谐波能量显像评价正常犬肝脏声学造影的实验研究
作者：刘政 谢峰 李澎 高云华 左松
单位：刘政 高云华 左松(400037 重庆，第三军医大学新桥医院超声科)；谢峰 李澎(协和医科大学阜外医院超声科)
关键词：超声检查,多普勒彩色;谐波能量显像;造影剂;肝;狗
中华超声影像学杂志000418
【摘要】 目的 评价谐波能量显像(HPI)在正常肝脏声学造影中的造影增强效果，并与彩色多普勒血流显像(CDFI)进行对比。方法 4只健康杂种犬经外周静脉注射氟碳声学造影剂，分别用HPI和CDFI观察肝脏。视觉判断彩色增强效果和伪像分级。结果 造影后，肝脏HPI与CDFI均有3级强烈彩色信号增强，但CDFI有严重的3级“彩色怒放”(color blooming)伪像，而HPI的彩色伪像均为1级。结论 HPI在声学造影中能较真实地反映肝脏血流灌注,彩色怒放伪像少，明显优于CDFI。
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Assessment of normal liver contrast ultrasonography with harmonic power imaging LIU Zheng, XIE Feng, LI Peng, et al
(Department of Ultrasound, Xinqiao Hospital,the Third Military Medical University, Chongqing 400037, China)
【Abstract】 Objective To assess normal liver contrast color enhancement using harmonic power imaging (HPI), comparative studies between HPI and color Doppler flow imaging (CDFI) were performed. Methods Four normal dogs were imaged with HPI and CDFI after intravenously injection of contrast agent at 0.02 ml/kg. The subjective scores of color enhancement and artifacts were estimated. Results There were significant color enhancement (Grade 3) both in HPI and CDFI imaging of liver after contrast., but severe (Grade 3) color blooming artifacts always appeared in CDFI comparing to mild (Grade 1) artifacts in HPI. Conclusions Harmonic power imaging is better than CDFI in achieving actual liver perfusion imaging and eliminating color blooming artifacts in microbubbles contrast.
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【Key words】 Ultrasonography,Doppler,color;Harmonic power imaging;Contrast media;Liver;Dogs
彩色多普勒血流显像(color Doppler flow imaging, CDFI)对微泡声学造影非常敏感，彩色信号增强显著，但是，这往往造成严重的彩色怒放(color blooming)伪像，使彩色取样区充满彩色信号，干扰小血管影像的显示[1, 2]。谐波能量显像(harmonic power imaging, HPI)是一种由二次谐波信号组成的新型能量图显像方式，有助于消除彩色造影伪像，这是因为HPI不采用流速估算，故不发生彩色混迭，并允许降低采样的多普勒脉冲重复频率，对小血管血流信号敏感性较高[1]。本实验旨在比较HPI和CDFI在正常肝脏声学造影中的彩色增强效果。
材 料 与 方 法
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一、动物准备
本研究包括4只健康杂种犬，雌雄不限，体重16～25 kg，平均 19.2 kg。每只犬用 2.5%硫贲妥钠(剂量10 mg/kg体重)静脉麻醉后，固定于左侧卧位，去除肝区体毛。超声探头置于右侧肋间。造影剂通过股静脉插管注射。
二、超声显像
采用ATL公司的HDI 3000型超声仪。该机配有二次谐波显像和谐波能量显像功能。彩色多普勒血流显像频率为4 MHz；谐波能量显像频率为2/4 MHz。将仪器的发射功率(MI)在基波显像中设为 0.6，谐波显像中为 0.8，其他条件如显像深度、彩色增益、聚焦范围等参数在实验中均保持不变。用1/2寸的SVHS录像带和 3.5 英寸磁光盘记录造影过程的图像。
三、声学造影剂
