超聲波成像為您的醫(yī)生提供了一種快速

15年前，使用機(jī)械操縱的超聲波束產(chǎn)生超聲波圖像。圖像質(zhì)量低于今天創(chuàng)建的圖像，只能看到解剖信息。今天的設(shè)備，如位于馬薩諸塞州安多弗的惠普醫(yī)療產(chǎn)品集團(tuán)的SONOS 2500™成像系統(tǒng)，可以顯示心臟壁的運(yùn)動(dòng)，并為醫(yī)生提供有關(guān)心臟血流的重要信息。2500的顯示器上的圖像以30 Hz的頻率刷新，因此心臟病專家可以看到他或她的病人的真實(shí)實(shí)時(shí)視圖它抽血了。根據(jù)應(yīng)用，HP的超聲波系統(tǒng)可以將屏幕刷新從60 Hz變?yōu)? Hz。

Philip Drew，擁有博士學(xué)位。在電氣工程領(lǐng)域，是康科德咨詢集團(tuán)，康科德，馬薩諸塞州的醫(yī)療設(shè)備顧問。“心臟超聲用于檢測(cè)壁運(yùn)動(dòng)異常。你可以觀察瓣膜并識(shí)別瓣膜缺陷，用多普勒可以觀察到血流的特征。大約1/3的超聲檢查用于心臟超聲，它們是主要由心臟病專家在醫(yī)院和辦公室使用，“德魯說。

醫(yī)生將使用手持式換能器檢查您，該換能器圍繞相位陣列的壓電元件構(gòu)建，其工作頻率范圍為2.0至7.5 MHz。換能器中通常有128個(gè)元件。每個(gè)元件的信號(hào)幅度和時(shí)序是分開控制的。通過控制定時(shí)，系統(tǒng)可以操縱或聚焦由換能器頭發(fā)射的超聲波。該轉(zhuǎn)向程序?qū)π呐K病專家保持透明，心臟病專家使用相當(dāng)簡(jiǎn)單的控制面板操作該單元。

在操作期間，128個(gè)發(fā)射器激勵(lì)換能器元件，換能器元件又饋送128個(gè)接收器和延遲線。調(diào)整延遲時(shí)間允許系統(tǒng)實(shí)時(shí)更改其焦點(diǎn)。截至目前，位于Andover的惠普成像系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)理Paul Magnin表示，該公司的系統(tǒng)使用模擬電路進(jìn)行波束形成。速度和成本促使惠普決定使用模擬電路;當(dāng)數(shù)字電路具有成本效益時(shí)，它將上線。

“我們需要非常非常寬的動(dòng)態(tài)范圍A / D，”Magnin說，“因?yàn)槲覀兛赡苷诼牸t細(xì)胞的回聲。”將來(lái)自延遲線的數(shù)據(jù)相加，并提取多普勒信號(hào)以告知醫(yī)生心臟中的流動(dòng)方向和速度。使用信號(hào)幅度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)形成心臟的黑白圖像。血流信息以彩色呈現(xiàn)給您的心臟病專家。

專有軟件和硬件將扇形超聲波束產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維圖像，以便在監(jiān)視器上顯示，打印輸出或傳送到內(nèi)置VCR。醫(yī)生檢查的圖像可以通過心臟從任何角度拍攝的單個(gè)切片顯示信息。

計(jì)算血流量。此外，該系統(tǒng)可以區(qū)分您的心臟壁和其中的血液。如果您的醫(yī)生需要，設(shè)備可以實(shí)時(shí)測(cè)量您心臟血池的大小 - 并計(jì)算它抽血的血量。另一組圖像可以指出心臟壁運(yùn)動(dòng)異常。如果你的一部分心臟被擊暈或死亡，它將不會(huì)像健康組織一樣移動(dòng)。還可以研究損壞的瓣膜的操作，以及心臟收縮的性質(zhì)和強(qiáng)度。

您的心臟病專家可以使用線性陣列對(duì)您的頸動(dòng)脈進(jìn)行成像，如果他或她懷疑有阻塞。線性傳感器中可以有多達(dá)288個(gè)元件;由它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的處理方式與產(chǎn)生扇形光束的數(shù)據(jù)的處理方式大致相同。

