超聲造影之基本原理篇總結(jié)

1、超聲造影,基本原理篇,超聲造影,是指將與機(jī)體組織聲學(xué)特性不同的物質(zhì)----超聲造影劑（Ultrasound Contrast Agent，UCA）注入體內(nèi)，使血液內(nèi)出現(xiàn)明顯不同的界面（即血液內(nèi)出現(xiàn)云霧狀回聲反射）來清楚地區(qū)分待查目標(biāo)與周圍環(huán)境的差別，增強(qiáng)血流及組織回聲對(duì)比的一種超聲檢查方法。,超聲造影基本原理,諧波成像技術(shù),,自然組織諧波,造影諧波成像,基波成像（線性成像）,,諧波成像（非線性成像）,聲波在組織中傳播,遇到規(guī)則界面，聲波

2、會(huì)發(fā)生反射和折射，即線性傳播；遇到非規(guī)則界面，可發(fā)生波形畸變，諧波成分增多，聲衰減系數(shù)增大，即非線性傳播。,基波與諧波頻率與能量,超聲波傳播的非線性效應(yīng),傳統(tǒng)超聲信號(hào)處理中非線性信號(hào)往往被忽略。超聲造影劑具有較強(qiáng)的非線性信號(hào)特點(diǎn)，探頭發(fā)射聲波，聲波通過造影劑產(chǎn)生非線性傳播，波形畸變，諧波成分明顯增多，相比之下其他組織諧波成分甚少?；ㄅc諧波沖擊造影劑微泡產(chǎn)生的散射諧波強(qiáng)信號(hào)，但接收時(shí)，直接取2f0的諧波信號(hào)。,二次諧波成像技術(shù),微

3、氣泡產(chǎn)生的背向散射信號(hào)中不僅含有與發(fā)射頻率相同的基波f0，還含有諧波成分nf0(其中兩倍于基波頻率的諧波2f0稱為二次諧波)。在接受回波時(shí)人為抑制基波，重點(diǎn)接收2f0信號(hào)，從而使背向散射信號(hào)的信/噪比值大大增加。利用超聲造影劑的特性，以某一頻率f0發(fā)射，而以2f0頻率接收由造影劑產(chǎn)生的二次諧波信號(hào)，即二次諧波成像技術(shù)（2nd harmonic imaging）。,諧波造影成像技術(shù),從組織除去或分離出線性超聲信號(hào)(數(shù)字減影),并利用微

4、泡產(chǎn)生的非線性回波,可更有效的接收造影劑諧波信號(hào)，提高對(duì)微血流的敏感性,實(shí)時(shí)觀察腫瘤實(shí)質(zhì)內(nèi)微血管的血流灌注的全過程。,,常用諧波造影成像技術(shù),PI: Pulse Inversion脈沖反相諧波技術(shù)

5、 PPI: Power Pulse Inversion－能量脈沖反相諧波技術(shù)CnTI: Contrast Tuned Imaging對(duì)比造影成像技術(shù)CPS: Contrast Pulse Sequencing:對(duì)比脈沖系列技術(shù)CCI: Coherent Contrast Imaging相干造影顯象技術(shù)CHI: Coded Harmonic Imaging編碼諧波顯象,HDI5000,i

6、u22,Esaote,Sequoia512,,目前國內(nèi)常用,諧波信號(hào)接受示意圖,1.5MHZ,3.0MHZ,超聲造影原理,采用微氣泡注入血流提高聲壓反射系數(shù)(Ra)；空氣與血漿間Ra為99.95%，紅細(xì)胞與血漿間Ra僅1.3%；即：空氣的Ra較紅細(xì)胞大75-77倍，它們強(qiáng)烈的增強(qiáng)超聲的背向散射。,背向散射信號(hào),背向散射(Backscatter,BS)：超聲波在組織中傳播遇到小于波長的界面產(chǎn)生散射，朝向探頭(與入射波呈180

7、76;)的散射。以氣體成分的造影劑所產(chǎn)生的BS信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)。,微泡對(duì)超聲波的反應(yīng) 取決于入射聲壓的大小,<小于50kPa時(shí)微氣泡對(duì)稱性地壓縮和膨脹，呈現(xiàn)線性背向散射，信號(hào)強(qiáng)度隨著入射聲壓的增加而呈線性遞增，這一反應(yīng)主要用于基波顯像; 50-200kPa時(shí)，微氣泡非對(duì)稱性地壓縮和膨脹，呈現(xiàn)非線性背向散射，產(chǎn)生共振和諧波，微氣泡的共振頻率取決于入射聲壓、微氣泡直徑和外殼彈性，這一反應(yīng)可用于諧波顯像;

