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(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度超聲成像新技術(shù)90年代以來(lái)，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。這里就主要新技術(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(wèn)題作一簡(jiǎn)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(guò)獲取有關(guān)組織彈性信息進(jìn)行成像，彌補(bǔ)了X射線、超聲成像(Us)、磁共振成像(MRI)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像模態(tài)不能直接提供組織彈性的不足，具有無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)單、便宜、容易應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于臨床，成為目前醫(yī)學(xué)彈性成像的一個(gè)研究熱點(diǎn)。彈性成像(elastography)一詞最初出自靜態(tài)/準(zhǔn)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(duì)某一組織施加一個(gè)內(nèi)部(包括自身的)或外部的、動(dòng)態(tài)或靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)的激勵(lì)：在彈性力學(xué)、生物力學(xué)等物理?xiàng)l件下，組織將產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)的幅度和速度較小：利用超聲成像或磁共振成像等方法，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理或者數(shù)字圖像技術(shù)，可估計(jì)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(xué)屬性的差異根據(jù)組織激勵(lì)方式的不同。超聲彈性成像主要包括靜態(tài)準(zhǔn)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(dòng)激勵(lì)的聲彈性成像、基于脈沖激勵(lì)和超快速超聲成像系統(tǒng)的瞬時(shí)彈性成像或者脈沖彈性成像、聲輻射力激勵(lì)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(lì)的聲發(fā)射技術(shù)的振動(dòng)聲成像和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(cè)已取得了較好的成效，目前研究的實(shí)用化系統(tǒng)大多應(yīng)用于乳腺檢測(cè)：Lorenz和Pe-savento等通過(guò)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(cè)能力：可以用于射頻消融監(jiān)測(cè)和檢測(cè)高強(qiáng)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(jì)、’腎移植監(jiān)測(cè)、針刺療法的組織位移估計(jì)甚至腦腫瘤檢測(cè)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(cè)、強(qiáng)度聚焦超聲檢測(cè)的臨床研究：剪切應(yīng)變的估計(jì)以及在乳腺檢測(cè)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(shí)現(xiàn)細(xì)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(xué)特性的研究與成像：基于三維超聲成像系統(tǒng)實(shí)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(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，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。近十年來(lái)，經(jīng)周?chē)o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(chēng)為諧波成像。諧波成像主要分為兩大類(lèi):組織諧波成像和對(duì)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(jìn)行成像。為了在自然組織中產(chǎn)生豐富的諧波信號(hào)，發(fā)生聲波的聲壓常較大。國(guó)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(shì):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(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：②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，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(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：④提高遠(yuǎn)場(chǎng)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(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。組織諧波成像的質(zhì)量受到探頭和儀器的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍以及信號(hào)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(dāng)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(jìn)一步改善有賴(lài)于相關(guān)技術(shù)的不斷完善。2．對(duì)比諧波成像對(duì)比諧波成像是利用超聲造影劑的諧波進(jìn)行成像。對(duì)比諧波成像的效果和質(zhì)量與造影劑及相應(yīng)的對(duì)比諧波成像技術(shù)有關(guān)。微泡造影劑在超聲聲場(chǎng)中的行為與微氣泡的大小、外殼的機(jī)械特性及入射聲波的聲壓有關(guān):當(dāng)外加聲壓較弱時(shí)，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(qiáng)1000倍以上，利用這一特點(diǎn)可進(jìn)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(qiáng)度信號(hào)散射，稱(chēng)為“受激聲波發(fā)射”。