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【中图分类号】R735.7 【文献标识码】B 【DOI】10.12332/j.issn.2095-6525.2020.10.060
超声造影也称为声学造影，是应用超声造影剂使靶组织或者靶器官内的超声散射回声增强，用于心血管领域称为造影超声心动图;用于其他领域尚无统一的标准术语，具体有以下称谓：回声增强，造影增强等。超声增强造影的基本原理为，超声造影剂可以改变靶组织超声声学特性，例如背向散射系数、声速以及非线性效应等，从而产生增强造影效果，超声造影剂的浓度、覆盖尺寸以及超声发生频率等都可以影响超声增强造影的效果，主要涉及的物理学原理包括以下几个方面：（1）通过微泡背向散射信号成像;（2）通过微泡非线性共振产生的谐波成像;（3）通过声衰减成像;（4）通过声速成像。
1 超声造影的基本概念
1.1散射
當超声波遇到长度远远小于其波长的小界面时，会产生方向为朝向四面八方的分散能量转移，这种现象被称为散射。人体内肝脏、脾脏等实质性器官或者软组织内的细胞就是经典的散射体。
1.2背向散射
是指方向朝向探头的散射，也属于散射的范畴，只不过是一种方向特定的散射方式，这是对超声诊断有用的散射。现代超声诊断仪就是利用人体组织内无数小界面的背向散射原理，清楚显示人体内复杂而细微的组织结构。
1.3机械指数
指超声脉冲在传播过程中张弛期的负压峰值与探头中心频率平方根的比值。机械指数主要用于评价超声作用于组织时的瞬间声场中的最大声波负压。机械指数0.5水平被认为是高机械指数与低机械指数的分界线。因为在机械指数低于0.5的超声作用于组织时，组织任何地方均未有过非致热性的副作用事件发生。超生增强噪声一般为低机械指数成像，其机械指数多小于0.1。
1.4基频
指的就是振动系统，也就是声源的最低固有频率。
1.5基波
指其振动频率为基频的机械波。
2 超声造影剂的分类
2.1根据物理形态分类
主要可以分为以下几种。（1）含有自由气泡的液体，例如二氧化碳，过氧化氢等;（2）含有包膜气泡的液体;（3）含有悬浮颗粒的胶状体;（4）乳剂;（5）水溶液等，多为口服造影剂。
2.2根据造影剂所能达到的靶目标分类
主要可以分为这几种：（1）右心造影剂：即早期使用的自由微泡的造影剂;（2）左心造影剂：指可以通过肺循环的超声造影剂，能够经外周静脉注射后实现左心以及外周器官显影成像。
2.3根据造影剂所含气体成分的不同分类
主要可以分为这几种：（1）包膜类造影剂。第一代造影剂即空气型微泡造影剂;第二代造影剂即氟化气体型造影剂。（2）靶向性造影剂，该类造影剂的出现将超越超声造影剂仅提供血流和组织灌注学信息的局限性，并有可能成为第三代超声造影剂。
2.4根据超声造影剂在体内代谢方式的不同分类
主要可以分为这几种：（1）血管造影剂。造影剂经外周静脉注射后经肺循环进入左心系统，造影剂不渗出血管外，始终在血液循环系统流动，最后微泡破裂后，其内气体经肺排出。（2）组织特异性造影剂。其微泡直径一般小于血管造影剂，使用方法同血管造影剂，不同处是其在组织中的代谢与分布不同，能够被机体特定的组织和器官摄取，从而改变靶器官或组织的声学特性。（3）口服造影剂。主要用于上腹部胃肠造影。
2.5根据造影剂微泡粒子大小及其变形性分类
主要可以分为这几种：（1）自由流体示踪剂。其微粒小于红细胞，可自由通过微循环，其血流动力学特点与红细胞相似，可以通过这些自由流动于血管内的微泡回声信号的检测，得到血流灌注信息。（2）沉积示踪剂。微泡体积较大，在通过肺循环时被嵌在微小动脉上，局部微泡嵌顿数量与局部血流量呈直线相关，因此微泡数量在图像上表现为视频强度，可反映局部血流量，可经过左房、左室、主动脉根部或冠状动脉内注射产生极好的心肌显像效果，但由于其不能通过肺循环这个特点的限制，这类造影剂目前已经很少使用。
