超聲成像新技術(shù)

超聲成像新技術(shù)超聲成像新技術(shù)超聲成像新技術(shù)xxx公司超聲成像新技術(shù)文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度超聲成像新技術(shù)90年代以來，由于電子計算機容量和功能的提高，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)學超聲成像新技術(shù)、新設(shè)備、新方法層出不窮。這里就主要新技術(shù)的物理聲學基礎(chǔ)、臨床應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景等問題作一簡要闡述。一、超聲彈性成像 超聲彈性成像作為一種新的超聲成像方法，它通過獲取有關(guān)組織彈性信息進行成像，彌補了X射線、超聲成像(Us)、磁共振成像(MRI)、計算機斷層掃描(CT)等傳統(tǒng)醫(yī)學成像模態(tài)不能直接提供組織彈性的不足，具有無創(chuàng)、簡單、便宜、容易應(yīng)用等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于臨床，成為目前醫(yī)學彈性成像的一個研究熱點。彈性成像(elastography)一詞最初出自靜態(tài)/準靜態(tài)壓縮的超聲彈性成像，狹義的彈性成像就僅指這種成像方式，其基本原理為對某一組織施加一個內(nèi)部(包括自身的)或外部的、動態(tài)或靜態(tài)/準靜態(tài)的激勵：在彈性力學、生物力學等物理條件下，組織將產(chǎn)生一個響應(yīng)。例如位移、應(yīng)變與速度的分布：彈性模量較大即較硬的組織應(yīng)變較小，或者振動的幅度和速度較?。豪贸暢上窕虼殴舱癯上竦确椒?，結(jié)合數(shù)字信號處理或者數(shù)字圖像技術(shù)，可估計出組織內(nèi)部的位移、應(yīng)變等參數(shù)，從而間接或直接反映其彈性模量等力學屬性的差異根據(jù)組織激勵方式的不同。超聲彈性成像主要包括靜態(tài)準靜態(tài)壓縮的彈性成像、血管彈性成像、心肌彈性成像、低頻振動激勵的聲彈性成像、基于脈沖激勵和超快速超聲成像系統(tǒng)的瞬時彈性成像或者脈沖彈性成像、聲輻射力激勵的聲輻射力脈沖成像、輻射力成像、剪切波彈性成像和超音剪切成像、利用超聲激勵的聲發(fā)射技術(shù)的振動聲成像和簡諧運動成像等。超聲彈性成像已在許多領(lǐng)域顯示了它的優(yōu)越性，具有廣闊的應(yīng)用前景。超聲彈性成像應(yīng)用于乳腺檢測已取得了較好的成效，目前研究的實用化系統(tǒng)大多應(yīng)用于乳腺檢測：Lorenz和Pe-savento等通過260例前列腺癌病例研究表明超聲彈性成像能夠提高前列腺癌早期的檢測能力：可以用于射頻消融監(jiān)測和檢測高強度聚焦超聲引起的熱損害。在深靜脈血栓成像、皮膚或肌肉的彈性模量估計、’腎移植監(jiān)測、針刺療法的組織位移估計甚至腦腫瘤檢測等領(lǐng)域取得了一些初步臨床結(jié)果。超聲彈性成像今后的研究岡更多用于乳腺、前列腺檢查的臨床研究：射頻消融監(jiān)測、強度聚焦超聲檢測的臨床研究：剪切應(yīng)變的估計以及在乳腺檢測中的應(yīng)用：腎臟和前列腺等具有彈性模量差異的正常組織成像：肝臟彈性成像并用于肝纖維化和肝癌的診斷：利用超聲顯微鏡或高頻超聲探頭實現(xiàn)細胞的彈性成像，用于小器官或組織：生物組織的粘彈性、非線性、孔彈性、各向異性等力學特性的研究與成像：基于三維超聲成像系統(tǒng)實現(xiàn)超聲彈性成像：研究并制作用于超聲彈性成像的超聲仿人體組織材料和超聲體模等。二、諧波成像諧波成像是一項超聲診斷新技術(shù)，是近年來非線性領(lǐng)域的一項重大突破，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，更清晰地顯示被檢臟器的圖像和血流狀態(tài)，這一技術(shù)被認為是超聲技術(shù)發(fā)展過程中的又一里程碑。