图像处理系统辅助肝脏超声造影测定
作者：唐杰 董宝玮 于晓玲 罗渝昆 程志刚 刘海一 唐龙 崔屹
单位：唐杰、董宝玮、于晓玲、罗渝昆、程志刚 100853 北京，解放军总医院超声科；刘海一 计算机室；唐龙、崔屹 清华大学计算机科学与技术系
关键词：超声检查；多普勒；彩色；肝脏；造影剂；图像处理；计算机辅助
图像处理系统辅助肝脏超声造影测定
【摘要】 目的 探索图像处理系统在肝脏超声造影定量测定中的应用价值。方法 超声造影剂Levovist经肘静脉注射检查正常人10例、肝细胞肝癌(HCC)10例。Levovist的浓度为300 mg/ml。用图像处理系统测定造影后受检组织的彩色多普勒血流信号占有的像素百分率，并分别计算增强开始时间、峰值和峰值出现时间、增强持续时间。结果 造影后，HCC的峰值出现时间早于正常肝组织，分别为(40.3±9.7)秒和(53.3±13.5)秒(P<0.05)；HCC的像素峰值百分率高于正常肝组织，分别为(37.2±24.6)%和(17.2±7.7)%(P<0.05)。结论 运用图像处理系统进行肝脏超声造影定量研究有助于更深入地了解不同病理情况下肝脏组织的血流灌注规律。
, 百拇医药
Quantification of imaging processing system of ultrasound contrast in liver
TANG Jie,DONG Baowei,YU Xiaoling,et al.Department of Ultrasound,Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853
【Abstract】 Objective To evaluate the quantification of imaging processing system of ultrasound contrast in liver.Methods 10 normal human and 10 hepatic cellular carcinoma(HCC) petients were studied by intravenous contrast agent-Levovist.The administration of Levovist was 300 mg/ml.After intravenous injection,the percentages of the color Doppler's pixel in the interesting area were obtained with the imaging processing system.In order to the percentages,time of starting enhancement,peak value,peak time and duration were counted.Results The peak time of HCC was shorter than the normal subjects,which were (40.3±9.7)s and (53.3±13.5)s respectively (P<0.05).The peak value of color Doppler's pixel of HCC was more than that of the normal subjects,which were (37.2±24.6)% and (17.2±7.7)% respectively (P<0.05).Conclusions It is beneficial to understand the perfusion regulation of blood flow in liver tissue further that the quantitative measurement of the imaging processing system evaluates ultrasound contrast in liver.
, 百拇医药
【Key words】 Ultrasonography,Doppler,color Liver Contrast media Image proccessing,computer-assisted
由于从外周静脉注射超声造影剂实现肝脏多普勒血流信号增强，使得研究肝脏组织血流灌注能够更简便地进行[1-3]。通过图像处理系统辅助肝脏超声造影测定可以更准确地判定不同病理情况下肝脏组织的血流灌注规律，从而有助于提高肝脏疾病超声诊断水平。
资料与方法
1996年10月～1998年4月经超声造影剂Levovist(德国先灵公司生产)检查正常人10例，肝细胞肝癌(HCC)10例。HCC均经超声引导下穿刺活检，并获病理证实。受检者临床资料见表1。
表1 受检者临床资料
, 百拇医药
n
性别
年龄(岁)
身高(cm)
体重(kg)
肿瘤大小(cm)
男
女
范围
平均
范围
平均
范围
, 百拇医药
平均
范围
平均
正常人
10
7
3
25～56
38
155～180
167
43～79
60
, http://www.100md.com
HCC
10
10
29～72
50
165～182
172
53～83
67
1.5～5.4
3.4
