超声仪器的设置对背向散射积分测量的影响
作者：熊文峰 赵宝珍
单位：200433 上海，第二军医大学附属长海医院超声科
关键词：高强度聚焦超声；猪；外阴损伤
中华超声影像学杂志000917
【摘要】 目的 了解仪器不同设置对背向散射积分(IBS)值测量的影响。方法 使用HP 5500 彩超仪和S4探头，采集4只新鲜猪心的背向散射积分图像，测量在各种设置和探头频率下左室前壁的IBS值的变化。结果 ①IBS值随着发射能量和(或)时间增益补偿(TGC)的增加而增强，在一定范围内呈线性关系。②聚焦点越接近取样区域，心肌IBS值越大。③图像的放大或缩小和探头频率对IBS值影响较小。结论 测量心肌IBS值时必须同时注意发射能量、TGC值、探头频率和聚焦点等的统一。
The influences of ultrasonic machine setting on the measurement of integrated backscatter
, http://www.100md.com
XIONG Wenfeng ZHAO Baozhen
(Department of Ultrasound, Changhai Hospital, Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
【Abstract】 Objective To understand the influences of machine setting on measurement of integrated backscatter.Methods Integrated backscatter images of four freshly swine hearts were collected using HP Sonos 5500 with S4 transducer, and the changes of integrated backscatter intensity in left ventricle anterior wall were measured in various settings and transducer frequency.Results ① Integrated backscatter intensity was increased with the increase of transmit power and (or) time gain compensation(TGC), and the relationship was liner in certain range. ② The nearer between focus point and sample region, the greater was the integrated backscatter intensity. ③The influences of image sizes and transducer frequency were small.Conclusions Transmit power, TGC, transducer frequency and focus point must keep consistency when measuring integrated backscatter intensity.
, 百拇医药
【Key words】 Integrated backscatter;Machine setting
超声背向散射信号分析是新近发展起来的一项新的超声组织定征技术。本实验旨在通过对新鲜离体猪心心肌背向散射积分(IBS)值的测量，了解超声仪器不同设置对背向散射测量的影响。
材 料 与 方 法
新鲜离体猪心4只。使用仪器：HP Sonos-5500超声心动图仪，配有背向散射积分图像采集和声学定量分析软件、光盘存储器及S4超宽频探头,探头频率 2.0～4.0 MHz。图像采集和数据分析方法：取新鲜猪心悬放于内置生理盐水的水槽中，调整心脏的位置，得到左室乳头肌短轴切面。固定探头，使之在整个实验中和心脏的相对位置保持稳定。仪器设置：取样深度12 cm，滤波0，压缩0，侧向增益0，近远场时间增益补偿(TGC)曲线保持一致。
, 百拇医药 实验分5个步骤：①将发射能量固定在0 dB，调整TGC曲线，按10 dB依次由0 dB递增至170 dB，观察TGC值对IBS值的影响。②固定TGC曲线，将发射能量按3 dB依次由0 dB递减至-24 dB，观察发射能量对IBS值的影响。③选取图像质量较满意时的设置，即发射能量为0 dB，TGC值为70 dB，利用仪器本身设有的5种可选择融合频率,将探头频率依次由含多量低频成分向含多量高频成分转换，观察探头频率对IBS值的影响。④融合频率3，发射能量和TGC值同③的设置，调节聚焦点由远至近逐渐接近取样区，观察聚焦点对IBS值的影响。⑤同④的设置，调节取样深度由10 cm按2 cm逐渐增加至20 cm，并始终使聚焦点接近左室前壁，观察取样深度对IBS值的影响。存储整个过程的背向散射图像于光盘中，实验结束后进行图像回放分析，将新月形的感兴趣区(31×31 pixels)置于左室前壁内，测量IBS值。
