超声造影之基本原理篇
超声造影之基本原理篇
常用谐波造影成像技术
目前 国内
• PI: Pulse InverHDI5000
• 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
Wilson SR, Burns PN, Muradali D,et al. Harmonic hepatic US with microbubble contrast agent: initial experience showing improved characterization of hemangioma, hepatocellular carcinoma, and metastasis 1.Radiology,2000,215:153-161.
系列技术
Sequoia512
• 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%；
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。
超声造影原理及临床应用简介
超声造影原理及临床应用简介1968年，Gramiak首次用生理盐水与靛青绿混合震荡液，经心导管注射，实现了右心腔显影，开创了超声造影(contrast-enhanced ultrasound imaging)的先河。
随着造影剂的不断发展、超声仪器分辨率的提高以及新型成像技术的应用，超声造影的应用范围日益扩展。
(一) 超声造影原理：超声波遇见散射体(小于入射声波的界面)会发生散射，其散射的强弱与散射体的大小。
形状及与周边组织的声阻抗差别相关。
血液内尽管含有红细胞、白细胞、血小板等有形物质，但其声阻抗差很小，散射很微弱，所以在普通超声仪上无法显示。
如果人为地在血液中加入声阻抗与血液截然不同的介质(微气泡)，则血液内的散射增强，出现云雾状的回声，这就是超声造影的基本原理。
组织声学造影正是利用这一原理，静脉注入超声造影剂(含微气泡的溶液)，造影剂随血流灌注进入器官、组织，使器官、组织显影或显影增强，从而为临床诊断提供重要依据。
(二) 超声造影剂的分类：第一代造影剂：包裹空气的微泡。
微泡大小及变形性与红细胞相似，经静脉注射后可自由通过肺循环。
第二代造影剂：微泡造影剂内包裹的气体与第一代声学造影剂不同，主要为高分子量、低血液溶解度的氟碳类或氟硫类气体。
该类微泡造影剂在血液中的稳定性明显高于含空气微泡造影剂，其声学造影效果优于第一代声学造影剂。
第三代造影剂：特殊用途的微泡造影剂。
主要是通过对微泡外壳的改建，将特异性配体连接到微泡造影剂表面，通过血液循环使之到达感兴趣的组织或器官，选择性地与相应受体结合，从而达到应用微泡靶向诊断与治疗作用。
可用于血栓、炎症、肿瘤的诊断，以及基因或药物的靶向传输等。
超声分子成像是超声造影成像技术一个新的研究热点。
(三) 超声造影方法：超声造影剂给药途径：（1）静脉内注射：适用于右心、左心、心肌以及肝、肾等全身血池超声造影。
（2）主动脉内或心腔内注射：使用于通过左心导管或心脏外科手术中直接注射。
超声造影基础
第三节 微泡造影剂的相关物理特性
一、微泡存活时间
我们先来看超声微泡造影剂存活时间的计算公式：
T＝（R×ρ）/（2D×Cs）
式中：T－超声造影剂的微泡存活时间，R－微泡半径， ρ－微泡内
所含气体的密度，D－微泡内所含气体的弥散度，Cs－微泡内所含气体 的血液饱和度常数。由式中可以看出，造影剂微泡气泡的半径和所含气 体密度越大，在血液循环中的持续时间越长，微气泡内所含气体的弥散 度、饱和度越大，持续时间越短。 所以，我们可以通过以下方法来延长造影剂微气泡在血液中的持续时间：
基频（fundamental frequency)：指振动系统（声源）的最低固有频率。 基波：指其振动频率为基频的机械波。 谐波（harmanic）：是指振动频率等于基频整数（n）倍的正弦波。 二次谐波：指振动频率为基频2倍的正弦波。
第三节 谐波非线性成像
一、二次谐波成像的原理 谐波成像的原理：人体组织（包括血液）的回波，其基频波的幅
些伪像基频波能量强，而谐波能量却极少，当采用谐波成像时，则可 将近场的大部分伪像消除。
（2）基频波声束副瓣会产生明显的副瓣伪像，而二次谐波声束副 瓣能量与中心声束能量相比呈反比降低，即二次谐波信号强度放大与 基频波的信号强度相当时，二次谐波的副瓣仍比基频波的副瓣低很多。 在二次谐波成像时，能明显地消除声束副瓣伪像并使主瓣变细。
超声增强造影的基本原理为：超声造影剂可以改变靶组织超声声学特性 （如背向散射系数、声速及非线性效应等）从而产生增强造影效果，超声造影 剂的浓度、尺寸及超声发射频率等都可以影响超声增强造影的效果。其主要涉 及到的物理学原理主要有以下几个方面： A、通过微泡背向散射信号成像。 B、通过微泡非线性共振产生的谐波成像。 C、通过声衰减成像。 D、通过声速成像。
《超声造影基础》课件
超声造影是一种常用的医学诊断技术，利用超声波和造影剂来检查和诊断人 体内部器官的状况。
概述
什么是超声造影
超声造影是一种医学技术， 通过注入或口服造影剂，配 合超声波进行影像检查，以 改善超声检查的准确性和可 视性。
超声造影的原理
超声造影利用高频声波对人 体进行扫描，造影剂可增强 声波的反射能力，从而生成 更清晰的图像。
超声造影的分类
根据不同的目标器官和使用 情况，超声造影可分为肝脏、 乳腺、甲状腺等多个分类。
临床应用
超声造影在肝脏疾病中的应用
超声造影可以帮助医生准确诊断肝脏病变，如肿瘤、囊肿等，并指导手术治疗和后续随访。
超声造影在乳腺疾病中的应用
超声造影是乳腺检查的重要手段，可帮助鉴别肿块是良性还是恶性，提供精确的病变位置信 息。
医生在进行超声造影时需要 掌握正确的操作技巧，包括 注射技巧、图像采集和分析 等。
注意事项
超声造影的禁忌症
超声造影对某些人群存在禁 忌症，如对造影剂过敏、怀 孕或患有严重心脏病等。
超声造影的注意事项
在进行超声造影前，需要告 知医生自己的病史和身体状 况，以便医生进行综合评估。
超声造影后的处理
超声造影后，患者需要遵循 医生的建议，注意饮食、休 息和观察是否出现不适症状。
总结
超声造影的优点和缺点
超声造影具有无创性、无辐射、无疼痛等优点，但在某些情况下其分辨率和准确性可能受到 限制。
超声造影的未来发展
超声造影技术正在不断发展，包括图像质量的提高、新型造影剂的研发和更多器官的应用拓 展。
超声造影在临床中的重要性
