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编号:10281549
彩色多普勒能量图技术特性的体外模拟实验研究
http://www.100md.com 《中国临床医学影像杂志》 2000年第2期
     作者:史秋生 张青萍 陈梅 邓荔

    单位:史秋生 陈梅 邓荔(洛阳医专附属医院超声科,河南洛阳471003);张青萍(同济医科大学附属同济医院超声科,湖北武汉430030)

    关键词:肝肿瘤;实验性

    中国临床医学影像杂志000215

    [摘要]目的:从实验上证实CDE的声像图特征,为开辟CDE在肿瘤的早期诊断中提供实验室依据。材料与方法:以小肝癌及其血供为模板体外制作一个直径约3cm带有微小血管的实验模型,用人工心脏“驱动仿真血液”构成循环通路进行实验研究。结果:与CDFI相比,CDE图像具有以下三大特征:①不受声束与血流之间的夹角影响;②不存在色彩倒错的伪像;③可显示6cm/s的低速血流并保持图像的完整性。结论:CDE较CDFI具有更高的敏感性,尤其可显示完整的低速血流状态,容易检测到肿瘤血管,今后在肿瘤的早期诊断及其血流动力学方面将会起到积极的作用。
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    [中图分类号]R730.41;R735.7 [文献标识码]A [文章编号]1008-1062(2000)02-0118-04

    Simulating experimental study in vitro:characteristics of color Doppler energy

    SHI Qiu-sheng,ZHANG Qing-ping,CHEN Mei,DENG Li

    Department of Ultrasonography,Affiliated Hospital of Luoyang Medical College,Luoyang Henan 471003,China

    Abstract: Objective: To study the characteristics of CDE in experiment and open up its avenue in diagnosing the cancer in early stage.Materials and Methods: To perform the experiment in vitro.The experimental model mimiced the lesion of small hepatocellular carcinoma and its blood supply.The simulating human blood was pumped by the artifical heart and droped to circulate in the mimic microvessel during the experiment.Results: CDE mapping had mainly three characteristics comparing with the tht of CDFI:① CDE was angle independent.It demonstrated flow signals in any direction.② No aliasing on CDE mapping.③ The flow lowering to 6 cm/s was easily detected also,and the mapping still kept the interesting vessels in clear decription.Conclusion: CDE mapping is more sensitive to display the lower flow than that of CDFI.The tumor vessels can easily be detected on CDE mapping.Therefore CDE will take important role in detecting the cancer in early stage or studying its hemodynamics in future.
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    Key words: liver neoplasms,experimental

    彩色多普勒能量图(CDE)是近年来研制的一种新型彩色血流成像技术,国外仅有零星报道,用于判断组织的血流灌注及其组织活性等[1-4]。为全面认识CDE的技术特性,开拓它在肿瘤早期诊断方面的应用,我们设计了本实验。

    1材料与方法

    1.1实验原理

    以小肝癌及其肿瘤的微小血管为模板,体外制作一个微小血管模型。模拟血管内充“仿真血液”,用“人工心脏”连接并驱动使之构成血流通路。采用自身对照,将实验分为实验组CDE和对照组CDFI(普通彩色多普勒血流图),观察记录模拟血管在不同血流状态下的参数,然后分析研究。

    1.2实验材料的特性及用途
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    ①硅胶管:具有良好的弹性和柔软性,用作模拟血管(上海橡胶制品五厂出品)。规格:外径2mm和1.2mm(内径分别为1.2mm和0.8mm)各60mm,用作实验性微小血管;外径5mm和7mm各长若干,用于连接“人工心脏”和实验性血管。

    ②电子蠕动泵:产生脉冲波驱使血液流动,用作实验中的“人工心脏”(中国科学院上海细胞所出品)。它有1~9档流量旋钮,可调控血流状态。

    ③新鲜猪血:猪的红细胞比容0.396,直径6.2μm,数目6.0×109~8.0×109/L,形态呈双凹圆盘状,与人类血液相似。加入抗凝剂后用作“仿真血液”[5,6](武汉市屠宰厂收集)。

    ④新鲜牛肝尾叶:长约16cm,宽约8cm,外形略呈圆柱状,重量0.5kg。用作微小血管的载体(市售牛肝)。

, 百拇医药     ⑤抗凝剂、平衡液、生理盐水:肝素钙注射液:10000IU/支(云南生化制药有限公司出品);平衡液、生理盐水:500ml/瓶,同济医科大学附属同济医院出品。10000IU肝素钙加生理盐水50ml,抗凝新鲜猪血500ml,10000IU肝素钙加平衡液500ml,实验前用于冲洗血流通路。

