彩超技术概述-谐波成像.PPT3

1) .声波速度的非线性改变——谐波的产生
介质的压缩与疏松
脉冲波传播过程中产生谐波示意图
2) .谐波能量的非线性改变：
超波在弹性介质中传播时，不仅产生谐波频率，而且谐波频率能 量随传播距离而呈非线性改变。在近场表浅处，超声波仅由基波频率组 成。但传播后，能量会在二次谐波频率处产生。
谐波能量变化示意图
谐波产生的物理基础
随着非线性学论理的发展，对超声波在人体组织传 播的研究表明：超声波与人体组织（介质）作用，其 传播、反射（和散射）时都具有非线性效应。这种非 线性效应使发射的基波频率f0会出现nf0频率的谐波 (n=1, 2, 3…)。
传播时:发射超声波的中心频率为f0，其能量比较高， 在弹性介质中非线性传播时，不仅含有f0的基波，而 且有2 f0的谐波。 反射时:在超声造影成像时声波冲击造影剂微泡，微 泡可能在2倍或更高倍数的声波频率上振动，作为新 的声源而发射2f0的谐波反回到探头。接收造影剂的这 种二次谐波就能很好地显示造影剂回声信号。 这种非线性现象主要表现有三个方面：
基波能量与谐波能量关系示意图
二次谐波的接收
二次谐波接收是提取2f0的谐波回声信号，包括自然 组织与造影剂的谐波信号。
谐波信号的接收示意图
提取纯净谐波
锐利滤波 反向脉冲 编码谐波
谐波成像可以明显改变超声图像质量
1)减少近场伪像干扰
①表层腹壁或接近腹壁的反射和散射会产生超声伪像，但这些伪像基 波能量强，而谐波能量极少，当采用谐波成像时，则近场的伪像将大部分 被消除。 ②基波声束旁瓣会产生明显的旁瓣伪像，而二次谐波声束旁瓣能量与 中心声束能量相比呈反比例降低，即使二次谐波信号强度放大与基波的信 号强度相当时，二次谐波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次谐波成像时， 就能明显地消除声束旁瓣伪像并使主瓣变细。
彩色多普勒超声诊断仪成像技术
（一）谐波成像
彩色多普勒超声诊断仪成像技术
二维灰阶成像 频谱多普勒系统（PW、CW……） 彩色多普勒血流成像（CDFI、CDE、CCD、TDI） 谐波成像（自然组织谐波、造影剂谐波） 三维成像功能单元
谐波
根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明： 任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列 为基波倍数的谐波的正弦波分量。 谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度 和相角。 谐波频率是基波频率的整倍数。
二次谐波成像 (second harmonic imaging,SHI)
超声波在生物组织及人体脏器内传播时，不仅有从探 头发射的基础频率的超声波（基波）传播，并且有此 基波频率的谐波传播，当谐波频率为基波频率的2倍时， 称为2次谐波，谐波频率越高其能量下降越迅速。 超声成像时，只检测二次谐波作为成像信息，其它频 率信息被滤去或不接收，这种成像方式称为廓示意图
2)消除近场混响 声束在表浅组织内表层与肋骨之间产生混响, 对图像显示常 出现模糊雾状改变。因此时尚未形成明显的谐波能量，这些 混响是由基波频率的能量形成，当声束穿过表浅层进入组织 后，谐波信号能量明显。在接收时，消除基波后，二次谐波 成像使紊乱和模糊影像被消除，得到了更为清晰的图像。 自然组织谐波成像不需要注入造影剂，而需要高灵敏度的接 收系统。包括探头的灵敏度和大的动态范围及信号处理技术 （提高信/噪比及接收微弱谐波信号的能力）。
谐波成像的应用选择
谐波成像主要视被检测目标的回波信号的信噪比——比较被测 目标回声信号的基波与谐波的信噪比，谐波的信噪比大于基波 的信噪声比，采用谐波成像会使图像更为清晰。 主要临床应用为：
增强心肌和心内膜显示 增强细微病变分辨力，了解心内血流状态 清晰显示血栓轮廓及腹腔深部血管病变边界 增强心腔内造影剂回声 清晰显示腹部占位病变 清晰显示腹部含液脏器病变及囊性病变内的回声
超声造影剂（utrasound contrast agent，UCA）谐波成像 包括： 1)声速非线性而产生的谐波成分，它是声波在组织中传播 而产生的； 2)基波与谐波冲击UCA微气泡产生反射与散射的增强信号， 即UCA微泡的反射非线性又产生入射信号的基波和谐波，但接 收时，只接取2f0的谐波信号，但它是二种效果的综合。即： ①频率为2f0的入射谐波和微气泡对此反射的二次谐波。频 率为f0 的入射基波和微气泡界面对比的非线性反射产生的2f0的 谐波。对于自然组织谐波成像，它包括：声速非线性而产生的 谐波即2f0； ②基波与非线性界面反射而产生频率为2f0的谐波信号。两 种谐波信号在谐波成像系统中被接收处理及显示。
其基波强度随传播距离而减少，但谐波强度呈非线性改变。在表 浅处谐波能量较低，采用谐波成像，可克服来原于腹壁和接近腹壁的反 射和散射的基波伪象，而传播数厘米后，谐波能量明显增加，产生具有 一定强度的谐波频率。
3).基波能量与谐波能量的非线性改变
谐波频率能量的高低与基波频率能量有关，弱的基波频率 几乎不产生谐波频率能量，而强的基波产生较大的谐波能量。 这种非线性改变对于基波能量弱的旁瓣产生的谐波，则极 少会使谐波成像产生旁瓣伪像影响。