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【摘 要】 本文简单介绍了医用超声诊断仪的组织谐波成像（THI）功能的原理与成像特点，并简单的介绍了谐波成像的优缺点，讨论了组织谐波成像功能对超声计量检定工作的影响，并对影响结果做出了解释，对于超声检定与超声实际临床应用中的一点不同，提出了建议。
【关键词】 THI 组织谐波成像 超声检定
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.011
1 前言
医用超声诊断仪的组织谐波成像（Tissue Harmonic Imaging，THI）功能是近些年发展起来的一种新技术，在新推出的机型中成为标准配置。作为一种B模式灰度成像形式，THI功能的引入允许在不损失图像细节的前提下增加探测深度，提升图像质量，在适当牺牲轴向分辨率的代价下增加了图像的信噪比。有医学文献[1]表明谐波成像能够在80%以上的病变成像应用中显著改善病变图像的质量，使其边界更清晰，显示内容细节增多。本文简单介绍下谐波成像的原理与特点、谐波成像的优缺点以及医用超声诊断仪在开启组织谐波成像功能时对超声计量检定工作的影响。
2 谐波成像的原理
谐波成像利用的是声波在传播过程中产生的谐波现象，超声波在介质中产生谐波的原因有两个，一个是由有限振幅或大振幅的声波产生的非线性效应，一个是传播介质的非线性效应。超声波在介质中传播时，传播路径的介质会交替出现压缩和稀疏区域，该扰动实际可以表示为压力对时间的曲线，表现为失真的正弦波，是基频声波与其谐波成分的叠加结果。
谐波频率是原始声波频率的2倍、3倍以及其它更高倍数，即谐波成分是二次谐波、三次谐波及三次以上高次谐波，由于三次及以上谐波的幅度很弱，谐波成像功能利用的是二次谐波，谐波幅度与基频波幅度成二次方成正比关系。图1是引自欧洲心脏病学会[2]，显示基波、二次谐波幅度与探测距离之间的关系。由于谐波频率更高，其在传播介质中的衰减更快，在图1可以很明显的看出。从图1中我们还可以看出，谐波功能成像是存在一特定区域的，不会在浅表，也不会特别深，这个需要注意。
图1 基频信号与2次谐波信号幅度—探测距离关系
3 谐波成像的特点与要求
基于谐波成像的特点，谐波实际是声波通过浅表组织后才开始出现的，谐波形成实际是一个累积的过程，随着超声波行进距离的增加，谐波成分逐渐增强，这从图1中可以明显看到，对于浅表组织层部位容易产生的虚假回波问题，谐波成像功能从原理上减轻了成像中的该问题，同理，谐波成像对于浅表病灶的成像效果无明显改善效果。
谐波需要较强的基频声波才能激发出来，对于超声探头发出声束旁瓣，由于其幅度较主声束弱很多，产生谐波强度几乎不影响系统成像，结果就是由声束旁瓣产生的假象会被抑制掉，亦即主声束会更加集中，这会提高轴向分辨率。
同样，由于谐波幅度较低，谐波产生的图像与基频回波产生的图像差别明显，对于超声探头，低幅度声波产生的信号幅度也低，对应到硬件产生的电信号也会降低，图像表现为成像动态范围降低。但在临床应用中，这并不是坏事，低动态范围带来的是对比度更强的图像，这在特定病灶成像中，往往能提供更多的诊断信息。
谐波成像的关键技术在于探头的换能器，要求其能够发射出大幅度低频率窄脉冲超声波，而接收是要求能够处理小幅度的高频二次回波，且要求发射与接收具有良好的隔离，不会产生相互交叠，这对于换能器有相当严格的要求，实现成本也随之增加。
谐波功能成像利用二次谐波而将基频回波丢弃不用，从回波幅度的角度上讲，基频回波幅度比二次谐波幅度要高很多，二者相差一到两个数量级，为消除基频回波影响，这对于声波形成与回波检测以及相关的滤波技术等都有更高的要求。
如上段所示原因，由于滤波技术的引进，谐波成像的可利用信息被过滤掉了一部分，在某些条件下，谐波成像效果可能并不理想。综合以上信息，对于实际临床应用，谐波成像功能应根据具体要求灵活采用，这样才能达到理想效果。