為了找到心肌和血液之間的邊界，工程師必須區(qū)分血細(xì)胞的回聲和組織的回聲。這些不同回波的特征由現(xiàn)象學(xué)研究確定。根據(jù)這些信息，控制計(jì)算機(jī)可以識(shí)別心臟的移動(dòng)墻，并在系統(tǒng)的監(jiān)視器上將其定義為彩色。

“我們有能力構(gòu)建200行×300像素深的流動(dòng)圖像。我們能夠在1/10秒內(nèi)檢測(cè)到該圖像中每個(gè)位置的流動(dòng)。從信號(hào)處理的角度來(lái)看，這意味著我“必須能夠在1/3秒內(nèi)計(jì)算出該矩陣中每個(gè)像素的多普勒頻移”，Magnin說道。“工作站的人們甚至都沒有接近我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)中的處理能力。”

微處理器-68000級(jí)單元 - 控制數(shù)據(jù)采集，但專用電路以非常高的速率進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)減少。捕獲數(shù)據(jù)以形成SONOS 2500(TM)的圖像需要750,000行前端代碼，系統(tǒng)后端108,000行，總共1,045,000行代碼。前端以60 GIPS的速率執(zhí)行，后端以超過584 MIPS的速度執(zhí)行。

“這項(xiàng)業(yè)務(wù)與惠普傳統(tǒng)的測(cè)試和測(cè)量設(shè)備業(yè)務(wù)非常不同，”Magnin說。在該業(yè)務(wù)中，設(shè)備由工程師為其他工程師設(shè)計(jì)。“我們稱之為下一個(gè)替補(bǔ)現(xiàn)象。”在醫(yī)療領(lǐng)域，工程師必須努力工作才能直觀地了解醫(yī)務(wù)人員的需求。

雖然它不能產(chǎn)生極高分辨率的圖像，但現(xiàn)代超聲成像是快速，安全，相對(duì)便宜和便攜的。如果醫(yī)生需要快速檢查您的心臟，超聲波成像可以實(shí)時(shí)生成重要信息。

新觀點(diǎn)。在您的醫(yī)生對(duì)您的心臟進(jìn)行初步檢查后，進(jìn)一步的診斷和治療可能取決于獲得更詳細(xì)的圖像。直到最近，可以獲得非常清晰的組織圖像的MRI不能提供良好的心臟圖像。目前正在進(jìn)行的研究可能會(huì)改變這種情況

常規(guī)MRI通過在單個(gè)掃描重復(fù)間隔期間一次一行地收集數(shù)據(jù)來(lái)建立圖像切片。這種類型的成像需要反復(fù)激發(fā)RF發(fā)射天線。梯度線圈在系統(tǒng)內(nèi)建立磁梯度。線圈正交排列，并且梯度導(dǎo)致切片的每個(gè)部分中的水的共振頻率略微不同。在傅立葉變換之后，頻率信息產(chǎn)生允許構(gòu)建圖像的空間編碼。

創(chuàng)建一個(gè)心臟的傳統(tǒng)圖像需要256次掃描重復(fù)時(shí)間來(lái)收集數(shù)據(jù)。“常規(guī)成像需要大約五到十分鐘才能獲得所有數(shù)據(jù)，”馬里蘭州威明頓市高級(jí)核磁共振系統(tǒng)公司臨床科學(xué)與合規(guī)經(jīng)理Denise Angwin說。“如果病人移動(dòng)，你會(huì)在圖像中出現(xiàn)模糊運(yùn)動(dòng)偽影。”直觀地，用這種系統(tǒng)對(duì)跳動(dòng)的心臟成像存在問題。

先進(jìn)的核磁共振設(shè)計(jì)和制造設(shè)備，用于升級(jí)通用電氣公司制造的傳統(tǒng)磁共振成像系統(tǒng)。被稱為InstaScan(TM)，他們的設(shè)備采用了一種稱為回波平面成像的技術(shù)。它可以在一個(gè)重復(fù)時(shí)間內(nèi)收集構(gòu)建圖像所需的所有數(shù)據(jù)。這種方法允許在短至20毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)捕獲圖像，并在短短20秒內(nèi)完成多圖像研究。

在受損心臟上進(jìn)行此類高速掃描的關(guān)鍵在于使用快速切換梯度線圈控制電子設(shè)備。(ANMR的工程師設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用的線圈，電子設(shè)備和控制軟件。)InstaScan(TM)系統(tǒng)中的梯度幅度范圍為1.0至2.5高斯/厘米。