    ⑥超声诊断仪:ACUSON128A.R.T,具有CDE和CDFI成像模式,探头频率选用3.5MHz,用于观察实验参数。

    1.3模型制作

    沿肝尾叶长轴在中间部位作一横断切口,深度约5~6cm,于中心部位挖出一个直径约3cm的组织块M。将实验性微小血管AB段在M表面缠绕1周并固定,确保缠绕的血管环在同一圆平面上。即用7号丝线系住实验性血管AB段的C点,并固定在M表面任一部位的门脉管壁上,将AB段绕一周,使D点与C点对合并固定,如图1所示。最后将带有实验性血管的M块植入原位,确保血管环所在平面与肝尾叶长轴平行。
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    图12mm,1.2mm硅胶管用作实验性血管AB

    1.4实验的安装与连接

    将实验模型沿长轴“站”在特制的盒槽内并固定,以便超声检查。AB段的两端无阻力地穿过盒槽壁上的开孔,暴露于外。按照血源→输血器→连接性血管→实验性血管A,B端→连接性血管B→烧杯的顺序,将实验模型连接起来。在连接性血管A端上安装“人工心脏”,驱动血流和控制血流状态,如图2。

    1.5实验步骤

    先用抗凝平衡液冲洗漏斗、烧杯及血流通路一遍。用抗凝平衡液浸湿的双层纱布过滤抗凝猪血一遍,作为“仿真血液”置于血源处。接通血流通路,启动人工心脏进入实验状态。用速度调节旋钮调节血流状态。超声探头置于载体表面,先在二维图像上找到完整的模拟血管环,然后转换成彩色图像用CDE和CDFI模式观测实验参数。用照像机记录照片,录像机记录实验全过程,最后脱机分析实验资料。
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    图2实验的安装与连接示意图

    (1)血源(2)输血器(3)人工心脏(4)连接血管A端

    (5)A和(5)B实验性血管A,B端

    (6)连接性血管B端(7)烧杯(8)超声探头

    (M)带有微小血管的实验模型

    2结果

    人工心脏所控制的血流状态分为博动型和连续型两种,血流速度为5~115cm/s,见表1。

    表1人工心脏控制的血流状态及其速度

    速度调节

    模型例数
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    血流状态

    血流速度

    (档)

    搏动性

    连续性

    (cm/s)

    1~4

    8

    0

    8

    5~8

    5~9

    8

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    0

    10~115

    不同血流状态下实验性微小血管的声像图表现见表2。

    表2不同直径的实验性微小血管在

    不同血流状态下的声像图表现

    血管外径(mm)

    血流状态

    模型例数

    CDE

    CDFI

    图像形态
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    色彩倒错

    图像形态

    色彩倒错

    圆形

    半圆

    弧形

    有

    无

    圆形

    半圆

    弧形

    有

    无

    2.0
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    搏动性

    4

    4

    0

    0

    0

    4

    0

    4

    0

    4

    0

    连续性

    4
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    4

    0

    0

    0

    4

    0

    0

    4

    0

    4

    1.2

    搏动性

    4

    4
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    0

    0

    0

    4

    0

    4

    0

    4

    0

    连续性

    4

    4

    0

    0
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    0

    4

    0

    0

    4

    0

    4

    由于两种模拟微小血管的实验结果完全一致,因此将表2改变成表3的形式。

    表3实验性微小血管不同血流状态下的声像图表现

    血流状态

    模型例数

    CDE
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    CDFI

    图像形态

    色彩倒错

    图像形态

    色彩倒错

    圆形

    半圆

    弧形

    有

    无

    圆形

    半圆

    弧形

, 百拇医药     有

    无

    搏动性

    8

    8

    0

    0

    0

    8

    0

    8

    0

    8

    0
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    连续性

    8

    8

    0

    0

    0

    8

    0

    0

    8

    0

    8

    3讨论

    3.1CDE图像与超声声束-血流夹角的关系
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    以往研究超声Doppler信号的声束与血流夹角的关系时,常采用直线或弧线模型。本实验中我们将模型设计成圆形,这样可以在360度的范围内全方位观察两者之间的关系。

