医用超声新技术.pptx

医学超声仪器原理医学超声仪器原理医用超声新技术医用超声新技术第1页一、三维超声成像一、三维超声成像l三维超声比二维提供更充分空间信息，在心肌损伤定位、胸腹部肿瘤检测、怀孕期评定(持别是早期怀孕畸形检测)等方面有重大价值。医用超声新技术第2页l三维超声扫查l机械扫描(如克雷茨企业)旋转或摆动l电子扫描(如AI企业)方阵列三维探头l三维重建要求二维扫查要取得协调连续部位平面，需要建立一些定位指针，方便能在水平或垂直方向上取得所需部位切面图，计算机不停地将各个切面位置统计下来，超声图像数据既可存入尤其设计三维图像存贮器中，也能够离线方式输入超声图像工作站，然后重建三维图。医用超声新技术第3页l因为肋骨和肺叶影响，在超声心脏成像中，必须让探头经过适当“窗口”采集所需三维数据。l在取得三维数据以后，深入问题便是三维重建和三维立体显示，超声三维影像重建技术原理与其它成像仪器三维影像重建类似，主要是经过计算机数据处理来完成三维重建。l当前已经有各种立体重建方法，而且伴随计算机软件不停升级和硬件性能更新与提升，三维影像重建速度和精度也在不停改进。医用超声新技术第4页1、三维重建技术、三维重建技术l计算机进行三维重建技术大致有以下几个：l1.坐标位移法l2.网格法l3.静态三维成像这种方法l4.动态三维成像腔内探头l5.可旋转式透明三维灰阶图像医用超声新技术第5页网格法三维图像重建医用超声新技术第6页2、图形技术、图形技术l取得三维数据后深入问题便是三维重建和三维立体显示。在这些方面，超声三维成像技术原理与普通三维成像并无显著区分。其中包含以下一些图形技术：l1.插值l2.多平面重投影l3.伪彩色l4.抗混迭、l5.自适应直方图均衡l6.分割l7.边界检测l8.数字解剖医用超声新技术第7页二、组织谐波成像二、组织谐波成像l组织谐波成像（Tissue Harmonic Imaging,THI）又称频谱合成成像或频率转换技术（FCT）。l人体组织对声波反射含有一定非线性高频率谐波能量，但相对较弱，普通超声成像是利用线形能量成像而将非线形成份滤掉。l非线性信号频率即谐波频率为超声发射频率2、4、8倍，且伴随频率升高其能量逐步减低。l组织谐波成像是利用超宽频探头接收这些非线性高频谐波信号，将多频率信号放大、平均处理后再实时成像，因为接收频率提升，对较深组织分辨力也有了较大提升，显著增强了对细微病变显现力。医用超声新技术第8页造影谐波成像l超声造影剂(Ultrasound Contrast Agents，UCA)l造影谐波成像(Contrast Harmonic Imaging,CHI)是利用造影剂微泡（直径110微米）产生较强二次谐波信号进行成像，故又称为二次谐波成像（Second Harmonic Imaging,SHI）。医用超声新技术第9页l利用回声(发射或散射)中二次谐波所携带人体信息形成声像图称为超声谐波成像。不使用UCA谐波成像称为自然谐波成像(Native Harmonic Imaging)或组织谐波成像(Tissue Harmonic Imaging)。l使用UCA谐波成像称为造影谐波成像。医用超声新技术第10页l临床应用表明，组织谐波成像，尤其适合用于显像困难病人，那些因为肥胖，肺气过多，肋间间隙狭窄，腹壁较厚病人，在超声诊疗中常被称为显像困难病人，对这部分患者采取谐波成像，均可显示图像，因而改进了诊疗能力。l造影谐波成像(CHI)能敏悉地显示各脏器内细微血管，有利于判别肿瘤血管。谐波Doppler技术可检测甚低速血流。医用超声新技术第11页三、影像处理技术三、影像处理技术l超声图像处理新技术不停出现，使图像质量有了显著改进，对图像分析水平也有了显著提升。医用超声新技术第12页1、声学密度测定、声学密度测定l声学密度测定（Acoustic Densitometry,AD）是以背向散射积分（Integrated Back Scatter,IBS）为基础定量分析方法，主要用于对心肌、肾皮质、肝实质等组织声反向特征研究。声学密度测定是对小于超声波长界面如细胞、微细血管、胶原纤维等产生背向散射信号进行提取，计算出取样散射区域功率谱（即回声信号强度平方）积分。