超声造影之基本原理篇PPT演示课件

常用
HDI5000
• PPI: Power Pulse Inversion－能量脉冲反相谐
波技术
iu22
• CnTI: Contrast Tuned Imaging对比造影成像
技术
Esaote
• CPS: Contrast Pulse Sequencing:对比脉冲
系列技术
Sequoia512
• CCI: Coherent Contrast Imaging相干造影显 象技术
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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。
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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;
• CHI: Coded Harmonic Imaging编码谐波显象 9
谐波信号接受示意图
1.5MHZ
3.0MHZ
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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。
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f0，还含有谐波成分nf0(其 中两倍于基波频率的谐波2f0称为二次谐波)。
在接受回波时人为抑制基波，重点接收2f0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f0发射， 而以2f0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）。
f0 2f0
谐波成像 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。
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常用谐波造影成像技术
目前 国内
• PI: Pulse Inversion脉冲反相谐波技术
仪器：百胜Au8等
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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。
超声造影
基本原理篇
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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。
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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2f0的谐 波信号。
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二次谐波成像技术
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。
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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
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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。
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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
ContrΒιβλιοθήκη Baidust 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 （0.02≤MI≤1.7）。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。
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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。
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微泡的非线性特征
当超声场的声压达足够高时(50200kPa)，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。
CnTI: Contrast Tuned Imaging对比造 影成像技术-----------百胜
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微泡的生存时间
微泡的生存时间(longevity)
T=r2o.ρ/2D.Cs
其中 ro 为微泡半径，ρ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。
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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）
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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。
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基波与谐波频率与能量
超声波传播的非线性效应