组织谐波成像 (Tissue Hannollic IIllaging,THI)是比较典型的一种,它是利用人体组织来源的二次谐波进行成像,相对于早期发展的对比谐波成像,THI虽然声能强度较小,但无需注射造影剂,简便易行,目前临床主要用于心脏和腹部疾病的检查,特别适用于显像困难的病人,如肥胖、肺气过多、肋间间隙狭窄、腹壁较厚的病人。
THI技术是利用超宽频探头接收组织振动所产生的二次谐波信号,同时对谐波信号进行实时处理,增强较深组织的回波信号,降低噪声伪像,提高对比度,使图像质量得以改善。
目前,国外及台湾地区对组织谐波成像已经开展了多方面的研究,如利用脉冲反相法消除谐波溢漏,产生最低的旁瓣【l习;通过新的波束形成技术,减少回波中所含的基础频率信号,提高组织谐波成像质量116J;适用于谐波成像的宽频带、高频率换能器的研究【17。
1羽,高频谐波在血管超声中的应用【19‘211等等。
我国大陆地区对组织谐波成像的研究大多为临床应用研究,而理论和实验方面的研究较少。
1.3.2.3三维成像技术 二维超声图像的临床应用价值已得到广泛认可。
但其图像是断面图像,不能直观表示病变部位的三维结构。
因此作为二维超声的一种补充,三维超声(three—dimensional Ultrasound,3DU)成像技术成为正在兴起的一种新技术,在临床上得到了越来越多的应用。
三维超声所获取和存储的是一种体积参数,通过对这些参数进行分析重组后,可以获得立体三维图像,从而更好地显示组织结构的解剖特征和空间关系。
与传统二维超声成像相比,三维超声具有图像直观显示、精确测量结构参数、准确定位病变组织瞄1等优势。
三维超声成像技术大致可以分为三大类:静态三维成像、动态三维成像和实时三维成像。
静态三维成像采用二维探头进行旋转扫描或摆动扫描,在一定时间内获取若干个切面图像输入计算机内进行图像重建,显示出器官的三维立体图。
但图像的数据获取和后处理时间较长,无法保证显示的实时性,主要用于对器官内有液体存在或探查对象周围有液体环抱的情况,如肝囊肿与脓肿、肾积水等; 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文 动态三维成像也称四维成像,除了空间的三维外,还增加了时间维,可显示器官的动态运动,主要用于心脏超声。
使用时在不同时间段分别收集不同平面超声数据并输入计算机;再用心电图上时间间隔重新提取不同平面中的数据组成三维新图。
即输出图形中的瞬时三维图形信息,取自不同时间段的不同心动周期中的同一时相点。
故本法不属于“实时’’,仅称“动态”,且在心律紊乱病人中无法获得清晰的三维图像。
在动态三维成像的基础上再加上速度信息参量,即为实时三维成像。
其最主要应用是实时三维超声心动图。
它采用多声束形成技术,能够实时显示心脏的正常结构与病变结构的立体形态以及动态变化,显著提高了图像的时间和空间分辨率。
同动态三维超声心动图相比,其不仅克服了二维图像重组所造成的误差,而且无须长时间的后处理。
1.3.2.4彩色多普勒成像技术 彩色多普勒成像技术是在脉冲多普勒技术基础上发展起来的,其使诊断超声学从形态学过渡到血液动力学,被认为是迄今为止超声诊断技术上的最大突破。
目前临床上主要应用的彩色多普勒成像技术有彩色多普勒血流图(DopplerColor F10w Mapping,CFM)、彩色多普勒组织显像(Doppler Tissue IIIlaging,DTI)和彩色多普勒能量图(Color Doppler Energ)r,CDE):图1.1为它们的基本原理图。
一 CF_ 额睾缝舞 发射/接受 CTI 多瞢勃频移 馥枢荚 信号梭出 图1.1 CFM、CTI和CDE原理图 由图1可见,CFM是从多普勒频移信号获取频率变化,再经过壁滤波取出血流信息的。