选用Ultramark-9HDI彩色多普勒超声诊断仪，宽频带探头，其频率为2.5～4.0 MHz，设置血流速度范围(scale)在-14～14 cm/s之间，彩色多普勒增益是60%～70%，壁滤波为100 Hz。在正常人组，检测的位置是常规多普勒在上述仪器设置条件下肝组织几乎无血流信号或仅有少量血流信号的周围区域。在HCC组，检测的区域是肿瘤所在的位置。造影剂Levovist的使用浓度为300 mg/ml，推注时间为16～18 s，注射位置是受检者的肘静脉。超声造影过程的全部图像由S-VSH录像机记录。
, 百拇医药
为了能够定量分析超声造影结果，我们和清华大学计算机科学与技术系合作开发了肝脏超声造影定量测定的图像处理系统。该系统由奔腾166 MHz主机和Miro VIDEO DC 30图像采集卡(德国miro Computer Products AG公司生产)等设备组成。通过分析录像带记录的造影图像，自动求得每一时间受检组织的彩色多普勒血流信号占有的像素百分率，其结果用坐标图和表格两种方式表达。在计算彩色多普勒血流信号像素百分率变化时，造影前的受检区域彩色多普勒血流信号定为0位。代表彩色多普勒血流信号的亮度受诸多因素影响，特别是造影后血流信号出现混叠(Alaising)后，可造成计算机难以准确判定造影后血流信号强度的变化。因此，本图像处理系统未进行造影后多普勒血流信号强度变化的计算。通过分析受检区域多普勒血流信号像素百分率的变化可以计算出造影后受检组织彩色多普勒血流信号增强的开始时间、 峰值和峰值出现时间、 增强持续时间，上述结果由万道软件作统计学处理，并用Microsoft Excel功能绘制统计图。
结 果
, 百拇医药
在本研究设置的彩色多普勒检查条件下，正常人肝周围组织几乎无血流信号或仅有少量血流信号，超声造影后均能够有效地显示出这些区域的彩色多普勒血流信号；在HCC组10例中有3例肿瘤组织造影前未显示血流信号，造影后所有肿瘤组织的彩色多普勒血流信号均有不同程度的增加。经图像处理系统对肝脏超声造影的定量测定，造影后引起的正常人肝脏和HCC彩色多普勒信号变化特点见表2。
表2 造影后正常人肝脏和HCC彩色多普勒血流信号变化特点(
±s)
n
开始时间(s)
峰值出现时间(s)
, 百拇医药
持续时间(s)
像素峰值(%)
正常人
10
11.7±4.1
53.3±13.5
190.4±61.1
17.2±7.7
HCC
10
10.0±5.6
40.3±9.7*
, http://www.100md.com
213.9±105.0
37.2±24.6*
注： *表示正常人与HCC比较，P<0.05
从表2得出，造影后，HCC出现的彩色多普勒血流信号变化早于正常肝组织，持续时间长于正常肝组织，但二组间比较，无显著性差异(P>0.05)； HCC的峰值出现时间早于正常肝组织，彩色多普勒血流信号的像素峰值百分率明显高于正常肝组织，二组比较，有显著性差异(P<0.05)。造影后，正常人和HCC的彩色多普勒血流信号平均像素百分率动态变化曲线见图1，2。
图1 超声造影后正常人彩色多普勒血流信号平均像素百分率动态变化曲线
, http://www.100md.com
图2 超声造影后HCC彩色普勒血流信号平均像素百分率动态变化曲线
讨 论
超声造影剂逐步应用于心脏以外的身体其它部位，并引起广泛重视。除了造影剂能有效增强多普勒血流信号外，它还可作为标记物进入感兴趣的靶器官或组织，有效反映组织血流灌注情况。本组研究结果显示HCC的彩色多普勒血流信号峰值出现的平均时间早于正常肝组织，分别为40.3 s和53.3 s，像素峰值明显高于正常肝组织，分别为37.2%和17.2%，二组比较有统计学意义(P<0.05)。该结果与肝动脉造影和CT增强扫描结果基本一致，进一步证明了大多数HCC的多供血特征。
目前，国内外学者在确定超声造影剂作用强度方面做了大量工作，但是，大多数学者采用的是半定量方法，即用评分方法来评价彩色多普勒血流信号增强效果，其中运用较广泛的评分标准是： 0=多普勒信号无改变，1=多普勒信号轻度增强，2=最佳的多普勒信号增强，3=多普勒信号增强超出诊断需要[4，5]。由于半定量方法是通过肉眼观察来确定的，因此它难以准确判定超声造影结果。1995年，Frush等运用超声造影剂氟溴化物对6只兔颈动脉进行了多普勒血流信号增强效果的研究。他们将造影后多普勒声音信号输入计算机分析系统，从而有效地评价了造影剂浓度与多普勒血流信号强度之间的关系[6]。1997年，陈俊伟等报道了图像处理技术对移植肾彩色多普勒能量显像进行定量测量，其结果显示该技术是一种可靠的多普勒血流信号定量测定方法[7]。在美国医学检索系统(Medline)中未见报道运用图像处理系统对肝脏超声造影定量测定的研究。通过运用本图像处理系统所进行的肝脏超声造影定量研究，并与我们既往运用半定量方法进行的研究结果比较[8]，有以下初步体会：
, 百拇医药
1.由于图像处理系统能做到对造影后血流信号变化的定量测定，因此，其结果更准确，更具有客观性，便于掌握； 相反，半定量方法则难以精确区分不同阶段的彩色多普勒血流增强信号。
2.图像处理系统能有效分析受检区域内整体血流信号，不易遗漏血流信号的检查，避免了肉眼观察带来的误差。
3.通过图像处理系统对彩色多普勒血流信号的测定可以有效显示受检组织的血流灌注规律，易于比较其结果，有助于肝脏肿瘤性质的鉴别。
图像处理系统测定彩色多普勒血流信号的局限性主要表现在其准确性依赖于图像采集的质量，而且不能鉴别伪像，如彩色充溢，需人工识别并加以清除。彩色充溢是指快速注射造影剂后，彩色多普勒取样区内不应该有血流信号的部位(非血管组织)出现程度不等和分布杂乱的多普勒信号。该伪像可高估彩色多普勒信号占有的像素百分率，特别是其出现在增强峰值时，会影响结果的判定。因此，运用适当的造影剂推注时间是减少彩色充溢发生的主要途径之一。
