醫(yī)學(xué)超聲儀器原理 第9講 超聲圖像的偽影及質(zhì)量控制

第9講超聲圖像偽影及質(zhì)量Artifact&QualityofU.I.

醫(yī)學(xué)超聲儀器原理超聲圖像偽影定義超聲圖像的偽影是一個頗為復(fù)雜而必須面對的問題，正確認(rèn)識偽影及其產(chǎn)生原因、條件，有助于正確評價用各種不同設(shè)備得到的各種聲圖像。以便去偽存真地判讀超聲圖像，得出正確的醫(yī)學(xué)診斷。而超聲醫(yī)學(xué)工程人員則可能借此改進(jìn)超聲診斷設(shè)備的設(shè)計。超聲圖像偽影的定義：偽影是指任一回波信號被超聲診斷設(shè)備所顯示的位置與被檢體內(nèi)回波界面的實(shí)際位置不符，或被顯示的信號振幅、灰度變化不與被顯示的回波界面特性變化相關(guān)。偽影的類型與產(chǎn)生原因由聲束特性不理想而造成的偽影及其控制由掃描方法和顯示而形成的偽影及其控制由超聲傳播特性而造成的偽影一、聲束特性的因素

1.部分容積效應(yīng)偽影

PartialVolumeEffect

2.旁瓣效應(yīng)偽影SideLobe3.分辨性偽影1.部分容積效應(yīng)偽影理想聲束是指單指向性的、聲束寬度固定為一個波長且穿透性極強(qiáng)的聲束。實(shí)際的聲束只在焦區(qū)處可獲得較細(xì)的聲束，離開焦區(qū)聲束明顯變粗，直徑可達(dá)數(shù)毫米到1厘米。垂直于掃描面方向的聚焦特性與沿掃描面方向的聚焦特性往往也不一樣，前者由于大多僅采用固定聲透鏡聚焦。其聚焦特性更不理想，結(jié)果聲束的掃描線并非一條細(xì)線，其掃描面亦非一層很薄的斷層切面。尤其在近場區(qū)更差。在軸向，聲束由一定脈寬的聲脈流形成，這樣所顯示的切面圖像，實(shí)際上是由有一定體積的分辨元掃描被檢體而被模糊了的聲圖像。如有一直徑小于該處切片厚度的病灶為聲束所切割，則聲圖像上所顯示為病灶區(qū)的回波與病灶區(qū)周圍的回波所疊加的圖像。同樣，不在一平面上的聲反射結(jié)構(gòu)，可同時疊加在包含一定厚度的一個聲圖像上顯示出來，如圖所示。部分容積效應(yīng)可導(dǎo)致分辨力降低，并造成分析錯誤，如小囊腫內(nèi)部并非純粹暗區(qū)，卻可存在細(xì)小回聲，如不考慮鑒別，可誤認(rèn)為“實(shí)質(zhì)性”。在彩色血流顯象中采樣點(diǎn)是有一定容積的，同樣也存有部分容積效應(yīng)偽影的問題。部分容積偽影

改進(jìn)方法對于這種偽影，目前主要通過對換能器材料和工藝過程的研究改進(jìn)，采用新型高分子壓電材料、聲透鏡、高反射鏡、高斯型電極、費(fèi)涅爾分布電極等自聚焦方式來改善聲學(xué)特性。2.旁瓣效應(yīng)偽影聲源發(fā)射的能量主要集中在主瓣聲束內(nèi)，在其它方向的旁瓣內(nèi)也分布有相當(dāng)能量第一旁瓣的聲振幅最大，約為主瓣的21％，位于主瓣聲軸的±10°～±20°之間。第二旁瓣約為主瓣的13％。當(dāng)主瓣聲束掃描物體時，旁瓣也同樣在進(jìn)行掃查，但它們的掃查方向與主瓣聲束不一致、它所接收到的回波信號被完全歸屬在主瓣聲束的回波信號上，同時被診斷設(shè)備顯示在同一聲圖像上。超聲探頭無法區(qū)分主、旁瓣聲軸的回波信號，超聲診斷設(shè)備又不能分別顯示不同方向的主旁瓣聲象，因?yàn)槿魏畏较虻幕夭ㄔ?，均被假定為沿?fù)Q能器聲束的軸向方向，其結(jié)果有如部分容積效應(yīng)那樣的疊加模糊偽影。這種回波重疊，常組成反射結(jié)構(gòu)的后緣面上方的淺淡淺弧狀線條。檢查充盈膀胱下的子宮時．常見此種偽影發(fā)生。在旁瓣聲束遇到強(qiáng)反射結(jié)構(gòu)，而主瓣聲束處于低回聲區(qū)時才明顯反映出來，如圖所示。由于旁瓣的存在還降低了對低回聲信號的對比度分辨力，使圖像質(zhì)量變差。旁瓣效應(yīng)偽影3.分辨性偽影由于聲束不是全程細(xì)小，掃描面內(nèi)掃查聲束密度(單位寬度的聲掃描線數(shù))有限，結(jié)果不但造成以上兩種偽影，還使焦區(qū)外的圖像細(xì)微結(jié)構(gòu)喪失或模糊失真，分辨力低下，整幅圖像的均勻一致性不良。超聲圖像的空間分辨力可利用分辨力單元來定義。它是聲場中可識別的最小體積，在最小識別單元中不可能提取出更有特異性的任何有用信號。