要了解组织谐波成像(THI),首先得了解什么是谐波(Harmonic):
首先,超声波是一种纵波,即介质中各质子的振动方向与超声波的传播方向相同。在振动过程中,承载超声波的介质中的质子间疏密程度周期变化,从而将振动状态传播下去。
当超声波能量(即振幅)不大时,质子间疏密变化小,超声波在介质中传播速度基本是一样的,即便是速度发生改变,速度与介质间也符合线性关系,这时超声声像图能反映良好的真实性。
而当超声波能量增大时,质子间疏密变化加大,超声波在介质中传播速度再无法保持一致,发生不可忽略的非线性改变,成为畸变基波。
此时的畸变基波以及它的回波,则是综合有f、2f、3f、4f等等诸多不同频率的复合超声波(f为基波频率,探头发出的基准波),而这样的回波绘制出来的声像图,会掺杂着大量的噪点以及图像的扭曲,使得图像质量大为下降。而引起超声波非线性改变的过程,叫波形畸变(PhaseAberration)。
而波形畸变中出现的2f、3f、4f等等诸多不同频率的超声波,即谐波(Harmonic)。
当然,波形发生畸变不见得完全是坏事,聪明的科学家们想出了利用它的办法,变废为宝。
谐波频率不同,但大都高于基波频率,可以2倍于基波频率(2f),也可以是3f、4f、5f等等。但是考虑到谐波的频率越高,能量越小(即振幅越小);以及频率越高,在组织中传递时声衰减越厉害两方面因素,目前利用最多最充分的是二次谐波(SecondHarmonic),即2f。
图1:谐波的示意图。右图中畸变波形后的畸变基波,内包含多种频率谐波。
大多数情况下,毗邻探头和离探头较远的检查部位受谐波影响小,而位置居中的部位则受影响较明显。
这是因为毗邻探头之处,超声波的波形畸变少,谐波的优势不明显;而过于远离探头之处,波形畸变明显,可采集到的二次谐波不足,相对于基波声像图来说,图像质量改善效果大打折扣。
组织谐波成像(TissueHarmonicImaging,THI),是通过宽频探头,采用滤波技术或特定频率技术,来获取组织回波中谐波(主要为二次谐波)的一种成像方法。
科学家们对谐波成像的深入研究,加速了超声造影成像的发展和成型,这是因为超声造影剂中的微气泡与周围组织所产生的谐波信号之间的强弱对比度,要远远优于常规超声中的程度。
科学家们总是在孜孜不倦的追寻着技术的革新。
在不久后的研究中,他们发现,即使在组织中使用谐波成像也是有优势的。这主要得益于①谐波的波束相比基波窄,②主瓣频宽小,③主瓣谐波相比旁瓣增强显著。在理想的无背景噪音的环境下,谐波成像能取得远由于常规基波成像的图像效果,尤其是随着信号传播距离增大,信号中非线性成分越多越明显,谐波成像的优势就更为突出。基于此点,心脏超声的默认成像模式,就是谐波成像。
当然,优势的取得,总是伴随着相应的代价,特别是组织谐波成像。因为谐波本身提取于基波,信号强度弱于基波。因此,对于超声仪硬件信噪比,以及信号放大能力等,均有较高的要求。
总结一下,相比常规基波超声,组织谐波成像具有以下优势:
1)由于采用的是二次谐波,频率是基波的两倍2f,横向分辨率提升,提高了图像的信噪比。
2)旁瓣能量低,产生的谐波低于主瓣;且谐波的波束比基波窄,主瓣频宽小,由此,旁瓣伪像被有效抑制,图像变“干净”了。
图2:图为一例急性结石性胆囊炎,左图A为常规声像图,右图B为组织谐波声像图。组织谐波成像显著抑制了声像图中的噪点,并且使图像细节不再凌乱。
当然,组织谐波成像也有受到一定的限制。
1)由于谐波比基波频宽小(谐波仅为畸变基波一部分),以致其纵向分辨率下降。一把双刃剑。
2)由于采集的是能量低的二次谐波,而探头发射的基波能量又受限于国际声能安全标准的约束,不能一味的提高能量,以致组织谐波成像的广泛运用受技术的限制。
近些年,随着仪器设备和技术水平的提升,越来越多的厂家把组织谐波成像作为二维声像图显示时默认开启的功能,图像质量改善显著。
小伙伴们,快看看自家仪器开启组织谐波成像THI了吗?欢迎在评论区谈谈你对组织谐波成像的理解和想法,一起讨论吧?
小于大夫谐波成像,您了解了吗?