统计学处理：应用Excel 97软件进行分析，数据用平均值±标准差表示，不同设置间的比较用配对资料t检验，相关系数的检验直接查相关系数界值表。
, 百拇医药
结 果
一、TGC值与IBS值的关系
发射能量固定时，TGC值与IBS值的关系近似“S”形，相关系数r=0.99(P<0.01)，TGC值0～150 dB时，其与IBS值成线性关系，TGC值每增加10 dB，IBS值增加3.2 dB左右，TGC值大于150 dB时，IBS值随TGC值的增加而增加的幅度减慢，出现饱和现象，TGC值与IBS值的直线回归方程为y=0.283x+15.4(图1)。
图1 发射能量固定时TGC对猪心心肌IBS值的影响
二、发射能量与IBS值的关系
TGC值固定时，发射能量与IBS值的关系近似线性，发射能量每减小3 dB，IBS值相应减小2.7 dB，发射能量与IBS值的相关系数r=0.99(P<0.01)，直线回归方程为y=0.89x+36.9(图2)。
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图2 TGC固定时发射能量对IBS值的影响
三、探头频率对猪心心肌IBS值的影响
取样深度为12 cm，发射能量为0 dB，TGC值为70 dB时左室前壁IBS值与探头频率的关系，当探头频率由含多量低频成分逐渐向含多量高频成分转换时，IBS值先略有增加，而后略有减小，和常用的融合频率3相比，融合频率1的IBS值较小，两者相差2.4 dB左右(P<0.01)，融合频率2、4和5的IBS值略有变化，但无统计学差异(图3)。
图3 探头频率对猪心心肌IBS值的影响
四、聚焦点对猪心心肌IBS值的影响
取样深度为12 cm，发射能量为0 dB，TGC值为70 dB时，左室前壁IBS值与聚焦点的关系，聚焦点1～8表示聚焦点由近场逐渐向远场调节，其中聚焦点5最接近取样区。由图可见，当取样区域最接近聚焦点时，心肌的IBS值最大，聚焦点离取样区域越远，IBS值越小，以聚焦点在取样区域之前影响大，最大相差5.8 dB左右。和聚焦点5的IBS值相比，聚焦点1、2和3的心肌IBS值较低(P<0.01)，聚焦点4、6、8的IBS值略有变化，但无统计学差异(图4)。
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图4 聚焦点猪心心肌IBS值的影响
五、图像的放大与缩小对猪心心肌IBS值的影响
取样深度变化时，图像会相应放大或缩小，图5表示发射能量为0 dB，TGC值为70 dB，取样深度为8～20 cm，同时调节聚焦点使之最接近取样区时心肌的IBS值，由图可见，和深度为12 cm时的IBS值比较，深度为8 cm时心肌IBS值最大(P<0.01)，其余各种深度则无明显差异。
图5 取样深度对猪心心肌IBS值的影响
讨 论
声波在传播过程中，遇到线度大大小于波长的微小粒子，会产生散射现象，与入射波呈180°，朝向探头的散射称背向散射。和传统的超声成像不同，背向散射成像由心肌内非常小的散射体的回声构成，因而能通过对背向散射信号的分析，推断出组织结构和功能的变化[1]。虽然背向散射成像不受对数压缩和后处理的影响，但受前处理如发射能量、TGC值、LGC值和探头频率等的影响[2]。Takahiro等[3]的研究结果表明：TGC值固定时，IBS值和发射能量在一个窄范围内呈线性关系，过强的TGC值产生饱和现象，过弱的TGC值产生最小值，使用低频探头时IBS值大而使用高频探头时IBS值小，本研究在发射能量和TGC值对猪心心肌IBS值的影响方面与之相似，但在探头频率方面则不尽相同，可能与本研究使用的超宽频探头有关，因其只有低频和高频成分多少的差别，而非频率高低之分。非聚焦点处的声束较为扩散，所以声强相对较弱，IBS值相对较低，因而出现聚焦点离取样区域越远，IBS值越小的现象。同样，图像放大或缩小时，如相应调节聚焦点使之接近取样区，则对心肌IBS值的影响不大。
, 百拇医药
本研究存在一些局限性，如例数少，仅进行体外实验等，在实际应用中，由于受胸壁厚薄不一等因素的影响，对IBS值进行标准化很有必要，同时这也是一个难题，目前，国内外许多学者采用心包或血液的IBS值对心肌进行标化[4-6]，但仍存在着一定的问题，即心包的散射特征和心肌的不同，有饱和现象等，而利用左室腔的血液进行标化仅能排除噪音的影响[6]。本实验虽仅研究了超声仪器设置对猪心心肌IBS值的影响，而未在IBS值标准化方面进行研究，但详细了解这些影响因素，相信对心肌IBS值变化的解释会有很大的帮助。
总之，心肌IBS值受仪器设置的影响，如发射能量、TGC值、探头频率、聚焦点位置等，其中前二者最为主要，测量IBS值时，必须选择适当的发射能量和TGC值且同时注明其大小，才能使结果的比较更为准确。
参 考 文 献
1，Julio EP, James G, Miller, SA, et al. Quantitative ultrasonic imaging: tissue characterization and instantaneous quantification of cardiac function. Am J Cardiol,1992, 69:104H-110H.