CFM能直接观察心内及血管内血流速度,血流分布,湍流部位等,提高 6 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文了诊断的速度和效率,成为定性诊断中可靠方法之一。
但CFM要受到血流方向和血流方向夹角等因素的影响,且难于测量低速血流。
CTI是将CFM的滤波系统进行适当调整,关闭高通滤波器,使用低通滤波器将高速运动的血流信息滤掉,提取来自运动组织的低频高幅值多普勒频移信息。
目前CTI得到了广泛应用,比较典型的是多普勒心肌组织成像技术,它是将多普勒频移原理应用于心肌组织,从而获得关于心肌组织运动速度、方向、时间等方面的信息,以便直观的分析心脏功能的一项技术。
CDE使低速血流、低密度血流和深层血流的敏感性大为提高,目前已能显示0.2姗/s的低速血流。
CDE空间分辨率和时间分辨率好,不受血流方向、角度、速度的影响,能轻易显示末梢分支细小血管。
目前技术研究的重点在于提高超声信号的功率或整体能量。
其应用范围包括肌肉和骨骼的炎症、颈动脉、卵巢病理等成像以及器官移植。
1.3.2.5超声弹性成像技术 生物组织的弹性与许多疾病状态是相关的,对疾病的诊断具有重要的参考价值,但是采用传统医学成像诊断方法却无法直接提供弹性这一组织的基本力学属性信息。
因此弹性成像自1991年被Opllir等人提出后,就备受关注,同时大量的研究工作也相继展开。
目前有关超声弹性成像的研究主要集中在乳腺、前列腺等部位的病变和高强度聚焦超声引起的损害的检测。
对组织弹性的测定实质上是要测出组织在应力下的病变,应力可以是外部的也可以是内部的,外应力通常是指体外施加的机械振动,内应力是由心脏或大血管搏动引起。
在应力作用下,组织内部将产生应变,如果组织内部弹性系数分布不均匀,那么产生的应变也会有所差异。
这种应变可以通过超声方法测得,目前普遍采用的方法是时域互相关法。
1.4主要研究内容及论文结构1.4一.课题研究工作的主要内容 1.采用凸阵探头,根据扫查方式需要调整发射脉冲发射聚焦; 2.完成对新型芯片AD9271的应用研究与系统设计; 7 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文 3.以现有超声诊断仪的电路及AD9271为基础,设计制作一套超声发射、接收及模数转换电路系统。
确保超声回波的数字信号准确,符合系统设计要求; 4.课题所要达到的技术指标: 超声换能器:16通道80阵元凸阵3.5MHz换能器; 最大探查深度:20I姗;1.4.2论文的章节安排 第一章为课题研究的背景、医学超声诊断技术发展概况,同时介绍了课题研究工作的具体内容和论文的结构安排。
第二章介绍了超声成像的主要原理和全数字超声系统的结构。
第三章详细介绍超声发射接受系统的硬件电路设计,包括发射电路、阵元片选电路、收发隔离电路和AD9271。
第四章详细介绍超声发射接受系统的软件控制,包括发射脉冲控制、探头扫查的实现及对AD9271的控制。
第五章为课题的总结与展望。
8 中国医学科学院北京协和医学院硕士学位论文 第二章超声基本理论2.1医学超声成像基本原理2.1.1超声医学诊断的物理基础 超声波是声波的一种,是弹性媒质中传播的压力、应力、质点位移、质点速度等量的变化,频率范围在2×104~109Hz之间。
自然界存在着超声波,如某些 昆虫和哺乳动物就发出超声波,又如风声、海浪声、喷气飞机的噪声中都含有超声波成分。
超声的本质是一种机械振动,也是一种能量的传播形式,其频率高,波长短,具有良好的束射性和方向性,具有一定的能量且容易会聚,在不同的物质中具有不同的传播速度,容易与电信号相互转换,在小能量时对人体无害,使其在医学上获得了广泛应用【231。
超声波从声源处通过传声媒质向.
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