換能器的結(jié)構(gòu)、檢測點(diǎn)在聲場中的位置、超聲波在傳輸媒質(zhì)中的傳播擴(kuò)束效應(yīng)和脈沖展寬效應(yīng)，均可影響該分辨力單元的體積。體模中一根0.3mm的尼龍線反射靶的橫截面，經(jīng)非理想聲束掃描而顯示成數(shù)毫米到1厘米多長的相應(yīng)偽影，這是側(cè)向分辨力低下的表現(xiàn)。同樣，幾根相互靠近的線束，其距離小于分辨力單元直徑或短軸時亦不可能被分清。一般軸向分辨力比側(cè)向分辨力好些。軸向分辨力低下使聲場中層面結(jié)構(gòu)的層次不清，結(jié)構(gòu)粘連。側(cè)向分辨力低下使圖像模糊、顆粒粗大，橫向結(jié)構(gòu)粘連。分辨性偽影三、掃描方法和顯示的因素1.回聲失落偽影

2.不連續(xù)性偽影4.空間定位偽影5.顯示性偽影1.回聲失落偽影采用脈沖回波法的超聲顯像系統(tǒng)，它所得到的回波信號依賴于反射結(jié)構(gòu)與聲束的角度關(guān)系。當(dāng)聲束與反射結(jié)構(gòu)面垂直，即入射角

1＝0時，回聲聲束沿發(fā)射聲束相反的聲徑返回?fù)Q能器晶片，得到由聲特性阻抗不同所決定的該反射結(jié)構(gòu)最強(qiáng)回聲，否則就會降低返回?fù)Q能器晶片的回聲能量。由于回聲的反射角等于入射角，故在換能器靜止的聲掃查顯象系統(tǒng)中必然就存在有相當(dāng)一部分具有聲照射但回聲被偏向、減弱以致不能被換能器接收到，結(jié)果在顯示的圖像上產(chǎn)生回聲失落偽影。這種偽影尤其在較為均質(zhì)而散射水平較弱的反射結(jié)構(gòu)界面與聲束方向接近平行時為甚。而且偽影不論在線陣、凸陣、環(huán)形相控陣扇掃、機(jī)械扇掃方式的掃查成像中均可產(chǎn)生，而在探頭沿聲掃查面移動、旋轉(zhuǎn)一定角度的復(fù)合掃查中可得到彌補(bǔ)或改善。另一種“邊緣回聲失落偽影”并非指圓形切面的兩側(cè)邊緣之回聲失落，主要發(fā)生在與相控陣換能器平行的大界面的邊緣部。由于相控陣換能器面不能總是與回聲正交，在該大界面的邊緣處入射角

1增大，更易產(chǎn)生回聲失落。2.不連續(xù)性偽影當(dāng)換能器晶片單元密度不高時，圖像的橫向連續(xù)性差而形成的偽影。這在早期的線陣成像設(shè)備中常見這種偽影，就象透過垂簾去觀察景象一樣。后來在數(shù)字化回波信號處理中用插補(bǔ)法來改善不連續(xù)性偽影。但插補(bǔ)畢竟不是真實(shí)掃描，雖然它平滑了掃描圖像。但只對圖像進(jìn)行了不增加信息的美化。采用高密度換能器和高密度掃描(如微角偏轉(zhuǎn)技術(shù)，多接收技術(shù))，再輔以插補(bǔ)處理，其實(shí)際效果可達(dá)到人眼察覺不到宏觀圖像的不連續(xù)偽影。在扇形掃查（包括凸陣）的遠(yuǎn)場區(qū)，由于掃查聲束的輻射狀而顯得不連續(xù)更為明顯，目前改善的方法是采用圖像的自適應(yīng)象素顯示。自適應(yīng)的象素在每一超聲掃查線與顯示的電視光柵掃描線的交點(diǎn)上重合一致。而象素尺寸自適應(yīng)于兩條超聲(扇形)掃查線之間的空間。再加上象素密度的成倍數(shù)提高（例如從512×512增加到500×1500），結(jié)果顯示中象素丟失減少，能產(chǎn)生平滑的組織結(jié)構(gòu)和較尖銳的邊緣．尤其在扇掃中有清晰的近場和遠(yuǎn)場顯示，消除了遠(yuǎn)場的輻射形光柵。超聲顯象設(shè)備中的圖像數(shù)據(jù)，以一定的矩陣方式存貯、處理、顯示，例如256×256、512×512等。這種矩陣結(jié)構(gòu)本身就是一種不連續(xù)結(jié)構(gòu)，尤其是這種正交結(jié)構(gòu)的矩陣在處理扇形、PPI型掃描信號時會產(chǎn)生空間位置的非線性(如鋸齒形)失真，只有當(dāng)信號的取樣率足夠高、量化后的矩陣及顯示矩陣陣足夠大時，才會減少不連續(xù)性的影響。3.動態(tài)偽影由于超聲傳播的速度及每幀顯象需要一定密度的掃描線數(shù)，這樣每幀圖像大約需30ms左右的時間，即幀周期T＝2NL/c.式中N為每幀掃描線數(shù)，L為設(shè)計的探查深度，c為聲速。一般來說這可滿足生物體運(yùn)動臟器掃查的要求。單通道的顯象設(shè)備采用多段動態(tài)聚焦時，會使顯象幀頻降低。造成對運(yùn)動臟器(如心臟)掃查及在移動換能器掃查靜止臟器過程時出現(xiàn)“動畫”效應(yīng)。