本研究使用阜外医院超声科实验室制作的含有氟碳气体的微泡造影剂FX530。这种造影剂微泡的平均直径约为(4±2)μm。微泡浓度约 1.2×109～1.4×109/ml。
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四、研究方案
整个研究按显像方式分为谐波能量图和彩色血流显像基波显像两组。每组造影剂注射剂量为 0.02 ml/kg体重，每一剂量水平均随机注射8次。注射后即用10 ml的生理盐水做冲洗注射，使造影剂以团注(bolus)方式进入体内。每次注射间隔至少15 min，以避免前次造影的影响。
五、视觉判断
由两名超声科医师独立对肝脏造影的彩色信号进行视觉造影效果判断分级。造影增强效果按以下方法分级：0级，无彩色信号增强；1级，轻度彩色信号增强；2级，明显彩色信号增强；3级，彩色信号增强强烈。
造影彩色怒放伪像强度按以下方法分级：0级,无彩色怒放伪像；1级，轻度彩色怒放伪像；2级，彩色怒放伪像增强，明显超过肝内血管宽度，影响背景二维影像；3级，彩色怒放伪像强烈、杂乱，几乎掩盖肝脏二维影像。
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六、统计学分析
视觉效果的比较采用χ2检验。P<0.05为有统计学意义。
结 果
一、彩色多普勒血流显像
8次CDFI声学造影后彩色血流信号均有十分强烈的3级彩色增强效果(图1,2)，造影前后有非常显著的统计学意义(表1)。
二、谐波能量显像
8次HPI声学造影后谐波能量显像信号也有十分强烈的3级彩色增强效果(图3,4)，造影前后有非常显著的统计学意义(表1)。
表1 CDFI和HPI的造影效果比较(次) 显像方式
, 百拇医药 0级
1级
2级
3级
CDFI
0
0
0
8
HPI
0
0
0
8
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注：CDFI和HPI比较，P>0.05
三、彩色伪像
对造影彩色怒放伪像的视觉判断中，两名超声医师一致认为，CDFI的彩色怒放伪像十分严重，每次均达到3级(图2)，但HPI的伪像6次为1级(图4)，2次为2级。CDFI与HPI的彩色伪像分级有显著的统计学差异(表2)。
图1 声学造影前犬肝脏断面的彩色多普勒血流显像(CDFI)
图2 声学造影后,CDFI彩色信号强烈增强,彩色怒放伪像严重,肝内血流影像被杂乱的彩色信号掩盖
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图3 声学造影前犬肝脏断面的谐波能量显像
图4 声学造影后,肝内血流信号显著增强,血管分支显示细致清晰,但彩色怒放现象不明显
表2 CDFI和HPI的造影伪像比较(次) 显像方式
0级
1级
2级
3级
CDFI
0
0
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0
8
HPI
0
6
2
0
注：CDFI和HPI比较，P<0.05讨 论
肝脏声学造影的重要目的是增强肝脏肿瘤血管的彩色血流信号，有利于发现造影前无法显示的微小肿瘤血管，完善肿瘤特异性血管构筑影像[3,4]。但是，CDFI在声学造影中容易出现“彩色怒放”伪像，严重时彩色信号充满整个彩色取样区，妨碍小血管血流信号的显示[1,2]。这是因为CDFI采用流速估算方法和彩色阈值设置不适合声学造影而造成的，但彩色阈值通常由仪器条件设定，不能被人为调整[1]。从实验结果看，CDFI在声学造影中虽然有强烈的增强效果，但造成的彩色怒放伪像十分严重，每次均达到3级。我们解决的方法是避开造影剂首次达到肝脏的造影高峰，并适当调整彩色增益，这就增加了人为因素和操作的复杂性，同时也失去了观察可能出现的肿瘤血管早期信号增强这一短暂现象。
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本研究采用的HPI是ATL公司最新开发的一种新型的血流显像模式，它采用宽频带超声探头(C4-2)和二次谐波技术,实现了由二次谐波信号组成的血流能量显像。实验结果表明，在经外周静脉注射微量氟碳声学造影剂的情况下，肝脏HPI彩色信号不仅可以重复性地达到3级强烈增强效果，肝内小血管分支影像显示清晰，并且彩色怒放伪像多为1级，显著低于CDFI，较真实地反映了肝内血管构筑影像。这首先是因为HPI是一种二次谐波显像，对造影剂微泡产生的二次谐波信号比较敏感，又不含组织在基波水平的杂波(如组织运动)信号，信噪比可以提高35 dB；其次是血流能量图信号在微弱血流检测方面又比CDFI更敏感，不采用流速估算和血流方向判断避免了可能出现的彩色混迭、怒放[1]。另外，在常规能量显像中容易产生的运动伪色(clutter)也被HPI技术克服，这是因为HPI是一种二次谐波显像，组织在基波水平的运动伪像受到抑制[1]。总之，HPI在声学造影实验中至少在三个方面优于CDFI：①显示肝脏血管分支结构比CDFI完整、细致；②HPI避免了CDFI信号过强产生的彩色怒放伪像；③不易受组织运动带来的影像干扰。