4 THI功能对计量检定的影响
在这里通过对比开启谐波成像功能成像前后，对比特定深度下分辨率的变化来评估谐波成像功能对实际超声计量检定工作的影响，试验采用KSI07BD超声体模进行。通过实际对比测试，保持当前设定，开启超声谐波成像功能，显示图像亮度与清晰度会有一个较大的变化，深度成像减弱或消失，这是由于谐波幅度较基频波幅度低频率为基频波两倍，谐波图像动态范围减小、对比度增强的缘故，探测深度降低，符合上文提及的原理。
将图像调整到最清晰状态，对比开启谐波成像前后效果，在大多数情况下，谐波成像的实际成像效果并没有提升图像效果，甚至较基频成像效果还有所降低。这是因为我们在检定超声时使用的模体成像本身就非常优秀，对于这种情况，常规的基频图像本身就比因谐波成像功能滤波而减小了带宽的成像具有更加优秀的对比度分辨率。但在实际的医学应用中，对于严重恶化的图像，谐波成像的改善效果往往是非常明显的，能够为医生提供更多的诊断信息，以上问题是超声诊断仪计量检定与医学实际应用中的一点不同。
5 结束语
超声诊断仪谐波成像功能对临床成像的改善明显，是一项效果明显的新技术。而超声诊断仪的计量检定工作所依据的技术法规，由于颁布时较早，对谐波成像功能无法给出适当的评估，在此建议在修正推出新的检定规程时，考虑相关情况，将谐波成像等新功能的检测囊括其中。
参考文献
[1]周晓娟，田平.组织谐波频移成像与B超基波图像对比分析[J].中国医学卫生.2013.2
[2]Turner，S.P. and Monaghan，M.J.Tissue harmonic imaging for standard left ventricular measurements： fundamentally flawed [J] Eur.J.Echocardiology，2006，7，9-15
作者简介
范建飞，工程师，毕业于中国计量学院，现于大连市计量检测研究院工作。
张燕，工程师，从事超声检定工作多年，现于大连市计量检测研究院工作。
（责任编辑：张晓明）
【关键词】 THI 组织谐波成像 超声检定
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.011
1 前言
医用超声诊断仪的组织谐波成像（Tissue Harmonic Imaging，THI）功能是近些年发展起来的一种新技术，在新推出的机型中成为标准配置。作为一种B模式灰度成像形式，THI功能的引入允许在不损失图像细节的前提下增加探测深度，提升图像质量，在适当牺牲轴向分辨率的代价下增加了图像的信噪比。有医学文献[1]表明谐波成像能够在80%以上的病变成像应用中显著改善病变图像的质量，使其边界更清晰，显示内容细节增多。本文简单介绍下谐波成像的原理与特点、谐波成像的优缺点以及医用超声诊断仪在开启组织谐波成像功能时对超声计量检定工作的影响。
2 谐波成像的原理
谐波成像利用的是声波在传播过程中产生的谐波现象，超声波在介质中产生谐波的原因有两个，一个是由有限振幅或大振幅的声波产生的非线性效应，一个是传播介质的非线性效应。超声波在介质中传播时，传播路径的介质会交替出现压缩和稀疏区域，该扰动实际可以表示为压力对时间的曲线，表现为失真的正弦波，是基频声波与其谐波成分的叠加结果。
谐波频率是原始声波频率的2倍、3倍以及其它更高倍数，即谐波成分是二次谐波、三次谐波及三次以上高次谐波，由于三次及以上谐波的幅度很弱，谐波成像功能利用的是二次谐波，谐波幅度与基频波幅度成二次方成正比关系。图1是引自欧洲心脏病学会[2]，显示基波、二次谐波幅度与探测距离之间的关系。由于谐波频率更高，其在传播介质中的衰减更快，在图1可以很明显的看出。从图1中我们还可以看出，谐波功能成像是存在一特定区域的，不会在浅表，也不会特别深，这个需要注意。