3 造影影像模式
3.1谐波影像
利用微泡的非线性特殊性来增加微泡与组织的对比度，常规谐波影像是发射基波频率f0，接受回声时，用滤波器移除基波f0，接受二次谐波2f0形成影像。这种呈现方法有效地将谐波信号与基波信号分离开，但限制了宽频的使用。如果基波是宽频信号与谐波信号有重叠，滤波器不能将基波与谐波完全分开，因此在谐波成像时，是使用较为狭窄的发射频率。谐波影像传统上是使用高机械指数，需要出发影像，以便有充分的时间使微泡重新填充。
3.2造影剂探测影像
主要采用了高机械指数技术，微泡在高机械指数破坏时，产生强烈的、频带宽散射信号，回声信号随着脉冲的变化而迅速变化，能量谐波可探测到微泡反射信号的脉冲变化，形成有效的微泡破坏的局部解剖影响。造影剂探测影像显示以彩色覆盖在灰阶组织影像上，这种覆盖仅显示微泡信号，该技术的应用有助于肝脏转移性肿瘤的探测。在血管相后造影剂聚集在正常肝脏中，而不是转移灶中。
3.3脉冲反相谐波影像
谐波影像使用相对窄的频宽，以防基波和谐波相重叠。PIH（反向脉冲谐波显像造影功能）通过减影滤出基波信号，从而避免了频宽的限制。因此即使当基波和谐波重叠时，PIH也可以分离由谐波产生的微泡回波中的基波成分。宽频发射和接收改善了分辨率，提高了对造影剂的敏感度。在脉冲反相谐波成像时，发射两个脉冲沿着各自的方向行进，代替了常规谐波和基波的单信号脉冲成像。第一个是正常的脉冲，第二个是第一个脉冲的反相，因此第一个脉冲的正压等于第二个脉冲的负压。
总而言之，超声造影在医学上的应用十分普遍，主要是依靠先进的医疗设备来完成对患者的身体检查。近些年在我国医疗技术不断发展的背景下，越来越多病灶能够尽早被发现，也进一步提升了人们的生活水平。
超声造影也称为声学造影，是应用超声造影剂使靶组织或者靶器官内的超声散射回声增强，用于心血管领域称为造影超声心动图;用于其他领域尚无统一的标准术语，具体有以下称谓：回声增强，造影增强等。超声增强造影的基本原理为，超声造影剂可以改变靶组织超声声学特性，例如背向散射系数、声速以及非线性效应等，从而产生增强造影效果，超声造影剂的浓度、覆盖尺寸以及超声发生频率等都可以影响超声增强造影的效果，主要涉及的物理学原理包括以下几个方面：（1）通过微泡背向散射信号成像;（2）通过微泡非线性共振产生的谐波成像;（3）通过声衰减成像;（4）通过声速成像。
1 超声造影的基本概念
1.1散射
當超声波遇到长度远远小于其波长的小界面时，会产生方向为朝向四面八方的分散能量转移，这种现象被称为散射。人体内肝脏、脾脏等实质性器官或者软组织内的细胞就是经典的散射体。
1.2背向散射
是指方向朝向探头的散射，也属于散射的范畴，只不过是一种方向特定的散射方式，这是对超声诊断有用的散射。现代超声诊断仪就是利用人体组织内无数小界面的背向散射原理，清楚显示人体内复杂而细微的组织结构。
1.3机械指数
指超声脉冲在传播过程中张弛期的负压峰值与探头中心频率平方根的比值。机械指数主要用于评价超声作用于组织时的瞬间声场中的最大声波负压。机械指数0.5水平被认为是高机械指数与低机械指数的分界线。因为在机械指数低于0.5的超声作用于组织时，组织任何地方均未有过非致热性的副作用事件发生。超生增强噪声一般为低机械指数成像，其机械指数多小于0.1。
1.4基频
指的就是振动系统，也就是声源的最低固有频率。
1.5基波
指其振动频率为基频的机械波。
