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1、304中华医学超声杂志(电子版)2010年2月第7卷第2期ChinJMedUltrasound(ElectronicEdition),February2010,Vol7,No.2超声技术新进展高信息率容积超声成像KutayUstuner实时容积成像是一种相对较新的超声成像临床应用,但受到超声成像系统信息率的限制。随着集成电路技术的进步以及计算和处理能力大幅提高,已经可以打造出具有更高信息率的超声成像系统。一、导言实时成像是超声成像在众多医疗成像模式中独树一帜的基本功能之一。与CT或MRI等其他
2、成像模式相比,超声的优势明显,特别是在时间精确度与空间精确度都同样重要的临床应用中,实时成像更为重要。时间信息对超声心动成像至关重要,它可以用来进行实时室壁运动观察和动态血流成像,以及心脏手术监控,如更换和切除心脏瓣膜。此外,得益于超声成像的实时性,临床医师可以在扫描过程中直接与患者进行互动。实时成像系统的关键指标是信息率,这个简单的指标包含了图像质量中众多的关键指标,如时间分辨率、成像区域、穿透力、细微分辨率和对比分辨率。事实上,成像系统的信息率决定了实现最优图像质量和检查效率的上限,从而有助于提升诊断信
3、心,加快工作流程。超声成像系统的操作人员经常通过调整诸如成像频率、成像宽度、线密度等设置,为特定临床应用或患者选择适当的参数。例如,可以通过降低穿透力和时间分辨率,来提高成像频率,改善细节分辨率;也可以通过缩小视野,降低成像宽度或显示深度,从而提高时间分辨率,诸如此类。随着临床应用的新成像技术不断涌现,现有平台的信息率已经成为瓶颈。现在实时容积成像是最具挑战性的应用,如果不能显著提高系统信息率,就只有大幅降低时间分辨率、细节分辨率和对比分辨率以及穿透力,才能将视野从二维断层扩展至完全三维容积。此外,诸如空间
4、与频率复合成像、组织弹性成像和造影成像等诸多特殊的成像技术的性能,也受到系统信息率的限制。这些技术要求对每一观察部位发射多次脉冲及接收回波,以便采集关于组织反馈的角度或频率的相关性、提取非线性信号、组织硬度和对比度等参数的信息。因此,有限的信息率要求取得视野、时间分辨率或成像质量的折衷。二、信息率为了进一步深入讨论实时成像系统,必须定义信息率,详细阐明影响信息率的因素。对于实时容积成像引擎的信息率,或者说每秒钟获取的信息量,等于每个容积包含的信息乘以时间分辨率。计算公式:信息率=信息/容积时间分辨率作者
5、单位:西门子医疗(美国)超声事业部中华医学超声杂志(电子版)2010年2月第7卷第2期ChinJMedUltrasound(ElectronicEdition),February2010,Vol7,No.2305时间分辨率是检测运动的能力,等于容积率,或者说每秒钟生成的容积图像数量(对于二维成像,即帧速率或帧/s)。关于容积率的图形演示(图1A)。反过来,每个容积包含的信息等于容积大小乘以信息密度,或者说每单位容积包含的信息(例如,每立方厘米)。计算公式:信息/容积=容积大小信息密度容积大小取决于
6、容积成像的两个侧面即方位角和仰角的宽度,以及穿透力,即包含信息的最深深度(图1B)。计算公式:容积大小=方位角宽度仰角宽度穿透力信息密度是表示组织回声差异可检测性的指标。信息密度与细微分辨率和对比分辨率成正比,计算公式:信息密度=细微分辨率对比分辨率,2CNR=分辨单元大小图1A容积率是指每秒钟生成的容积图像数量图1B容积大小取决于容积成像侧面的方位角和仰角宽度以及穿透深度细微分辨率决定了紧密相邻的细微声学差异的可检测能力。细微分辨率与点扩散函数中的分辨单元大小或容积成反比。对比分辨率
7、(注意不要与图像对比度混淆)决定了可分辨结构的可检测性,是表示声噪声程度有多低的指标。对比分辨率指标是对比噪声比(CNR)。计算公式:ICNR=其中,I是对象的平均亮度,表示回声或信息的平均值。本文假设单一I,以使测定对象保持独立。是声噪声的逐点标准差。本文假设平台的动态范围足以防止饱和或削波,并且量子化不是主要的噪声源。总而言之,信息率与细微分辨率、对比分辨率、时间分辨率(容积率或帧频)以及视野(容积大小或帧大小)成正比。信息率将这些众所周知的信息参数融合成1个实时成像系统的十分重要的指标。要改
8、善其中任何一个信息参数而不损失其他信息参数就要求平台具备更高的信息率。图2阐明了这一点,虚线曲线和实线曲线分别表示了旧平台和具备更高信息率的新平台可实现的最高容积率,它306中华医学超声杂志(电子版)2010年2月第7卷第2期ChinJMedUltrasound(ElectronicEdition),February2010,Vol7,No.2是多个参数的函数(细微分辨率对比分辨率容积大小),请注意容积率与