取样时在二维图像上选择一个取样区，计算机自动将取样区内组织声学密度参数（AD值）计算出来，动态边疆采集则可取得一组数据并绘制成曲线图。医用超声新技术第13页l当前声学密度测定应用于心肌病变报道较多，因为正常密度随心动周期改变，其AD值也呈周期性改变，而疾病状态下心肌AD值发生对应改变，比如急性心肌梗塞局部AD值显著升高、慢性心肌梗塞区AD值也升高，梗塞区曲率改变减小；肥厚性心肌病AD值广泛降低，扩张型心肌病则AD值升高。声学密度测定对于一些超声回声信号靠近、临床症状相同疾病诊疗方面有一定帮助。但因为受超声发射时一些设置影响，AD值也会发生改变，所以必须对AD值进行标准化，普通以血液、心包AD值人微言轻心肌标化值。医用超声新技术第14页2、彩色室壁运动技术、彩色室壁运动技术l彩色室壁运动技术（Color Kinesis,CK）是以自动边缘检测技术为基础，能自动识别和跟踪显示新内膜组织血液界面，并依据同时统计心电信号，将心室收缩期与舒张期内膜运动进行逐帧编码，以橙色表示收缩期开始，以后逐帧由不一样深浅色彩橙色黄色绿色浅蓝色进行彩阶转换，当收缩期界面向外移动（即矛盾运动）时以红色显示，最终将全部彩色图像叠加在收缩末期一帧图像中。医用超声新技术第15页l测量指标有心内膜移动同模、面积百分比、速度等。如有节段性心肌运动异常，上楼指标将发生经。不足之处为该技术受一些原因影响，如心脏水平与旋转运动、操作者熟练程度、心率过快或过慢等。医用超声新技术第16页3、多普勒组织成像、多普勒组织成像l多普勒组织成像(Doppler Tissue Imaging,DTI)是一个检验心肌运动功效新技术，它是经过对来自心肌组织慢速多普勒频移信号进行彩色编码，而过滤心腔内血流产生高速、低振幅信号，经相关处理后以彩色编码显示出来，能定量检测室壁运动状态。医用超声新技术第17页l多普勒组织成像显示方式有三种：速度方式；加速度方式；能量方式。多普勒组织成像可由色彩明暗程度直观地显示室壁运动改变，也可对心肌运动进行定量测定，惯用指标有：l1.心肌运动速度；2.心肌运动速度阶差；3.二尖瓣环运动速度；4.室壁收缩与舒张时间间期；5.时间速度积分；6.心肌运动速度曲线斜率等。医用超声新技术第18页l多普勒组织成像主要用于：1.对心室功效评价；2.观察缺血性心脏病心肌不足运动异常；3.观察心肌病时心肌广泛运动异常；4.观察心脏传导与起搏异常。医用超声新技术第19页4、全景超声成像彩阶、全景超声成像彩阶l全景超声成像(Panoramic Ultrasound Imaging,PUI)是经过迟缓移动探头沿图像颊方向移动并进行连续扫查，由计算机将移动过程中图像相关比较分析并自动拼接为一幅超宽视野完整图像，图像冻结后可回放观察。l全景超声成像图像视野宽广，对较小体表均可良好成像，可对体积较大器官或肿瘤等进行全方面观察并测量，对腹部与浅表器官疾病诊疗有较大帮助。影响图像质量原因主要为组织器官运动及较大曲度等。医用超声新技术第20页5、彩阶超声图像处理技术、彩阶超声图像处理技术l在辉度调制黑白超中，最终在显示器上结果是以亮度差异来反应影像结构，我们把这个反应影像结构亮度差异称作灰阶。因为回声幅度与反射界面两侧结构声阻抗差异相关，它传递组织结构主要信息。通常振幅信息动态范围达60dB以上，而普通显示器仅有20dB亮度动态范围。为了不使有用信息丢失，就要采取压缩技术（如对数放大器）将60dB信号压缩为20dB，以匹配显示器动态范围。这种经过幅度压缩处理回声图，称为灰阶（灰度）显示回声图。医用超声新技术第21页四、其它超声成像四、其它超声成像l尽管超声成像理论久已成熟，但受限于材料科学、加工技术、计算机运算速度和存放容量等方面制约，一些超声成像其它方法以及在新领域开拓上，当前仍在不停地探索之中。而且在前述常见诊疗设备之中，也有许多尚待完善之处，诸如影像质量提升、探测目标范围拓宽、检测项目和计算功效开发及精度提升等，以至于世界上众多著名生产厂商每年都有新机型推出。医用超声新技术第22页1、全数字型型超声诊疗仪、全数字型型超声诊疗仪l伴随电子产品数字化进程加紧，全数字化超成了近年来型超声诊疗仪发展方向。