彩超技术概述-谐波成像
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彩色多普勒超声诊断仪成像技术 （一）谐波成像
彩色多普勒超声诊断仪成像技术
二维灰阶成像 频谱多普勒系统（PW、CW……） 彩色多普勒血流成像（CDFI、CDE、CCD、TDI） 谐波成像（自然组织谐波、造影剂谐波） 三维成像功能单元
谐波
根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明： 任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列 为基波倍数的谐波的正弦波分量。 谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度 和相角。 谐波频率是基波频率的整倍数。
反射时:在超声造影成像时声波冲击造影剂微泡，微 泡可能在2倍或更高倍数的声波频率上振动，作为新
的声源而发射2f0的谐波反回到探头。接收造影剂的这
种二次谐波就能很好地显示造影剂回声信号。
这种非线性现象主要表现有三个方面：
1) .声波速度的非线性改变——谐波的产生
介质的压缩与疏松 脉冲波传播过程中产生谐波示意图
2)基波与谐波冲击UCA微气泡产生反射与散射的增强 信号，即UCA微泡的反射非线性又产生入射信号的基波和谐波，
但接收时，只接取2f0的谐波信号，但它是二种效果的综合。
即：
①频率为2f0的入射谐波和微气泡对此反射的二次谐 波。频率为f0 的入射基波和微气泡界面对比的非线性反射产 生的2f0的谐波。对于自然组织谐波成像，它包括：声速非线 性而产生的谐波即2f0；
谢谢！
18 / GE / June 7, 2004
2) .谐波能量的非线性改变：
超波在弹性介质中传播时，不仅产生谐波频率，而且谐波频率能 量随传播距离而呈非线性改变。在近场表浅处，超声波仅由基波频率组 成。但传播后，能量会在二次谐波频率处产生。
谐波能量变化示意图
其基波强度随传播距离而减少，但谐波强度呈非线性改变。在表 浅处谐波能量较低，采用谐波成像，可克服来原于腹壁和接近腹壁的反 射和散射的基波伪象，而传播数厘米后，谐波能量明显增加，产生具有 一定强度的谐波频率。
二次谐波的接收
二次谐波接收是提取2f0的谐波回声信号，包括自
然组织与造影剂的谐波信号。
谐波信号的接收示意图
提取纯净谐波
锐利滤波 反向脉冲 编码谐波
谐波成像可以明显改变超声图像质量
1)减少近场伪像干扰
①表层腹壁或接近腹壁的反射和散射会产生超声伪像，但这些伪 像基波能量强，而谐波能量极少，当采用谐波成像时，则近场的伪像将大 部分被消除。
二次谐波成像 (second harmonic imaging,SHI)
超声波在生物组织及人体脏器内传播时，不仅有从探 头发射的基础频率的超声波（基波）传播，并且有此 基波频率的谐波传播，当谐波频率为基波频率的2倍时， 称为2次谐波，谐波频率越高其能量下降越迅速。
超声成像时，只检测二次谐波作为成像信息，其它频 率信息被滤去或不接收，这种成像方式称为二次谐波 成像。
自然组织谐波成像不需要注入造影剂，而需要高灵敏度的接 收系统。包括探头的灵敏度和大的动态范围及信号处理技术 （提高信/噪比及接收微弱谐波信号的能力）。
超声造影剂（utrasound contrast agent，UCA）谐波成像
包括：
1)声速非线性而产生的谐波成分，它是声波在组织中 传播而产生的；
谐波产生的物理基础
随着非线性学论理的发展，对超声波在人体组织传 播的研究表明：超声波与人体组织（介质）作用，其 传播、反射（和散射）时都具有非线性效应。这种非
线性效应使发射的基波频率f0会出现nf0频率的谐波
(n=1, 2, 3…)。
传播时:发射超声波的中心频率为f0，其能量比较高， 在弹性介质中非线性传播时，不仅含有f0的基波，而 且有2 f0的谐波。
②基波与非线性界面反射而产生频率为2f0的谐波信
号。两种谐波信号在谐波成像系统中被接收处理及显示。
谐波成像的应用选择
谐波成像主要视被检测目标的回波信号的信噪比——比较被测 目标回声信号的基波与谐波的信噪比，谐波的信噪比大于基波 的信噪声比，采用谐波成像会使图像更为清晰。
主要临床应用为：
增强心肌和心内膜显示 增强细微病变分辨力，了解心内血流状态 清晰显示血栓轮廓及腹腔深部血管病变边界 增强心腔内造影剂回声 清晰显示腹部占位病变 清晰显示腹部含液脏器病变及囊性病变内的回声
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9/ GE / June 7, 2004
3).基波能量与谐波能量的非线性改变
谐波频率能量的高低与基波频率能量有关，弱的基波 频率几乎不产生谐波频率能量，而强的基波产生较大的谐波 能量。
这种非线性改变对于基波能量弱的旁瓣产生的谐波，则 极少会使谐波成像产生旁瓣伪像影响。
基波能量与谐波能量关系示意图
②基波声束旁瓣会产生明显的旁瓣伪像，而二次谐波声束旁瓣能 量与中心声束能量相比呈反比例降低，即使二次谐波信号强度放大与基波 的信号强度相当时，二次谐波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次谐波成 像时，就能明显地消除声束旁瓣伪像并使主瓣变细。
基波二次谐波声束轮廓示意图
2)消除近场混响 声束在表浅组织内表层与肋骨之间产生混响, 对图像显示常 出现模糊雾状改变。因此时尚未形成明显的谐波能量，这些 混响是由基波频率的能量形成，当声束穿过表浅层进入组织 后，谐波信号能量明显。在接收时，消除基波后，二次谐波 成像使紊乱和模糊影像被消除，得到了更为清晰的图像。
