超声医学
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第六节 超声仪器控制面板的操作和调节

一、系统通用控制功能

1.扫描方式

①电子线阵扫描;②电子凸阵扫描;③电子扇形扫描;④机械扇形扫描;⑤相控阵扇形扫描;⑥环阵相控扫描。

2.显示方式

①B 型(灰阶二维);②B/M 型;③M 型;④Doppler 型;⑤B/Doppler 型;⑥M/Doppler 型;⑦CDFI 型(彩色二维及彩色M 型);⑧三维(3D)和实时三维(四维显示模式,4D)。

3.灵敏度控制

(1)增益:

(二维、M 型、M/Doppler 型、彩色血流成像),调节各型图像的接收增益。 顺时针旋转控制键可提高增益;逆时针旋转控制键则降低增益。 接收增益(gain)是对探头接收信号的放大,其值越大,图像的相对亮度越大,同时噪声信号也会被同时显示出来。 所以要有一个适当的值,通常应放在中间位置为佳。 其值的调节要与发射功率以及时间增益补偿TGC 的调节联系起来考虑。

(2)功率输出:

调节超声功率输出,按压此控制键增加或减少声功率输出。 热力指数和机械指数值的增减可以间接反映。 发射声功率(accoust power,transmit power)可优化图像并允许用户减少探头发射声束的强度,可调范围从0~100%,通常调节时屏幕同时显示TIS 和MI;功率越大,穿透力强,但是图像也会显得较粗(产科检查以及眼睛检查值应越低越好)。

(3)时间增益补偿(TGC):

与深度对应,可分段调节,滑动控制:每处滑动控制调节特定深度的二维图像和M 型图像、接收增益。 当滑动控制设在中央时,将全部图像指定一均匀的增益默认曲线。 屏幕上TGC 曲线对应于TGC 滑动控制线位置。 彩色多普勒和能量成像不受TGC 滑动控制的影响,这些模式假定一平坦的TGC 曲线。

(4)帧率(frame rate):

又称或帧频或帧数。 在单位时间内成像的幅数,即每秒成像的帧数。按压下标键和此键可改变二维图像帧数,确保系统不在冻结状态。 当系统处于冻结状态时,不能改变余辉、动态范围或帧率。 帧数越多,图像越稳定而不闪烁,但帧数受到图像线密度、检查脏器深度、声速、扫描系统制约。 帧频调节可以优化B 模式时间分辨率或空间分辨率,以得到更佳的图像。 时间分辨率和空间分辨率二者是矛盾的,表现为一值为高,另一值则为低。 目前,高档彩色多普勒超声诊断仪要求:电子扇形探头(宽频或变频),85°角,18cm 深度时,在最高线密度下,帧率大于60 帧/秒;而在彩色血流成像方式下,85°角,18cm 深度时,在最高线密度下,帧率大于等于15 帧/秒。 电子凸阵探头(宽频或变频),全视野,18cm 深度时,在最高线密度下,帧率大于等于30 帧/秒;而在彩色显示方式下,全视野,18cm 深度时,在最高线密度下,帧率大于等于10 帧/秒。

提高彩色多普勒帧频的方法:减小扫描深度、减小彩色取样门、降低彩色灵敏度(扫描线密度)、增加PRF、应用高帧频彩色处理、应用可变2D 帧频。

4.动态范围

动态范围(dynamic range)是指最大处理信号幅度(A1)和最小处理信号幅度(A2)比值的对数。

信号动态范围;20dB 相当于为10 倍;100dB 相当于为100 000 倍。

所以,一台仪器动态范围为100dB 就相当大了。 显然,动态范围越大,接收强信号和弱信号的能力就越强,这是衡量仪器性能优劣的一个重要指标。

由于显示器的亮度动态范围一般只有30dB 左右,所以接收的回声信息必须经过对数压缩才能与显示器的动态范围相匹配。

改变动态范围设定,确保系统不在冻结状态。 动态范围可以从0 ~100dB 选择,一般动态范围设置在60~80dB 可获得较好的图像。

动态范围控制着信号的显示范围,其值越大。 显示微弱信号的范围越大,反之则越小。 增加动态范围会使图像更加平滑细腻;减小动态范围会增强图像对比度,丢失信息。 如要实现静脉血管内红细胞的自发显影,就要把动态范围增到足够大。