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声学造影是目前国内外竞相开展的超声诊断新技术。HPI作为一种新型的血流显像方法，在声学造影中既有3级强烈的彩色信号增强效果，又明显减轻彩色怒放伪像的出现，因此，在肝脏肿瘤、肝硬变等常见疾病的声学造影中有潜在的优越性，HPI反映的肝脏血流灌注影像可能较CDFI更加真实，更容易体现肿瘤特异性的血管构筑。
综上所述，HPI在肝脏声学造影中能较好地反映正常肝脏的血流灌注情况,彩色怒放伪像少，明显优于CDFI。
参 考 文 献
1，Peter N Burns. Harmonic imaging adds to ultrasound capabilities. Diagnostic Imaging, 1995, 5:7-10.
2，Flemming Forsberg, Ji-Bin Liu, Peter N Burns, et al. Artifacts in ultrasonic contrast agent studies. J Ultrasound Med 1994, 13:357-365.
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3，Ernst H, Hahn EG, Balzer T, et al. Color Doppler ultrasound of liver lesions: signal enhancement after intravenously injection of the ultrasound contrast agent Levovist. J Clin Ultrasound, 1996, 24:31-35.
4，Pugh CR, Arger PH, Sehgal CM. Power, spectral, and color flow Doppler enhancement by a new ultrasonographic contrast agent. J Ultrasound Med, 1996, 15:843-852.
收稿日期:1999-04-22, http://www.100md.com
单位：刘政 高云华 左松(400037 重庆，第三军医大学新桥医院超声科)；谢峰 李澎(协和医科大学阜外医院超声科)
关键词：超声检查,多普勒彩色;谐波能量显像;造影剂;肝;狗
中华超声影像学杂志000418
【摘要】 目的 评价谐波能量显像(HPI)在正常肝脏声学造影中的造影增强效果，并与彩色多普勒血流显像(CDFI)进行对比。方法 4只健康杂种犬经外周静脉注射氟碳声学造影剂，分别用HPI和CDFI观察肝脏。视觉判断彩色增强效果和伪像分级。结果 造影后，肝脏HPI与CDFI均有3级强烈彩色信号增强，但CDFI有严重的3级“彩色怒放”(color blooming)伪像，而HPI的彩色伪像均为1级。结论 HPI在声学造影中能较真实地反映肝脏血流灌注,彩色怒放伪像少，明显优于CDFI。
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Assessment of normal liver contrast ultrasonography with harmonic power imaging LIU Zheng, XIE Feng, LI Peng, et al
(Department of Ultrasound, Xinqiao Hospital,the Third Military Medical University, Chongqing 400037, China)
【Abstract】 Objective To assess normal liver contrast color enhancement using harmonic power imaging (HPI), comparative studies between HPI and color Doppler flow imaging (CDFI) were performed. Methods Four normal dogs were imaged with HPI and CDFI after intravenously injection of contrast agent at 0.02 ml/kg. The subjective scores of color enhancement and artifacts were estimated. Results There were significant color enhancement (Grade 3) both in HPI and CDFI imaging of liver after contrast., but severe (Grade 3) color blooming artifacts always appeared in CDFI comparing to mild (Grade 1) artifacts in HPI. Conclusions Harmonic power imaging is better than CDFI in achieving actual liver perfusion imaging and eliminating color blooming artifacts in microbubbles contrast.