, 百拇医药
参考文献
1 Goldberg BB,Liu JB,Forsberg F.Ultrasound contrast agents: a review.Ultrasound in Med & Biol,1994,20：319-333.
2 姜玉新，戴晴，张缙熙，等.经周围静脉注射Levovist彩色多普勒超声造影诊断肝肿瘤的研究.中国超声医学杂志，1997，13(12)：10-12.
3 Goldberg BB,Liu JB,Burns PN,et al.Galactose-based intravenous sonographic contrast agent:experimental studies.J Ultrasound Med,1993,12：463-470.
4 Kedar RP,Cosgrove D,McCready VR,et al.Microbubble contrast agent for color Doppler US:effect on breast masses.Radiology,1996,198：679-686.
, 百拇医药
5 Brown JM,Quedens-Case C,Aldermen JL,et al.Contrast-enhanced sonography of tumor neovascularity in a rabbit model.Ultraound in Med & Biol,1998,24：495-501.
6 Frush DP,Babcock DS,White KS,et al.Quantification of interavenous contrast-enhanced Doppler power spectrum in the rabbit carotid artery.Ultrasound in Med & Biol,1995,21：41-47.
7 陈俊伟，吕明德，谢晓燕，等.图像处理技术对彩色多普勒能量显像的定量测量.临床医学影像杂志，1997，8：170-172.
8 唐杰，董宝玮，于晓玲，等.超声造影剂在正常肝脏中的应用研究.中国超声医学杂志，1997，13(12)：7-9.
(收稿 1998-08-03 修回 1998-09-30), 百拇医药
单位：唐杰、董宝玮、于晓玲、罗渝昆、程志刚 100853 北京，解放军总医院超声科；刘海一 计算机室；唐龙、崔屹 清华大学计算机科学与技术系
关键词：超声检查；多普勒；彩色；肝脏；造影剂；图像处理；计算机辅助
图像处理系统辅助肝脏超声造影测定
【摘要】 目的 探索图像处理系统在肝脏超声造影定量测定中的应用价值。方法 超声造影剂Levovist经肘静脉注射检查正常人10例、肝细胞肝癌(HCC)10例。Levovist的浓度为300 mg/ml。用图像处理系统测定造影后受检组织的彩色多普勒血流信号占有的像素百分率，并分别计算增强开始时间、峰值和峰值出现时间、增强持续时间。结果 造影后，HCC的峰值出现时间早于正常肝组织，分别为(40.3±9.7)秒和(53.3±13.5)秒(P<0.05)；HCC的像素峰值百分率高于正常肝组织，分别为(37.2±24.6)%和(17.2±7.7)%(P<0.05)。结论 运用图像处理系统进行肝脏超声造影定量研究有助于更深入地了解不同病理情况下肝脏组织的血流灌注规律。
, 百拇医药
Quantification of imaging processing system of ultrasound contrast in liver
TANG Jie,DONG Baowei,YU Xiaoling,et al.Department of Ultrasound,Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853
【Abstract】 Objective To evaluate the quantification of imaging processing system of ultrasound contrast in liver.Methods 10 normal human and 10 hepatic cellular carcinoma(HCC) petients were studied by intravenous contrast agent-Levovist.The administration of Levovist was 300 mg/ml.After intravenous injection,the percentages of the color Doppler's pixel in the interesting area were obtained with the imaging processing system.In order to the percentages,time of starting enhancement,peak value,peak time and duration were counted.Results The peak time of HCC was shorter than the normal subjects,which were (40.3±9.7)s and (53.3±13.5)s respectively (P<0.05).The peak value of color Doppler's pixel of HCC was more than that of the normal subjects,which were (37.2±24.6)% and (17.2±7.7)% respectively (P<0.05).Conclusions It is beneficial to understand the perfusion regulation of blood flow in liver tissue further that the quantitative measurement of the imaging processing system evaluates ultrasound contrast in liver.
