超声造影全面总结

2021年2月20日发(作者：红斑样皮疹)
声
学
造
影
全
面
总
结

编辑整理：李智

创建日期：
2003
年
12
月

最后一次更新日期：
2005-12-23
编者声明：

本文的目 的是为了总结造影剂成像基础知识和发展历史，并对目前各公司主要的造影
技术进行初步阐述。本文中的 信息来源于多种正式和非正式的媒介，因此，本文仅代
表编者的个人观点，编者不对其中结论的正确性承 担责任。如发现有误，欢迎与编者
交流。

目录

第一部分

基础知识

..............................................

线性与非线性：

.............................................

机械指数：

........................... ......................

造影剂原理简述：

...........................................

造影剂微泡的历史：

.........................................

为什么要使用造影剂：

.......................................

造影剂的临床应用：

.........................................

造影剂成像技术的分类：

.....................................

第二部分
Sequoia
平台提供的造影剂成像技术及功能：

..............

?

PCI
能量对比造影技术（
Power Contrast Imaging
）
：

..........

?

ADI
造影剂探测成像技术（
Agent Detection Imaging
）
：

.......

?

CCI
相干对比造影技术（
Coherent Contrast Imaging
）
：

.......

?

CPS
对比脉冲系列造影成像技术（
Contrast Pulse Sequencing
）
：


ADI
原理：
.................................................

CPS
原理
：
.................................................

CPS
的优势：
...............................................

第三部分

关于定量分析

..........................................

百胜超声造影技术：

.........................................

Philips
超声造影技术：

.....................................

TOSHIBA
超声造影技术
.......................................

GE
超声造影技术：
..........................................

第五部分

常见问题与解答

........................................

1.

问：为什么说西门子的
CPS
技术是世界上最先进的造影剂成像技术？


2.

问：其他公司都在主推什么造影剂技术？
....................

3.

问：目前各公司的造影剂技术在临床应用上大致处于什么水平？


4.

问：目前在国内都能使用哪些造影剂？
......................

5.

问：超声造影与
CT
和
MRI
造影相比有哪些优势和不足？
.......

6.

问：百胜的
CnTI
技术号称< br>MI
最低可达
0.01
，且可以显示直接声压强度
的数值（
D P
值）
，如何应对？
.................................

7.

问：
百胜和
ALOKA
等公司都声称已经拥有了造影剂二维双幅实时对比显示
的技术，如何应对？

.........................................

8.

问：
有人说东芝的高级动态血流成像可以看到肿瘤内部的细微血管，< br>分辨
率比
CPS
好，如何应对？

.....................................

9.

问：很多公司都有微血管成像技术，为什么西门子没有？
......

10.

问：
CPS
技术中的精确微泡爆破技术有哪些方式？有什么用处？


11.

问：在哪里可以获得有关声学造影的临床文章？

.............

第一部分

基础知识

线性与非线性：

数学角度：设有两个变量
x
和
y
，如果可以用
y=kx+b
（
k,b
均为常数）来表示，则称
x与
y
之间是线性关系，在图形上
x
与
y
的这种关系可以 表示成一条直线。如果
x
与
y
不
存在这种表达方式，则二者的关系为 非线性。

直观理解：如果
x
的改变引起了
y
的改变，且二 者的变化之间存在固定的比例关系（如
同时增大
2
倍）
，则二者为线性关系； 否则为非线性关系。

对于超声系统来说，
考虑某个介质，
如果发射超声信号 增大一倍，
回波信号也增大一倍，
则该介质为线性表现；否则为非线性表现；造影剂微泡在超声 照射下将会扩张和收缩，
但由于内部含有气体，因此
在超声照射下易于扩张而不易于压缩，这就 产生了非线性的
回波信号
。




扩
原始大小

超声波

机械指数：

超声 波在人体内会产生三大效应：热效应、空化效应和声流。多数学者认为
I
SPTA
（空 间
收
峰值时间平均声强）为生物学效应的主要指标，但未能明确表达超声的热效应和空化效应，
1995
年以后，国际上提出了机械指数
MI
和热指数
TI
的概念。

机械指数
MI
（
Mechanical Ind ex
）
：
指超声在弛张期的负压峰值（单位
MPa
）与探头中
心频率（单位
MHz
）的平方根的比值
，用来反映超声在人体内可能造成的空化效应 和声
流，从而保证安全性。一般
MI
低于
1.0
认为无害，但对于特 殊检查项目（如眼球、胎
儿等）应调至更低。

在进行声学造影时，超声波信号会破坏 微泡，减少微泡在体内的存在时间，机械指数用
来反映超声信号的强弱。

造影剂原理简述：

1.

