超声组织定征的仿体研究：不同浓度淀粉悬液的声学密度定量分析
作者：朱永胜 钱蕴秋 刘博 田新桥 刘爱玲 刘丽文
单位：朱永胜 钱蕴秋 田新桥 刘爱玲 刘丽文(710032 西安市第四军医大学西京医院超声诊断科)；刘博(辽宁省朝阳市中心医院彩超室)
关键词：声学密度定量；视频强度；背向散射积分；淀粉悬液
中国超声医学杂志991101 摘 要 目的：比较视频信号和超声背向散射信号测定对散射体浓度变化的敏感性，探讨散射体浓度与其声学特性间的关系。方法：测定0.1%到2.0%不同浓度淀粉悬液的视频强度和背向散射积分。结果：淀粉悬液的浓度-视频强度和浓度-背向散射积分曲线形态相近，均由上升支、平台、下降支组成，背向散射积分上升幅度(约30dB)大于视频信号的上升幅度(约20dB)。结论：背向散射积分测定对散射体浓度的敏感性优于视频强度测定，散射体浓度增大可使后方的信号衰减逐渐增大。
A Simulator Study of Tissue Characterization:
, 百拇医药
Acoustic Densitometry in Varied Concentrations of Amylum Suspension
Zhu Yongsheng,Qian Yunqiu,Liu Bo,et al
Division of Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University Xian 710032
ABSTRACT Objective:To compare the sensitivity of video intensity and ultrasonic backscatter signal analysis in varied concentration scatter factors and to find the relation between the varied concentration scatter factor and acoustic property.Methods：Varied concentration amylum suspensions from 0.1% to 2% as the simulator were used for analysis of video intensity and backscatter integration.Results:Concentration-video intensity and concentration-backscatter integration of amylum suspension both had a similar form of ascendant slope,a plateau and a descendant slope.But the ascendant amplitude of backscatter curve(about 30dB) is higher than that of video intensity curve(about 20dB).Conclusion:The sensitivity of backscatter integration analysis was higher than video intensity analysis.Increased concentration of scatter will bring about increased attenuation in the back field.
, 百拇医药
KEY WORDS Acoustic densitometry Video intensity Backscatter integration Amylum suspension
组织超声特性的检测即超声组织定征是超声诊断的重要分支之一。组织定征技术发展经历了三个阶段：1.直接用肉眼对组织的视频信号图像的灰阶或彩色编码分级；2.视频信号的定量分析；3.组织背向散射信号的测定〔1～3〕。目前已有超声诊断仪可以不脱机对组织进行声学密度定量分析，对其视频信号和背向散射信号强度均能准确测定。本研究旨在通过仿体研究，比较应用视频强度和背向散射积分进行组织定征的敏感性，并通过对不同浓度散射体的声学参数的测定，探讨散射体浓度对组织声学参数的影响。
资料与方法
淀粉悬液仿体的制备：以市售淀粉[颗粒直径16.6±7.4μ(5～31μ)，1.07×109/g]配制由0.1g%，依次递增0.1g%，至2.0g%的不同浓度的悬液。将淀粉准确称重后迅速用蒸馏水混匀并调至相应的浓度，略静置后，分别测定视频强度和背向散射积分。
, 百拇医药
数据采集和分析：采用HP Sonos 5500型超声诊断仪(配置声学定量分析系统)应用S4相控阵探头(2～4MHz，中心频率3MHz)，频率融合方式选择F3。深度为：10cm，测量的感兴趣区置于距探头5.0cm处悬液中，增益设置为70dB，视频信号压缩选择70dB，各段TGC均调至最小。