這是一種顯象時間與動態(tài)掃查不匹配的失真?zhèn)斡?，可用多通道的方法來改善?.空間定位偽影在手動接觸式機(jī)械掃查及手動復(fù)合掃查方式中，換能器在同一掃查平面不同位置、角度對同一點(diǎn)狀聲靶掃查時，可能會顯示不重合的回聲點(diǎn)象，產(chǎn)生象的擴(kuò)展，如圖所示。這是一種顯象設(shè)備的空間定位誤差，應(yīng)該減少到最低程度，否則會產(chǎn)生圖像的邊界和細(xì)微結(jié)構(gòu)的模糊、粘連，并使分辨力、清晰度降低。空間定位偽影5.顯示性偽影高分辨力的聲掃查不一定都能轉(zhuǎn)換為高保真度的顯示。顯示器的空間分辨力比目前超聲診斷設(shè)備的聲學(xué)分辨力要高些，尚不構(gòu)成影響總體分辨力的障礙，但其顯示對比度分辨力或?qū)Ρ惹逦鹊膭討B(tài)范圍一般只有11～12級灰度，造成顯示動態(tài)范圍偽影，不是強(qiáng)回聲圖像層次不清，就是弱回聲圖像丟失。目前所用的灰階圖像，是回波信號量化處理中的現(xiàn)象，對組織對比度分辨力有一定作用。這種對圖像的人為修飾，從模糊學(xué)觀點(diǎn)看或許還是一個成功的例子。但這種處理畢竟要犧牲部分圖像信息，處理不當(dāng)終究還是一個偽影源。另外，顯示器本身的桶形、枕形、垂直線性、水平線性失真均可使聲圖像產(chǎn)生空間和幾何形象的畸變性偽影。以前超聲顯象設(shè)備所用的電視光柵顯示器，基本上均采用每幀525線或625線的分場隔行掃描制式，它的垂直清晰度比水平清晰度更差些，存在可見的光柵結(jié)構(gòu)，尤其是在亮度較大及近距離觀察時更為明顯，存在爬行、行間閃爍、并行偽影現(xiàn)象?，F(xiàn)在采用雙倍掃描行數(shù)的逐行掃描式高清晰度顯示器系統(tǒng)，使顯示器對圖像的影響降到了最小。儀器調(diào)節(jié)方面產(chǎn)生的偽影也應(yīng)歸屬于顯示性偽影，總增益和距離時間分段增益調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，因?yàn)樗鼈兊恼{(diào)節(jié)與聲圖像的動態(tài)范圍密切相關(guān)，從而亦與圖像的分辨力、信噪比、信息量、整幅圖像的均勻性密切相關(guān)。增益過低會丟失部分圖像信息，并會使目標(biāo)顯示變?。辉鲆孢^大會使雜散回聲顯示、有的層次模糊不清，并使同一目標(biāo)顯示擴(kuò)大，分辨力降低。圖像的前處理、后處理如顯示窗位、窗寬、處理曲線函數(shù)、空間平滑濾波等的使用不當(dāng)，會使圖像的表現(xiàn)與正常圖像有過多過強(qiáng)的差別。還有一種顯示性偽影，存在于對圖像的局部放大處理顯示中，這是由于原來局部采集存貯的回聲信息量(象素數(shù))不足在全屏幕放大顯示而出現(xiàn)的圖像模糊顯現(xiàn)。顯示性偽影依賴于合理的圖像處理設(shè)計、高質(zhì)量的顯示器以及正確合理的實(shí)時操作加以改善。四、超聲傳播特性因素這類偽影與前兩類偽影不一樣，它不可能或不完全可能在現(xiàn)今成像機(jī)理中由工程技術(shù)措施來加以改善，這類偽影不同程度地存在于實(shí)際的掃查顯象中。要求操作人員熟悉正常圖像，了解超聲聲學(xué)原理，并根據(jù)被檢體的正常和病理解剖知識認(rèn)真加以識別。超聲波有它本身的波動持性，作為超聲媒質(zhì)的生物組織又有其本身的聲學(xué)特性。具有一定波長、振幅、相位、聲強(qiáng)等參數(shù)的超聲波聲束以一定方向、角度作用于具有不同密度、聲速、聲特性阻抗等參數(shù)的非均勻、各向異性的生物組織和復(fù)雜界面、不同顆粒度的聲媒質(zhì)中傳播時，會產(chǎn)生聲反射、折射、繞射、衍射、透射、散射以及衰減、吸收、頻移、波型轉(zhuǎn)換、非線性效應(yīng)等復(fù)雜的物理現(xiàn)象。這是超聲顯象的基礎(chǔ)，也是產(chǎn)生聲學(xué)偽影的原因。由于目前B型超聲的顯象方法和設(shè)備不可能完全如實(shí)地反映接收到的全部回波倍息，亦不可能完全如實(shí)地跟蹤描述聲束在媒質(zhì)中傳播的真實(shí)途徑和行為表現(xiàn)，而用掃描的直線性(即假設(shè)任何回波均來自聲軸方向及回波延遲時間正比于換能器與回波源的距離)來重現(xiàn)曲折變化的脈沖聲束傳播特性，這就是產(chǎn)生聲學(xué)偽影的最基本的根源。