基于闪烁伪像形成机制的模型优化研究

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研究背景及目的闪烁伪像是彩色多普勒血流成像中强反射物质后方显示快速变化的红蓝相嵌的彩色信号,其临床应用范围日益广泛,已由单纯结石诊断扩展到相关临床诊断与治疗领域,应用价值不断提高。综合国内外相关研究进展,不同机器设置能够影响闪烁伪像的显示,但并没有学者对其进行深入系统研究。因此,本研究通过对闪烁伪像强度进行定量分析,探讨影响闪烁伪像强度的各种物理因素,以期望改进其显示效果并指导临床应用。材料与方法1、模型制备与连接选取按国际标准制作的砂纸(勇士砂纸MATADOR型号:991A德国)及泌尿系结石分别构建实验模型。首先将四种不同型号(150cw,240cw,360cw,600cw)砂纸各一张,裁剪制作成长约50mm,宽约5mm的砂纸条。取一塑料制水槽作为载体,根据砂纸表面粗糙度进行分组,将制备好的砂纸条两端固定,水做透声窗。应用实验架作为固定装置,将组装好的实验模型放于可自由调节的升降台上。超声探头固定于试管夹上,保持探头平面与砂纸模型平面平行,并长轴方向垂直。然后将泌尿系结石作为研究对象放入水槽中,置于水槽底部,调整机器探头位置,选取不同扫描切面,应用不同机器设置进行超声扫描。2、仪器与扫描使用Philips iU22超声仪,应用线阵探头,频率为5-12MHz,保持探头平面与砂纸平面互相平行并长轴方向垂直。扫查过程中始终保持砂纸条或泌尿系结石位于探头中心且与探头的相对位置固定不变。3、参数调整与分组本实验中研究的机器参数有8种,即彩色增益,彩色写优先,灰度增益,壁滤波,聚焦深度,脉冲重复频率,谐波成像及取样框大小和形状。当调节某一实验参数,保持其它参数恒定不变。然后,选用条件优化后的最佳机器设置,进行表面粗糙度与闪烁伪像强度相关性分析实验,对4种不同表面粗糙度砂纸分别进行彩色多普勒成像,最后选取不同表面形貌的泌尿系结石,由两名具有10年以上碎石经验泌尿外科医师根据结石表面形貌特点进行分组,分为粗糙组、中度粗糙组与光滑组,组间大小无差异(F=1.299,P=0.300),分别进行默认设置与优化设置条件下闪烁伪像强度对比研究。4、超声图像定量分析采用数据分析软件Matlab进行图像处理,首先根据实验目的进行编程,用于计算取样框内彩色像素数目,然后对采集的目标图像进行程序运算,采用彩色像素数目代表闪烁伪像强度。5、统计学分析采用SPSS16.0统计分析软件包,计量资料均以x±S表示,其中彩色增益,彩色写优先,壁滤波,灰度增益,聚焦深度,脉冲重复频率,表面粗糙度对闪烁伪像强度的影响采用曲线回归分析;基波成像与谐波成像,泌尿系结石默认设置与最优设置下闪烁伪像强度组间比较采取双尾t检验;不同取样框条件下及不同表面粗糙程度泌尿系结石闪烁伪像强度比较分别采用单因素方差分析,P<0.05为差别有统计学意义。结果1、闪烁伪像强度与彩色增益,彩色写优先及壁滤波呈正相关(P<0.001);当聚焦范围位于砂纸条位置之上时,闪烁伪像强度与聚焦深度呈正相关,而随着聚焦深度下移至砂纸条位置之下,闪烁伪像的强度几乎不变(P<O.001);虽然闪烁伪像强度与脉冲重复频率存在相关性,但相关系数很小(R2=0.186,P<0.001);基波成像下闪烁伪像强度强于谐波成像(P<0.001),同时,闪烁伪像强度亦受到取样框大小与形状的影响(P<0.001),然而,其与灰度增益相关性不大(P=0.304)。综上可得闪烁伪像最优显示设置原则:最高彩色写优先,位于噪声阈值之下最高彩色增益,较高脉冲重复频率下高壁滤波,位于探测物体之下的聚焦深度及基波成像情况下适当调节大小的彩色取样框。2、砂纸表面粗糙度与闪烁伪像强度存在线性正相关,相关系数r=0.912(P<0.001)。3、泌尿系结石闪烁伪像强度在最优显示设置条件下显示更加清晰,优于机器默认设置(P<0.001),不同机器设置条件下闪烁伪像强度与结石表面粗糙程度呈正相关(P<0.001)。结论闪烁伪像临床应用受机器设置与物体表面粗糙度的影响,正确的掌握它们的作用特点对其临床应用具有重要意义。
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