, 百拇医药
【Key words】 Ultrasonography,Doppler,color Liver Contrast media Image proccessing,computer-assisted
由于从外周静脉注射超声造影剂实现肝脏多普勒血流信号增强，使得研究肝脏组织血流灌注能够更简便地进行[1-3]。通过图像处理系统辅助肝脏超声造影测定可以更准确地判定不同病理情况下肝脏组织的血流灌注规律，从而有助于提高肝脏疾病超声诊断水平。
资料与方法
1996年10月～1998年4月经超声造影剂Levovist(德国先灵公司生产)检查正常人10例，肝细胞肝癌(HCC)10例。HCC均经超声引导下穿刺活检，并获病理证实。受检者临床资料见表1。
表1 受检者临床资料
, 百拇医药
n
性别
年龄(岁)
身高(cm)
体重(kg)
肿瘤大小(cm)
男
女
范围
平均
范围
平均
范围
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平均
范围
平均
正常人
10
7
3
25～56
38
155～180
167
43～79
60
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HCC
10
10
29～72
50
165～182
172
53～83
67
1.5～5.4
3.4
选用Ultramark-9HDI彩色多普勒超声诊断仪，宽频带探头，其频率为2.5～4.0 MHz，设置血流速度范围(scale)在-14～14 cm/s之间，彩色多普勒增益是60%～70%，壁滤波为100 Hz。在正常人组，检测的位置是常规多普勒在上述仪器设置条件下肝组织几乎无血流信号或仅有少量血流信号的周围区域。在HCC组，检测的区域是肿瘤所在的位置。造影剂Levovist的使用浓度为300 mg/ml，推注时间为16～18 s，注射位置是受检者的肘静脉。超声造影过程的全部图像由S-VSH录像机记录。
, 百拇医药
为了能够定量分析超声造影结果，我们和清华大学计算机科学与技术系合作开发了肝脏超声造影定量测定的图像处理系统。该系统由奔腾166 MHz主机和Miro VIDEO DC 30图像采集卡(德国miro Computer Products AG公司生产)等设备组成。通过分析录像带记录的造影图像，自动求得每一时间受检组织的彩色多普勒血流信号占有的像素百分率，其结果用坐标图和表格两种方式表达。在计算彩色多普勒血流信号像素百分率变化时，造影前的受检区域彩色多普勒血流信号定为0位。代表彩色多普勒血流信号的亮度受诸多因素影响，特别是造影后血流信号出现混叠(Alaising)后，可造成计算机难以准确判定造影后血流信号强度的变化。因此，本图像处理系统未进行造影后多普勒血流信号强度变化的计算。通过分析受检区域多普勒血流信号像素百分率的变化可以计算出造影后受检组织彩色多普勒血流信号增强的开始时间、 峰值和峰值出现时间、 增强持续时间，上述结果由万道软件作统计学处理，并用Microsoft Excel功能绘制统计图。
结 果
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在本研究设置的彩色多普勒检查条件下，正常人肝周围组织几乎无血流信号或仅有少量血流信号，超声造影后均能够有效地显示出这些区域的彩色多普勒血流信号；在HCC组10例中有3例肿瘤组织造影前未显示血流信号，造影后所有肿瘤组织的彩色多普勒血流信号均有不同程度的增加。经图像处理系统对肝脏超声造影的定量测定，造影后引起的正常人肝脏和HCC彩色多普勒信号变化特点见表2。
表2 造影后正常人肝脏和HCC彩色多普勒血流信号变化特点(
±s)n
开始时间(s)
峰值出现时间(s)
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持续时间(s)
像素峰值(%)
正常人
10
11.7±4.1
53.3±13.5
190.4±61.1
17.2±7.7
HCC
10
10.0±5.6
40.3±9.7*
, http://www.100md.com
213.9±105.0
37.2±24.6*
注： *表示正常人与HCC比较，P<0.05
从表2得出，造影后，HCC出现的彩色多普勒血流信号变化早于正常肝组织，持续时间长于正常肝组织，但二组间比较，无显著性差异(P>0.05)； HCC的峰值出现时间早于正常肝组织，彩色多普勒血流信号的像素峰值百分率明显高于正常肝组织，二组比较，有显著性差异(P<0.05)。造影后，正常人和HCC的彩色多普勒血流信号平均像素百分率动态变化曲线见图1，2。
图1 超声造影后正常人彩色多普勒血流信号平均像素百分率动态变化曲线
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图2 超声造影后HCC彩色普勒血流信号平均像素百分率动态变化曲线
讨 论