, http://www.100md.com
2，Stumuller JE, Skorton DJ, Burns TL,et al. Reproducibility of quantitative backscatter echocardiographic imaging in normal subjects. Am J Cardiol, 1992, 69:542-546.
3，Takahiro Ota,Damian MC, Joseph Kisslo. Influences of ultrasonic machine settings, transducer frequency and placement of region of interest on the measurement of integrated backscatter and cyclic variation. Ultrsound in Med & Biol, 1997,23:1059-1070.
4，Lattanzi F. Spirito P, Picano E, et al. Quantitative assessment of ultrasonic mycardial reflectivity in hypertropic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol, 1991,17:1085-1090.
, 百拇医药
5，朱永胜, 钱蕴秋, 李军,等.急性中度缺血心肌的组织超声背向散射积分的变化及其与室壁厚度相关性的实验研究.中国超声医学杂志，1998，14(5)：1-4.
6，Naito J, Masuyama T, Mano T, et al. Validation of transthoracic mycardical ultrasonic tissue characterization: comparison of transthoracic and open chest measurements of integrated backscatter. Ultrasound in Med & Biol, 1995, 21:33-40.
(收稿日期:1999-12-02), http://www.100md.com
单位：200433 上海，第二军医大学附属长海医院超声科
关键词：高强度聚焦超声；猪；外阴损伤
中华超声影像学杂志000917
【摘要】 目的 了解仪器不同设置对背向散射积分(IBS)值测量的影响。方法 使用HP 5500 彩超仪和S4探头，采集4只新鲜猪心的背向散射积分图像，测量在各种设置和探头频率下左室前壁的IBS值的变化。结果 ①IBS值随着发射能量和(或)时间增益补偿(TGC)的增加而增强，在一定范围内呈线性关系。②聚焦点越接近取样区域，心肌IBS值越大。③图像的放大或缩小和探头频率对IBS值影响较小。结论 测量心肌IBS值时必须同时注意发射能量、TGC值、探头频率和聚焦点等的统一。
The influences of ultrasonic machine setting on the measurement of integrated backscatter
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XIONG Wenfeng ZHAO Baozhen
(Department of Ultrasound, Changhai Hospital, Second Military Medical University,Shanghai 200433,China)
【Abstract】 Objective To understand the influences of machine setting on measurement of integrated backscatter.Methods Integrated backscatter images of four freshly swine hearts were collected using HP Sonos 5500 with S4 transducer, and the changes of integrated backscatter intensity in left ventricle anterior wall were measured in various settings and transducer frequency.Results ① Integrated backscatter intensity was increased with the increase of transmit power and (or) time gain compensation(TGC), and the relationship was liner in certain range. ② The nearer between focus point and sample region, the greater was the integrated backscatter intensity. ③The influences of image sizes and transducer frequency were small.Conclusions Transmit power, TGC, transducer frequency and focus point must keep consistency when measuring integrated backscatter intensity.
