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B超儀器的聲束切片厚度參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)技術(shù)
序言
作為醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備，臨床上對(duì)B超儀器的最重要技術(shù)要求，一是探測(cè)深度，二是圖像分辨力。圖像分辨力包括空間分辨力和對(duì)比度分辨力，其中空間分辨力又有軸向、側(cè)向和俯仰方向之分，而“切片厚度”則是對(duì)“俯仰分辨力”的另一種稱謂。本文介紹的，是關(guān)于切片厚度的物理概念、臨床意義及其標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)技術(shù)。
1．聲束切片厚度概念
超聲成像的基本原理告訴我們：當(dāng)其頻率達(dá)數(shù)兆赫茲，換能元件孔徑達(dá)10mm以上時(shí)，超聲波將在人體組織中成束傳播，因而被稱為“聲束”或“波束”。對(duì)于A超探頭和機(jī)械扇形掃描式B超探頭，單元式換能器的壓電元件為圓片形，聲束橫截面為圓形；對(duì)于平面線陣、凸陣、相控陣探頭，聲束是由多個(gè)陣元并聯(lián)成一體發(fā)射，聲束橫截面為矩形。我們看到的B超影像，是借助于探頭的機(jī)械擺動(dòng)，或借助于電子開關(guān)切換，讓聲束像一把無(wú)形的刀一樣掃過(guò)和剖切人體組織，爾后采集和處理所剖切的人體組織斷面的信息，最終以圖像方式予以展示。聲束掃描所形成的平面，稱為“掃描平面”，聲傳播的方向稱為“軸向”，聲束掃描行進(jìn)的方向稱為“側(cè)向”，垂直于掃描的方向稱為“俯仰方向”。相應(yīng)地，聲束在掃描方向的尺寸稱為“側(cè)向束寬”，在俯仰方向的尺寸稱為“俯仰束寬”，即切片厚度，如圖1中所示。圖2所示的，是一維探頭的聲束切片厚度隨深度的變化，其最薄處及聲透鏡的焦點(diǎn)所在。
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圖1 聲束在三個(gè)維度的分辨力概念
Axial——軸向分辨力； lateral——側(cè)向分辨力； elevational(slice thickness)——俯仰分辨力(切片厚度)
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圖2 切片厚度隨深度的變化
Acoustic lens——聲透鏡； elevational profile of ultrasound beam with depth——超聲波束俯仰剖面隨深度的變化
2．聲束切片厚度的定義
眾所周知，在IEC文件和我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10152—2009中，三個(gè)空間分辨力參數(shù)的定義及其與聲束參數(shù)的關(guān)系分別是：
(1)軸向分辨力的定義是：在體模的規(guī)定深度處，沿超聲波束軸能夠顯示為兩個(gè)回波信號(hào)的兩個(gè)靶之間的最小間距。與之對(duì)應(yīng)的，是發(fā)射超聲脈沖的半寬度。位于聲束軸線上的兩個(gè)回波目標(biāo)，只有當(dāng)其間距大于半個(gè)脈沖寬度時(shí)，才能分辨彼此。
(2)側(cè)向分辨力的定義是：在體模的規(guī)定深度處，掃描平面中垂直于超聲波束軸的方向上，能夠顯示為兩個(gè)清晰回波信號(hào)的兩靶線之間的最小間距。與之對(duì)應(yīng)的是聲束的側(cè)向?qū)挾取Ｔ趻呙杵矫嬷校幵谂c聲束軸垂直的直線上的兩個(gè)回波目標(biāo)，只有當(dāng)其間距大于聲束的側(cè)向尺寸時(shí)，才能分辨彼此。
(3)切片厚度的定義是：在體模的規(guī)定深度處，垂直于掃描平面方向上顯示聲信息的仿組織材料的厚度。與軸向、側(cè)向分辨力明顯不同，切片厚度沒(méi)有用兩個(gè)回波目標(biāo)的思路定義。其原因是：在垂直于掃描平面和聲束軸線的方向上，對(duì)于間距不同的回波目標(biāo)，B超圖像上只能顯示其有無(wú)，而不能顯示其距離。
3．聲束切片厚度的臨床意義
