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B超的声束切片厚度参数及标准化检测技术

发布时间:2020-07-17 作者: 来源: 浏览:169
作为医学诊断设备,临床上对B超有两个最重要的技术要求:一是探测深度;二是图像分辨力。图像分辨力包括空间分辨力和对比度分辨力,其中空间分辨力又分为轴向、侧向和俯仰方向3种,而“俯仰分辨力”的更常用称谓是“切片厚度”。本文介绍的是关于切片厚度的物理概念、临床意义及其标准化检测技术。
    一、声束切片厚度概念
超声成像的基本原理告诉我们:当其频率达数兆赫兹,换能元件孔径达10mm以上时,超声波将在人体组织中成束传播,因而被称为“声束”或“波束”。A超探头和机械扇形扫描式B超探头采用的是单元式换能器,其压电元件为圆片形,声束横截面为圆形;对于平面线阵、凸阵、相控阵探头,声束是由多个阵元并联成一体发射,声束横截面为矩形。我们看到的B超影像,是借助于探头的机械摆动,或借助于电子开关切换,让声束像一把无形的刀一样扫过和剖切人体组织,然后采集和处理所剖切的人体组织断面的信息,最终以图像方式予以展示。声束扫描所形成的平面,称为“扫描平面”,声传播的方向称为“轴向”,声束扫描行进的方向称为“侧向”,垂直于扫描平面的方向称为“俯仰方向”。相应地,声束在扫描方向的尺寸称为“侧向束宽”,在俯仰方向的尺寸称为“俯仰束宽”,即切片厚度。
二、声束切片厚度的定义
众所周知,在IEC文件和我国的国家标准GB10152-2009《B型超声诊断设备》中,3个空间分辨力参数的定义及其与声束参数的关系如下:
(1)轴向分辨力的定义:在体模的指定深度处,沿超声波束轴能够显示为两个回波信号的两个靶之间的最小间距。与之对应的,是发射超声脉冲的半值宽度。位于声束轴线上的两个回波目标,只有当其间距大于半个脉冲宽度时,才能分辨出来。
(2)侧向分辨力的定义:在体模的指定深度处,扫描平面中垂直于超声波束轴的方向上,能够显示两个清晰回波信号的两靶线之间的最小间距。与之对应的是声束的侧向宽度。在扫描平面中,处在与声束轴垂直的直线上的两个回波目标,只有当其间距大于声束的侧向尺寸时,才能分辨出来。
(3)切片厚度的定义:在体模的指定深度处,垂直于扫描平面方向上显示声信息的仿组织材料的厚度。与轴向、侧向分辨力明显不同,切片厚度没有用两个回波目标的思路定义。其原因是:在俯仰方向上,对于间距不同的回波目标,B超图像上只能显示其有无,而不能显示其距离。
三、声束切片厚度的临床意义
B超切片厚度偏大的主要后果是导致局部立体伪像(partial volume artifact),或称切片厚度伪像、立体平均伪像。比如一囊性病灶或充液器官,当其在垂直于扫描平面方向的尺寸小于超声波束在该方向的尺寸时,B超图像上原本应该无回波的部位,将会有实质性组织的散射回波覆盖在上面,使医生误以为是病变。正因为其重要的临床意义,在高档B超,尤其是具有三维成像功能的产品上,其所配探头的压电晶片,在切片厚度方向也施行了切割,采用了电子聚焦,由1维变成了1.5维,最新的B超国家标准则将其列入强制性要求。
四、检测手段
众所周知,检测二维灰阶图像的轴向、侧向分辨力的标准化方法是借助于超声体模中相应的线靶。但这种方法并不适用于切片厚度检测。在IEC61390∶1996《超声实时脉冲回波系统性能试验方法》和国家标准GB10152-2009中,对切片厚度指标的规定检测设备是切片厚度专用体模,其基本结构如图1所示,即在超声体模的壳体中,斜向安置一块与声窗成指定角度α、表面布满散射体的平板,且散射回波强度明显高于背景仿组织材料。切片厚度体模与低频、高频体模的另一个明显差别是,为确保整个探头下方均为仿组织材料,其侧壁短边的内尺寸不是50mm,而是100mm。GB10152-2009中规定,切片厚度体模所用超声仿组织材料的声学特性与低频(多用型)和高频(小器官型)体模相同,即声速为(1540±10)m/s,声衰减系数斜率为(0.7±0.05)dB/(cm·MHz);并要求散射面靶层厚度小于0.4mm。
五、检测原理
与轴向、侧向分辨力检测中直接读取靶线间距不同,切片厚度检测采用的是间接法。如图1所示,当将B超探头垂直耦合于声窗表面,令其长边平行于声窗的短边时,所成二维灰阶图像的上部将是背景仿组织材料的均匀散射回波,下部将是一条强散射的亮带。亮带上沿对应的,是声束俯仰剖面一侧与靶面的交线;亮带下沿对应的,是声束剖面另一侧与靶面的交线。由图1可见,亮带沿深度方向的尺寸和声束的俯仰宽度(即切片厚度),正好是一个直角三角形的两个直角边。由于面靶与声窗平面的夹角α已知,如测得亮带沿深度方向的尺寸x,则声束切片厚度tt=x/tanα  (1)

六、检测操作步骤

图2是利用国产切片厚度体模检测高频线阵探头切片厚度的照片。体模面板上的白色斜线所示,即散射面靶所在位置及倾斜角度。检测的基本步骤如下:


(1)利用符合GB10152-2009要求的普通低频、加长低频或带有纵向靶群的切片厚度体模,测出配接指定探头时的探测深度。(2)将该探头垂直耦合于切片厚度体模散射靶上方的声窗上,令探头长边与声窗的短边平行,被检B超屏幕上将显示如图2所示的亮带。(3)在充分耦合状态下,在声窗表面上由右向左滑移,可看到亮带沿深度方向由上向下平移。

(4)以屏幕上的纵向距离标记为参照,选择1/3、1/2、2/3探测深度处的亮带,分别取得图2所示的B超图像。

(5)利用被测B超的电子游标,分别测出3幅图像上亮带沿深度方向的尺寸x1x2x3

(6)利用式(1),分别算出3个深度处的声束切片厚度t1t2t3

(7)取三者中最大值作为该主机-探头组合的切片厚度。

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