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【Key words】 Integrated backscatter;Machine setting
超声背向散射信号分析是新近发展起来的一项新的超声组织定征技术。本实验旨在通过对新鲜离体猪心心肌背向散射积分(IBS)值的测量，了解超声仪器不同设置对背向散射测量的影响。
材 料 与 方 法
新鲜离体猪心4只。使用仪器：HP Sonos-5500超声心动图仪，配有背向散射积分图像采集和声学定量分析软件、光盘存储器及S4超宽频探头,探头频率 2.0～4.0 MHz。图像采集和数据分析方法：取新鲜猪心悬放于内置生理盐水的水槽中，调整心脏的位置，得到左室乳头肌短轴切面。固定探头，使之在整个实验中和心脏的相对位置保持稳定。仪器设置：取样深度12 cm，滤波0，压缩0，侧向增益0，近远场时间增益补偿(TGC)曲线保持一致。
, 百拇医药 实验分5个步骤：①将发射能量固定在0 dB，调整TGC曲线，按10 dB依次由0 dB递增至170 dB，观察TGC值对IBS值的影响。②固定TGC曲线，将发射能量按3 dB依次由0 dB递减至-24 dB，观察发射能量对IBS值的影响。③选取图像质量较满意时的设置，即发射能量为0 dB，TGC值为70 dB，利用仪器本身设有的5种可选择融合频率,将探头频率依次由含多量低频成分向含多量高频成分转换，观察探头频率对IBS值的影响。④融合频率3，发射能量和TGC值同③的设置，调节聚焦点由远至近逐渐接近取样区，观察聚焦点对IBS值的影响。⑤同④的设置，调节取样深度由10 cm按2 cm逐渐增加至20 cm，并始终使聚焦点接近左室前壁，观察取样深度对IBS值的影响。存储整个过程的背向散射图像于光盘中，实验结束后进行图像回放分析，将新月形的感兴趣区(31×31 pixels)置于左室前壁内，测量IBS值。
统计学处理：应用Excel 97软件进行分析，数据用平均值±标准差表示，不同设置间的比较用配对资料t检验，相关系数的检验直接查相关系数界值表。
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结 果
一、TGC值与IBS值的关系
发射能量固定时，TGC值与IBS值的关系近似“S”形，相关系数r=0.99(P<0.01)，TGC值0～150 dB时，其与IBS值成线性关系，TGC值每增加10 dB，IBS值增加3.2 dB左右，TGC值大于150 dB时，IBS值随TGC值的增加而增加的幅度减慢，出现饱和现象，TGC值与IBS值的直线回归方程为y=0.283x+15.4(图1)。
图1 发射能量固定时TGC对猪心心肌IBS值的影响
二、发射能量与IBS值的关系
TGC值固定时，发射能量与IBS值的关系近似线性，发射能量每减小3 dB，IBS值相应减小2.7 dB，发射能量与IBS值的相关系数r=0.99(P<0.01)，直线回归方程为y=0.89x+36.9(图2)。
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图2 TGC固定时发射能量对IBS值的影响
三、探头频率对猪心心肌IBS值的影响
取样深度为12 cm，发射能量为0 dB，TGC值为70 dB时左室前壁IBS值与探头频率的关系，当探头频率由含多量低频成分逐渐向含多量高频成分转换时，IBS值先略有增加，而后略有减小，和常用的融合频率3相比，融合频率1的IBS值较小，两者相差2.4 dB左右(P<0.01)，融合频率2、4和5的IBS值略有变化，但无统计学差异(图3)。
图3 探头频率对猪心心肌IBS值的影响
四、聚焦点对猪心心肌IBS值的影响
取样深度为12 cm，发射能量为0 dB，TGC值为70 dB时，左室前壁IBS值与聚焦点的关系，聚焦点1～8表示聚焦点由近场逐渐向远场调节，其中聚焦点5最接近取样区。由图可见，当取样区域最接近聚焦点时，心肌的IBS值最大，聚焦点离取样区域越远，IBS值越小，以聚焦点在取样区域之前影响大，最大相差5.8 dB左右。和聚焦点5的IBS值相比，聚焦点1、2和3的心肌IBS值较低(P<0.01)，聚焦点4、6、8的IBS值略有变化，但无统计学差异(图4)。
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图4 聚焦点猪心心肌IBS值的影响
五、图像的放大与缩小对猪心心肌IBS值的影响
取样深度变化时，图像会相应放大或缩小，图5表示发射能量为0 dB，TGC值为70 dB，取样深度为8～20 cm，同时调节聚焦点使之最接近取样区时心肌的IBS值，由图可见，和深度为12 cm时的IBS值比较，深度为8 cm时心肌IBS值最大(P<0.01)，其余各种深度则无明显差异。