图1 基频信号与2次谐波信号幅度—探测距离关系
3 谐波成像的特点与要求
基于谐波成像的特点，谐波实际是声波通过浅表组织后才开始出现的，谐波形成实际是一个累积的过程，随着超声波行进距离的增加，谐波成分逐渐增强，这从图1中可以明显看到，对于浅表组织层部位容易产生的虚假回波问题，谐波成像功能从原理上减轻了成像中的该问题，同理，谐波成像对于浅表病灶的成像效果无明显改善效果。
谐波需要较强的基频声波才能激发出来，对于超声探头发出声束旁瓣，由于其幅度较主声束弱很多，产生谐波强度几乎不影响系统成像，结果就是由声束旁瓣产生的假象会被抑制掉，亦即主声束会更加集中，这会提高轴向分辨率。
同样，由于谐波幅度较低，谐波产生的图像与基频回波产生的图像差别明显，对于超声探头，低幅度声波产生的信号幅度也低，对应到硬件产生的电信号也会降低，图像表现为成像动态范围降低。但在临床应用中，这并不是坏事，低动态范围带来的是对比度更强的图像，这在特定病灶成像中，往往能提供更多的诊断信息。
谐波成像的关键技术在于探头的换能器，要求其能够发射出大幅度低频率窄脉冲超声波，而接收是要求能够处理小幅度的高频二次回波，且要求发射与接收具有良好的隔离，不会产生相互交叠，这对于换能器有相当严格的要求，实现成本也随之增加。
谐波功能成像利用二次谐波而将基频回波丢弃不用，从回波幅度的角度上讲，基频回波幅度比二次谐波幅度要高很多，二者相差一到两个数量级，为消除基频回波影响，这对于声波形成与回波检测以及相关的滤波技术等都有更高的要求。
如上段所示原因，由于滤波技术的引进，谐波成像的可利用信息被过滤掉了一部分，在某些条件下，谐波成像效果可能并不理想。综合以上信息，对于实际临床应用，谐波成像功能应根据具体要求灵活采用，这样才能达到理想效果。
4 THI功能对计量检定的影响
在这里通过对比开启谐波成像功能成像前后，对比特定深度下分辨率的变化来评估谐波成像功能对实际超声计量检定工作的影响，试验采用KSI07BD超声体模进行。通过实际对比测试，保持当前设定，开启超声谐波成像功能，显示图像亮度与清晰度会有一个较大的变化，深度成像减弱或消失，这是由于谐波幅度较基频波幅度低频率为基频波两倍，谐波图像动态范围减小、对比度增强的缘故，探测深度降低，符合上文提及的原理。
将图像调整到最清晰状态，对比开启谐波成像前后效果，在大多数情况下，谐波成像的实际成像效果并没有提升图像效果，甚至较基频成像效果还有所降低。这是因为我们在检定超声时使用的模体成像本身就非常优秀，对于这种情况，常规的基频图像本身就比因谐波成像功能滤波而减小了带宽的成像具有更加优秀的对比度分辨率。但在实际的医学应用中，对于严重恶化的图像，谐波成像的改善效果往往是非常明显的，能够为医生提供更多的诊断信息，以上问题是超声诊断仪计量检定与医学实际应用中的一点不同。
5 结束语
超声诊断仪谐波成像功能对临床成像的改善明显，是一项效果明显的新技术。而超声诊断仪的计量检定工作所依据的技术法规，由于颁布时较早，对谐波成像功能无法给出适当的评估，在此建议在修正推出新的检定规程时，考虑相关情况，将谐波成像等新功能的检测囊括其中。
参考文献
[1]周晓娟，田平.组织谐波频移成像与B超基波图像对比分析[J].中国医学卫生.2013.2
[2]Turner，S.P. and Monaghan，M.J.Tissue harmonic imaging for standard left ventricular measurements： fundamentally flawed [J] Eur.J.Echocardiology，2006，7，9-15
作者简介
范建飞，工程师，毕业于中国计量学院，现于大连市计量检测研究院工作。
张燕，工程师，从事超声检定工作多年，现于大连市计量检测研究院工作。
（责任编辑：张晓明）