超声造影剂逐步应用于心脏以外的身体其它部位，并引起广泛重视。除了造影剂能有效增强多普勒血流信号外，它还可作为标记物进入感兴趣的靶器官或组织，有效反映组织血流灌注情况。本组研究结果显示HCC的彩色多普勒血流信号峰值出现的平均时间早于正常肝组织，分别为40.3 s和53.3 s，像素峰值明显高于正常肝组织，分别为37.2%和17.2%，二组比较有统计学意义(P<0.05)。该结果与肝动脉造影和CT增强扫描结果基本一致，进一步证明了大多数HCC的多供血特征。
目前，国内外学者在确定超声造影剂作用强度方面做了大量工作，但是，大多数学者采用的是半定量方法，即用评分方法来评价彩色多普勒血流信号增强效果，其中运用较广泛的评分标准是： 0=多普勒信号无改变，1=多普勒信号轻度增强，2=最佳的多普勒信号增强，3=多普勒信号增强超出诊断需要[4，5]。由于半定量方法是通过肉眼观察来确定的，因此它难以准确判定超声造影结果。1995年，Frush等运用超声造影剂氟溴化物对6只兔颈动脉进行了多普勒血流信号增强效果的研究。他们将造影后多普勒声音信号输入计算机分析系统，从而有效地评价了造影剂浓度与多普勒血流信号强度之间的关系[6]。1997年，陈俊伟等报道了图像处理技术对移植肾彩色多普勒能量显像进行定量测量，其结果显示该技术是一种可靠的多普勒血流信号定量测定方法[7]。在美国医学检索系统(Medline)中未见报道运用图像处理系统对肝脏超声造影定量测定的研究。通过运用本图像处理系统所进行的肝脏超声造影定量研究，并与我们既往运用半定量方法进行的研究结果比较[8]，有以下初步体会：
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1.由于图像处理系统能做到对造影后血流信号变化的定量测定，因此，其结果更准确，更具有客观性，便于掌握； 相反，半定量方法则难以精确区分不同阶段的彩色多普勒血流增强信号。
2.图像处理系统能有效分析受检区域内整体血流信号，不易遗漏血流信号的检查，避免了肉眼观察带来的误差。
3.通过图像处理系统对彩色多普勒血流信号的测定可以有效显示受检组织的血流灌注规律，易于比较其结果，有助于肝脏肿瘤性质的鉴别。
图像处理系统测定彩色多普勒血流信号的局限性主要表现在其准确性依赖于图像采集的质量，而且不能鉴别伪像，如彩色充溢，需人工识别并加以清除。彩色充溢是指快速注射造影剂后，彩色多普勒取样区内不应该有血流信号的部位(非血管组织)出现程度不等和分布杂乱的多普勒信号。该伪像可高估彩色多普勒信号占有的像素百分率，特别是其出现在增强峰值时，会影响结果的判定。因此，运用适当的造影剂推注时间是减少彩色充溢发生的主要途径之一。
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参考文献
1 Goldberg BB,Liu JB,Forsberg F.Ultrasound contrast agents: a review.Ultrasound in Med & Biol,1994,20：319-333.
2 姜玉新，戴晴，张缙熙，等.经周围静脉注射Levovist彩色多普勒超声造影诊断肝肿瘤的研究.中国超声医学杂志，1997，13(12)：10-12.
3 Goldberg BB,Liu JB,Burns PN,et al.Galactose-based intravenous sonographic contrast agent:experimental studies.J Ultrasound Med,1993,12：463-470.
4 Kedar RP,Cosgrove D,McCready VR,et al.Microbubble contrast agent for color Doppler US:effect on breast masses.Radiology,1996,198：679-686.
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5 Brown JM,Quedens-Case C,Aldermen JL,et al.Contrast-enhanced sonography of tumor neovascularity in a rabbit model.Ultraound in Med & Biol,1998,24：495-501.
6 Frush DP,Babcock DS,White KS,et al.Quantification of interavenous contrast-enhanced Doppler power spectrum in the rabbit carotid artery.Ultrasound in Med & Biol,1995,21：41-47.
7 陈俊伟，吕明德，谢晓燕，等.图像处理技术对彩色多普勒能量显像的定量测量.临床医学影像杂志，1997，8：170-172.
8 唐杰，董宝玮，于晓玲，等.超声造影剂在正常肝脏中的应用研究.中国超声医学杂志，1997，13(12)：7-9.
(收稿 1998-08-03 修回 1998-09-30), 百拇医药