B超切片厚度偏大的主要后果是導(dǎo)致局部立體偽像，或稱切片厚度偽像、立體平均偽像。比如一囊性病灶或充液器官，當(dāng)其在垂直于掃描平面方向的尺寸小于超聲波束在該方向的尺寸時(shí)，B超圖像上原本應(yīng)該無(wú)回波的部位，將會(huì)有實(shí)質(zhì)性組織的散射回波覆蓋在上面，使醫(yī)生誤以為是病變。為此，在高檔B超，尤其是具有三維成像功能的產(chǎn)品上，其所配探頭的壓電晶片，在切片厚度方向也施行了切割，采用了電子聚焦，由1維變成了1.5維，從而使俯仰分辨力得到改善。正因?yàn)槠渲匾呐R床意義，最新的B超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將其列入了強(qiáng)制性要求。
4．檢測(cè)手段
眾所周知，檢測(cè)二維灰階圖像的軸向、側(cè)向分辨力的標(biāo)準(zhǔn)化方法是借助于超聲體模中相應(yīng)的線靶。但這種方法并不適用于切片厚度檢測(cè)。在IEC61390：1996和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10152—2009中，對(duì)切片厚度指標(biāo)的規(guī)定檢測(cè)設(shè)備是切片厚度專用體模，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，即在超聲體模的殼體中，斜向安置一塊與聲窗成規(guī)定角度α，表面布滿散射體的平板，且散射回波強(qiáng)度明顯高于背景仿組織材料。切片厚度體模與低頻、高頻體模的另一個(gè)明顯差別是，其側(cè)壁短邊內(nèi)內(nèi)尺寸不是50mm，而是100mm。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，切片厚度體模所用超聲仿組織材料的聲學(xué)特性與低頻(多用型)和高頻(小器官型)體模相同，即聲速為(1540±10)m/s，聲衰減系數(shù)斜率為(0.7±0.05)dB/(cm·MHz)。
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圖3 GB10152—2009中的切片厚度體模結(jié)構(gòu)示意圖
5． 檢測(cè)原理
與軸向、側(cè)向分辨力檢測(cè)中直接讀取靶線間距不同，切片厚度檢測(cè)采用的是間接法。如圖4所示，當(dāng)將B超探頭垂直耦合于聲窗表面，令其長(zhǎng)邊平行于體模側(cè)壁的短邊時(shí)，所成二維灰階圖像的上部將是背景仿組織材料的均勻散射回波，下部將是一條強(qiáng)散射的亮帶。亮帶上沿對(duì)應(yīng)的，是聲束俯仰剖面一側(cè)與靶面的交線所在深度；亮帶下沿對(duì)應(yīng)的，是聲束剖面另一側(cè)與靶面的交線所在深度。由圖4可見(jiàn)，亮帶沿深度方向的尺寸和聲束的俯仰寬度(即切片厚度，正好是一個(gè)直角三角形的兩個(gè)直角邊。由于面靶與聲窗平面的夾角α已知，如測(cè)得亮帶沿深度方向的尺寸x，則聲束切片厚度即為：
t=x/tangα (1)
6．檢測(cè)操作步驟
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圖4 切片厚度檢測(cè)實(shí)況
圖4是利用國(guó)產(chǎn)切片厚度體模檢測(cè)高頻線陣探頭切片厚度的照片。體模面板上的白色斜線所示，即散射面靶所在位置及傾斜角度。檢測(cè)的基本步驟為：
(1)利用符合GB10152—2009要求的普通低頻、加長(zhǎng)低頻或帶有縱向靶群的切片厚度體模(如KS107BQ )測(cè)出配接指定探頭時(shí)的探測(cè)深度；
(2)將該探頭垂直耦合于切片厚度體模的聲窗上，令探頭長(zhǎng)邊與聲窗的短邊平行；
(3)將探頭在聲窗表面上滑移，在探測(cè)深度的1/3、1/2 、2/3處，分別取得與圖5相似的B超圖像；
(4)利用被測(cè)B超的電子游標(biāo)，分別測(cè)出三幅圖像上亮帶沿深度方向的尺寸x1，x2，x3；
(5)利用式(1)，分別算出三個(gè)深度處的聲束切片厚度t1，t2，t3。
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