B超仪器的声束切片厚度参数及标准化检测技术

zhanghui6540

近期《中国计量》杂志将刊载文章

B超仪器的声束切片厚度参数及标准化检测技术

序言

    作为医学诊断设备，临床上对B超仪器的最重要技术要求，一是探测深度，二是图像分辨力。图像分辨力包括空间分辨力和对比度分辨力，其中空间分辨力又有轴向、侧向和俯仰方向之分，而“切片厚度”则是对“俯仰分辨力”的另一种称谓。本文介绍的，是关于切片厚度的物理概念、临床意义及其标准化检测技术。

1．声束切片厚度概念

超声成像的基本原理告诉我们：当其频率达数兆赫兹，换能元件孔径达10mm以上时，超声波将在人体组织中成束传播，因而被称为“声束”或“波束”。对于A超探头和机械扇形扫描式B超探头，单元式换能器的压电元件为圆片形，声束横截面为圆形；对于平面线阵、凸阵、相控阵探头，声束是由多个阵元并联成一体发射，声束横截面为矩形。我们看到的B超影像，是借助于探头的机械摆动，或借助于电子开关切换，让声束像一把无形的刀一样扫过和剖切人体组织，尔后采集和处理所剖切的人体组织断面的信息，最终以图像方式予以展示。声束扫描所形成的平面，称为“扫描平面”，声传播的方向称为“轴向”，声束扫描行进的方向称为“侧向”，垂直于扫描的方向称为“俯仰方向”。相应地，声束在扫描方向的尺寸称为“侧向束宽”，在俯仰方向的尺寸称为“俯仰束宽”，即切片厚度，如图1中所示。图2所示的，是一维探头的声束切片厚度随深度的变化，其最薄处及声透镜的焦点所在。

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图1 声束在三个维度的分辨力概念

Axial——轴向分辨力；   lateral——侧向分辨力；  elevational(slice thickness)——俯仰分辨力(切片厚度)

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图2 切片厚度随深度的变化

Acoustic lens——声透镜；  elevational profile of ultrasound beam with depth——超声波束俯仰剖面随深度的变化

2．声束切片厚度的定义

众所周知，在IEC文件和我国的国家标准GB10152—2009中，三个空间分辨力参数的定义及其与声束参数的关系分别是：

(1)轴向分辨力的定义是：在体模的规定深度处，沿超声波束轴能够显示为两个回波信号的两个靶之间的最小间距。与之对应的，是发射超声脉冲的半宽度。位于声束轴线上的两个回波目标，只有当其间距大于半个脉冲宽度时，才能分辨彼此。

(2)侧向分辨力的定义是：在体模的规定深度处，扫描平面中垂直于超声波束轴的方向上，能够显示为两个清晰回波信号的两靶线之间的最小间距。与之对应的是声束的侧向宽度。在扫描平面中，处在与声束轴垂直的直线上的两个回波目标，只有当其间距大于声束的侧向尺寸时，才能分辨彼此。

(3)切片厚度的定义是：在体模的规定深度处，垂直于扫描平面方向上显示声信息的仿组织材料的厚度。与轴向、侧向分辨力明显不同，切片厚度没有用两个回波目标的思路定义。其原因是：在垂直于扫描平面和声束轴线的方向上，对于间距不同的回波目标，B超图像上只能显示其有无，而不能显示其距离。

3．声束切片厚度的临床意义

B超切片厚度偏大的主要后果是导致局部立体伪像，或称切片厚度伪像、立体平均伪像。比如一囊性病灶或充液器官，当其在垂直于扫描平面方向的尺寸小于超声波束在该方向的尺寸时，B超图像上原本应该无回波的部位，将会有实质性组织的散射回波覆盖在上面，使医生误以为是病变。为此，在高档B超，尤其是具有三维成像功能的产品上，其所配探头的压电晶片，在切片厚度方向也施行了切割，采用了电子聚焦，由1维变成了1.5维，从而使俯仰分辨力得到改善。正因为其重要的临床意义，最新的B超国家标准将其列入了强制性要求。

4．检测手段

众所周知，检测二维灰阶图像的轴向、侧向分辨力的标准化方法是借助于超声体模中相应的线靶。但这种方法并不适用于切片厚度检测。在IEC61390：1996和国家标准GB10152—2009中，对切片厚度指标的规定检测设备是切片厚度专用体模，其基本结构如图3所示，即在超声体模的壳体中，斜向安置一块与声窗成规定角度α，表面布满散射体的平板，且散射回波强度明显高于背景仿组织材料。切片厚度体模与低频、高频体模的另一个明显差别是，其侧壁短边内内尺寸不是50mm，而是100mm。国家标准中规定，切片厚度体模所用超声仿组织材料的声学特性与低频(多用型)和高频(小器官型)体模相同，即声速为(1540±10)m/s，声衰减系数斜率为(0.7±0.05)dB/(cm·MHz)。

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图3  GB10152—2009中的切片厚度体模结构示意图

5． 检测原理

与轴向、侧向分辨力检测中直接读取靶线间距不同，切片厚度检测采用的是间接法。如图4所示，当将B超探头垂直耦合于声窗表面，令其长边平行于体模侧壁的短边时，所成二维灰阶图像的上部将是背景仿组织材料的均匀散射回波，下部将是一条强散射的亮带。亮带上沿对应的，是声束俯仰剖面一侧与靶面的交线所在深度；亮带下沿对应的，是声束剖面另一侧与靶面的交线所在深度。由图4可见，亮带沿深度方向的尺寸和声束的俯仰宽度(即切片厚度，正好是一个直角三角形的两个直角边。由于面靶与声窗平面的夹角α已知，如测得亮带沿深度方向的尺寸x，则声束切片厚度即为：

t=x/tangα                            (1)

6．检测操作步骤

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图4 切片厚度检测实况

    图4是利用国产切片厚度体模检测高频线阵探头切片厚度的照片。体模面板上的白色斜线所示，即散射面靶所在位置及倾斜角度。检测的基本步骤为：

(1)利用符合GB10152—2009要求的普通低频、加长低频或带有纵向靶群的切片厚度体模(如KS107BQ )测出配接指定探头时的探测深度；

(2)将该探头垂直耦合于切片厚度体模的声窗上，令探头长边与声窗的短边平行；

(3)将探头在声窗表面上滑移，在探测深度的1/3、1/2 、2/3处，分别取得与图5相似的B超图像；

(4)利用被测B超的电子游标，分别测出三幅图像上亮带沿深度方向的尺寸x1，x2，x3；

(5)利用式(1)，分别算出三个深度处的声束切片厚度t1，t2，t3。

zhanghui6540

图像传不上去呀？！以附件方式也无法上传！

zhanghui6540

图片已经有了！可能是当时传不上去！

武敏志

期待图片，可否先传至1519740395@qq.com邮箱。