5.灰阶参数

①二维B 型256 级;②M 型256 级;③多普勒256 级。

6.图像处理

①二维灰阶图形;②三维彩色能量造影及灰阶显示;③彩阶图形;④多普勒灰阶图形;⑤动态范围;⑥彩色图形;⑦动态移动差异。

7.数字化信号处理

①选择性动态范围;②自动系统频带宽度调节;③患者最佳化选择性接收频带宽度;④软件控制的频带宽度、滤波和频率调节;⑤并行信号处理及多波束取样。

8.图像修改

①实时或冻结二维图像的局部和全景;②多达数倍的二维图像修饰;③高分辨率局部放大;④多达数倍的M 型局部放大;⑤彩色及二维余辉。

9.图像显示

①上/下方位;②左/右方位;③局部放大及位移。

10.自动显示

自动显示日期、时间、探头频率、帧率、动态范围、体表标志、显示深度、聚焦位置、各种测量数据、多普勒取样深度和角度、灰阶刻度等。

11.测量与计算功能

距离、面积、周长、速度、时间、心率/斜率、容积、流量、心输出量、可选择钝角、可选择狭窄直径百分比、缩窄面积百分比。

12.设备用途及临床选项

成人心脏、腹部、妇科与产科、儿童/胎儿心脏、外周血管、前列腺、骨关节肌肉、浅表组织与小器官、组织谐波成像、经食管心脏、经颅多普勒及脑血管。

二、超声成像模式选择及操作概要

超声仪器的生产厂商很多,操作和功能的控制和调节各不相同,甚至对同一功能的称谓和使用的英文术语也不统一。因此很难完全概括其操作和调节方法。 更详细的操作需要阅读操作手册和技术培训。 大多数仪器的主要成像控制键均位于控制面板,也有一些成像控制位于菜单(MENU)控制键。

(一)二维成像

二维成像显示解剖结构的切面。 显示在二维成像中解剖的形态、位置和动态均为实时的。高分辨率、高帧频、差异性线密度设定、多种扇扫宽度,以及多幅成像处理技术的应用有助于优化二维成像。

二维成像也应用于探头进行M 型、多普勒、彩色和能量成像。 在M 型局部放大中,二维成像允许操作者定位欲放大的感兴趣区。 在多普勒成像中,二维成像提供取样门宽度、部位、深度,以及多普勒角度校正的参照。 在彩色和能量成像中,二维成像提供彩色显示的空间叠加。结合使用二维显示,滚动多普勒显示可提供血流方向、速度、性质及时相等信息。 对于正常与异常血流动力学和时相的理解,可使超声医师应用多普勒显示进行诊断。

1.二维图像深度调节

调节深度(DEPTH)控制键可增加或减少二维图像显示深度。 二维图像、深度标尺、深度指示和帧频将随二维图像深度的变化而变化。

二维图像深度范围可依所使用探头的不同而变化。

2.二维图像增益和TGC 调节

(1)旋转二维增益控制钮,可改变整体二维图像的总增益,TGC 时间增益补偿曲线移动可反映二维增益的改变。

(2)向左推动TGC 控制杆,可降低二维图像特点区域TGC 的总量,该区域TGC 与控制杆的上下位置相对应。

3.聚焦深度和数量调节

聚焦是运动声学或电子学的方法,在短距离内使声束声场变窄,从而提高侧向分辨率。 数字式声束形成器采用连续动态聚焦,可变孔径,A/D≥8 ~12bit。 聚焦深度标尺右侧的三角形符号可知聚焦带位置。 调节区域(ZONES)键可改变聚焦带数目及聚焦带之间的距离或长度。 使用聚焦(FOCUS)控制键可在深度标尺上移动聚焦带预定其位置。

调节FOCUS 控制键,可将聚焦区标志沿深度标尺向顶部或向底部移动,固定在使用者感兴趣的深度。

调节ZONES 控制键,增加/减少聚焦点的数量并改变聚焦带之间的距离。

焦点数目和位置:增加发射焦点数目或移动焦点区域可以改善特定观察区域的图像分辨率;但是焦点数目增加会降低图像帧频。 在扫描静止的组织时,焦点数目可增多,但扫查动态运动的组织时,焦点数目增加会降低时间分辨率。 使用者要在空间和时间分辨率之间权衡。

