超声造影全面总结

声学造影全面总结编辑整理：李智创建日期：2003年12月最后一次更新日期：2005-12-23编者声明：本文的目的是为了总结造影剂成像基础知识和发展历史，并对目前各公司主要的造影技术进行初步阐述。本文中的信息来源于多种正式和非正式的媒介，因此，本文仅代表编者的个人观点，编者不对其中结论的正确性承担责任。如发现有误，欢迎与编者交流。目录第一部分基础知识..............................................线性与非线性：.............................................机械指数：.................................................造影剂原理简述：...........................................造影剂微泡的历史：.........................................为什么要使用造影剂：.......................................造影剂的临床应用：.........................................造影剂成像技术的分类：.....................................第二部分Sequoia平台提供的造影剂成像技术及功能：..............PCI能量对比造影技术（PowerContrastImaging）：..........ADI造影剂探测成像技术（AgentDetectionImaging）：.......CCI相干对比造影技术（CoherentContrastImaging）：.......CPS对比脉冲系列造影成像技术（ContrastPulseSequencing）：ADI原理：.................................................CPS原理：.................................................CPS的优势：...............................................第三部分关于定量分析..........................................百胜超声造影技术：.........................................Philips超声造影技术：.....................................TOSHIBA超声造影技术.......................................GE超声造影技术：..........................................第五部分常见问题与解答........................................1.问：为什么说西门子的CPS技术是世界上最先进的造影剂成像技术？2.问：其他公司都在主推什么造影剂技术？....................3.问：目前各公司的造影剂技术在临床应用上大致处于什么水平？4.问：目前在国内都能使用哪些造影剂？......................5.问：超声造影与CT和MRI造影相比有哪些优势和不足？.......6.问：百胜的CnTI技术号称MI最低可达0.01，且可以显示直接声压强度的数值（DP值），如何应对？.................................7.问：百胜和ALOKA等公司都声称已经拥有了造影剂二维双幅实时对比显示的技术，如何应对？.........................................8.问：有人说东芝的高级动态血流成像可以看到肿瘤内部的细微血管，分辨率比CPS好，如何应对？.....................................9.问：很多公司都有微血管成像技术，为什么西门子没有？......10.问：CPS技术中的精确微泡爆破技术有哪些方式？有什么用处？11.问：在哪里可以获得有关声学造影的临床文章？.............第一部分基础知识线性与非线性：数学角度：设有两个变量x和y，如果可以用y=kx+b（k,b均为常数）来表示，则称x与y之间是线性关系，在图形上x与y的这种关系可以表示成一条直线。如果x与y不存在这种表达方式，则二者的关系为非线性。直观理解：如果x的改变引起了y的改变，且二者的变化之间存在固定的比例关系（如同时增大2倍），则二者为线性关系；否则为非线性关系。对于超声系统来说，考虑某个介质，如果发射超声信号增大一倍，回波信号也增大一倍，则该介质为线性表现；否则为非线性表现；造影剂微泡在超声照射下将会扩张和收缩，但由于内部含有气体，因此在超声照射下易于扩张而不易于压缩，这就产生了非线性的回波信号。机械指数：超声波在人体内会产生三大效应：热效应、空化效应和声流。多数学者认为ISPTA（空间峰值时间平均声强）为生物学效应的主要指标，但未能明确表达超声的热效应和空化效应，1995年以后，国际上提出了机械指数MI和热指数TI的概念。机械指数MI（MechanicalIndex）：指超声在弛张期的负压峰值（单位MPa）与探头中心频率（单位MHz）的平方根的比值，用来反映超声在人体内可能造成的空化效应和声流，从而保证安全性。一般MI低于1.0认为无害，但对于特殊检查项目（如眼球、胎儿等）应调至更低。在进行声学造影时，超声波信号会破坏微泡，减少微泡在体内的存在时间，机械指数用来反映超声信号的强弱。造影剂原理简述：1.血液对超声的反射体主要是红细胞，但常规血液中红细胞对超声的反射非常微弱（只相当于组织细胞的千分之一），因而无法利用二维灰阶成像的原理来看到血流状况，只能利用红细胞运动时对超声产生的多普勒效应。