统计学方法：各浓度悬液的视频强度和背向散射积分的三次测值取平均值，绘制浓度-强度曲线。
结 果
不同浓度淀粉悬液的视频强度和背向散射积分测值如图1所示。在较低的浓度范围(0.1g%～0.9g%)内，悬液的视频强度和背向散射积分随着浓度升高而增大；而在稍高的浓度范围(1.0g%～1.5g%)内，浓度-视频强度或背向散射积分曲线均出现平台；浓度持续升高(>1.5g%)，悬液视频信号和背向散射积分却反而减低。图2～4为三种不同浓度淀粉悬液的背向散射图像及测值。不同浓度悬液的视频强度和背向散射积分最大值和最小值之差分别约为20dB和30dB，背向散射积分曲线上升支的斜率大于视频强度曲线上升斜率。
, 百拇医药
图1 不同浓度淀粉悬液背向散射积分(IBS)和视频强度(VD)变化曲线
图2 0.5%淀粉悬液的背向散射二维图像及测值
图3 1.0%淀粉悬液的背向散射二维图像及测值
图4 1.6%淀粉悬液的背向散射二维图像及测值
讨 论
常规二维超声图像是将超声波在组织中传播遇到不同声阻抗而且大于波长的界面时产生的反射波由压电晶片转换后再经滤波放大、压缩等处理后再转换为视频信号后成像显示。背向散射积分测定是检测超声波在介质中传播遇到小于波长的界面产生的朝向发射探头的散射信号的强度，数据在处理过程中未经过压缩，而且产生背向散射信号的组织学基础是组织中比较细微的结构，所以理论上讲能最大限度地利用组织声学特征来研究组织病理特征。有作者对背向散射的产生基础和影响因素进行了探讨研究〔4，5〕，但目前仍有许多问题尚未明确，如背向散射强度与散射体的浓度、直径的关系等。
, 百拇医药
本研究应用颗粒直径远小于波长而与人体细胞大小相近的淀粉配制的悬液作为仿体，测定了不同浓度悬液的视频信号和背向散射积分信号强度。结果表明，悬液的视频强度和背向散射积分均随着淀粉悬液浓度变化而呈非线性变化，变化趋势相近。悬液浓度较低时声学密度随散射体浓度增大，而在散射体浓度达到一定水平后，声学密度指标不再随浓度增大发生变化，曲线出现平台，散射体超过一定浓度之后，视频强度和背向散射积分却随着浓度增大而减低到接近基线水平，提示随悬液中散射体浓度增大，测量感兴趣区前方的散射体对超声波的吸收和散射逐渐增大，使感兴趣区内由于接受到能量减低和返回探头方向的散射信号在传播过程中被其前方的散射体吸收或散射而衰减，抵消甚至超过感兴趣区因散射体浓度增大而引起的散射信号强度增大的效应，因此在临床应用声学密度定量测定应适当调节深度增益补偿曲线。不同发射强度和增益对声学密度影响的定量研究还待深入。增大发射能量可能会使散射体浓度-声学密度曲线右移，即平台出现在较高些浓度。
比较淀粉悬液的浓度-视频强度和浓度-背向散射积分曲线，可以发现背向散射积分曲线上升支斜率和增大的幅度均大于视频强度曲线，说明背向散射积分测定对浓度变化比视频强度测定敏感，可能是因为背向散射积分直接对射频信号测定，并且信号不经过压缩处理，所含信息在转换中比其它成像方式损失较少。因此在进行组织定征研究或应用中应该优先采用背向散射积分测定技术。
, 百拇医药
参考文献
1 Siqueira-Filho SG,Cunha LLP,Taijik AJ,et al.M-mode and two dimensional echocardiographic features in cardiac amyloidosis.Circulation,1981,63(2):188
2 Skorton DJ,Melton HE JT,Padian NG,et al.Detection of acute myocardial infarction in closed chest dogs by analysis of regional two-dimensional echocardiographic gray level distribution,Circ Res,1983,5(1):36～44
3 Rijsterbogh H,Mastic F,Lace CT,et al.Ultrasonic myocardial integrated backscatter signal processing:Frequency domain versus time domain.Ultrasound Med Biol,1993,19(3):211～219
, 百拇医药
4 OBrien PD,OBrien WD,Wartier DC,et al.Acoustic propagation properties of normal,stunned and infarcted myocardium:Morphological and biochemical determinants,Circulation,1995,91(1):154～160
5 ODonnel M,Mimbs JW,Miller JG.The relationship between collagen and ultrasonic backscatter in myocardial tissues.J Acoust Soc Am,1981,6:580～588