彩色多普勒超声诊断仪成像技术
二维灰阶成像 频谱多普勒系统（PW、CW……） 彩色多普勒血流成像（CDFI、CDE、CCD、TDI） 谐波成像（自然组织谐波、造影剂谐波） 三维成像功能单元
谐波
根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明： 任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列 为基波倍数的谐波的正弦波分量。 谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度 和相角。 谐波频率是基波频率的整倍数。
反射时:在超声造影成像时声波冲击造影剂微泡，微 泡可能在2倍或更高倍数的声波频率上振动，作为新
的声源而发射2f0的谐波反回到探头。接收造影剂的这
种二次谐波就能很好地显示造影剂回声信号。
这种非线性现象主要表现有三个方面：
1) .声波速度的非线性改变——谐波的产生
介质的压缩与疏松 脉冲波传播过程中产生谐波示意图
2)基波与谐波冲击UCA微气泡产生反射与散射的增强 信号，即UCA微泡的反射非线性又产生入射信号的基波和谐波，
但接收时，只接取2f0的谐波信号，但它是二种效果的综合。
即：
①频率为2f0的入射谐波和微气泡对此反射的二次谐 波。频率为f0 的入射基波和微气泡界面对比的非线性反射产 生的2f0的谐波。对于自然组织谐波成像，它包括：声速非线 性而产生的谐波即2f0；
谢谢！
18 / GE / June 7, 2004
2) .谐波能量的非线性改变：
超波在弹性介质中传播时，不仅产生谐波频率，而且谐波频率能 量随传播距离而呈非线性改变。在近场表浅处，超声波仅由基波频率组 成。但传播后，能量会在二次谐波频率处产生。
谐波能量变化示意图
其基波强度随传播距离而减少，但谐波强度呈非线性改变。在表 浅处谐波能量较低，采用谐波成像，可克服来原于腹壁和接近腹壁的反 射和散射的基波伪象，而传播数厘米后，谐波能量明显增加，产生具有 一定强度的谐波频率。
二次谐波的接收
二次谐波接收是提取2f0的谐波回声信号，包括自
然组织与造影剂的谐波信号。
谐波信号的接收示意图
提取纯净谐波
锐利滤波 反向脉冲 编码谐波
谐波成像可以明显改变超声图像质量
1)减少近场伪像干扰
①表层腹壁或接近腹壁的反射和散射会产生超声伪像，但这些伪 像基波能量强，而谐波能量极少，当采用谐波成像时，则近场的伪像将大 部分被消除。
二次谐波成像 (second harmonic imaging,SHI)
超声波在生物组织及人体脏器内传播时，不仅有从探 头发射的基础频率的超声波（基波）传播，并且有此 基波频率的谐波传播，当谐波频率为基波频率的2倍时， 称为2次谐波，谐波频率越高其能量下降越迅速。
超声成像时，只检测二次谐波作为成像信息，其它频 率信息被滤去或不接收，这种成像方式称为二次谐波 成像。
自然组织谐波成像不需要注入造影剂，而需要高灵敏度的接 收系统。包括探头的灵敏度和大的动态范围及信号处理技术 （提高信/噪比及接收微弱谐波信号的能力）。
超声造影剂（utrasound contrast agent，UCA）谐波成像
包括：
1)声速非线性而产生的谐波成分，它是声波在组织中 传播而产生的；
谐波产生的物理基础
随着非线性学论理的发展，对超声波在人体组织传 播的研究表明：超声波与人体组织（介质）作用，其 传播、反射（和散射）时都具有非线性效应。这种非
线性效应使发射的基波频率f0会出现nf0频率的谐波
(n=1, 2, 3…)。
传播时:发射超声波的中心频率为f0，其能量比较高， 在弹性介质中非线性传播时，不仅含有f0的基波，而 且有2 f0的谐波。
②基波与非线性界面反射而产生频率为2f0的谐波信
号。两种谐波信号在谐波成像系统中被接收处理及显示。
谐波成像的应用选择
谐波成像主要视被检测目标的回波信号的信噪比——比较被测 目标回声信号的基波与谐波的信噪比，谐波的信噪比大于基波 的信噪声比，采用谐波成像会使图像更为清晰。
主要临床应用为：
增强心肌和心内膜显示 增强细微病变分辨力，了解心内血流状态 清晰显示血栓轮廓及腹腔深部血管病变边界 增强心腔内造影剂回声 清晰显示腹部占位病变 清晰显示腹部含液脏器病变及囊性病变内的回声
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9/ GE / June 7, 2004
3).基波能量与谐波能量的非线性改变
谐波频率能量的高低与基波频率能量有关，弱的基波 频率几乎不产生谐波频率能量，而强的基波产生较大的谐波 能量。
这种非线性改变对于基波能量弱的旁瓣产生的谐波，则 极少会使谐波成像产生旁瓣伪像影响。
基波能量与谐波能量关系示意图
②基波声束旁瓣会产生明显的旁瓣伪像，而二次谐波声束旁瓣能 量与中心声束能量相比呈反比例降低，即使二次谐波信号强度放大与基波 的信号强度相当时，二次谐波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次谐波成 像时，就能明显地消除声束旁瓣伪像并使主瓣变细。
基波二次谐波声束轮廓示意图
2)消除近场混响 声束在表浅组织内表层与肋骨之间产生混响, 对图像显示常 出现模糊雾状改变。因此时尚未形成明显的谐波能量，这些 混响是由基波频率的能量形成，当声束穿过表浅层进入组织 后，谐波信号能量明显。在接收时，消除基波后，二次谐波 成像使紊乱和模糊影像被消除，得到了更为清晰的图像。