4.二维图像局部放大(ZOOM)的调节

转动轨迹球可纵览与观察感兴趣区。 触发并调节ZOOM 控制键,可放大图像或使放大的图像按比例缩小。

5.二维灰阶图像(gray maps)选择与调节

将回声信号的幅度调制光点亮度,以一定的灰阶等级来显示,使图像富有层次。 仪器控制的灰阶显示可从64 级至256 级不等。

6.彩阶图形选择

彩阶是将回声信号的灰度调制(灰阶等级),以彩色编码(color coding)的方式显示,使图像富有层次。

7.二维电影回放

(1)二维检查过程中触发冻结(FREEZE)键。 此时帧频数显示即变为帧计数,它表示存储的电影回放系列图像中当前显示帧的序列数。

(2)向左或向右转动轨迹球,可移动电影回放的序列数。

8.优化(OPTIMIZE)控制

根据患者情况,尤其是在成像困难的患者中,触发优化功能键,仪器可根据回声自动调整图像质量。

9.组织谐波成像(THI)键

启动此功能,谐波成像状态,系统将自动改变系统内参数设置。

10.变频键

上下调节可以改变频率高低,以改善图像的穿透力或分辨力。

11.线密度调节

与帧频调节相近,调节此键可以优化二维图像。

(二)多普勒图像

1.多普勒显示

①触发多普勒(PW 或CW),显示屏上出现多普勒显示方式;②用轨迹球移动取样线和取样门至二维图像上所要求获得多普勒信号的位置;③按更新(UPDATE)控制键,即可在二维和多普勒两种显示模式之间选择。

2.脉冲多普勒取样门深度

在多普勒成像过程中,可根据需要用轨迹球移动取样门深度标记和取样线。 取样门标记随深度改变而改变。 移动取样门标记时,多普勒显示停止更新。

3.脉冲多普勒取样门大小

在脉冲多普勒中,沿超声束有一特定宽度或长度被取样,称为取样门(sample volume,gate size)。 取样门控制显示速度所在的位置,取样门越小,所测速度越准确。 取样门位于超声束取样门深度上,其值以厘米显示在图像注释区的右侧。 操作者可改变取样门宽的位置和大小,用轨迹球改变取样门位置。 SV SIZE 控制键改变取样门大小,当取样门标记移至血管腔外时不能获得多普勒数据。

4.多普勒增益

旋转DPGAIN 钮即可改变多普勒总增益。

5.壁滤波(FILTER)

用于多普勒、彩色和能量成像中消除血管壁或组织运动的低频而高强度的噪声。 FILTER 控制键用于改变壁滤波值,设置分为低、中、高。 最大滤波设置在彩色和能量成像中可获得。 滤波设置为125Hz 适用血管、250Hz 适用于大血管、500 ~1000Hz 适用于心脏。

激活FILTER 键,增加或减少壁滤波,显示屏上壁滤波值也随之改变。

消除混叠的方法:减少深度、PRF 增加、增加scale 标尺、改变基线位置、降低探头频率、使用连续多普勒(CW)。

6.多普勒显示的速度范围选择及标尺调节

调节SCALE 控制键,增加或降低多普勒显示比例。

7.调节多普勒功率输出

多普勒实时动态时,调节功率输出(OUTPUT)控制键可增加或减少仪器多普勒功率输出。

8.多普勒扫描速度调节

控制多普勒频谱速度在屏幕上的显示时间。 共有三种扫描速度供选择:慢、中、快。 连续触发SELECT 键选定一种扫描速度。

9.多普勒反转

触发反转(INVERT)键,既可使多普勒显示的血流方向反转,同时多普勒显示比例也将改变。 再按INVERT 键,多普勒显示恢复。

10.多普勒基线的调节

调节BASELINE 键,基线上移或下移。 基线调节是多普勒速度为零的一条直线。 通常,基线以上信号为朝向探头,基线以下信号为背向探头,按INVERTI 翻转键,可进行翻转,如果有混叠观象,调节基线或标尺。

11.声束倾斜角度的调节

仅限于线阵探头。 其多普勒彩色和能量成像与其他探头有所不同,超声束的指向对于获得很有意义的图像是非常必要的。 为适应这种情况,多普勒声束的方向可进行调节。 线阵探头的超声束与倾斜角度校正控制无关。 调节STEER 键可改变线阵多普勒成像的倾斜角度。

12.声束与血流方向夹角的调节

角度校正调节,获得声束与血流方向的夹角,用此夹角的余弦值校正,显示实际的血流速度。 当多普勒标记活动时的任何时候这种控制均可被激活,通过选择不同的成像窗口可建立血流方向和检查声束间可接收的夹角。 角度校正可校正取样线和血流方向不平行所导致的误差。