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【Key words】 Ultrasonography,Doppler,color;Harmonic power imaging;Contrast media;Liver;Dogs
彩色多普勒血流显像(color Doppler flow imaging, CDFI)对微泡声学造影非常敏感，彩色信号增强显著，但是，这往往造成严重的彩色怒放(color blooming)伪像，使彩色取样区充满彩色信号，干扰小血管影像的显示[1, 2]。谐波能量显像(harmonic power imaging, HPI)是一种由二次谐波信号组成的新型能量图显像方式，有助于消除彩色造影伪像，这是因为HPI不采用流速估算，故不发生彩色混迭，并允许降低采样的多普勒脉冲重复频率，对小血管血流信号敏感性较高[1]。本实验旨在比较HPI和CDFI在正常肝脏声学造影中的彩色增强效果。
材 料 与 方 法
, http://www.100md.com
一、动物准备
本研究包括4只健康杂种犬，雌雄不限，体重16～25 kg，平均 19.2 kg。每只犬用 2.5%硫贲妥钠(剂量10 mg/kg体重)静脉麻醉后，固定于左侧卧位，去除肝区体毛。超声探头置于右侧肋间。造影剂通过股静脉插管注射。
二、超声显像
采用ATL公司的HDI 3000型超声仪。该机配有二次谐波显像和谐波能量显像功能。彩色多普勒血流显像频率为4 MHz；谐波能量显像频率为2/4 MHz。将仪器的发射功率(MI)在基波显像中设为 0.6，谐波显像中为 0.8，其他条件如显像深度、彩色增益、聚焦范围等参数在实验中均保持不变。用1/2寸的SVHS录像带和 3.5 英寸磁光盘记录造影过程的图像。
三、声学造影剂
本研究使用阜外医院超声科实验室制作的含有氟碳气体的微泡造影剂FX530。这种造影剂微泡的平均直径约为(4±2)μm。微泡浓度约 1.2×109～1.4×109/ml。
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四、研究方案
整个研究按显像方式分为谐波能量图和彩色血流显像基波显像两组。每组造影剂注射剂量为 0.02 ml/kg体重，每一剂量水平均随机注射8次。注射后即用10 ml的生理盐水做冲洗注射，使造影剂以团注(bolus)方式进入体内。每次注射间隔至少15 min，以避免前次造影的影响。
五、视觉判断
由两名超声科医师独立对肝脏造影的彩色信号进行视觉造影效果判断分级。造影增强效果按以下方法分级：0级，无彩色信号增强；1级，轻度彩色信号增强；2级，明显彩色信号增强；3级，彩色信号增强强烈。
造影彩色怒放伪像强度按以下方法分级：0级,无彩色怒放伪像；1级，轻度彩色怒放伪像；2级，彩色怒放伪像增强，明显超过肝内血管宽度，影响背景二维影像；3级，彩色怒放伪像强烈、杂乱，几乎掩盖肝脏二维影像。
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六、统计学分析
视觉效果的比较采用χ2检验。P<0.05为有统计学意义。
结 果
一、彩色多普勒血流显像
8次CDFI声学造影后彩色血流信号均有十分强烈的3级彩色增强效果(图1,2)，造影前后有非常显著的统计学意义(表1)。
二、谐波能量显像
8次HPI声学造影后谐波能量显像信号也有十分强烈的3级彩色增强效果(图3,4)，造影前后有非常显著的统计学意义(表1)。
表1 CDFI和HPI的造影效果比较(次) 显像方式
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1级
2级
3级
CDFI
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HPI
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注：CDFI和HPI比较，P>0.05
三、彩色伪像
对造影彩色怒放伪像的视觉判断中，两名超声医师一致认为，CDFI的彩色怒放伪像十分严重，每次均达到3级(图2)，但HPI的伪像6次为1级(图4)，2次为2级。CDFI与HPI的彩色伪像分级有显著的统计学差异(表2)。
图1 声学造影前犬肝脏断面的彩色多普勒血流显像(CDFI)
图2 声学造影后,CDFI彩色信号强烈增强,彩色怒放伪像严重,肝内血流影像被杂乱的彩色信号掩盖
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图3 声学造影前犬肝脏断面的谐波能量显像
