超聲造影之基本原理篇

1、超聲造影,基本原理篇,超聲造影,是指將與機體組織聲學特性不同的物質----超聲造影劑（Ultrasound Contrast Agent，UCA）注入體內，使血液內出現(xiàn)明顯不同的界面（即血液內出現(xiàn)云霧狀回聲反射）來清楚地區(qū)分待查目標與周圍環(huán)境的差別，增強血流及組織回聲對比的一種超聲檢查方法。,超聲造影基本原理,諧波成像技術,,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,傳統(tǒng)超聲信號處理中非線性信號往往被忽略。超聲造影劑具有較強的非線性信號特點，探頭發(fā)射聲波，聲波通過造影劑產生非線性傳播，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生的散射諧波強信號，但接收時，直接取2f0的諧波信號。,二次諧波成像技術,微

3、氣泡產生的背向散射信號中不僅含有與發(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)。在接受回波時人為抑制基波，重點接收2f0信號，從而使背向散射信號的信/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生的二次諧波信號，即二次諧波成像技術（2nd harmonic imaging）。,諧波造影成像技術,從組織除去或分離出線性超聲信號(數(shù)字減影),并利用微

4、泡產生的非線性回波,可更有效的接收造影劑諧波信號，提高對微血流的敏感性,實時觀察腫瘤實質內微血管的血流灌注的全過程。,,常用諧波造影成像技術,PI: Pulse Inversion脈沖反相諧波技術

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

6、u22,Esaote,Sequoia512,,目前國內常用,諧波信號接受示意圖,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%，紅細胞與血漿間Ra僅1.3%；即：空氣的Ra較紅細胞大75-77倍，它們強烈的增強超聲的背向散射。,背向散射信號,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生的BS信號強度最強。,微泡對超聲波的反應 取決于入射聲壓的大小,<小于50kPa時微氣泡對稱性地壓縮和膨脹，呈現(xiàn)線性背向散射，信號強度隨著入射聲壓的增加而呈線性遞增，這一反應主要用于基波顯像; 50-200kPa時，微氣泡非對稱性地壓縮和膨脹，呈現(xiàn)非線性背向散射，產生共振和諧波，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，這一反應可用于諧波顯像;

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

9、，導致包膜膨脹與收縮幅度的不相等，產生幾倍于基波f0的諧波。,利用造影劑微泡在聲場作用下產生的非線性效應，可明顯提高檢出血流信號的信噪比。匹配諧波成像技術可更有效地接收造影劑諧波信號?？朔藗鹘y(tǒng)B型和彩色或能量多普勒超聲的局限性，并且能夠實時顯示實質組織的微血管結構，顯示動態(tài)的病變增強類型。,目前最常用的兩種技術,CPS: Contrast Pulse Sequencing:對比脈沖系列技術--------西門子CnTI: Con

10、trast Tuned Imaging對比造影成像技術-----------百勝,微泡的生存時間,微泡的生存時間(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，同時產生較強的諧波信號。,Contrast Pulse Sequencing相干脈沖系列技術,在相干成像的基礎上，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，特點是提高了信噪比，造影效果好 。儀器：Sequoia512，Sequoia Paragon等,Contrast Tuned Imaging對比造影成像技術,百勝集團（Esaote Group）推出的CnTi 技術，低聲壓實時超聲造影成像技術，采用獨有的純凈波發(fā)射激勵、寬動態(tài)范圍和數(shù)字濾波技術，從而可獲得純正的造影劑二次諧波實時圖像。CnT

12、i 技術的獨特優(yōu)勢之一是聲壓可調（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，也能通過寬動態(tài)范圍放大獲得理想的低噪聲、完全實時的諧波圖像。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的微泡，而不被擊破，有利于完成長時間各個切面的造影掃描。例如，心臟多個切面多個節(jié)段心肌灌注的評價；肝臟多切面，不同時相、多個腫瘤的動態(tài)血流灌注成像等。有報道，利

13、用這一技術，可以發(fā)現(xiàn)HCC 瘤內和瘤周廣泛“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 等在檢查肝轉移瘤時，還見到了細小血管在轉移瘤周圍繞，部分不規(guī)則分支進入病灶中央的表現(xiàn)。Wilson SR, Burns PN, Muradali D,et al. Harmonic hepatic US with microbubble contrast agent: initial experience showing i