13.多普勒回放

多普勒成像过程中,触发FREEZE 键。 用轨迹球回放储存的多普勒序列图像。

14.速度量程

其实它是在调节脉冲重复频率,以确定最大显示血流速度PRF/2。此键针对所检查器官的血流速度范围作相应调整,保证血流的最佳充盈状态。 增加标尺以探测高速血流,避免产生混叠,降低标尺以探测低速血流,易于分析。

15.伪彩的运用

多普勒信号微弱时,如增加增益,噪声信号背景较强,不利观察血流信息,可打开较亮的伪彩,降低增益,抑制噪声背景。 这时微弱血流信号清晰可见。

(三)彩色血流成像及彩色能量成像

在彩色血流成像中,彩色与速度和方向有关,而能量成像中,彩色与血细胞固有的动力和能量有关,此信息被用于在二维灰阶显示上叠加彩色图像。 彩色血流成像提供有关血流方向、速度、性质和时相等信息,有助于定位紊乱的血流,还有助于放置脉冲多普勒频谱分析的取样门。能量成像在比多普勒和彩色脉冲重复频率低范围内生效,因此对于血细胞运动更敏感。 彩色能量成像被用于提供一定组织血管床的类血流灌注显示。

1.二维彩色图像及彩色能量图的获取

①触发彩色或能量控制键,随之彩色或能量取样区域出现在二维图像上;②用轨迹球和SELECT 键来选择感兴趣区的位置和范围;③再次触发彩色和能量图键,关闭彩色或能量多普勒功能。

2.彩色及能量图声能输出调节

按OUTPUT 控制键增加或减少声能输出。 影响彩色灵敏度的调节因素有:彩色增益(color gain)、输出功率(output)、脉冲重复频率(PRF)、聚焦(focus)。

3.彩色及能量图的反转调节

触发INVERT 控制键,即可在代表血流方向是否朝向探头的两种主色彩间进行转换或控制能量图色标。 图像右侧的彩色标尺反映彩色编码的变化。

4.二维彩色及能量图壁滤波的调节

按FILTER 键,增加或减少壁滤波,显示屏上壁滤波值也随之改变。 多普勒工作频率:低频通常可得到更好的多普勒和彩色充盈度,并会产生更少的彩色多普勒伪像。

5.二维彩色及能量速度范围调节

调节SCALE 键,增大或减少彩色或能量显示速度范围。Nyquist 值、帧频和脉冲重复频率将随二维彩色速度范围或能量的变化而改变。

6.二维彩色及能量图灵敏度的调节

提高彩色多普勒对慢速血流成像的能力:降低彩色速度范围(PRF)(1500Hz 或更少)、降低彩色壁滤波(50Hz 或更少)、提高彩色灵敏度(线密度)、提高彩色优先权。

7.彩色或能量图帧平均(average)的调节

此功能能平均彩色或能量帧频,使高速血流或高速能量图累加在二维图像上。 余辉能更好地探测短暂性射流,为判断有无血流提供良好显示,并能获取更鲜明的血管轮廓。

8.彩色标尺基线的调节

调节基线(BASELINE)键,升高或降低彩色标尺上的基线位置,并改变基线上下的彩色显示速度值。

9.二维彩色及能量图像的线密度调节

利用彩色或能量MENU 中的线密度,可调节二维/彩色或二维/能量的线密度比值,有多种设置具有探头依赖性。

选择线密度设置时,应综合权衡彩色叠加范围,二维扇扫宽度以及帧频率。

10.二维彩色显示模式的选择

通常有单纯速度模式、速度方差模式、加速度模式及能量模式等。

11.使用三同步功能显示模式

①二维成像时触发彩色控制键,彩色成像开始;②触发频谱控制键,多普勒显示;③触发Doppler 菜单(MENU)控制键,出现Doppler MENU;④用轨迹球在控制屏上激活二维更新(UPDATE);⑤触发选择(SELECT)控制键;⑥根据控制屏上的子菜单选择需要的功能。

12.彩色叠加(color persistence)

把一段时间内的彩色多普勒信息叠加到现有图像上显示丰富的信息。 高设置会使血流较为充盈,关掉可显示真实信息,尤其在心脏的扫查中,此设置要低。

(王金锐 姚克纯)