彩超技術概述諧波成像

1、彩色多普勒超聲診斷儀成像技術（一）諧波成像,彩色多普勒超聲診斷儀成像技術,二維灰階成像頻譜多普勒系統(tǒng)（PW、CW……）彩色多普勒血流成像（CDFI、CDE、CCD、TDI）諧波成像（自然組織諧波、造影劑諧波）三維成像功能單元,諧波,根據法國數學家傅立葉(M．Fourier)分析原理證明：任何重復的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率，幅度和相角。諧波

2、頻率是基波頻率的整倍數。,二次諧波成像(second harmonic imaging,SHI),超聲波在生物組織及人體臟器內傳播時，不僅有從探頭發(fā)射的基礎頻率的超聲波（基波）傳播，并且有此基波頻率的諧波傳播，當諧波頻率為基波頻率的2倍時，稱為2次諧波，諧波頻率越高其能量下降越迅速。超聲成像時，只檢測二次諧波作為成像信息，其它頻率信息被濾去或不接收，這種成像方式稱為二次諧波成像。,,諧波產生的物理基礎,隨著非線性學論理的發(fā)展，對超

3、聲波在人體組織傳播的研究表明：超聲波與人體組織（介質）作用，其傳播、反射（和散射）時都具有非線性效應。這種非線性效應使發(fā)射的基波頻率f0會出現nf0頻率的諧波(n=1, 2, 3…)。,傳播時:發(fā)射超聲波的中心頻率為f0，其能量比較高，在彈性介質中非線性傳播時，不僅含有f0的基波，而且有2 f0的諧波。反射時:在超聲造影成像時聲波沖擊造影劑微泡，微泡可能在2倍或更高倍數的聲波頻率上振動，作為新的聲源而發(fā)射2f0的諧波反回到探頭。接收

4、造影劑的這種二次諧波就能很好地顯示造影劑回聲信號。這種非線性現象主要表現有三個方面：,1) .聲波速度的非線性改變——諧波的產生,介質的壓縮與疏松,脈沖波傳播過程中產生諧波示意圖,2) .諧波能量的非線性改變： 超波在彈性介質中傳播時，不僅產生諧波頻率，而且諧波頻率能量隨傳播距離而呈非線性改變。在近場表淺處，超聲波僅由基波頻率組成。但傳播后，能量會在二次諧波頻率處產生。 其基波強度隨傳

5、播距離而減少，但諧波強度呈非線性改變。在表淺處諧波能量較低，采用諧波成像，可克服來原于腹壁和接近腹壁的反射和散射的基波偽象，而傳播數厘米后，諧波能量明顯增加，產生具有一定強度的諧波頻率。,諧波能量變化示意圖,3).基波能量與諧波能量的非線性改變 諧波頻率能量的高低與基波頻率能量有關，弱的基波頻率幾乎不產生諧波頻率能量，而強的基波產生較大的諧波能量。 這種非線性改變對于基波能量弱的旁瓣產生的諧波，則極少會使諧波成像

6、產生旁瓣偽像影響。,基波能量與諧波能量關系示意圖,二次諧波的接收 二次諧波接收是提取2f0的諧波回聲信號，包括自然組織與造影劑的諧波信號。,諧波信號的接收示意圖,提取純凈諧波,銳利濾波反向脈沖編碼諧波,諧波成像可以明顯改變超聲圖像質量 1)減少近場偽像干擾 ①表層腹壁或接近腹壁的反射和散射會產生超聲偽像，但這些偽像基波能量強，而諧波能量極少，當采用諧波成像時，則近場的偽像將大部

7、分被消除。 ②基波聲束旁瓣會產生明顯的旁瓣偽像，而二次諧波聲束旁瓣能量與中心聲束能量相比呈反比例降低，即使二次諧波信號強度放大與基波的信號強度相當時，二次諧波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次諧波成像時，就能明顯地消除聲束旁瓣偽像并使主瓣變細。,基波二次諧波聲束輪廓示意圖,2)消除近場混響聲束在表淺組織內表層與肋骨之間產生混響, 對圖像顯示常出現模糊霧狀改變。因此時尚未形成明顯的諧波能量，這些混響是由基波頻率的能量形成，當

8、聲束穿過表淺層進入組織后，諧波信號能量明顯。在接收時，消除基波后，二次諧波成像使紊亂和模糊影像被消除，得到了更為清晰的圖像。自然組織諧波成像不需要注入造影劑，而需要高靈敏度的接收系統(tǒng)。包括探頭的靈敏度和大的動態(tài)范圍及信號處理技術（提高信/噪比及接收微弱諧波信號的能力）。,超聲造影劑（utrasound contrast agent，UCA）諧波成像包括： 1)聲速非線性而產生的諧波成分，它是聲波在組織中傳播而產生的

9、； 2)基波與諧波沖擊UCA微氣泡產生反射與散射的增強信號，即UCA微泡的反射非線性又產生入射信號的基波和諧波，但接收時，只接取2f0的諧波信號，但它是二種效果的綜合。即： ①頻率為2f0的入射諧波和微氣泡對此反射的二次諧波。頻率為f0 的入射基波和微氣泡界面對比的非線性反射產生的2f0的諧波。對于自然組織諧波成像，它包括：聲速非線性而產生的諧波即2f0； ②基波與非線性界面反射而產生頻率

10、為2f0的諧波信號。兩種諧波信號在諧波成像系統(tǒng)中被接收處理及顯示。,諧波成像的應用選擇諧波成像主要視被檢測目標的回波信號的信噪比——比較被測目標回聲信號的基波與諧波的信噪比，諧波的信噪比大于基波的信噪聲比，采用諧波成像會使圖像更為清晰。主要臨床應用為：,增強心肌和心內膜顯示增強細微病變分辨力，了解心內血流狀態(tài)清晰顯示血栓輪廓及腹腔深部血管病變邊界增強心腔內造影劑回聲清晰顯示腹部占位病變清晰顯示腹部含液臟器病變及囊性病變