在超聲CT中亦存在類似的問題。1.多次反射偽影這是一種聲學(xué)混響效應(yīng)而產(chǎn)生的偽影。如果聲束傳播中遇到一個與換能器平行的鏡面型大界面，該界面兩側(cè)媒質(zhì)的聲特性阻抗有較大差別，使之產(chǎn)生了很強(qiáng)的反射波。此反射波有可能在換能器和反射結(jié)構(gòu)間以較少的衰減作來回兩次或多次反射傳播，而在界面后的透射聲能又很弱或是低回聲區(qū)，這樣就形成多段逐次畸變的重復(fù)反射圖像。反射的聲波被換能器作為二次聲源再次反射出去，必然伴隨有方向、相位、振幅、聲脈沖寬度等變化，故呈現(xiàn)逐次畸變的失真增大現(xiàn)象。在臨床超聲掃查中，根據(jù)探查部位的不同，可能不是整幅圖像的多次反射偽影，而可能是局部的多次反射偽影。它若是重疊于正常透射波／反射波圖像上，則容易被誤診。在膀胱前壁后面的低回聲尿液中，可出現(xiàn)較密的光點(diǎn)，是近場區(qū)腹壁、脂肪層等組織多次反射的結(jié)果。在肝掃描圖中也可出現(xiàn)這種偽影，因?yàn)樗煸谡鎸?shí)回波圖中較難分辨，含氣的腸道也會出現(xiàn)這種偽影。2.鏡象偽影這是又一種聲混響效應(yīng)而產(chǎn)生的偽影。如果聲束遇到一層與之大致垂直的鏡面型界面，如膜等強(qiáng)反射結(jié)構(gòu)，界面兩側(cè)媒質(zhì)的聲特性阻抗差別又較大，在此界面上方某處有一定聲反射、散射結(jié)構(gòu)，在界面下方為液性無回聲區(qū)、低回聲區(qū)或氣體，在這種條件時最易發(fā)生鏡象偽影。其原因是在此界面上方和界面本身先已形成一定的聲圖像，例如是一個球狀病灶，界面的強(qiáng)反射波又作為第二聲源對該界面上方的反射器、散射器聲結(jié)構(gòu)作照射，其返回到該界面的聲結(jié)構(gòu)信息可以被鏡象界面再次反射返回?fù)Q能器，于是使鏡象界面上方的各層聲圖像，(例如上述的那個球狀病灶)由于經(jīng)歷了較長的傳輸路程會成為“倒影”映入鏡象界面下方的無／低回聲區(qū)，形成對于該鏡象界面的鏡象偽影，或稱“倒影”。而實(shí)際掃查對象中并無“倒影”反映的聲結(jié)構(gòu)，由于鏡象界面并非良好的鏡面，界面也并非一定產(chǎn)生全反射，界面后仍可有正?；蜉^弱的回波．因而這種“倒影”就不一定十分逼真，而是大致相似或畸變放大的“倒影”。并且也可能與正常回波圖像疊加，這對鑒別也會造成一定困難，應(yīng)加以注意。3.振鈴狀偽影(余振偽影)這是超聲能量在兩個距離較近的反射／透射界面中作衰減較少的往復(fù)傳播現(xiàn)象，而每次往復(fù)又均有部分聲能返回?fù)Q能器被接收的偽影，也是由聲混響效應(yīng)引起的。如果聲束途中具有一平薄的界面，在此界面下尚有一層薄層強(qiáng)反射系數(shù)的氣體時最易產(chǎn)生振鈴偽影。聲能在平薄界面與薄層氣體之間多次反射，并有部分聲能透過界面返回?fù)Q能器被接收，且聲能逐漸衰減使振幅下降。這種現(xiàn)象多在胃腸道成像中顯示。檢查充氣的肺部及膈下積氣時亦常見振鈴狀的象。換能器與皮膚局部聲耦合不佳亦會出現(xiàn)這種偽影。在圖像上為偽影源下方出現(xiàn)由密集的斷續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)強(qiáng)光斑形成的一條光柱(帶)，向深部方向延伸，逐漸變淡，呈慧星尾狀。4.回聲增強(qiáng)偽影聲束的聲強(qiáng)隨深度而衰減，本不應(yīng)出現(xiàn)回聲增強(qiáng)的現(xiàn)象，然而在圖像顯示中在內(nèi)部衰減比旁鄰組織小許多的囊腔、丸塊及正常組織下方常伴隨有“回聲增強(qiáng)”征圖，如圖所示?；芈曉鰪?qiáng)偽影這主要是因?yàn)槁暿ㄟ^這部分衰減較小的媒質(zhì)時，必然比附近其它正常衰減的部位有相對高的聲強(qiáng)，而超聲診斷設(shè)備的增益及分段增益TGC曲線在正常調(diào)節(jié)時在此深度又有較高增益，即相對這部分較強(qiáng)聲強(qiáng)的回聲有過補(bǔ)償?shù)木壒?，從而產(chǎn)生了圖像上的所謂“回聲增強(qiáng)”偽影。儀器的靈敏度、TGC調(diào)節(jié)是以保持整幅圖像的基本均勻亮度為前提的，在掃查中偶而遇到部分衰減低的組織時就出現(xiàn)這種偽影。