l当前已研制出全数字计算机信号处理超声诊疗系统，它采取软件控制，可随时加入新软件程序以更新整机功效，并能够配接不一样探头系统，如机械扇扫探头、线阵探头、凸阵探头、相控阵探头、环阵探头、腔体探头等，能够显示型、型、脉冲和连续多普勒信号及两维彩色多普勒血流图，实现多参量、多方位综合诊疗。医用超声新技术第23页图4-22全数字式超通道部分简化框图医用超声新技术第24页l在全数字化超系统中，每个换能器阵元所对应接收通道都采取一个高速/D转换器，直接对接收射频回波信号进行采样和量化，并采取计算机控制高性能数字式超声波束形成及控制系统。l这种系统与工作在射频下高采样率/D变换器及高速数字信号处理技术结合起来，就形成全数字式超诊疗仪关键。医用超声新技术第25页l全数字式超与常规模拟超有两大主要区分：l第一l在常规模拟超中，延迟线采取多抽头-模拟延迟线，靠电子开关控制，所以电路庞大，造价高，还会引发插入损耗、阻抗失配及开关瞬态造成假象，且硬件系统不易调整延迟时间；l而在全数字超中，采取全数字延迟线，延迟时间可用软件编程，在换用不一样探头时，能自动配合或手动调整延迟时间至最正确。医用超声新技术第26页l第二l是常规模拟超在检波后才进行采样，采样率低。l而在数字化超中，为提升影像质量、降低模拟失真而直接对射频进行采样。医用超声新技术第27页2、非线性参量、非线性参量B/A断层显像法断层显像法l超声波传输本质上是非线形l非线性参量B/A为一物理常数，是代表声传输非线性将就一个基本参量，它反应是声传输介质（人体组织）物理特征（声衰减等）。l试验研究结果显示，B/A成像可清楚地将鱼皮卵、脊骨心脏周围组织区分开来。当前B/A成像仪还未应用于临床。医用超声新技术第28页3、B型超声断层成像型超声断层成像l超声探头发出超声波后，超声波在人体内传输时，人体组织产生背向信号在抵达探头之前会出现非均匀性衰减、声束强度与宽度改变、组织界面镜面反向等l取得这些声速改变或者声衰减数据并以此为参量，用计算机再建出超声透射影像，这种成像技术即为超声计算机断层成像（US-CT）。lB型超声断层成像反应是组织性质和状态信息，比如可对组织散射系数进行测定。有研究结果显示，对活体正常肝脏、肝硬化心脏肝转移性腺癌北向散射系数检测与实际值十分靠近。医用超声新技术第29页l计算机断层成像理论和技术是建立在射线在被扫描物体中沿原来射线方向传输前提上，对X线或射线是没有问题，然而当超声穿出组织时引发折射和衍射会使超声波束偏离原来指向，所以得到衰减剖面影像可能不是沿着原来声速方向上组织成份真实数据显示，从而造成一定程度上误差。这些方面改进还有待于今后对非几何光学影像重建理论研究，以及更佳工作参量选取等方面不停探索。这正是US-CT早在1974年问世并用于临床诊疗但迄今未能广泛普及主要原因。医用超声新技术第30页4、超声显微镜、超声显微镜l20世纪50年代，超声显微镜（Ultrasonic Microscope）名称和原理即被提出l70年代中期已经有2种形式超声显微镜被研制出来，l一个为机械扫描式超声显微镜（Scanning Acoustic Microscope,SAM）l一个为激光扫描式超声显微镜（Scanning Laser Acoustic Microscope,SLAM）。l这是继光学显微镜（LM）和电子显微镜（EM）之后又一类生物医学细微结构分析研究有力工具。医用超声新技术第31页l因为波衍射作用，显微镜分辨力大小主要决定于探测波波长，波长越短，分辨力越高。l当声波频率相当高时，声波波长能够小到与光波波长相比拟，甚至能够比可见光波长短得多。医用超声新技术第32页l超声显微镜是以水作为显微镜声耦合媒质，当声波频率被提升到3109Hz时，因为水中声速不变，仍为1500m/s，此刻对应声波波长cf0.5m。这比绿色可见光波长0.55m还要短一些。l按照分辨率d120.25m，则超声显微镜在f3GHz（3109Hz）时，它分辨力已能和光镜相匹敌。医用超声新技术第33页l在用超声显微镜观察样品时，能够显示物体弹性性质局部改变，一些影响传输物理性质，如压缩系数、密度、粘性和弹性等改变均可反应到声像图中。l另外，它不用染色就能把生物材料精细结构加以判别。还因为样品是处于水中进行声耦合，而且这种低功率声波对生命物质活性没有什么影响，所以对于细胞等生命物质活动及性质研究尤其有利。医用超声新技术第34页