血液对超声的反射体主要是红细胞，但常规血液中红细胞对超声的反射非常微弱
（只
相当于组织细胞的千分之一）
，因 而无法利用二维灰阶成像的原理来看到血流状况，
只能利用红细胞运动时对超声产生的多普勒效应。
2.

造影剂是一种经过处理的特殊微泡，注射后进入血液循环。微泡在超声作 用下产生
以下几种表现

?

破坏：当
MI>0.7
或
0.8
时，微泡被超声打破，并在瞬间产生强烈回波信号；

?

谐振：当
0.7/0.8>MI>0.2/0.3
时，微泡产生非线性谐振；

?

反射：当发射超声机械指数
MI<0.1
，微泡不产生非线性谐 振，而表现得像普通
的人体组织一样线性振动；

因此，要想观察到造影增强的效果，必须使入射超声满足前两条之一。

3.

造影剂注射后，在不同组织的到达时间不相同，心腔通常在几个心动周期内就会灌
注，然后是心 肌，而到达肝脏约需要
10~15
秒，到达浅表器官、子宫等脏器则需要
半分钟甚至更 长时间。造影剂会随着血流循环至全身各部位，逐渐破坏，最终通过
呼吸系统排出，一部分经过肝脏代谢 。

4.

造影射通常由肘静脉注射，有两种方式：一种是团注（
bolus injection
）
，有时也
称为弹丸注射，即在短时间内将一定剂量的造影剂迅速注射入静脉；另一种是连续
注射，即按照一定速度持续不断的注射入静脉。

造影剂微泡的历史：

?

早期的造影剂：
无外壳的空气微泡，
由双氧水
(H2
O
2
)
或生理盐水经震荡后形成；
可以
增强多普勒信 号强度，但极不稳定，且微泡直径较大，无法通过肺循环，只能用于
右心显影和子宫输卵管造影。

?

第一代商品化造影剂：有外壳的空气微泡，由人白蛋白溶液经过振荡后形成； 稳定
性有一定提高，且可通过肺循环。但由于空气的可溶性较大，且在超声照射下微泡
极易被破 坏，增强效果只能持续几秒至几十秒；主要产品有
Levovist,
Albunex
等。

?

第二代商品化造影剂：有外壳包 裹的大分子气体（如氟碳气体，六氟化硫等）
，由于
大分子气体不易溶于血液，使造影剂具有更 好的稳定性和更均匀的微泡直径，增强
效果可持续几分钟，因而可以观察造影剂在组织内进入到退出的全 过程。主要产品
有：
Sonovue, Optison, Definity, Imagent
等。

为什么要使用造影剂：

早期的造影剂仅仅是 为了增强超声回波信号，使得二维、
M
型和血流的显示更加清晰、
敏感，随着第二代造 影剂的出现，造影剂作为血池示踪剂对组织内部的毛细血管的回波
信号的增强，可以直接观察特定组织的 二维结构和微循环的灌注和消退情况，由于不同
病变常常表现出特定的灌注
-
消退过程 和增强特征，因此为临床鉴别诊断提供了新的方
法。

造影剂的临床应用：

1.

心脏方面可用于显示左室
(LVO)
或显示心肌（
M CE
）
。

?

评估左室功能时，
检查的准确性有 赖于对心内膜的良好描绘。
LVO
可显着提高心
内膜边界，从而对于成像困难的病人， 把没有诊断意义的结果转变为有诊断意
义的结果。

?

心肌声学造 影（
MCE
）目前已成为研究冠心病的病理和生理的重要手段。应用领
域包括：评价存 活心肌、评价冠脉血管内皮功能、评价介入治疗疗效、测量冠
脉储备功能等方面。

2.

腹部方面可用于显示肝脏、肾脏、子宫和卵巢等器官

?

肝脏：显示不同占位性病变（如原发性肝癌、转移性肝癌、局灶性结节增生等）< br>的血供特点，有助于肝占位性病变的诊断及鉴别诊断；提高肿块与正常肝组织
的对比度，有助于小 肿块的发现。

?