這種偽影在換能器接收到的信號中并不存在，通過回波信號放大通道之后及熒光屏顯示中存在“回聲增強(qiáng)”。有人做過“回聲增強(qiáng)”的體模實(shí)驗(yàn)：在用人體組織仿真材料制成的超聲體模中挖去二個圓柱形孔，其中分別填以兩種與仿真材料同等散射水平但衰減值依次低于仿真材料衰減值(0.65dB／MHz·m)的媒質(zhì)，結(jié)果其超聲掃描圖像中在此低回聲區(qū)后出現(xiàn)了“回聲增強(qiáng)”的偽影。其增強(qiáng)程度隨填入圓柱形孔內(nèi)媒質(zhì)的衰減值與周圍媒質(zhì)低的程度而顯現(xiàn)。回聲增強(qiáng)偽影，與聲通道中部分組織的相對衰減值有關(guān)，且超聲在人體軟組織的衰減是大致正比于超聲頻率的，因而回聲增強(qiáng)程度亦與超聲工作頻率有關(guān)。一般說，采用高頻換能器時，同樣的增益、TGC調(diào)節(jié)比采用低頻換能器的回聲增強(qiáng)偽影更為明顯。回聲增強(qiáng)偽影的形狀常與回聲源處于聲束焦區(qū)的位置、偽影源與周圍媒質(zhì)的聲速關(guān)系、偽影源本身的大小形狀曲率有關(guān)?；芈曉鰪?qiáng)偽影源在換能器與焦點(diǎn)之間位置時，易出現(xiàn)收縮形偽影，回聲增強(qiáng)偽影源在焦點(diǎn)處或焦點(diǎn)后之區(qū)域，易出現(xiàn)發(fā)散形增強(qiáng)回聲。在焦點(diǎn)處的回聲增強(qiáng)偽影源，因使聲速受到的衰減最小，其增強(qiáng)效應(yīng)更為明顯。5.聲影偽影聲影是指在一幅由回波形成的聲圖像中，在某一偽影源之下方呈現(xiàn)的完全或部分無回聲、低回聲暗區(qū)，它與通常液性暗區(qū)不同，液性暗區(qū)之后仍可出現(xiàn)正?；夭▓D像，而聲影之后不再有正常聲回波圖像。聲影，可由幾種不同原因產(chǎn)生：第一種可稱謂“非衰減型聲影”。當(dāng)聲束遇到媒質(zhì)中的強(qiáng)反射體，如骨骼、氣體、結(jié)石、鈣化物、金屬植入物，一般它們與軟組織的聲特性阻抗差別很大，且又不能與換能器形成多次反射的角度和大界面關(guān)系，結(jié)果形成一次強(qiáng)反射及強(qiáng)反射靶后的組織“失照射”，從而造成強(qiáng)反射靶后的聲影暗區(qū)。在這暗區(qū)內(nèi)所有本應(yīng)顯象的聲結(jié)構(gòu)欠缺，如圖所示。衰減型聲影第二種是“衰減型聲影”。聲束遇到吸收系數(shù)較大較厚的媒質(zhì)，如大量纖維組織、韌帶、疤痕組織，會使聲能大量被衰減而造成其下方的媒質(zhì)“弱照射”。在聲強(qiáng)很弱的聲照射區(qū)內(nèi)，界面反射及散射的回聲亦弱，返回?fù)Q能器途中又經(jīng)一次強(qiáng)衰減，因而常難在圖像上呈現(xiàn)被撿體內(nèi)相應(yīng)的聲結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)“衰減型聲影”，如圖所示。衰減型聲影例如，經(jīng)成人顱骨探查腦部組織時就因存在這種偽影導(dǎo)致無法顯象。某些圓形厚壁的臟器、病灶，因聲束通過其橫向兩側(cè)邊緣的路徑和聲衰減遠(yuǎn)大于聲束通過其中央部位，于是會形成它兩側(cè)邊后部的聲影，如圖所示。如果已被強(qiáng)衰減的聲束通過的是具有擴(kuò)束效應(yīng)的圓形通路，會產(chǎn)生附加的衰減，加重了聲影的形成條件。兩側(cè)邊后部的聲影第三種聲影是常常出現(xiàn)在球形組織或病灶兩側(cè)邊緣下方的那種“邊緣聲影”，它可能沒有上述的厚壁結(jié)構(gòu)，既不是由強(qiáng)反射也不是或不完全是由厚壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)衰減而形成。有的文獻(xiàn)認(rèn)為這是由于界面與聲束軸接近平行時的聲波偏向而使其下方的組織“失照射”所致。其實(shí)，如果是聲束偏向，它作為二次聲源向側(cè)向組織照射時，終歸可以部分地經(jīng)原途徑返回?fù)Q能器?！笆д丈洹辈⒉灰欢〞э@示，它可以產(chǎn)生另一種幾何畸變偽影，而不是聲影偽象。這種在一些囊性結(jié)構(gòu)組織、血管及類似結(jié)構(gòu)組織的橫向兩側(cè)邊緣下方出現(xiàn)的聲影可以用以下兩種可能的原因來解釋：(1)在切面內(nèi)超聲波作極度的斜入射時，發(fā)射的縱波在入射到上述球形、管形媒質(zhì)兩側(cè)邊緣產(chǎn)生縱波到橫波以及透入波到表面波的波型變換。