近十年來，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)，導致產(chǎn)生諧波。濾去基波，利用諧波的信息去進行成像，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。1．組織諧波成像組織諧波成像是利用聲波在組織中產(chǎn)生的諧波進行成像。為了在自然組織中產(chǎn)生豐富的諧波信號，發(fā)生聲波的聲壓常較大。國內(nèi)外的研究表明，組織諧波成像與傳統(tǒng)超聲相比有一定的優(yōu)勢:提高心內(nèi)膜顯示能力：提高肝硬化背景下的占位性病灶的檢出率：清晰顯示胰頭區(qū)的復(fù)雜解剖關(guān)系，改善肥胖患者盆腔臟器的顯示效果：改善肥胖、肋間隙狹窄、胸廓畸形、肺氣腫及高齡患者心肌與心內(nèi)膜的顯示效果等。組織諧波成像改善圖像質(zhì)量的技術(shù)基礎(chǔ)為:①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：②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，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：③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：④提高遠場的圖像質(zhì)量。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，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。組織諧波成像的質(zhì)量受到探頭和儀器的靈敏度、動態(tài)范圍以及信號處理技術(shù)的制約，目前許多儀器的組織諧波成像效果還不十分理想，當然，也有一些品牌的超聲儀器的組織諧波成像已經(jīng)初步顯示了其成像的優(yōu)越性。組織諧波成像質(zhì)量的進一步改善有賴于相關(guān)技術(shù)的不斷完善。2．對比諧波成像對比諧波成像是利用超聲造影劑的諧波進行成像。對比諧波成像的效果和質(zhì)量與造影劑及相應(yīng)的對比諧波成像技術(shù)有關(guān)。微泡造影劑在超聲聲場中的行為與微氣泡的大小、外殼的機械特性及入射聲波的聲壓有關(guān):當外加聲壓較弱時，主要呈現(xiàn)線性背向散射：隨著外加聲壓的增加，微泡產(chǎn)生豐富的二次諧波，其幅度接近基波，比人體組織的二次諧波強1000倍以上，利用這一特點可進行二次諧波成像：再提高聲壓，微泡破裂，氣體溢出，呈現(xiàn)瞬間高強度信號散射，稱為“受激聲波發(fā)射”。新型的穿微循環(huán)聲學造影劑(微泡直徑小于8μm，可以通過肺毛細血管進入體循環(huán))可分為兩代:第一代包括利聲顯(Levovist)、Albunex、Echovist：第二代包括Optison、SonoVue、Definity、Sonazoid、Imagent、PESDA、Aerosomes、Quanfism等。與微泡內(nèi)所含氣體為空氣的第一代造影劑不同，第二代造影劑所含氣體絕大多數(shù)為高分子量、低溶解度、低擴散度的氟碳氣體，故性質(zhì)更為穩(wěn)定。目前應(yīng)用的微泡造影劑均具有線性散射特性，而非線性散射的強度則視造影劑的性質(zhì)而定:有些造影劑不能產(chǎn)生可測量的二次諧波：而所有的微泡造影劑均具有受激聲波發(fā)射特性。利用微泡造影劑的基波信號成像在基本的灰度模式下，造影劑可以增加微血管池的線性背向散射，在基本的多普勒模式下，超聲造影劑可增加大小血管中的多普勒信號。國內(nèi)外研究表明，超聲造影劑可用于增強肝、腎、胰腺等臟器病變中的多普勒信號，使一些原來認為少血管的病變中的血流也得到了較好的顯示。