图5 取样深度对猪心心肌IBS值的影响
讨 论
声波在传播过程中，遇到线度大大小于波长的微小粒子，会产生散射现象，与入射波呈180°，朝向探头的散射称背向散射。和传统的超声成像不同，背向散射成像由心肌内非常小的散射体的回声构成，因而能通过对背向散射信号的分析，推断出组织结构和功能的变化[1]。虽然背向散射成像不受对数压缩和后处理的影响，但受前处理如发射能量、TGC值、LGC值和探头频率等的影响[2]。Takahiro等[3]的研究结果表明：TGC值固定时，IBS值和发射能量在一个窄范围内呈线性关系，过强的TGC值产生饱和现象，过弱的TGC值产生最小值，使用低频探头时IBS值大而使用高频探头时IBS值小，本研究在发射能量和TGC值对猪心心肌IBS值的影响方面与之相似，但在探头频率方面则不尽相同，可能与本研究使用的超宽频探头有关，因其只有低频和高频成分多少的差别，而非频率高低之分。非聚焦点处的声束较为扩散，所以声强相对较弱，IBS值相对较低，因而出现聚焦点离取样区域越远，IBS值越小的现象。同样，图像放大或缩小时，如相应调节聚焦点使之接近取样区，则对心肌IBS值的影响不大。
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本研究存在一些局限性，如例数少，仅进行体外实验等，在实际应用中，由于受胸壁厚薄不一等因素的影响，对IBS值进行标准化很有必要，同时这也是一个难题，目前，国内外许多学者采用心包或血液的IBS值对心肌进行标化[4-6]，但仍存在着一定的问题，即心包的散射特征和心肌的不同，有饱和现象等，而利用左室腔的血液进行标化仅能排除噪音的影响[6]。本实验虽仅研究了超声仪器设置对猪心心肌IBS值的影响，而未在IBS值标准化方面进行研究，但详细了解这些影响因素，相信对心肌IBS值变化的解释会有很大的帮助。
总之，心肌IBS值受仪器设置的影响，如发射能量、TGC值、探头频率、聚焦点位置等，其中前二者最为主要，测量IBS值时，必须选择适当的发射能量和TGC值且同时注明其大小，才能使结果的比较更为准确。
参 考 文 献
1，Julio EP, James G, Miller, SA, et al. Quantitative ultrasonic imaging: tissue characterization and instantaneous quantification of cardiac function. Am J Cardiol,1992, 69:104H-110H.
, http://www.100md.com
2，Stumuller JE, Skorton DJ, Burns TL,et al. Reproducibility of quantitative backscatter echocardiographic imaging in normal subjects. Am J Cardiol, 1992, 69:542-546.
3，Takahiro Ota,Damian MC, Joseph Kisslo. Influences of ultrasonic machine settings, transducer frequency and placement of region of interest on the measurement of integrated backscatter and cyclic variation. Ultrsound in Med & Biol, 1997,23:1059-1070.
4，Lattanzi F. Spirito P, Picano E, et al. Quantitative assessment of ultrasonic mycardial reflectivity in hypertropic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol, 1991,17:1085-1090.
, 百拇医药
5，朱永胜, 钱蕴秋, 李军,等.急性中度缺血心肌的组织超声背向散射积分的变化及其与室壁厚度相关性的实验研究.中国超声医学杂志，1998，14(5)：1-4.
6，Naito J, Masuyama T, Mano T, et al. Validation of transthoracic mycardical ultrasonic tissue characterization: comparison of transthoracic and open chest measurements of integrated backscatter. Ultrasound in Med & Biol, 1995, 21:33-40.
(收稿日期:1999-12-02), http://www.100md.com