(1999-04-12收稿), 百拇医药
单位：朱永胜 钱蕴秋 田新桥 刘爱玲 刘丽文(710032 西安市第四军医大学西京医院超声诊断科)；刘博(辽宁省朝阳市中心医院彩超室)
关键词：声学密度定量；视频强度；背向散射积分；淀粉悬液
中国超声医学杂志991101 摘 要 目的：比较视频信号和超声背向散射信号测定对散射体浓度变化的敏感性，探讨散射体浓度与其声学特性间的关系。方法：测定0.1%到2.0%不同浓度淀粉悬液的视频强度和背向散射积分。结果：淀粉悬液的浓度-视频强度和浓度-背向散射积分曲线形态相近，均由上升支、平台、下降支组成，背向散射积分上升幅度(约30dB)大于视频信号的上升幅度(约20dB)。结论：背向散射积分测定对散射体浓度的敏感性优于视频强度测定，散射体浓度增大可使后方的信号衰减逐渐增大。
A Simulator Study of Tissue Characterization:
, 百拇医药
Acoustic Densitometry in Varied Concentrations of Amylum Suspension
Zhu Yongsheng,Qian Yunqiu,Liu Bo,et al
Division of Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University Xian 710032
ABSTRACT Objective:To compare the sensitivity of video intensity and ultrasonic backscatter signal analysis in varied concentration scatter factors and to find the relation between the varied concentration scatter factor and acoustic property.Methods：Varied concentration amylum suspensions from 0.1% to 2% as the simulator were used for analysis of video intensity and backscatter integration.Results:Concentration-video intensity and concentration-backscatter integration of amylum suspension both had a similar form of ascendant slope,a plateau and a descendant slope.But the ascendant amplitude of backscatter curve(about 30dB) is higher than that of video intensity curve(about 20dB).Conclusion:The sensitivity of backscatter integration analysis was higher than video intensity analysis.Increased concentration of scatter will bring about increased attenuation in the back field.
, 百拇医药
KEY WORDS Acoustic densitometry Video intensity Backscatter integration Amylum suspension
组织超声特性的检测即超声组织定征是超声诊断的重要分支之一。组织定征技术发展经历了三个阶段：1.直接用肉眼对组织的视频信号图像的灰阶或彩色编码分级；2.视频信号的定量分析；3.组织背向散射信号的测定〔1～3〕。目前已有超声诊断仪可以不脱机对组织进行声学密度定量分析，对其视频信号和背向散射信号强度均能准确测定。本研究旨在通过仿体研究，比较应用视频强度和背向散射积分进行组织定征的敏感性，并通过对不同浓度散射体的声学参数的测定，探讨散射体浓度对组织声学参数的影响。
资料与方法
淀粉悬液仿体的制备：以市售淀粉[颗粒直径16.6±7.4μ(5～31μ)，1.07×109/g]配制由0.1g%，依次递增0.1g%，至2.0g%的不同浓度的悬液。将淀粉准确称重后迅速用蒸馏水混匀并调至相应的浓度，略静置后，分别测定视频强度和背向散射积分。
, 百拇医药
数据采集和分析：采用HP Sonos 5500型超声诊断仪(配置声学定量分析系统)应用S4相控阵探头(2～4MHz，中心频率3MHz)，频率融合方式选择F3。深度为：10cm，测量的感兴趣区置于距探头5.0cm处悬液中，增益设置为70dB，视频信号压缩选择70dB，各段TGC均调至最小。
统计学方法：各浓度悬液的视频强度和背向散射积分的三次测值取平均值，绘制浓度-强度曲线。