2 超声造影剂的分类
2.1根据物理形态分类
主要可以分为以下几种。（1）含有自由气泡的液体，例如二氧化碳，过氧化氢等;（2）含有包膜气泡的液体;（3）含有悬浮颗粒的胶状体;（4）乳剂;（5）水溶液等，多为口服造影剂。
2.2根据造影剂所能达到的靶目标分类
主要可以分为这几种：（1）右心造影剂：即早期使用的自由微泡的造影剂;（2）左心造影剂：指可以通过肺循环的超声造影剂，能够经外周静脉注射后实现左心以及外周器官显影成像。
2.3根据造影剂所含气体成分的不同分类
主要可以分为这几种：（1）包膜类造影剂。第一代造影剂即空气型微泡造影剂;第二代造影剂即氟化气体型造影剂。（2）靶向性造影剂，该类造影剂的出现将超越超声造影剂仅提供血流和组织灌注学信息的局限性，并有可能成为第三代超声造影剂。
2.4根据超声造影剂在体内代谢方式的不同分类
主要可以分为这几种：（1）血管造影剂。造影剂经外周静脉注射后经肺循环进入左心系统，造影剂不渗出血管外，始终在血液循环系统流动，最后微泡破裂后，其内气体经肺排出。（2）组织特异性造影剂。其微泡直径一般小于血管造影剂，使用方法同血管造影剂，不同处是其在组织中的代谢与分布不同，能够被机体特定的组织和器官摄取，从而改变靶器官或组织的声学特性。（3）口服造影剂。主要用于上腹部胃肠造影。
2.5根据造影剂微泡粒子大小及其变形性分类
主要可以分为这几种：（1）自由流体示踪剂。其微粒小于红细胞，可自由通过微循环，其血流动力学特点与红细胞相似，可以通过这些自由流动于血管内的微泡回声信号的检测，得到血流灌注信息。（2）沉积示踪剂。微泡体积较大，在通过肺循环时被嵌在微小动脉上，局部微泡嵌顿数量与局部血流量呈直线相关，因此微泡数量在图像上表现为视频强度，可反映局部血流量，可经过左房、左室、主动脉根部或冠状动脉内注射产生极好的心肌显像效果，但由于其不能通过肺循环这个特点的限制，这类造影剂目前已经很少使用。
3 造影影像模式
3.1谐波影像
利用微泡的非线性特殊性来增加微泡与组织的对比度，常规谐波影像是发射基波频率f0，接受回声时，用滤波器移除基波f0，接受二次谐波2f0形成影像。这种呈现方法有效地将谐波信号与基波信号分离开，但限制了宽频的使用。如果基波是宽频信号与谐波信号有重叠，滤波器不能将基波与谐波完全分开，因此在谐波成像时，是使用较为狭窄的发射频率。谐波影像传统上是使用高机械指数，需要出发影像，以便有充分的时间使微泡重新填充。
3.2造影剂探测影像
主要采用了高机械指数技术，微泡在高机械指数破坏时，产生强烈的、频带宽散射信号，回声信号随着脉冲的变化而迅速变化，能量谐波可探测到微泡反射信号的脉冲变化，形成有效的微泡破坏的局部解剖影响。造影剂探测影像显示以彩色覆盖在灰阶组织影像上，这种覆盖仅显示微泡信号，该技术的应用有助于肝脏转移性肿瘤的探测。在血管相后造影剂聚集在正常肝脏中，而不是转移灶中。
3.3脉冲反相谐波影像
谐波影像使用相对窄的频宽，以防基波和谐波相重叠。PIH（反向脉冲谐波显像造影功能）通过减影滤出基波信号，从而避免了频宽的限制。因此即使当基波和谐波重叠时，PIH也可以分离由谐波产生的微泡回波中的基波成分。宽频发射和接收改善了分辨率，提高了对造影剂的敏感度。在脉冲反相谐波成像时，发射两个脉冲沿着各自的方向行进，代替了常规谐波和基波的单信号脉冲成像。第一个是正常的脉冲，第二个是第一个脉冲的反相，因此第一个脉冲的正压等于第二个脉冲的负压。
总而言之，超声造影在医学上的应用十分普遍，主要是依靠先进的医疗设备来完成对患者的身体检查。近些年在我国医疗技术不断发展的背景下，越来越多病灶能够尽早被发现，也进一步提升了人们的生活水平。