超声造影是一种常用的非侵入性检查手段，对于疾病的早期诊断和治疗提供了重要的辅助信 息。
超声造影准确率高吗
超声造影准确率高吗目前，超声造影是国际上比较领先的一种超声成像技术，在肝脏、胰腺、肾脏、子宫附件以及乳腺等脏器中应用非常广泛，尤其是在肿瘤的检出和定性诊断中有着十分重要的意义。
那么，什么是超声造影，其原理是什么，可诊断什么疾病，准确率高不高，下面进行详细介绍。
1.什么是超声造影？超声造影又称为声学造影，指的是在常规超声检查的基础上，通过静脉注射含有气泡的超声造影剂，然后借助超声造影剂气体微泡在声场中产生的强烈背向散射来获得对比增强图像，是一种明显提高超声诊断敏感性、特异性以及分辨力的技术。
而且超声造影可实时动态观察人体的器官、组织以及病灶局部的血流灌注信息，使超声检查能够清楚显示微细血管和组织血流灌注，从而使超声的诊断水平大大提高。
1.超声造影的原理是什么？超声波遇见散射体会发生散射，其散射的强弱与散射体的大小、形状以及周边组织的声阻抗差别有一定关联。
虽然人体血液中含有红细胞、白细胞以及血小板等有形物质，但其声阻抗差别较小，散射很微弱，所以在普通超声仪上无法显示。
若人为的在血液中加入声阻抗与血液不同的介质，即超声造影剂，可使血液中的散射增强的同时也能出现云雾状的回声，这就是超声造影的基本原理。
而组织声学造影正是利用这一原理，静脉注入超声造影剂，造影剂随着血管灌注进入组织及器官，使组织和器官的显影增强，从而为临床诊断提供重要依据。
1.超声造影可诊断什么疾病？超声造影剂通过静脉注射后，可分布于全身组织和脏器的毛细血管中，使组织和脏器的超声回声增强至一万倍以上，从而发现普通超声下没有发现的、不明显的以及无法明确诊断的病灶。
而超声医生通过超声造影的特征，可对全身各脏器肿瘤为良性或恶性来进行诊断。
比如肝癌、卵巢癌、肾癌以及肝血管瘤等；可对病变的包膜以及边界进行确定。
比如确定肝脓肿病灶边界，肥大肾柱、肾肿瘤的鉴别等；可对微小病灶及早发现。
比如直径小于1cm的乳腺癌、鉴别微小病灶是囊性还是实性等；可对空腔脏器的走形及占位进行观察。
超声造影之基本原理篇
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 。
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。
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。
f0 2f0
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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。
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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
象技术
• CHI: Coded Harmonic I. maging编码谐波显象
谐波信号接受示意图
1.5MHZ
3.0MHZ
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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%；
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。
乳腺超声造影的应用原理
乳腺超声造影的应用原理介绍乳腺超声造影是一种通过向乳腺注射针对血管的造影剂，然后使用超声波来观察其在乳腺组织中的分布和动态变化的检查方法。
它被广泛用于乳腺病变的评估和诊断，具有无创、无辐射、操作简便等特点。
应用原理乳腺超声造影的应用原理包括以下几个方面：1. 造影剂的选择乳腺超声造影所使用的造影剂是一种微细气泡，这些气泡可以在超声波作用下产生明显的回声信号。
常用的乳腺超声造影造影剂有硫酸镁、稳泡丁、二氧化硫等。
这些造影剂具有良好的生物相容性和安全性，不会对人体造成有害影响。
2. 注射造影剂在乳腺超声造影检查中，首先需要将造影剂通过注射的方式引入到乳腺组织中。
通常是通过一根细针将造影剂注射到乳房内，注射后造影剂会快速传播到乳腺血管中，然后在血管中形成明显的回声信号。
3. 超声波扫描在乳腺超声造影检查中，采用超声波扫描仪器对乳腺进行扫描。
超声波是一种高频声波，它可以穿透乳腺组织，并产生回声信号。
通过对回声信号的分析和处理，可以获取乳腺组织的图像。
4. 动态观察和分析乳腺超声造影的关键在于动态观察和分析。
通过观察和分析造影剂在乳腺组织中的分布和动态变化，可以评估乳腺组织的血流情况和病变情况。
常见的观察和分析方法包括时间-信号曲线（TIC）和动态增强。
5. 临床应用乳腺超声造影在临床中具有广泛的应用。
它可以用于乳腺癌的诊断和分期，乳腺病变的检测和评估，乳腺纤维瘤和乳腺导管扩张等的鉴别诊断。
此外，乳腺超声造影还可以用于指导乳腺穿刺和乳腺肿块的定位。
结论乳腺超声造影是一种无创、无辐射、操作简便的乳腺检查方法。
它通过注射造影剂和超声波扫描，可以观察和分析乳腺组织中的血流情况和病变情况。
它在乳腺疾病的诊断和治疗中具有重要的临床应用价值，为医生提供了一个重要的辅助诊断手段。
超声造影技术在心血管疾病中的应用现状和趋势
超声造影技术在心血管疾病中的应用现状和趋势心血管疾病是一类危害极大的疾病，全球范围内是一种常见疾病，严重影响着人民群众的健康。
针对这种疾病，人们一直在探索更加高效和精准的治疗方法。
目前，超声造影技术作为一种新型的无创诊断方法，正在受到越来越多医生的关注，其在心血管疾病中的应用也日益普及。
1. 超声造影技术的基本原理超声造影技术是一种基于超声波与物质的相互作用原理的诊断技术。
通过注射一定的超声造影剂，使得心血管内部显影，从而实现对心脏、血管的检查。
超声造影剂主要是由气体微泡和其它材料组成，能够引发强烈的超声反射。
当该剂注射进入到心血管之中后，它能够产生一系列的共振、回声等现象，通过这些反应，就可以清晰地观察到心脏、血管等器官内部的构造和活动情况。
2. 超声造影技术在心血管疾病中的应用目前，超声造影技术在心血管疾病领域的应用非常广泛。
下面，我们就来简单介绍一下它在该领域的应用情况。
2.1 立体成像超声造影技术可以通过三维成像的方式，对心脏病变进行立体可视化。