肾脏：肿瘤周围有血管环绕，超声造影能提高肿瘤彩色血 流检出率。如鉴别肥
大肾柱与小肾肿瘤。

?

子宫和卵巢：位置较 深，低速血流和小血管难以显示。造影后能够清楚显示子
宫肌层和卵巢的彩色血流。可鉴别卵巢巧克力囊 肿、子宫肌瘤、腺肌症等。

?

产科：观察胎盘的血供情况，诊断胎盘早剥、胎盘植入等。

3.

超声造影在甲状腺、乳腺、术中超声等方面的应用也在不断深入开展

造影剂成像技术的分类：

尽管各公司造影剂成像技术的名称五花八门各不相同，但按照所使用的机械指数高低可
以分成两大类。早期的造影剂成像模式大多属于高
MI，而在
2000
年左右开始出现了低
MI
的成像模式。

高机械指数（
High
MI
）
：机械指数高会破坏微泡，但微泡破 裂的瞬间可以产生大量非线
性信号，因而只能进行触发成像。该技术由于造影剂用量大，无法长时间观察 充盈和弥
散的过程，因而逐渐被低机械指数造影成像方式取代。

低机械指数（
Low MI
）
：机械指数低可以减少对微泡的破坏，进行实时 连续成像，能够
观察造影剂从充盈到弥散的整个过程。为了在连续注射造影剂时观察再灌注的过程，通< br>常在成像中的某个时刻用高机械指数将微泡全部打破，并将该时刻设为初始状态，然后
观察造影剂 的充盈
-
消退过程。从初始状态到达峰值的过程称为
Wash-in
（清空< br>-
进入过
程）
；从初始状态到完全消退的过程称为
Wash-in- out
（清空
-
进入
-
退出过程）
；

第二部分
Sequoia
平台提供的造影剂成像技术及功能：

?

PCI
能量对比造影技术（
Power Contrast Imaging
）
：

应用于心脏造影成像，采用高机械指数的超声波打破照 射野的部分微泡，利用微泡
破坏的瞬间产生的大量非线性谐波信号进行成像，属于间歇成像方式。采用信 号的
失相关性（
Loss of Correlation
）技术，检测多普勒能量信 息（能量图）
。
PCI
具
备很好的敏感度，但特异性一般。

PCI
用于心脏

?

ADI
造影剂探测成像技术（
Agent Detection Imaging
）
：

应用于腹部造影成像，采用高机械指数的超声波打破照 射野的全部微泡，属于间歇
成像方式。采用受激声发射（
Stimulated Acoustic Emission
）技术，检测回波信
号强度（灰阶图）
。
ADI
与腹部二维成像具有相同的空间分辨率，并可以将组织信号
与造影剂信号分离。但由于 高机械指数破坏了造影剂，因此无法进行连续观察。

ADI
用于腹部

?

CCI
相干对比造影技术（
Coherent Contrast Imaging
）
：

应用于全身造影成像，采用低机械 指数，对微泡破坏较少，因此可进行连续成像。
CCI
使用单脉冲删除技术（
Sing le Pulse Cancellation
）
，与二维成像具有同样的
时间分辨率 ，但无法区别组织信号与造影剂信号。

CCI
用于腹部和心脏

?

CPS
对比脉冲系列造影成像技术（
Contrast Pulse Sequencing
）
：

应用于全身造影成像，是目前超声 界唯一的能利用造影剂的全部信号进行成像的技
术。采用极低机械指数，延长了微泡的生存时间。具备最 佳的空间分辨率和时间分
辨率，同时能够将组织与造影剂的信号完全分离。由于使用了非线性基波信号， 大
大提高了信号强度，因而可以使用高频探头（最高
14MHz
）进行乳腺、甲状腺等 浅
表器官的造影研究，以及鼠、兔的心脏、肾脏造影的小动物实验等。

CPS
用于心脏和腹部

Sequoia
平台
Cadence
造影成像系列功能：

技术名称

中文

PCI
ADI
CCI
CPS
能量对比造影
造影剂探测
相
干
造
影
对比脉冲系列造
成像技术

成像技术

2000
成像技术

1999
影成像技术

2002
推出时间

原理

较早

打破部分造影
打 破全部造
单
脉
冲
删
调节多个脉冲的
微泡，一次注
影 微泡，一
除技术，
属
振幅和相位，去
射后可多次进
次注射后的
于
二
维
成
除全部的线性信
行，属于多普
瞬时效果；
像技术