    图3CDE可显示6cm/s的低速血流,而且图像完整,无色彩倒错伪像干扰。

    图4与图3为同一模型,CDFI图像不完整,而且色彩倒错伪像明显。

    从成像原理上讲,CDFI是Doppler信号与二维图像信号综合显示的结果。它的成像参数是速度数据,经过信号的存储、色彩编码、数模转换等一系列的复杂处理,最后以彩色信号的形式显示出来。速度模式的CDFI声像图受声束与血流夹角的影响[7,8]
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    我们的实验结果表明,CDFI声像图符合这些理论。在图像上,CDFI图像呈半圆形,6点和12点部位的血流信号未能显示出来。与CDE相比,差别有极显著性意义,p<0.01,(见图3,4)。

    1987年,Trahay采用“斑点跟踪”(SpeckleTracking)技术进行彩色血流成像的实验研究。成像参数仍是速度数据,但与前面提到的CDFI不同的是,通过对运动向量的序列跟踪,既可显示运动向量的轴向信息,同时可显示它的侧向信息,经过复杂的运算和处理,得到的图像不受声束-血流夹角的影响[9]

    近年来,随着斑点跟踪技术的发展,在实时状态下已可获得Doppler信号的角度非依赖图像[10,11]

    有文献报道,角度非依赖图像是通过血流中散射体的密度、散射强度或能量分布来成像的。它的成像参数不是速度数据,而是血流中散射体的散射强度所对应的能量信号,因此这种技术又称谓彩色多普勒能量图[12]
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    我们的结果提示,CDE图像能够显示完整的环型模拟血管,从实验上证明了Doppler信号的角度非依赖图像的真实性。这一特性,我们认为它是CDE技术的一大特征,它有利于显示弯曲绕行的血流信号,对生理和病理性血管形态学分布的详细描述有重要的现实意义。

    3.2CDE图像不存在色彩倒错伪像

    色彩倒错伪像,即色彩混迭现象,是指彩色血流图像上色彩混杂无序呈五彩镶嵌状。我们的结果显示,CDE图像无论在搏动性还是连续性血流状态下均无色彩倒错现象而CDFI则在搏动性血流状态下存在色彩倒错伪像,与文献报道的一致[12]。我们推测这是由成像原理所决定的。据报道,CDE的成像参数是能量成分,而CDFI则是速度数据。我们知道,速度参数的Doppler信号受Nyquist极限的影响。当取较低的Nyquist值时低速血流信号虽然可被显示出来,但被高速血流信号产生的倒错信号“淹没”,整个图像呈五彩镶嵌状而无法清晰辨认。当取较高的Nyquist值时,低速血流信号又不能被显示出来,从而造成整个图像不完整。
, 百拇医药
    我们认为,CDE图像不存在色彩倒错伪像是该技术的又一个明显特征。它可以真实地显示感兴趣区各种血流的信号,使整个图像更加完美逼真、信息更加丰富。

    3.3CDE图像可显示低速血流信号

    据文献报道,CDE显示的血流信号范围广,能显示出流速极低的血流信号[12]。从我们的实验结果看出,在低速血流状态下(6cm/s),CDE仍能保持图像的完整性。CDFI虽然也能显示低速血流信号(6cm/s),但是图像的完整性已受到了极大破坏。两组图像形态相比,差别有极显著性意义,P<0.01。

    Ritchie用CDE进行超声图像的三维重建研究来描绘肾脏、胎盘及肢体的微血管,结果也表明,当血流速度低至6cm/s时,仍可获得准确的血管空间关系[1]

    综合文献资料和我们的实验结果,认为CDE能够完整地显示低速血流信号是该技术的又一明显特征。这对今后临床工作中探测肿瘤血管、检测早期恶性肿瘤具有指导意义。因为肿瘤的发生发展都有一个基本过程:不典型增生→相对良性→明显恶性。在这一过程中首先发生变化的是肿瘤的血供及其血流动力学[13]
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    史秋生:洛阳医专附属医院超声科副主任医师

    〔参考文献〕

    〔 1〕 Ritchie CJ,Mack LA,Edwards WS,et al.Three dimensional US angiography with Power- mode Doppler.Radiology, 1994,193(12):S232.

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    〔 10〕 Bohs LN,Trahay GE.A novel method for angle independent ultrasonic imaging of blood flow and tissue motion.IEEE Trans Biomed Eng,1991,38(3):280~ 286.

    〔 11〕 Bohs LN,Friemel BH,McDermott BA,et al.Real- time system for angle- independent US of blood flow in two dimensions:initial results.Radiology,1993,186(1):259~ 261.

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    (1999-04-02收稿), 百拇医药