8、200-2000kPa時(shí)，微氣泡破裂，氣體溢出，產(chǎn)生寬頻高能信號(hào)，呈現(xiàn)受激聲波發(fā)射，這一反應(yīng)可用于觸發(fā)顯像和失相關(guān)顯像。,微泡的共振,液體中的造影劑微泡在超聲場內(nèi)吸收及散射能量的同時(shí)，還以自身的固有頻率作膨脹與收縮振動(dòng)。聲場頻率與微泡固有頻率一致時(shí)，微泡膜振幅能量最大，產(chǎn)生的散射截面大于其散射體幾何截面的1000倍，BS信號(hào)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。,微泡的非線性特征,當(dāng)超聲場的聲壓達(dá)足夠高時(shí)(50-200kPa)，微泡內(nèi)的線性共振變?yōu)榉蔷€性共振

9、，導(dǎo)致包膜膨脹與收縮幅度的不相等，產(chǎn)生幾倍于基波f0的諧波。,利用造影劑微泡在聲場作用下產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，可明顯提高檢出血流信號(hào)的信噪比。匹配諧波成像技術(shù)可更有效地接收造影劑諧波信號(hào)?？朔藗鹘y(tǒng)B型和彩色或能量多普勒超聲的局限性，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示實(shí)質(zhì)組織的微血管結(jié)構(gòu)，顯示動(dòng)態(tài)的病變?cè)鰪?qiáng)類型。,目前最常用的兩種技術(shù),CPS: Contrast Pulse Sequencing:對(duì)比脈沖系列技術(shù)--------西門子CnTI: Con

10、trast Tuned Imaging對(duì)比造影成像技術(shù)-----------百勝,微泡的生存時(shí)間,微泡的生存時(shí)間(longevity) T=r2o.ρ/2D.Cs其中 ro 為微泡半徑，ρ為氣體密度，D為聲壓，Cs 為飽和度。在低聲壓的作用下，微泡具有很好的諧振特性，即振而不破，同時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波信號(hào)。,Contrast Pulse Sequencing相干脈沖系列技術(shù),在相干成像的基礎(chǔ)上，采用連續(xù)發(fā)

11、射一組脈沖，提取來自微泡非線性二次諧波（second  harmonic）用于成像，特點(diǎn)是提高了信噪比，造影效果好 。儀器：Sequoia512，Sequoia Paragon等,Contrast Tuned Imaging對(duì)比造影成像技術(shù),百勝集團(tuán)（Esaote Group）推出的CnTi 技術(shù)，低聲壓實(shí)時(shí)超聲造影成像技術(shù)，采用獨(dú)有的純凈波發(fā)射激勵(lì)、寬動(dòng)態(tài)范圍和數(shù)字濾波技術(shù)，從而可獲得純正的造影劑二次諧波實(shí)時(shí)圖像。CnT

12、i 技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)之一是聲壓可調(diào)（0.02≤MI≤1.7）。即使直接聲壓（DP）在40Kpa，MI 在0.06 以下低聲壓作用于微泡時(shí)，也能通過寬動(dòng)態(tài)范圍放大獲得理想的低噪聲、完全實(shí)時(shí)的諧波圖像。儀器：百勝Au8等,極低的直接聲壓DP（或極低的MI），能夠有效地保存臟器內(nèi)的微泡，而不被擊破，有利于完成長時(shí)間各個(gè)切面的造影掃描。例如，心臟多個(gè)切面多個(gè)節(jié)段心肌灌注的評(píng)價(jià)；肝臟多切面，不同時(shí)相、多個(gè)腫瘤的動(dòng)態(tài)血流灌注成像等。有報(bào)道，利

13、用這一技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)HCC 瘤內(nèi)和瘤周廣泛“樹狀”血管影像，揭示了多普勒超聲未能發(fā)現(xiàn)的腫瘤血管。Wilson 等在檢查肝轉(zhuǎn)移瘤時(shí)，還見到了細(xì)小血管在轉(zhuǎn)移瘤周圍繞，部分不規(guī)則分支進(jìn)入病灶中央的表現(xiàn)。Wilson SR, Burns PN, Muradali D,et al. Harmonic hepatic US with microbubble contrast agent: initial experience showing i