这种方法不仅能够更加直观地观察到心脏的内部结构，而且对于复杂的病变情况，也可以提供更加准确的诊断和治疗方案。
2.2 评估心脏功能超声造影技术可以在对心脏进行检查时，精确测量心脏的大小、内部腔隙和心肌收缩情况等参数，从而判断心脏功能是否正常。
尤其是在诊断心肌缺血、心肌病等疾病时，这种方法更加准确。
2.3 评估冠脉病变超声造影技术可以对冠脉进行检查，评估冠脉的狭窄程度、血流速度等指标，也可以观察到冠脉内部的血栓、斑块等异常情况，对于冠心病、心肌梗死等疾病的诊断具有重要意义。
3. 超声造影技术发展趋势超声造影技术在心血管疾病中的应用已经比较成熟，但是在技术上还有很多发展空间。
以下是一些相关领域的技术趋势：3.1 高频率超声成像技术目前，超声波成像技术的成像分辨率还有待进一步提高，而高频率超声成像技术可以提供更高清晰度的成像。
未来，这种技术有望成为超声造影技术的主要发展方向之一。
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• 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。
• CnTI: Contrast Tuned Imaging对比造影成像技术----------百胜
A
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微泡的生存时间
• 微泡的生存时间(longevity)
T=r2o.ρ/2D.Cs • 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
f0 2f0
A
谐波成像 7
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。
A
8
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
A
2
超声造影基本原理
• 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）
A
3
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。
A
4
基波与谐波频率与能量
超声波传播的非线性效应
• 仪器：百胜Au8等
A
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• 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。
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
系列技术
Sequoia512
• CCI: Coherent Contrast Imaging相干造影显
象技术
• CHI: Coded HarmonicA Imaging编码谐波显象 9
谐波信号接受示意图
1.5MHZ
3.0MHZ
A
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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%； • 即：空气的Ra较红细胞大75-77倍，它们强烈的增强超声
而不破，同时产生较强的谐波信号。
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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 。
• 仪器：Sequoia512，Sequoia Par信号处理中非线性信号往往被忽略。
• 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强信号， 但接收时，直接取2f0的谐波信号。
A
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二次谐波成像技术
的背向散射。
A
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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。
A
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微泡对超声波的反应
取决于入射声压的大小
• <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;
A
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• 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。
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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
A
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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。
A
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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。
超声造影
基本原理篇
A
1
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。
A
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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。
• 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。
• 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)。
• 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）。