醫(yī)用超聲診斷儀諧波功能及其對計量檢定的影響

【摘 要】 本文簡單介紹了醫(yī)用超聲診斷儀的組織諧波成像（THI）功能的原理與成像特點，并簡單的介紹了諧波成像的優(yōu)缺點，討論了組織諧波成像功能對超聲計量檢定工作的影響，并對影響結果做出了解釋，對于超聲檢定與超聲實際臨床應用中的一點不同，提出了建議。

【關鍵詞】 THI 組織諧波成像 超聲檢定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.011

1 前言

醫(yī)用超聲診斷儀的組織諧波成像（Tissue Harmonic Imaging，THI）功能是近些年發(fā)展起來的一種新技術，在新推出的機型中成為標準配置。作為一種B模式灰度成像形式，THI功能的引入允許在不損失圖像細節(jié)的前提下增加探測深度，提升圖像質量，在適當犧牲軸向分辨率的代價下增加了圖像的信噪比。有醫(yī)學文獻[1]表明諧波成像能夠在80%以上的病變成像應用中顯著改善病變圖像的質量，使其邊界更清晰，顯示內容細節(jié)增多。本文簡單介紹下諧波成像的原理與特點、諧波成像的優(yōu)缺點以及醫(yī)用超聲診斷儀在開啟組織諧波成像功能時對超聲計量檢定工作的影響。

2 諧波成像的原理

諧波成像利用的是聲波在傳播過程中產生的諧波現(xiàn)象，超聲波在介質中產生諧波的原因有兩個，一個是由有限振幅或大振幅的聲波產生的非線性效應，一個是傳播介質的非線性效應。超聲波在介質中傳播時，傳播路徑的介質會交替出現(xiàn)壓縮和稀疏區(qū)域，該擾動實際可以表示為壓力對時間的曲線，表現(xiàn)為失真的正弦波，是基頻聲波與其諧波成分的疊加結果。

諧波頻率是原始聲波頻率的2倍、3倍以及其它更高倍數(shù)，即諧波成分是二次諧波、三次諧波及三次以上高次諧波，由于三次及以上諧波的幅度很弱，諧波成像功能利用的是二次諧波，諧波幅度與基頻波幅度成二次方成正比關系。圖1是引自歐洲心臟病學會[2]，顯示基波、二次諧波幅度與探測距離之間的關系。由于諧波頻率更高，其在傳播介質中的衰減更快，在圖1可以很明顯的看出。從圖1中我們還可以看出，諧波功能成像是存在一特定區(qū)域的，不會在淺表，也不會特別深，這個需要注意。

圖1 基頻信號與2次諧波信號幅度—探測距離關系

3 諧波成像的特點與要求

基于諧波成像的特點，諧波實際是聲波通過淺表組織后才開始出現(xiàn)的，諧波形成實際是一個累積的過程，隨著超聲波行進距離的增加，諧波成分逐漸增強，這從圖1中可以明顯看到，對于淺表組織層部位容易產生的虛假回波問題，諧波成像功能從原理上減輕了成像中的該問題，同理，諧波成像對于淺表病灶的成像效果無明顯改善效果。

諧波需要較強的基頻聲波才能激發(fā)出來，對于超聲探頭發(fā)出聲束旁瓣，由于其幅度較主聲束弱很多，產生諧波強度幾乎不影響系統(tǒng)成像，結果就是由聲束旁瓣產生的假象會被抑制掉，亦即主聲束會更加集中，這會提高軸向分辨率。

同樣，由于諧波幅度較低，諧波產生的圖像與基頻回波產生的圖像差別明顯，對于超聲探頭，低幅度聲波產生的信號幅度也低，對應到硬件產生的電信號也會降低，圖像表現(xiàn)為成像動態(tài)范圍降低。但在臨床應用中，這并不是壞事，低動態(tài)范圍帶來的是對比度更強的圖像，這在特定病灶成像中，往往能提供更多的診斷信息。

諧波成像的關鍵技術在于探頭的換能器，要求其能夠發(fā)射出大幅度低頻率窄脈沖超聲波，而接收是要求能夠處理小幅度的高頻二次回波，且要求發(fā)射與接收具有良好的隔離，不會產生相互交疊，這對于換能器有相當嚴格的要求，實現(xiàn)成本也隨之增加。

諧波功能成像利用二次諧波而將基頻回波丟棄不用，從回波幅度的角度上講，基頻回波幅度比二次諧波幅度要高很多，二者相差一到兩個數(shù)量級，為消除基頻回波影響，這對于聲波形成與回波檢測以及相關的濾波技術等都有更高的要求。

如上段所示原因，由于濾波技術的引進，諧波成像的可利用信息被過濾掉了一部分，在某些條件下，諧波成像效果可能并不理想。綜合以上信息，對于實際臨床應用，諧波成像功能應根據(jù)具體要求靈活采用，這樣才能達到理想效果。

4 THI功能對計量檢定的影響

在這里通過對比開啟諧波成像功能成像前后，對比特定深度下分辨率的變化來評估諧波成像功能對實際超聲計量檢定工作的影響，試驗采用KSI07BD超聲體模進行。通過實際對比測試，保持當前設定，開啟超聲諧波成像功能，顯示圖像亮度與清晰度會有一個較大的變化，深度成像減弱或消失，這是由于諧波幅度較基頻波幅度低頻率為基頻波兩倍，諧波圖像動態(tài)范圍減小、對比度增強的緣故，探測深度降低，符合上文提及的原理。

將圖像調整到最清晰狀態(tài)，對比開啟諧波成像前后效果，在大多數(shù)情況下，諧波成像的實際成像效果并沒有提升圖像效果，甚至較基頻成像效果還有所降低。這是因為我們在檢定超聲時使用的模體成像本身就非常優(yōu)秀，對于這種情況，常規(guī)的基頻圖像本身就比因諧波成像功能濾波而減小了帶寬的成像具有更加優(yōu)秀的對比度分辨率。但在實際的醫(yī)學應用中，對于嚴重惡化的圖像，諧波成像的改善效果往往是非常明顯的，能夠為醫(yī)生提供更多的診斷信息，以上問題是超聲診斷儀計量檢定與醫(yī)學實際應用中的一點不同。

5 結束語

超聲診斷儀諧波成像功能對臨床成像的改善明顯，是一項效果明顯的新技術。而超聲診斷儀的計量檢定工作所依據(jù)的技術法規(guī)，由于頒布時較早，對諧波成像功能無法給出適當?shù)脑u估，在此建議在修正推出新的檢定規(guī)程時，考慮相關情況，將諧波成像等新功能的檢測囊括其中。

參考文獻

[1]周曉娟，田平.組織諧波頻移成像與B超基波圖像對比分析[J].中國醫(yī)學衛(wèi)生.2013.2

[2]Turner，S.P. and Monaghan，M.J.Tissue harmonic imaging for standard left ventricular measurements： fundamentally flawed [J] Eur.J.Echocardiology，2006，7，9-15

作者簡介

范建飛，工程師，畢業(yè)于中國計量學院，現(xiàn)于大連市計量檢測研究院工作。

張燕，工程師，從事超聲檢定工作多年，現(xiàn)于大連市計量檢測研究院工作。

（責任編輯：張曉明）