超声造影之基本原理篇

系列技术
SequoiaFra Baidu bibliotek12
• CCI: Coherent Contrast Imaging相干造影显
象技术
• CHI: Coded Harmonic Imaging编码谐波显象
谐波信号接受示意图
1.5MHZ
3.0MHZ
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%；
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）
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。
基波与谐波频率与能量
超声波传播的非线性效应
传统超声信号处理中非线性信号往往被 忽略。
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。
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。
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。
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 。
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。
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。
微泡对超声波的反应
取决于入射声压的大小
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
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。
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
微泡的生存时间
微泡的生存时间(longevity)
T=r2o.ρ/2D.Cs
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。
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。
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。
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
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
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 谐波波信强号信。号，但接收时，直接取2f0的谐
二次谐波成像技术
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)。
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。
仪器：百胜Au8等
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。
仪器：Sequoia512，Sequoia Paragon 等
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。
超声造影
基本原理篇
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。
超声造影基本原理
<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;