勒成像技术

二维成像技
术

号，利用全部的
非线性基波和谐
波

低

连续

较少

极低

连续

很少

机械指数

成像方式

微泡破坏

使用技术

高

间歇

较多

高

间歇

很多

失相关（
LOC
）

受激声发射
单
脉
冲
删
非线性基波

（
SAE
）

除
(SPC)
二维

高

低

二维

高

高

组织、造影剂、
检测信号

多普勒能量

二维

低

高

时间分辨率

低

空间分辨率

低

显示方式

组织、
造影剂、
组织、造影
二者合成

二者合成

剂、二者合
成

二者合成

支持探头

3v2c, 5v2c
6C2,
4C1,
3v2c
4V1
3v2c,
4v1c,
4C1,
4V1, 6C2,
15L8, 15L8w
优点

高的造影剂敏
能够区别组
高帧频，
对
极佳的组织和造
感度

织
和
造
影
造
影
剂
的
影剂的区别；可
剂；适于使
破坏少，< br>没
以打破造影剂观
用
有
闪
烁
伪
察
再
灌
注
的
图
Levovist
；
像，
图像均
像；增加造影剂
高空间分辨
匀

率；全场均
匀；

的存在时间，减
少
造
影
剂
使
用
量；高帧频 ；全
场均匀性，支持
TEQ
；
高分辨率和
穿透力；高敏感
度 和特异性；

不足

间歇成像；

敏
间歇成像；

机
械
指
数

感性高特异性
不够

不够低；
穿
透
力
不< br>够
好；
不能区
别
组
织
和
造影剂；

ADI
原理：

发射

组织响应

造影剂响应

f
0

Xmt 1
f
0

2f
0

f
0

2f
0

-
Xmt 2
-
-
-

发射第一个脉冲（高
MI
）
，组织和造影剂均产生基波和谐波信号 ，但该脉冲会打破
造影剂微泡。因此，在发射第二个脉冲时，造影剂微泡已不存在，只有组织产生基波和谐波信号。两次回波信号相减，就能得到纯净的造影剂信号。

CPS
原理
：

发射脉冲中包括：

第一个波：半 波正向，回波中包括组织线性基波（半波正向）
、造影剂非线性基波、造
影剂非线性谐波；
第二个波：全波反向，回波中包括组织线性基波（全波反向）
、造影剂非线性基波、造< br>影剂非线性谐波；

第三个波：半波正向，回波中包括组织线性基波（半波正向）
、造影剂非线性基波、造
影剂非线性谐波；

三个波形相加，可完全消除组织基波， 得到造影剂非线性基波，造影剂非线性谐波。
之
所以造影剂的基波不会被抵消，是因为第二次接 收的波形中，造影剂基波信号的形式并
不是第一次和第三次的相加（非线性的体现）
。

能够在短暂的时间内连续发射振幅和相位都不相同的多个脉冲信号，
体现了
Sequo ia
相
干成像的优势。

上图：左侧为回波信号的时域成份，右侧为对应回波 信号的频域成份。注意不同颜色的
虚线和实线分别代表组织和造影剂的回波信号成份。

原理中需要明确以下问题：

1.

只要
MI
大于 一定值（如
0.1
）
，造影剂只产生非线性信号，不产生线性信号；

2.

组织产生线性基波和非线性谐波；

3.

无论是组织还是造影剂，基波能量明显高于谐波。

4.

与造影剂的非线性谐波信号相比，组织的非线性谐波信号非常微弱，可以忽略不计。

CPS
的优势：

1.

基于
Sequoia的相干脉冲发射技术和可编程的波形发生器（
Programmable
waveform
generator
）
，同时调整脉冲的振幅和相位，可 以在造影剂成像时实现以下技术：精
确脉冲整形
(precise
pulse
shaping)
、动态发射聚焦（
dynamic
transmit < br>focusing
）
等，从而提高造影图像质量；
而其他公司的造影成像技术大 多不能与其他先进成像
技术同时使用
。

2.

基于
Sequoia
的相干图像形成技术，可以从组织信号中识别和区分组织和造影剂信
号；是目 前唯一能
在低机械指数的情况下完全分离组织和造影剂产生的基波信号并
实时双幅对比显示的技 术
，而其他技术只是简单的将全部基波信号去除。

3.

由于造影剂成像时要使用正常组织的灌注情况作为参考，因此在注射造影剂之前对