超声成像新技术的物理声学基础及其应用

1.4 脉冲反向谐波成像 脉冲反向谐波成像(pulse inversion harmonic imaging， PIHI)[4]是二次谐波领域的又一重大突破。常规的谐波成像(conventional harmonic imaging，CHI)是仪器在接收回波信号时，使用滤波器滤掉基波成分，只接收谐波成分。这一技术的不足在于滤波器在滤掉基波的同时也滤掉同波段内的部分谐波信号，故在某种程度上减少了造影剂的灵敏度和饱和度。为克服这一缺点，ATL公司推出了脉冲反向谐波成像技术。该技术是系统在发射正向脉冲波的同时发射一个相同的反向脉冲波，并全数字化存储返回的基波信号和谐波信号，经处理使正向和反向的基波信号叠加而抵消，而结合谐波成分产生纯净的宽频谐波信号，克服了常规谐波成像频带的局限性，提高了图像的分辨率，并可减少造影剂的用量。
1.5 组织多普勒成像 一般多普勒回波信号中，既包括血流中散射粒子的散射信息，又包括运动器官的反射信息，前者的特点是运动速度快，产生的多普勒频移大，但幅度较小；而后者则速度慢，频移小，但幅度大。利用高通或低通壁滤波器(wall filter)，可分别提取血流或器官的相应信息。常规多普勒成像采用高通壁滤波器，提取血流的多普勒信号，组织多普勒成像(tissue Doppler imaging,TDI)则采用低通壁滤波器，单独提取运动器官的低速多普勒信息，并以适当参数予以显示[5，6]。目前诊断仪的TDI显示有速度(velocity)、加速度(acceleration)、分散度(variance)和能量(power)图像等，这些参数均可以彩色编码进行伪彩色显示。 
2 与组织定征有关的超声成像新技术
2.1 超声背向散射积分成像 声学密度定量分析是通过定量地分析某些声学参数来研究组织特性以达到组织定征的目的。超声背向散射积分成像(integrated backscatter,IBS)技术作为声学密度定量分析新技术，为组织原始回声信号的定量分析提供了新方法。
2.1.1 传统的声学密度定量分析法 即视频分析法。组织的回声信号经传统成像方式形成二维灰阶图，视频分析法即对该灰阶图的灰阶分级水平及其分布进行分析，方法有：①灰阶直方图；②计算机定量分析回声的灰阶值及其分布；③纹理参数分析。由于视频信号是组织的回声信号经处理(检波、对数压缩等)后所得的信号，并非组织的原始回声信号，其受动态范围的限制，信号被压缩并有丢失，因此，从严格的定量角度讲，视频分析法并非真正的声学密度定量分析方法，由于影响视频信号的因素太多，所得结果不可靠，故有人称之为半定量研究。
2.1.2 超声背向散射积分成像技术
(1)超声背向散射原理[7]：由声源来的超声波在介质中传播时，若遇到两种具有不同声阻抗的介质(声阻抗差大于0.1%)所形成的界面，且界面大于超声波 波长时产生反射，若界面远远小于超声波 波长，则产生散射。散射是各向性的，朝向探头的散射即为背向散射，能为探头所接收。
(2)背向散射积分技术：探头所接收的背向散射信号与同时接收的反射信号相比是非常微弱的，故在经传统成像方式形成的二维图像上，由大界面来的反射回声表现为高回声，如脏器的包膜回声、血管壁回声及大的组织结构回声等，而由微小界面来的散射回声则表现为弱回声或无回声，如脏器实质回声为弱回声，血液、胆汁尿液等为无回声。然而由于背向散射信号来源于组织的微细结构，其更能反映组织的结构特性。为了有效的提取和分析微弱的背向散射信号，近几年来一种以背向散射原理为基础的超声成像技术——背向散射积分成像技术得到了较快的发展。
探头接收人体组织的回声信号，超声仪将各界面来的信号经放大、滤波，并进行各信号的延迟合成得到射频信号(组织回波的原始信号)，若将射频信号经检波并输入视频处理器处理(对数压缩、数字扫描转换等)后，再输入显示器显示，则形成常规的二维图像。背向散射积分技术是通过特制的时间门控电路[8]，在射频信号被处理前，提取相关区域(取样容积内)的射频信号，并将其功率谱与一理想平面反射器的回声信号功率谱相比，取其有效频率范围进行积分，单位为分贝(dB)，并将积分值显示出来。目前具有该技术的仪器均为联机分析系统，一旦取样，仪器将自动报出感兴趣区域局部背向散射积分值。