图4 声学造影后,肝内血流信号显著增强,血管分支显示细致清晰,但彩色怒放现象不明显
表2 CDFI和HPI的造影伪像比较(次) 显像方式
0级
1级
2级
3级
CDFI
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0
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HPI
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注：CDFI和HPI比较，P<0.05讨 论
肝脏声学造影的重要目的是增强肝脏肿瘤血管的彩色血流信号，有利于发现造影前无法显示的微小肿瘤血管，完善肿瘤特异性血管构筑影像[3,4]。但是，CDFI在声学造影中容易出现“彩色怒放”伪像，严重时彩色信号充满整个彩色取样区，妨碍小血管血流信号的显示[1,2]。这是因为CDFI采用流速估算方法和彩色阈值设置不适合声学造影而造成的，但彩色阈值通常由仪器条件设定，不能被人为调整[1]。从实验结果看，CDFI在声学造影中虽然有强烈的增强效果，但造成的彩色怒放伪像十分严重，每次均达到3级。我们解决的方法是避开造影剂首次达到肝脏的造影高峰，并适当调整彩色增益，这就增加了人为因素和操作的复杂性，同时也失去了观察可能出现的肿瘤血管早期信号增强这一短暂现象。
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本研究采用的HPI是ATL公司最新开发的一种新型的血流显像模式，它采用宽频带超声探头(C4-2)和二次谐波技术,实现了由二次谐波信号组成的血流能量显像。实验结果表明，在经外周静脉注射微量氟碳声学造影剂的情况下，肝脏HPI彩色信号不仅可以重复性地达到3级强烈增强效果，肝内小血管分支影像显示清晰，并且彩色怒放伪像多为1级，显著低于CDFI，较真实地反映了肝内血管构筑影像。这首先是因为HPI是一种二次谐波显像，对造影剂微泡产生的二次谐波信号比较敏感，又不含组织在基波水平的杂波(如组织运动)信号，信噪比可以提高35 dB；其次是血流能量图信号在微弱血流检测方面又比CDFI更敏感，不采用流速估算和血流方向判断避免了可能出现的彩色混迭、怒放[1]。另外，在常规能量显像中容易产生的运动伪色(clutter)也被HPI技术克服，这是因为HPI是一种二次谐波显像，组织在基波水平的运动伪像受到抑制[1]。总之，HPI在声学造影实验中至少在三个方面优于CDFI：①显示肝脏血管分支结构比CDFI完整、细致；②HPI避免了CDFI信号过强产生的彩色怒放伪像；③不易受组织运动带来的影像干扰。
, 百拇医药
声学造影是目前国内外竞相开展的超声诊断新技术。HPI作为一种新型的血流显像方法，在声学造影中既有3级强烈的彩色信号增强效果，又明显减轻彩色怒放伪像的出现，因此，在肝脏肿瘤、肝硬变等常见疾病的声学造影中有潜在的优越性，HPI反映的肝脏血流灌注影像可能较CDFI更加真实，更容易体现肿瘤特异性的血管构筑。
综上所述，HPI在肝脏声学造影中能较好地反映正常肝脏的血流灌注情况,彩色怒放伪像少，明显优于CDFI。
参 考 文 献
1，Peter N Burns. Harmonic imaging adds to ultrasound capabilities. Diagnostic Imaging, 1995, 5:7-10.
2，Flemming Forsberg, Ji-Bin Liu, Peter N Burns, et al. Artifacts in ultrasonic contrast agent studies. J Ultrasound Med 1994, 13:357-365.
, http://www.100md.com
3，Ernst H, Hahn EG, Balzer T, et al. Color Doppler ultrasound of liver lesions: signal enhancement after intravenously injection of the ultrasound contrast agent Levovist. J Clin Ultrasound, 1996, 24:31-35.
4，Pugh CR, Arger PH, Sehgal CM. Power, spectral, and color flow Doppler enhancement by a new ultrasonographic contrast agent. J Ultrasound Med, 1996, 15:843-852.
收稿日期:1999-04-22, http://www.100md.com