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  • 超聲成像新技術的物理聲學基礎及其應用

    作者:佚名 來源:本站整理 時間:2011-10-19 22:26 閱讀:3039 [投稿]
    上個世紀90年代以來,由于電子計算機容量和功能的提高,數字化技術的引入,以及各種信號處理、圖像處理和控制技術的應用,醫(yī)學超聲成像新技術、新設備、新方法層出不窮。本文就腹部超聲診斷中常用的主要新技術的物理 ..
    1.4 脈沖反向諧波成像 脈沖反向諧波成像(pulse inversion harmonic imaging, PIHI)[4]是二次諧波領域的又一重大突破。常規(guī)的諧波成像(conventional harmonic imaging,CHI)是儀器在接收回波信號時,使用濾波器濾掉基波成分,只接收諧波成分。這一技術的不足在于濾波器在濾掉基波的同時也濾掉同波段內的部分諧波信號,故在某種程度上減少了造影劑的靈敏度和飽和度。為克服這一缺點,ATL公司推出了脈沖反向諧波成像技術。該技術是系統(tǒng)在發(fā)射正向脈沖波的同時發(fā)射一個相同的反向脈沖波,并全數字化存儲返回的基波信號和諧波信號,經處理使正向和反向的基波信號疊加而抵消,而結合諧波成分產生純凈的寬頻諧波信號,克服了常規(guī)諧波成像頻帶的局限性,提高了圖像的分辨率,并可減少造影劑的用量。
    1.5 組織多普勒成像 一般多普勒回波信號中,既包括血流中散射粒子的散射信息,又包括運動器官的反射信息,前者的特點是運動速度快,產生的多普勒頻移大,但幅度較。欢笳邉t速度慢,頻移小,但幅度大。利用高通或低通壁濾波器(wall filter),可分別提取血流或器官的相應信息。常規(guī)多普勒成像采用高通壁濾波器,提取血流的多普勒信號,組織多普勒成像(tissue Doppler imaging,TDI)則采用低通壁濾波器,單獨提取運動器官的低速多普勒信息,并以適當參數予以顯示[5,6]。目前診斷儀的TDI顯示有速度(velocity)、加速度(acceleration)、分散度(variance)和能量(power)圖像等,這些參數均可以彩色編碼進行偽彩色顯示。 
    2 與組織定征有關的超聲成像新技術
    2.1 超聲背向散射積分成像 聲學密度定量分析是通過定量地分析某些聲學參數來研究組織特性以達到組織定征的目的。超聲背向散射積分成像(integrated backscatter,IBS)技術作為聲學密度定量分析新技術,為組織原始回聲信號的定量分析提供了新方法。
    2.1.1 傳統(tǒng)的聲學密度定量分析法 即視頻分析法。組織的回聲信號經傳統(tǒng)成像方式形成二維灰階圖,視頻分析法即對該灰階圖的灰階分級水平及其分布進行分析,方法有:①灰階直方圖;②計算機定量分析回聲的灰階值及其分布;③紋理參數分析。由于視頻信號是組織的回聲信號經處理(檢波、對數壓縮等)后所得的信號,并非組織的原始回聲信號,其受動態(tài)范圍的限制,信號被壓縮并有丟失,因此,從嚴格的定量角度講,視頻分析法并非真正的聲學密度定量分析方法,由于影響視頻信號的因素太多,所得結果不可靠,故有人稱之為半定量研究。
    2.1.2 超聲背向散射積分成像技術
    (1)超聲背向散射原理[7]:由聲源來的超聲波在介質中傳播時,若遇到兩種具有不同聲阻抗的介質(聲阻抗差大于0.1%)所形成的界面,且界面大于超聲波 波長時產生反射,若界面遠遠小于超聲波 波長,則產生散射。散射是各向性的,朝向探頭的散射即為背向散射,能為探頭所接收。
    (2)背向散射積分技術:探頭所接收的背向散射信號與同時接收的反射信號相比是非常微弱的,故在經傳統(tǒng)成像方式形成的二維圖像上,由大界面來的反射回聲表現為高回聲,如臟器的包膜回聲、血管壁回聲及大的組織結構回聲等,而由微小界面來的散射回聲則表現為弱回聲或無回聲,如臟器實質回聲為弱回聲,血液、膽汁尿液等為無回聲。然而由于背向散射信號來源于組織的微細結構,其更能反映組織的結構特性。為了有效的提取和分析微弱的背向散射信號,近幾年來一種以背向散射原理為基礎的超聲成像技術——背向散射積分成像技術得到了較快的發(fā)展。
    探頭接收人體組織的回聲信號,超聲儀將各界面來的信號經放大、濾波,并進行各信號的延遲合成得到射頻信號(組織回波的原始信號),若將射頻信號經檢波并輸入視頻處理器處理(對數壓縮、數字掃描轉換等)后,再輸入顯示器顯示,則形成常規(guī)的二維圖像。背向散射積分技術是通過特制的時間門控電路[8],在射頻信號被處理前,提取相關區(qū)域(取樣容積內)的射頻信號,并將其功率譜與一理想平面反射器的回聲信號功率譜相比,取其有效頻率范圍進行積分,單位為分貝(dB),并將積分值顯示出來。目前具有該技術的儀器均為聯(lián)機分析系統(tǒng),一旦取樣,儀器將自動報出感興趣區(qū)域局部背向散射積分值。 
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