、同軸向位移值，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)縱向心肌運(yùn)動(dòng)幅度的測(cè)量。這是一種可能對(duì)冠心病心肌功能評(píng)價(jià)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(shí)間內(nèi)的應(yīng)變即變形速率。由于DTI可以實(shí)時(shí)測(cè)量心肌各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)和相鄰組織牽拉效應(yīng)對(duì)結(jié)果的影響，可以更好地反映局部心肌功能。可以預(yù)料，隨著SRorSRI技術(shù)的進(jìn)一步完善，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為診斷心肌缺血、定量評(píng)價(jià)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(lái)非線性領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，這一技術(shù)的開(kāi)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(lái)講是指放大器的輸出信號(hào)的電壓與同時(shí)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(lái)說(shuō)，信噪比越大，說(shuō)明混在信號(hào)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(guò)程中的又一里程碑。 近十

9、年來(lái)，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(lái)新的進(jìn)展。聲波在介質(zhì)中傳播以及在反射和散射時(shí)，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(duì)比諧波成像。,諧波成像,諧波成像的理論根據(jù)在于：長(zhǎng)期以來(lái),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(shí),從人體內(nèi)部臟器反射或散射并被探頭接收的回聲信號(hào)也是f0附近的一個(gè)窄帶信號(hào)。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(guò)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(shí),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(jiàn)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(gè)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(gè)深度時(shí)因組織衰減作用超過(guò)組織的非線性參數(shù)作用時(shí),該點(diǎn)（指某個(gè)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(shuō)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?lái),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(shí)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(chǎng)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(lái)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(chǎng)偽像被消除有利于消除旁瓣偽像。基波頻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(zhǎng)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(cè)低速血流速度的閾值為基波的1/2，即對(duì)低速血流的檢測(cè)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(lái)說(shuō),組織諧波成像改善圖像質(zhì)量的簡(jiǎn)單陳述為:對(duì)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(méi)有機(jī)會(huì)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(guò)淺層以后,聲束變?yōu)榫劢?并且開(kāi)始形成諧波能量.然而,一旦聲束穿過(guò)了這些層次,后面的均勻組織對(duì)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(hào)被過(guò)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(guò)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(duì)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(hào),通過(guò)改善組織對(duì)比分辯力來(lái)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(lái)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(duì)成像有效的諧波頻率能量均通過(guò)消除基波頻率而獲得.因此儀器必須解決以下三個(gè)問(wèn)題：（1）儀器必須有超寬大的動(dòng)態(tài)范圍.因?yàn)橹C波成像時(shí),會(huì)損失1020db的信號(hào)強(qiáng)度,為保持信噪比,必須設(shè)定非常寬的動(dòng)態(tài)范圍以接受這種相當(dāng)弱的信號(hào)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(hào)中較高和較低頻率同時(shí)存在.,總結(jié),綜上所述，僅