结 果
不同浓度淀粉悬液的视频强度和背向散射积分测值如图1所示。在较低的浓度范围(0.1g%～0.9g%)内，悬液的视频强度和背向散射积分随着浓度升高而增大；而在稍高的浓度范围(1.0g%～1.5g%)内，浓度-视频强度或背向散射积分曲线均出现平台；浓度持续升高(>1.5g%)，悬液视频信号和背向散射积分却反而减低。图2～4为三种不同浓度淀粉悬液的背向散射图像及测值。不同浓度悬液的视频强度和背向散射积分最大值和最小值之差分别约为20dB和30dB，背向散射积分曲线上升支的斜率大于视频强度曲线上升斜率。
, 百拇医药
图1 不同浓度淀粉悬液背向散射积分(IBS)和视频强度(VD)变化曲线
图2 0.5%淀粉悬液的背向散射二维图像及测值
图3 1.0%淀粉悬液的背向散射二维图像及测值
图4 1.6%淀粉悬液的背向散射二维图像及测值
讨 论
常规二维超声图像是将超声波在组织中传播遇到不同声阻抗而且大于波长的界面时产生的反射波由压电晶片转换后再经滤波放大、压缩等处理后再转换为视频信号后成像显示。背向散射积分测定是检测超声波在介质中传播遇到小于波长的界面产生的朝向发射探头的散射信号的强度，数据在处理过程中未经过压缩，而且产生背向散射信号的组织学基础是组织中比较细微的结构，所以理论上讲能最大限度地利用组织声学特征来研究组织病理特征。有作者对背向散射的产生基础和影响因素进行了探讨研究〔4，5〕，但目前仍有许多问题尚未明确，如背向散射强度与散射体的浓度、直径的关系等。
, 百拇医药
本研究应用颗粒直径远小于波长而与人体细胞大小相近的淀粉配制的悬液作为仿体，测定了不同浓度悬液的视频信号和背向散射积分信号强度。结果表明，悬液的视频强度和背向散射积分均随着淀粉悬液浓度变化而呈非线性变化，变化趋势相近。悬液浓度较低时声学密度随散射体浓度增大，而在散射体浓度达到一定水平后，声学密度指标不再随浓度增大发生变化，曲线出现平台，散射体超过一定浓度之后，视频强度和背向散射积分却随着浓度增大而减低到接近基线水平，提示随悬液中散射体浓度增大，测量感兴趣区前方的散射体对超声波的吸收和散射逐渐增大，使感兴趣区内由于接受到能量减低和返回探头方向的散射信号在传播过程中被其前方的散射体吸收或散射而衰减，抵消甚至超过感兴趣区因散射体浓度增大而引起的散射信号强度增大的效应，因此在临床应用声学密度定量测定应适当调节深度增益补偿曲线。不同发射强度和增益对声学密度影响的定量研究还待深入。增大发射能量可能会使散射体浓度-声学密度曲线右移，即平台出现在较高些浓度。
比较淀粉悬液的浓度-视频强度和浓度-背向散射积分曲线，可以发现背向散射积分曲线上升支斜率和增大的幅度均大于视频强度曲线，说明背向散射积分测定对浓度变化比视频强度测定敏感，可能是因为背向散射积分直接对射频信号测定，并且信号不经过压缩处理，所含信息在转换中比其它成像方式损失较少。因此在进行组织定征研究或应用中应该优先采用背向散射积分测定技术。
, 百拇医药
参考文献
1 Siqueira-Filho SG,Cunha LLP,Taijik AJ,et al.M-mode and two dimensional echocardiographic features in cardiac amyloidosis.Circulation,1981,63(2):188
2 Skorton DJ,Melton HE JT,Padian NG,et al.Detection of acute myocardial infarction in closed chest dogs by analysis of regional two-dimensional echocardiographic gray level distribution,Circ Res,1983,5(1):36～44
3 Rijsterbogh H,Mastic F,Lace CT,et al.Ultrasonic myocardial integrated backscatter signal processing:Frequency domain versus time domain.Ultrasound Med Biol,1993,19(3):211～219
, 百拇医药
4 OBrien PD,OBrien WD,Wartier DC,et al.Acoustic propagation properties of normal,stunned and infarcted myocardium:Morphological and biochemical determinants,Circulation,1995,91(1):154～160
5 ODonnel M,Mimbs JW,Miller JG.The relationship between collagen and ultrasonic backscatter in myocardial tissues.J Acoust Soc Am,1981,6:580～588
(1999-04-12收稿), 百拇医药