(2)已經(jīng)入射到上述球形、管形媒質(zhì)兩側(cè)邊緣的聲波，在一定條件下產(chǎn)生了折射角θ1＝90°的現(xiàn)象。從球內(nèi)媒質(zhì)(聲速c1)到球外媒質(zhì)(聲速c2)的折射波沿界面前進(jìn)，即全內(nèi)反射。聲波只沿球形管形媒質(zhì)內(nèi)表連續(xù)全反射傳播，球下媒質(zhì)中不再存在折射波，該聲波亦不能返回?fù)Q能器，直到經(jīng)衰減吸收而消亡。全內(nèi)反射聲影如圖所示。許多囊性組織和血管常常產(chǎn)生這種“全內(nèi)反射聲影”，如果囊腔內(nèi)媒質(zhì)具有回聲增強(qiáng)的低衰減系數(shù)，造成中間部位的良好聲傳輸通道，于是就有可能同時具有側(cè)邊聲影和中央部位的回聲增強(qiáng)偽影。聲影的形狀常與聲影源處于聲束焦區(qū)的位置、聲影源與周圍媒質(zhì)的聲速關(guān)系、聲影源的形狀曲率有關(guān)。聲影源在焦點(diǎn)之前而靠近換能器側(cè)時可出現(xiàn)筆形聲影；聲影源在焦點(diǎn)處或焦點(diǎn)后遠(yuǎn)離換能器處，可出現(xiàn)發(fā)散形聲影，尤以位于焦點(diǎn)處為甚。因?yàn)樵诮裹c(diǎn)處聲束被強(qiáng)反射或強(qiáng)衰減受阻的情況比聲影源在其它處更明顯。這點(diǎn)有時有助于對結(jié)石、鈣化灶的鑒別確診，也可通過改變焦點(diǎn)位置用來輔助診斷。同樣，與回聲增強(qiáng)偽影的頻率相關(guān)一樣，衰減型聲影偽影也因衰減而與頻率相關(guān)。一般說來，在同樣的增益、TGC均勻補(bǔ)償條件下，高頻超聲掃查的衰減型聲影偽影比低頻超聲掃查嚴(yán)重些。以上三種聲影偽影，雖然是由于媒質(zhì)本身的聲學(xué)特性所致，無法從超聲診斷設(shè)備的改進(jìn)來加以控制。但若改用復(fù)合掃描，或者檢查中采用多層面、多角度操作使聲束以不同方向、部位成像，將某一角度、層面的聲影區(qū)在另一角度、部位聲照射，也可得到適當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ)。對于衰減型聲影，若采用適當(dāng)?shù)陌l(fā)射區(qū)域增強(qiáng)技術(shù)亦能加以改善。當(dāng)然這種偽影也有其用處，有時可以借此以偽判真地來幫助鑒別某些聲結(jié)構(gòu)的特性。6.聲影消除偽影當(dāng)結(jié)石、鈣化直徑小于2mm以下時，可使原來產(chǎn)生的反射型聲影消失。這是由于聲繞射使聲束沿小界面的側(cè)緣繞其后方，這樣繞射后方的回聲強(qiáng)度往往不能表示正常聲軸下諸生物組織或病灶的聲衰減量。如果單純憑聲影的存在與否來作為結(jié)石、鈣化灶的判據(jù)，遇到這種聲影消除偽影時，可能會出錯。7.超聲斑偽影圖像中的斑紋是相干成像系統(tǒng)中所特有的現(xiàn)象，它的產(chǎn)生機(jī)理類似于人們較為熟悉的激光斑紋、星體斑紋。在超聲顯象系統(tǒng)中，超聲波是相干波，它通過非均勻媒質(zhì)傳播時，當(dāng)反射界面粗糙，且顆粒度與超聲波長接近時，會產(chǎn)生漫反射即散射，產(chǎn)生復(fù)雜的輻射分布，且與界面兩側(cè)的聲特性阻抗差密切相關(guān)。當(dāng)反射體顆粒度比聲波波長小得多時，由散射形成的輻射則均勻地分布在所有方向上，入射波被繞射、衍射產(chǎn)生較小的擾動。人體中紅血球就是這種散射體。在不同深度不同方向一次或多次散射反射，最后抵達(dá)換能器的聲波，實(shí)際上是一個復(fù)雜的干涉波。干涉現(xiàn)象使超聲場呈現(xiàn)出復(fù)雜的隨機(jī)聲壓分布，以此成像就產(chǎn)生了顆粒狀的灰度起伏噪聲圖像，這就是如肝臟、胎盤等內(nèi)部結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的那種常見圖像。這種顆粒性圖案的灰階并不真實(shí)地反映被檢體非均勻聲學(xué)邊界的回波強(qiáng)弱。這種偽影除了上述原因外，與超聲顯象系統(tǒng)及換能器的噪聲性能亦有關(guān)。顯然，減弱超聲斑偽影可以提高圖像清晰度和分辨力。已經(jīng)提出的方法有復(fù)合掃描法、有限濾波法、頻率復(fù)合法、頻率彌散法等。8.圖像扭曲和移位偽影這是一種由聲折射而引起的圖像幾何性畸變。聲束以