新型的穿微循環(huán)聲學(xué)造影劑(微泡直徑小于8μm，可以通過(guò)肺毛細(xì)血管進(jìn)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(kuò)散度的氟碳?xì)怏w，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(qiáng)度則視造影劑的性質(zhì)而定:有些造影劑不能產(chǎn)生可測(cè)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(hào)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(hào)。國(guó)內(nèi)外研究表明，超聲造影劑可用于增強(qiáng)肝、腎、胰腺等臟器病變中的多普勒信號(hào)，使一些原來(lái)認(rèn)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(huì)增加病變或?qū)嵸|(zhì)的微血管顯示，因?yàn)閬?lái)自組織的回聲太強(qiáng)而微循環(huán)中的微泡太少。在基本的多普勒模式下，圖像會(huì)出現(xiàn)明顯的開(kāi)花(bloom-ing)偽像，而且也同樣有呼吸及運(yùn)動(dòng)偽像。利用微泡造影劑的諧波信號(hào)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(duì)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(shí)，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(duì)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(jià)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(shí)現(xiàn)心外臟器造影，增強(qiáng)實(shí)質(zhì)臟器的二維圖像和多普勒信號(hào)，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(xué)臨床影像診斷中，僅通過(guò)觀察二維切片圖像，很難準(zhǔn)確確定病變體的空間位置、大小、幾何形狀和與周?chē)锝M織的關(guān)系。本世紀(jì)七十年代由計(jì)算機(jī)控制的超聲CT技術(shù)開(kāi)始興起，將超聲診斷水平提高到一個(gè)新的高度，并有助于分子生物學(xué)和生物物理學(xué)的發(fā)展。近十幾年隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)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(cè)量結(jié)構(gòu)參數(shù)、可輔助治療等許多優(yōu)勢(shì)，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(duì)二維圖像進(jìn)行必要的預(yù)處理，而在超聲圖像獲取過(guò)程中組織器官自身的運(yùn)動(dòng)以及人體呼吸心跳的影響也都會(huì)導(dǎo)致獲取的序列二維圖像之間存在可能會(huì)影響重建精度的差異，并且三維重建過(guò)程中運(yùn)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(shí)度也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題美國(guó)于20世紀(jì)90年代推出了以射頻電磁場(chǎng)進(jìn)行立體定位、使用普通相控陣扇掃探頭從體外進(jìn)行掃描并進(jìn)行超聲三維成像的系統(tǒng)。美國(guó)Duke大學(xué)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(cè)時(shí)，微小的晶片多達(dá)60×60=3600；而用于心內(nèi)探測(cè)的導(dǎo)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(shí)按相控陣方式沿Y軸進(jìn)行方位轉(zhuǎn)向形成二維圖像，后者再沿Z軸方向扇形移動(dòng)進(jìn)行立體仰角轉(zhuǎn)向形成金字塔形數(shù)據(jù)庫(kù)。在未來(lái)的動(dòng)態(tài)三維成像中可能會(huì)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(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)微處理器的運(yùn)算速度后，可以使動(dòng)態(tài)三維圖像準(zhǔn)實(shí)時(shí)顯示并能顯示體內(nèi)器官的實(shí)時(shí)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(jìn)操作方法的基礎(chǔ)上，還可獲得幾乎能與光學(xué)內(nèi)窺鏡相媲美的動(dòng)態(tài)三維圖像。最近還出現(xiàn)了將彩色多普勒信號(hào)重建為動(dòng)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(diǎn)之外，尚可判斷其方向與流速并清晰分辨血流信號(hào)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(dòng)脈的主干及其分支。除此之外，在動(dòng)態(tài)三維超聲顯示的立體圖像上，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，可根據(jù)需要切割并除去淺層組織的回聲，有利于對(duì)欲實(shí)施手術(shù)病灶的細(xì)致分析，可用于模擬手術(shù)。參考文獻(xiàn)：[1]羅建文,白凈.超聲彈性成像的研究進(jìn)展[J].中國(guó)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(xué)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(guó)醫(yī)療器械信息,2006,(09).[4]葉秀芳.組織諧波成像技術(shù)及其臨床應(yīng)用[J].寧夏醫(yī)學(xué)雜志,2007,(07)[5]智光,趙玉英.諧波成像技術(shù)臨床應(yīng)用[J]人民軍醫(yī),2004,(03).[6]李文,張翔,烏若丹.自然組織諧波成像與基波成像的對(duì)比觀察[J]中國(guó)超聲診斷雜志,2002,(04).[7]徐輝雄,張青萍.微泡造影劑的聲學(xué)特性及相關(guān)新技術(shù)[J]放射學(xué)實(shí)踐,2000,(06).[8]羅福成