超声造影之基本原理篇教学课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,超声造影,基本原理篇,1,超声造影,是指将与机体组织声学特性不同的物质,-,超声造影剂（,Ultrasound Contrast Agent,，,UCA,）注入体内，使血液内出现明显不同的界面（即血液内出现云雾状回声反射）来清楚地区分待查目标与周围环境的差别，增强血流及组织回声对比的一种超声检查方法。,2,超声造影基本原理,谐波成像技术,自然组织谐波,造影谐波成像,基波成像（线性成像）,谐波成像（非线性成像）,3,声波在组织中传播,遇到规则界面，声波会发生反射和折射，即线性传播；,遇到非规则界面，可发生波形畸变，谐波成分增多，声衰减系数增大，即非线性传播。,4,基波与谐波频率与能量,超声波传播的非线性效应,5,传统超声信号处理中非线性信号往往被忽略。,超声造影剂具有较强的非线性信号特点，探头发射声波，声波通过造影剂产生非线性传播，波形畸变，谐波成分明显增多，相比之下其他组织谐波成分甚少。,基波与谐波冲击造影剂微泡产生的散射谐波强信号，但接收时，直接取,2f,0,的谐波信号。,6,二次谐波成像技术,谐波成像,2f,0,f,0,微气泡产生的背向散射信号中不仅含有与发射频率相同的基波,f,0,，还含有谐波成分,nf,0,(,其中两倍于基波频率的谐波,2f,0,称为二次谐波,),。,在接受回波时人为抑制基波，重点接收,2f,0,信号，从而使背向散射信号的信,/,噪比值大大增加。,利用超声造影剂的特性，以某一频率,f,0,发射，而以,2f,0,频率接收由造影剂产生的二次谐波信号，即二次谐波成像技术（,2nd harmonic imaging,）。,7,谐波造影成像技术,从组织除去或分离出线性超声信号,(,数字减影,),并利用微泡产生的非线性回波,可更有效的接收造影剂谐波信号，提高对微血流的敏感性,实时观察肿瘤实质内微血管的血流灌注的全过程。,8,常用谐波造影成像技术,PI,:Pulse Inversion,脉冲反相谐波技术,PPI,:Power Pulse Inversion,能量脉冲反相谐波技术,CnTI:Contrast Tuned Imaging,对比造影成像技术,CPS:Contrast Pulse Sequencing:,对比脉冲系列技术,CCI,:Coherent Contrast Imaging,相干造影显象技术,CHI,:Coded Harmonic Imaging,编码谐波显象,HDI5000,iu22,Esaote,Sequoia512,目前,国内,常用,9,谐波信号接受示意图,1.5MHZ,3.0MHZ,10,超声造影原理,采用微气泡注入血流提高声压反射系数,(Ra),；,空气与血浆间,Ra,为,99.95%,，红细胞与血浆间,Ra,仅,1.3%,；,即：空气的,Ra,较红细胞大,75-77,倍，它们强烈的增强超声的背向散射。,11,背向散射信号,背向散射,(Backscatter,BS),：超声波在组织中传播遇到小于波长的界面产生散射，朝向探头,(,与入射波呈,180),的散射。,以气体成分的造影剂所产生的,BS,信号强度最强。,12,微泡对超声波的反应,取决于入射声压的大小,小于,50kPa,时微气泡对称性地压缩和膨胀，呈现线性背向散射，信号强度随着入射声压的增加而呈线性递增，这一反应主要用于基波显像,;,50-200kPa,时，微气泡非对称性地压缩和膨胀，呈现非线性背向散射，产生共振和谐波，微气泡的共振频率取决于入射声压、微气泡直径和外壳弹性，这一反应可用于谐波显像,;,200-2000kPa,时，微气泡破裂，气体溢出，产生宽频高能信号，呈现受激声波发射，这一反应可用于触发显像和失相关显像。,13,微泡的共振,液体中的造影剂微泡在超声场内吸收及散射能量的同时，还以自身的固有频率作膨胀与收缩振动。,声场频率与微泡固有频率一致时，微泡膜振幅能量最大，产生的散射截面大于其散射体几何截面的,1000,倍，,BS,信号强度明显增强。,14,微泡的非线性特征,当超声场的声压达足够高时,(50-200kPa),，微泡内的线性共振变为非线性共振，导致包膜膨胀与收缩幅度的不相等，产生几倍于基波,f0,的谐波。,15,利用造影剂微泡在声场作用下产生的非线性效应，可明显提高检出血流信号的信噪比。,匹配谐波成像技术可更有效地接收造影剂谐波信号。,克服了传统,B,型和彩色或能量多普勒超声的局限性，并且能够实时显示实质组织的微血管结构，显示动态的病变增强类型。,16,目前最常用的两种技术,CPS:Contrast Pulse Sequencing:,对比脉冲系列技术,-,西门子,CnTI:Contrast Tuned Imaging,对比造影成像技术,-,百胜,17,微泡的生存时间,微泡的生存时间,(longevity),T=r,2,o,./2D.Cs,其中,r,o,为微泡半径，,为气体密度，,D,为声压，,Cs,为饱和度。,在低声压的作用下，微泡具有很好的谐振特性，即振而不破，同时产生较强的谐波信号。,18,Contrast Pulse Sequencing,相干脉冲系列技术,在相干成像的基础上，采用连续发射一组脉冲，提取来自微泡非线性二次谐波（,second,harmonic,）用于成像，特点是提高了信噪比，造影效果好。,仪器：,Sequoia512,，,Sequoia Paragon,等,19,Contrast Tuned Imaging,对比造影成像技术,百胜集团（,Esaote Group,）推出的,CnTi,技术，低声压实时超声造影成像技术，采用独有的纯净波发射激励、宽动态范围和数字滤波技术，从而可获得纯正的造影剂二次谐波实时图像。,CnTi,技术的独特优势之一是声压可调（,0.02MI1.7,）。即使直接声压（,DP,）在,40Kpa,，,MI,在,0.06,以下低声压作用于微泡时，也能通过宽动态范围放大获得理想的低噪声、完全实时的谐波图像。,仪器：百胜,Au8,等,20,极低的直接声压,DP,（或极低的,MI,），能够有效地保存脏器内的微泡，而不被击破，有利于完成长时间各个切面的造影扫描。,例如，心脏多个切面多个节段心肌灌注的评价；,肝脏多切面，不同时相、多个肿瘤的动态血流灌注成像等。,有报道，利用这一技术，可以发现,HCC,瘤内和瘤周广泛,“,树状,”,血管影像，揭示了多普勒超声未能发现的肿瘤血管。,Wilson,等在检查肝转移瘤时，还见到了细小血管在转移瘤周围绕，部分不规则分支进入病灶中央的表现。,Wilson SR,Burns PN,Muradali D,et al.Harmonic hepatic US with microbubble contrast agent:initial experience showing improved characterization of hemangioma,hepatocellular carcinoma,and metastasis 1.Radiology,2000,215:153-161.,21,