1角度(

1＞0)入射并通過兩種不同聲速的媒質(zhì)界面時，在界面處產(chǎn)生反射和折射，使聲束偏移原來方向，界面兩側(cè)的聲速差別愈大，聲束偏移也愈大。在人體內(nèi)以軟組織與骨界面的折射為最甚，還有眼晶體、脂肪層與鄰旁組織的界面，亦有較大的折射效應(yīng)。這種偏向可能在多層非均勻的媒質(zhì)中多次發(fā)生，造成聲束傳播的非直線性。然而回聲在顯示屏上，總是以無偏向的直線(包括扇形)方式排列顯示，而不論聲束傳播的途徑所獲得的回聲信息的真實(shí)位置如何。從而造成圖像的不同程度的扭曲失真和位置偏移，如圖所示。圖像扭曲和移位偽影當(dāng)聲束遇到球形、弧形媒質(zhì)界面時，問題會顯得復(fù)雜起來。根據(jù)界面兩側(cè)不同聲速關(guān)系和曲率不同，可能會產(chǎn)生凹透鏡、凸透鏡效應(yīng)，在聲束偏向的同時，產(chǎn)生擴(kuò)束性或聚束性折射，在此球形、弧形媒質(zhì)界面下方形成正或倒置的錐狀形聲照射區(qū)。這一體積內(nèi)，回波信息亦被顯示在熒光屏上一條或多條掃描線內(nèi)，產(chǎn)生扭曲的圖形失真和錐體內(nèi)回聲復(fù)合的光柱(帶)顯示。這種偽影在超聲CT中較嚴(yán)重地影響了其顯象質(zhì)量。由于脂肪組織在人體中的大量存在，其聲速約為1450m／s，比其它軟組織的平均聲速1540m／s低得多。如果包圍在如肝、腎這些聲速為1560m／s的組織周圍，就很容易造成圖像扭曲和移位偽影。Medsen等人用脂肪、肝和腎仿真材料做的超聲體模，證實(shí)了這種偽影的存在與表現(xiàn)。超聲經(jīng)球形仿脂肪材料和內(nèi)包同心球形仿肝、腎材料部分后，對垂直于聲束的尼龍線陣列的靶成像，用復(fù)合超聲顯象方法，顯爾了尼龍線陣列靶的扭曲移位偽影。聲束經(jīng)過仿脂肪――肝、腎體模方向和不經(jīng)仿脂肪——肝、腎體模方向的尼龍線靶顯象不在同一位置和同一形狀、方向。在臨床超聲掃查中，由于病人解剖組織、臟器的復(fù)雜幾何形狀和狀況，即使深信存在這種偽影，往往也難以辨認(rèn)和確定。9.圖像部分縮張偽影這是一種由于不同組織媒質(zhì)中聲速不一致而形成的偽影。目前任一種用超聲脈沖回波法的設(shè)備顯象產(chǎn)生，其中一個假設(shè)條件是：脈沖聲波自換能器發(fā)生后經(jīng)回波源返回到換能器之間的發(fā)／收延遲時間被假定為直接正比于換能器跟回波源之間的距離。由于超聲診斷設(shè)備主要用于人體軟組織顯象，因而儀器內(nèi)已標(biāo)定在軟組織平均聲速為1540m／s這一聲速上。這一假設(shè)對大多數(shù)超聲品象是合適的，能夠得到形狀大致如實(shí)相符的正常圖像。如果在超聲掃查中、聲束通過了部分聲速差異較大的組織，而儀器仍按1540m／s的平均聲速來顯示圖像，結(jié)果不可避免地引入了圖像中某些相應(yīng)部分的縮張形變偽影。最明顯的是聲束通過部分骨骼對某回波界面顯象，因?yàn)楣趋赖穆曀龠h(yuǎn)大于軟組織，結(jié)果渡越時間明顯短于不含骨骼的部分而使該回波界面比它所在位置更靠近換能器。相反的情況也可出現(xiàn)，如果聲束通過聲速遠(yuǎn)低于軟組織的媒質(zhì)，那末回波界面的位置就會因?yàn)槎稍綍r間明顯加長而顯示向遠(yuǎn)離換能器的方向移位。如在聲束通過乳房硅植入物或硅橡膠之類的人工心臟瓣膜時就會出現(xiàn)這種情況。出現(xiàn)這種偽影時不但形成其后反射器位置改變，而且還使這部分組織形狀壓縮或伸張，以致整個圖像的正常位置、形態(tài)產(chǎn)生畸變。應(yīng)在掃查中注意鑒別。10.由偽影引起的測量誤差在各種超聲顯象儀中雖均附有不同的測距、測周長、測面積、測方位角度、斜率等功能，但在操作中及測量方法本身都會產(chǎn)生誤差。這里主要指由聲學(xué)及儀器本身引入的定量誤差。由于不同組織內(nèi)的聲速差，不論是用儀器內(nèi)設(shè)的深度標(biāo)尺、橫向標(biāo)尺或是用電子游標(biāo)、電子游桿在兩設(shè)定點(diǎn)中間接或直接測定距離、包圍一感興趣區(qū)的周長、面積，均會產(chǎn)生軸向測量誤差。