2.造影剂是一种经过处理的特殊微泡，注射后进入血液循环。微泡在超声作用下产生以下几种表现破坏：当MI0.7或0.8时，微泡被超声打破，并在瞬间产生强烈回波信号；谐振：当0.7/0.8MI0.2/0.3时，微泡产生非线性谐振；反射：当发射超声机械指数MI0.1，微泡不产生非线性谐振，而表现得像普通的人体组织一样线性振动；因此，要想观察到造影增强的效果，必须使入射超声满足前两条之一。3.造影剂注射后，在不同组织的到达时间不相同，心腔通常在几个心动周期内就会灌注，然后是心肌，而到达肝脏约需要10~15秒，到达浅表器官、子宫等脏器则需要半分钟甚至更长时间。造影剂会随着血流循环至全身各部位，逐渐破坏，最终通过呼吸系统排出，一部分经过肝脏代谢。4.造影射通常由肘静脉注射，有两种方式：一种是团注（bolusinjection），有时也超声波扩张收缩原始大小称为弹丸注射，即在短时间内将一定剂量的造影剂迅速注射入静脉；另一种是连续注射，即按照一定速度持续不断的注射入静脉。造影剂微泡的历史：早期的造影剂：无外壳的空气微泡，由双氧水(H2O2)或生理盐水经震荡后形成；可以增强多普勒信号强度，但极不稳定，且微泡直径较大，无法通过肺循环，只能用于右心显影和子宫输卵管造影。第一代商品化造影剂：有外壳的空气微泡，由人白蛋白溶液经过振荡后形成；稳定性有一定提高，且可通过肺循环。但由于空气的可溶性较大，且在超声照射下微泡极易被破坏，增强效果只能持续几秒至几十秒；主要产品有Levovist,Albunex等。第二代商品化造影剂：有外壳包裹的大分子气体（如氟碳气体，六氟化硫等），由于大分子气体不易溶于血液，使造影剂具有更好的稳定性和更均匀的微泡直径，增强效果可持续几分钟，因而可以观察造影剂在组织内进入到退出的全过程。主要产品有：Sonovue,Optison,Definity,Imagent等。为什么要使用造影剂：早期的造影剂仅仅是为了增强超声回波信号，使得二维、M型和血流的显示更加清晰、敏感，随着第二代造影剂的出现，造影剂作为血池示踪剂对组织内部的毛细血管的回波信号的增强，可以直接观察特定组织的二维结构和微循环的灌注和消退情况，由于不同病变常常表现出特定的灌注-消退过程和增强特征，因此为临床鉴别诊断提供了新的方法。造影剂的临床应用：1.心脏方面可用于显示左室(LVO)或显示心肌（MCE）。评估左室功能时，检查的准确性有赖于对心内膜的良好描绘。LVO可显着提高心内膜边界，从而对于成像困难的病人，把没有诊断意义的结果转变为有诊断意义的结果。心肌声学造影（MCE）目前已成为研究冠心病的病理和生理的重要手段。应用领域包括：评价存活心肌、评价冠脉血管内皮功能、评价介入治疗疗效、测量冠脉储备功能等方面。2.腹部方面可用于显示肝脏、肾脏、子宫和卵巢等器官肝脏：显示不同占位性病变（如原发性肝癌、转移性肝癌、局灶性结节增生等）的血供特点，有助于肝占位性病变的诊断及鉴别诊断；提高肿块与正常肝组织的对比度，有助于小肿块的发现。肾脏：肿瘤周围有血管环绕，超声造影能提高肿瘤彩色血流检出率。如鉴别肥大肾柱与小肾肿瘤。子宫和卵巢：位置较深，低速血流和小血管难以显示。造影后能够清楚显示子宫肌层和卵巢的彩色血流。可鉴别卵巢巧克力囊肿、子宫肌瘤、腺肌症等。产科：观察胎盘的血供情况，诊断胎盘早剥、胎盘植入等。3.超声造影在甲状腺、乳腺、术中超声等方面的应用也在不断深入开展造影剂成像技术的分类：尽管各公司造影剂成像技术的名称五花八门各不相同，但按照所使用的机械指数高低可以分成两大类。早期的造影剂成像模式大多属于高MI，而在2000年左右开始出现了低MI的成像模式。高机械指数（HighMI）：机械指数高会破坏微泡，但微泡破裂的瞬间可以产生大量非线性信号，因而只能进行触发成像。该技术由于造影剂用量大，无法长时间观察充盈和弥散的过程，因而逐渐被低机械指数造影成像方式取代。低机械指数（LowMI）：机械指数低可以减少对微泡的破坏，进行实时连续成像，能够观察造影剂从充盈到弥散的整个过程。为了在连续注射造影剂时观察再灌注的过程，通常在成像中的某个时刻用高机械指数将微泡全部打破，并将该时刻设为初始状态，然后观察造影剂的充盈-消退过程。从初始状态到达峰值的过程称为Wash-in（清空-进入过程）；从初始状态到完全消退的过程称为Wash-in-out（清空-进入-退出过程）；第二部分Sequoia平台提供的造影剂成像技术及功能：PCI能量对比造影技术（PowerContrastImaging）：应用于心脏造影成像，采用高机械指数的超声波打破照射野的部分微泡，利用微泡破坏的瞬间产生的大量非线性谐波信号进行成像，属于间歇成像方式。采用信号的失相关性（LossofCorrelation）技术，检测多普勒能量信息（能量图）。PCI具备很好的敏感度，但特异性一般。PCI用于心脏ADI造影剂探测成像技术（AgentDetectionImaging）：应用于腹部造影成像，采用高机械指数的超声波打破照射野的全部微泡，属于间歇成像方式。采用受激声发射（StimulatedAcousticEmission）技术，检测回波信号强度（灰阶图）。ADI与腹部二维成像具有相同的空间分辨率，并可以将组织信号与造影剂信号分离。但由于高机械指数破坏了造影剂，因此无法进行连续观察。ADI用于腹部CCI相干对比造影技术（CoherentContrastImaging）：应用于全身造影成像，采用低机械指数，对微泡破坏较少，因此可进行连续成像。CCI使用单脉冲删除技术（SinglePulseCancellation），与二维成像具有同样的时间分辨率，但无法区别组织信号与造影剂信号。CCI用于腹部和心脏CPS对比脉冲系列造影成像技术（ContrastPulseSequencing）：应用于全身造影成像，是目前超声界唯一的能利用造影剂的全部信号进行成像的技术。采用极低机械指数，延长了微泡的生存时间。具