放疗图像引导（三）：超声引导成像技术介绍

放疗图像引导（三）：超声引导成像技术介绍

超声医学（Ultrasonic Medicine）是利用超声波的物理特性与人体器官、组织的声学特性相互作用后得到诊断或者治疗效果的一门学科。

1、超声医学发展回顾

1942年奥地利Dr.Dussik使用A型超声波探测颅骨拉开了超声医学发展的序幕，经历了从A超、M超、B超、彩色多普勒超声几个阶段。

近三十年来，发生了一次又一次革命性的飞跃：80年代介入性超声逐渐普及，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。进入21世纪后，超声图像引导进入了肿瘤放射治疗领域，主要产品有BAT系统和Clarity系统，图像引导放射治疗也翻开了崭新的一页。

2、超声成像原理

利用超声声束扫描人体，通过对反射信号的接收、处理，以获得体内器官的图象。超声波有三个主要物理量：波长、频率、声速，三者关系如下：频率越高，波长越短，分辨率高但穿透力越差，适合表浅器官的探查；频率越低，波长越长，分辨率低但穿透力越好，适合心脏等深部器官的探查。

上图中的回声反射强弱由界面两侧介质的声阻差决定。相邻的组织如果声阻很大，如骨骼和肌肉，超声的能量几乎能全部被界面反射回来，阻挡超声入射波向深层穿透；反之则超声在界面小部分被反射，大部分透射到人体的深层；在均匀的介质中不存在界面，就没有超声反射，仪器就接收不到该处回声，如胆汁和尿液中就没有回声，声像图上出现无回声的区域，就是液性区域。

3、超声设备分类（共四大类）

3.1 探头种类

主要分三类：线阵探头、凸阵探头、扇形探头。

3.2 A超（一维）

一种幅度调制超声诊断仪，把接收到的回声以波的振幅显示，振幅高低代表回声的强弱，以波型形式出现。

主要用于测量器官的径线，以判定其大小，可用来鉴别病变组织

的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。

3.3 B超（二维显像）

辉度调制型超声诊断仪，把接收到的回声，以光点显示，光点的灰度等级代表回声的强弱。

B超是超声发展史上的一大突破，它将声波转换为图像，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。

3.4 M型超声诊断仪（一维）

它是B型的一个变化，介于A型和B型之间，得到的是一维信息。它在辉度调制的基础上，加上一个慢扫描电路，使辉度调制的一维回声信号，得到时间上的展开，形成曲线，用于观察活动界面时间变化的一种方法。

它最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。

3.5 D型超声诊断仪（Doppler）

在二维图像上某点取样，获得多普勒频谱加以分析，获得血流动力学的信息，包括脉冲多普勒、连续多普勒、彩色多普勒血流显像。

见上图，D型超声诊断仪是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，可确定血管是否通畅、管腔是否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统，可在超声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的

流速。

4、超声引导在放疗时IGRT的优势

从上面的原理介绍和发展历史可以知道，超声图像的信息量丰富，具有灰阶的切面图像、层次清楚，接近解剖真实结构；它对活动界面能作动态的实时显示，便于观察；能发挥管腔造影功能，无需任何造影剂即可显示管腔结构；对小病灶有良好的显示能力；能取得各种方位的切面图像，并能根据图像显示结构和特点，准确定位病灶和测量其大小。

4.1 乳腺癌超声IGRT优势

乳房主要成分是脂肪、乳腺等，乳腺癌行保乳术后放疗，定位CT 扫描下不易区分手术瘤床：

超声扫描后，可以清楚看到瘤床：

定位CT与超声图像融合后靶区的立体三维显示：

通过上面三张图可以很清楚的提示乳腺癌瘤床位置，乳腺癌病人CT定位融合超声定位影像数据，对靶区勾画更加准确定位，随后的分次治疗时又可以修正因呼吸运动造成靶区移动。

4.2 前列腺癌超声IGRT优势

与乳腺癌不一样的是，前列腺与直肠、膀胱比邻，前列腺癌放射治疗会引起以下这些器官或者部位产生副作用：膀胱的颈部、尿道、

直肠等。其中最关注的是一般是直肠，直肠的前壁如果受到严重的损伤后，会造成放射性溃疡的脓血便，患者会觉得肛门部位下坠，严重影响患者的生存质量。而且这种副作用的发生情况在20年前的话，差不多能够达到20%以上。随着放疗技术进步，现在这种副作用已经减低很多。

临床实践中，与乳腺癌病例可以直接定位瘤床不一样，盆腔肿瘤的超声引导是间接定位，主要以膀胱等器官作为基准位置，根据肿瘤和这些基准位置相对固定关系确定它们的治疗位置。以前列腺为例，它与直肠、膀胱比邻，与膀胱的相对位置关系固定，根据膀胱的充盈程度可以确定前列腺的位置，以下三张图可以解释超声引导在前列腺癌治疗中的作用。

定位CT图像：

相同部位的超声图像：

超声与CT融合后的图像，很容易确定其他器官的相对位置：

据国内已经开展超声实时定位技术的医院报道，使用超声IGRT可

以让前列腺癌放疗精度达到毫米之内，将对病人生存质量的影响副作用的产生几率降低到1%之内。

5、超声引导流程

（1）与其他病人一样先做定位CT（CT Sim），得到定位CT：

（2）CT Sim结束后，保持当前状态，马上进行超声定位扫描：

（3）CT图像与超声图像导入相应工作，完成图像融合：

（4）按平时正常放疗流程进行靶区与正常组织勾画，物理师完成该病例的放射治疗方案的设计和临床实施验证，进入到治疗实施阶段，进行超声扫描：

（5）超声图像引导系统进行在线修正，得出结果：