在側(cè)向分量上，誤差的主要原因則與上述的聲折射失真、圖像扭曲、聲束特性不理想而造成的偽影有關(guān)。側(cè)向的測量誤差不精確程度是因側(cè)向分辨力低于軸向分辨力以致點(diǎn)狀靶的側(cè)向擴(kuò)展，故一般要比軸向的誤差大些。測量誤差實(shí)質(zhì)上是聲圖像偽影在空間位置幾何形狀定量上的綜合反應(yīng)，也與儀器本身的設(shè)計(如標(biāo)尺的精度)、探頭的設(shè)計、TV監(jiān)視器的畸變、儀器操作有關(guān)。測量誤差在以聲圖像監(jiān)視穿刺的應(yīng)用中有其重要性，應(yīng)予以特別注意。特別在作深部細(xì)管道(如主胰管)穿刺定位時更應(yīng)注意。為了減少測量誤差，應(yīng)仔細(xì)選擇測量參考點(diǎn)的位置，從而得到最大的測量精度。在B型超聲儀中，反射體的前沿回波信號通常是最好的定位選擇點(diǎn)，如圖所示。該點(diǎn)受反射體回波信號振幅變化的影響以及受儀器性能、儀器調(diào)節(jié)的影響均為最小。定位點(diǎn)選擇11.聲暈偽影在超聲檢查中有時會在一個實(shí)體聲反射結(jié)構(gòu)的周圍出現(xiàn)一圈低回聲層，形成暗暈的現(xiàn)象，被稱為聲暈。有人用砂布模型和計算機(jī)分析了B型超聲圖像中的聲暈現(xiàn)象，認(rèn)為各種形狀的聲暈形成與界面兩側(cè)媒質(zhì)的聲特性阻抗差異及界面的粗糙程度有關(guān)。表面粗糙的組織可以產(chǎn)生散射，其回聲振幅低于較強(qiáng)反射的周圍組織，可以形成聲暈。然而，一種由消化道轉(zhuǎn)移的卵巢癌——柯肯勃氏瘤的聲圖像，其特征是病灶中央為團(tuán)塊狀回聲，周圍為聲暈，形似“牛眼”。消化道腫瘤轉(zhuǎn)移到肝臟的病灶也會帶有類似的聲暈表現(xiàn)，但它們的解剖結(jié)構(gòu)并不具有足以產(chǎn)生散射的粗糙表面結(jié)構(gòu)，可以從界面處聲特性阻抗差異很小或這種腫瘤外層有滲出液包圍來考慮。后者就不是聲偽影反映。12.超聲束硬化偽影超聲發(fā)射脈沖的頻帶寬度約為1.5MHz左右。在多頻發(fā)射技術(shù)中，為使近場區(qū)得到較好的分辨力而遠(yuǎn)場區(qū)又有足夠的穿透力和靈敏度，采用高、中、低頻同時發(fā)射或跳頻發(fā)射。由于聲束通過組織后產(chǎn)生衰減，這種衰減與頻率f

大致成正比關(guān)系，因而聲束中的高頻成分衰減比低頻成分快，造成聲束的中心頻率向低頻方向的移變，這就是所謂的超聲束硬化效應(yīng)。這種效應(yīng)將對圖像產(chǎn)生影響，即探查的中、遠(yuǎn)場區(qū)的分辨力低于近場的分辨力，這在分析圖像的均勻性時應(yīng)考慮。以上這些由于聲學(xué)特性而造成的偽影，雖然不能用改進(jìn)儀器設(shè)計來加以改善，但如能在檢查前、檢查中輔以一定的臨床措施是有可能減少它的影響。如使用聲造影劑增強(qiáng)對心臟、胃的顯示；為減少氣體對胃腸道超聲掃查的影響，使病人在檢查前一天不吃易生氣體的食物；在做盆腔檢查時為有一個良好的聲窗，檢查前讓病人多喝些水以使膀胱適度充盈；由于鋇劑是聲的強(qiáng)反射和強(qiáng)衰減劑，作鋇餐X線檢查的病人，先行超聲檢查后用鋇餐的方法。至于在檢查過程中注意操作方法、變換受檢者體位、多方位多切面運(yùn)動探頭掃查等方法，對鑒別偽影與減少偽影也是有益的。第八節(jié)超聲圖像偽影及質(zhì)量

一．超聲圖像偽影定義

偽影是指任一回波信號被超聲診斷設(shè)備所顯示的位置與被檢體內(nèi)回波界面的實(shí)際位置不符，或被顯示的信號振幅、灰度變化不與被顯示的回波界面特性變化相關(guān)。二．影響因素由聲束特性不理想而造成的偽影由掃描方法和顯示而形成的偽影由超聲傳播特性而造成的偽影由聲束特性不理想而造成的偽影1．部分容積效應(yīng)偽影2．旁瓣效應(yīng)偽影由掃描方法和顯示而形成的偽影1．動態(tài)偽影對運(yùn)動臟器(如心臟)掃查及在移動換能器掃查靜止臟器過程時出現(xiàn)“動畫”效應(yīng)。這是一種顯象時間與動態(tài)掃查不匹配的失真?zhèn)斡埃沙晜鞑ヌ匦远斐傻膫斡斑@類偽影不同程度地存在于實(shí)際的掃查顯象中。要求操作人員熟悉正常圖像，了解超聲聲學(xué)原理，并根據(jù)被檢體的正常和病理解剖知識認(rèn)真加以識別。假設(shè)任何回波均來自聲軸方向及