“改變漸變是為您提供圖像所需的空間信息，”Angwin說。“在傳統(tǒng)成像中，您將梯度設(shè)置為一次以獲取特定線，然后通過更改漸變來(lái)重復(fù)此過程以獲取更多數(shù)據(jù)?；夭ㄆ矫嬗布?00秒振蕩一次漸變，我們可以捕獲所有數(shù)據(jù)可以在20到64毫秒內(nèi)獲得一張圖像。我們可以獲得16張圖像/秒。“基于SPARC的系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，

勻場(chǎng)線圈用于確保MRI系統(tǒng)中的1.5T磁場(chǎng)在5至10份/百萬(wàn)之內(nèi)保持均勻。梯度線圈和勻場(chǎng)線圈位于兩個(gè)厚壁玻璃纖維管之間的環(huán)形空間中。在檢查你的心臟時(shí)，你將躺在65厘米直徑的內(nèi)管內(nèi)。線圈，高級(jí)核磁共振的所有專有設(shè)計(jì)，都封裝在環(huán)形空間中。通過使用環(huán)氧樹脂固定其位置，設(shè)計(jì)工程師可防止線圈在高速梯度變化期間移動(dòng)?？偟膩?lái)說，線圈組件的重量為2,500至3,000磅。

“高級(jí)核磁共振系統(tǒng)開創(chuàng)了這種回波平面技術(shù)，”Philip Drew說。“你可以使用回波平面MRI制作非常好的心臟停止運(yùn)動(dòng)圖像。問題是MRI圖像是否是對(duì)超聲圖像的顯著改善。有理由懷疑，但沒有理由完全消極。 “

下一步。將來(lái)，您的心臟病專家可能會(huì)使用Advanced NMR的回聲平面MRI系統(tǒng)等設(shè)備來(lái)測(cè)量冠狀動(dòng)脈的血流并觀察您的心跳。他或她可能會(huì)看到心臟壁上的受損區(qū)域，圖像分辨率從小于1毫米到1.5毫米不等。在計(jì)劃手術(shù)或其他治療時(shí)，這種信息可能至關(guān)重要。

“如果MRI能夠識(shí)別缺血性(血液剝奪)和梗塞(死亡)組織，那么你看到的不僅僅是壁運(yùn)動(dòng)異常，那么MRI可能在心臟診斷中發(fā)揮作用，”德魯說。“因?yàn)樗乾F(xiàn)在，常用于心臟成像的兩種方法是超聲和核醫(yī)學(xué)。核醫(yī)學(xué)揭示了缺血和梗塞的區(qū)域，并且它非常可靠。“

德魯解釋說，核醫(yī)學(xué)還可以很好地衡量心臟泵血的能力。“你注射了一團(tuán)放射性物質(zhì)，你會(huì)看到心臟亮起，然后你會(huì)看到它在下一次拍打時(shí)變暗了多少，這樣就可以直接測(cè)量出射的血液量。”

另一方面，鑒于公眾對(duì)所有標(biāo)有“放射性”標(biāo)簽的態(tài)度，將放射性物質(zhì)注入體內(nèi)可能會(huì)給醫(yī)生帶來(lái)某些問題。處理放射性物質(zhì)需要對(duì)心臟病專家和醫(yī)院人員進(jìn)行特殊培訓(xùn)。

“我的個(gè)人觀點(diǎn)是，MRI和超聲波是心臟診斷的重要幸存模式(技術(shù))的日子，也可能是很多其他診斷。但那一天還有很長(zhǎng)的路要走，”Drew說。

InstaScan(TM)系統(tǒng)的成本為300,000美元至500,000美元。它們?cè)诘孛嫔先匀缓鼙?- 在美國(guó)大約有25種在使用。如果您對(duì)使用這種類型的MRI機(jī)器進(jìn)行心臟成像運(yùn)氣不好，您可能會(huì)在大城市和教學(xué)醫(yī)院遇到這些設(shè)備。

這是你心中的祝酒!愿它有一長(zhǎng)串，快樂的節(jié)拍。但是，如果你的運(yùn)氣失敗，這是成像技術(shù)的另一個(gè)干杯，將幫助醫(yī)生診斷和治療你的問題。