但是，在基本灰度模式下，造影劑不會增加病變或?qū)嵸|(zhì)的微血管顯示，因為來自組織的回聲太強而微循環(huán)中的微泡太少。在基本的多普勒模式下，圖像會出現(xiàn)明顯的開花(bloom-ing)偽像，而且也同樣有呼吸及運動偽像。利用微泡造影劑的諧波信號成像:諧波成像技術(shù)拓展了超聲造影劑的應(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造影或經(jīng)濟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，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，隨著第三代聲學造影劑的研制成功，造影劑已能到達心外臟器，實現(xiàn)心外臟器造影，增強實質(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。三、三維成像在醫(yī)學臨床影像診斷中，僅通過觀察二維切片圖像，很難準確確定病變體的空間位置、大小、幾何形狀和與周圍生物組織的關(guān)系。本世紀七十年代由計算機控制的超聲CT技術(shù)開始興起，將超聲診斷水平提高到一個新的高度，并有助于分子生物學和生物物理學的發(fā)展。近十幾年隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了三維超聲成像技術(shù)的研究和應(yīng)用。與二維成像相比，三維超聲成像技術(shù)具有圖像顯示直觀、可精確測量結(jié)構(gòu)參數(shù)、可輔助治療等許多優(yōu)勢，但由于超聲圖像自身獲取技術(shù)上的固有缺陷，造成超聲圖像清晰度較差，較難對二維圖像進行必要的預(yù)處理，而在超聲圖像獲取過程中組織器官自身的運動以及人體呼吸心跳的影響也都會導致獲取的序列二維圖像之間存在可能會影響重建精度的差異，并且三維重建過程中運算量較大，如何能夠加快重建速度卻又不損失重建結(jié)果的真實度也是一個亟待解決的問題美國于20世紀90年代推出了以射頻電磁場進行立體定位、使用普通相控陣扇掃探頭從體外進行掃描并進行超聲三維成像的系統(tǒng)。美國Duke大學最近提出晶體片被縱向、橫向多線均勻切割成眾多的微型矩陣型排列的二維陣列換能器。在用于體外探測時，微小的晶片多達60×60=3600；而用于心內(nèi)探測的導管式前向觀察探頭的晶片按10×10=100排列。探頭發(fā)射聲束時按相控陣方式沿Y軸進行方位轉(zhuǎn)向形成二維圖像，后者再沿Z軸方向扇形移動進行立體仰角轉(zhuǎn)向形成金字塔形數(shù)據(jù)庫。在未來的動態(tài)三維成像中可能會發(fā)揮重大作用。今后三維超聲成像儀的發(fā)展有著十分廣闊的發(fā)展前景。在進一步提高計算機微處理器的運算速度后，可以使動態(tài)三維圖像準實時顯示并能顯示體內(nèi)器官的實時剖切圖像（四維超聲成像）。另外，如果在提高成像裝置質(zhì)量和改進操作方法的基礎(chǔ)上，還可獲得幾乎能與光學內(nèi)窺鏡相媲美的動態(tài)三維圖像。最近還出現(xiàn)了將彩色多普勒信號重建為動態(tài)三維彩色多普勒血流圖的技術(shù)，除能觀察血流部位、途徑、范圍、輪廓與起止點之外，尚可判斷其方向與流速并清晰分辨血流信號與其旁側(cè)的心壁和瓣膜。Acuson彩色多普勒血流儀就可顯示冠狀動脈的主干及其分支。除此之外，在動態(tài)三維超聲顯示的立體圖像上，通過計算機處理，可根據(jù)需要切割并除去淺層組織的回聲，有利于對欲實施手術(shù)病灶的細致分析，可用于模擬手術(shù)。參考文獻：[1]羅建文,白凈.超聲彈性成像的研究進展[J].中國醫(yī)療器械信息,2005,(05)[2]徐智章,俞清.超聲彈性成像原理及初步應(yīng)用[J].上海醫(yī)學影像,2005,(01).[3]羅葆明.乳腺腫瘤超聲鑒別診斷新方法——超聲彈性成像[J].中國醫(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