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如何將超音波功能與影像優化調整應用於小動物臨床診斷
 
 

宇麥動物醫療專刊 編輯部

近幾年,超音波在動物的臨床診斷上已經是很普遍而且應用層面越來越廣的診斷工具,從一般的腹腔掃描、小器官檢查、產科檢查、小動物或馬的骨肌關節檢查、寵物或小鼠的腫瘤掃描、心臟掃描、神經血管、術前術中檢查,甚至是大動物的經腔室掃描應用在繁殖診斷等,都有相當高的醫療參考價值。超音波檢查的方便性與影像的診斷價值雖然是無庸置疑,但在臨床上最大的限制,除了超音波的物理特性、儀器設備等級之外,最重要的在於操作醫師人員的養成教育、掃描技術、操作經驗和影像判讀與診斷能力。

本篇文章主要是討論如何發揮現有超音波的功能,如何將影像優化的技術應用在提升影像的品質與解析度。善用超音波工具的樂趣,某部分類似於愛好攝影人士在操作攝影器材,擁有充分掌握相機各功能以及利用構圖與光影、光圈、快門、ISO、白平衡之間,以及後製的樂趣,但超音波的診斷又更嚴謹而複雜度更高,若能充分了解儀器的功能特性,影像調整的技術並熟悉操作,必定能夠順利主導整個診斷流程,而不致於流於「被機器玩」(註1)的窘境。

功能與操作介面介紹
由於近期超音波結合電腦的軟硬體技術,功能與影像優化已經有相當大幅度的進步,即使是純粹所謂的黑白(2D或稱B Mode)超音波,也很強調探頭的技術、軟硬體優化影像技術、計算功能與資料管理的方便性,何況是彩色、Doppler、甚至是擁有3D、4D技術的超音波。超音波設計的理念越趨向操作人性化,常用功能一定要在鍵盤明顯處,不能像早期設計透過一個個選單頁面,至少需要按2-3次按鍵才能進入選單,操作介面越複雜,表示需要越多助理人手,2個人保定一隻動物,一個人負責操作按鍵,醫師負責掃描和判讀,無形增加人力成本,減低效率。

一般常用功能如圖一所示,右下區塊是最常用的2D、M-Mode、Color、PW、CW、Power(或稱Angio)、Depth、Freeze等功能鍵,右邊則是調整增益(Total Gain)或分段增益(TGC)的功能鍵。中間區塊主要是輸入字串、輸入病畜資料、醫囑打字、看報告、資料工作站、系統設定等功能。左邊則是檢查部位選擇、動態檔回溯,中間則是滑鼠滾輪、測量與確認鍵。最上面一整排通常是Soft Key設計,所謂的快速鍵,對應的是螢幕上的指示,如影像功能優化條件等。

取得完美影像前的準備工作
要取得好的超音波影像,除了機器本身的限制之外,還有很多能簡單做就將超音波影像改善許多的辦法。

舒適場地
大部分狗貓並不會按照醫師或飼主的指示靜靜的躺著,讓你完成一個完美的檢查。這時候,如果能夠準備一個柔軟的厚墊,有乾淨的大毛巾,讓狗貓舒適地躺下,會比強力地要求牠們躺在冰冷的看診台上不准動,效果要好得很多。軟軟的厚墊讓探頭由下方往上掃描時,容易操縱。有的醫院準備有超音波專用的掃描台也很方便,但如果是讓動物躺在硬梆梆的木板掃描台,寵物一定不會願意配合太久的。

剃毛
飼主如果願意讓寵物剃毛檢查,當然最好,有沒有剃毛影像差異確實很大。若真的不願意,至少用大量的水或超音波膠濕潤毛髮,使超音波探頭能緊密的接觸皮膚。

禁食或給水
如果要檢查腹部,寵物應該要禁食,胃部才不會因為氣體的擴張而改變它的弧形尺寸,影響到肝臟或其他臟器如膽囊的成像品質。如果是要檢查泌尿系統,檢查前先不要讓患畜去排尿,因為膀胱的檢查需要在尿沒有排空的情況下評估。



超音波室
如果沒有特定的超音波室,至少讓診間的燈光能在檢查時暫時調暗,現在的超音波大多數按鍵都有亮燈的指示,即使光線昏暗也是操作容易,但光線太亮會讓檢查者不自覺將Gain值調大或是將螢幕亮度調大,這樣容易造成影像對比變差。

超音波膠
超音波膠對於影像的影響常常被忽略,超音波膠的品質影響傳導性,有些產品太稀釋,造成一個部位的檢查還沒完成,超音波膠卻已經散開而且流動到其他部位,這時可能會覺得影像怎麼變暗而且消失了一部分,想找的臟器都找不到。理想的超音波膠應該帶點黏稠透明,塗在探頭上也不容易滑落,相對地檢查過程也不會一直為流了到處都是的膠或影像的消失而苦惱。

2D(B-Mode)影像優化
大部分的影像優化條件是在2D的條件下調整,機器本身雖然可供調整的參數很多,但還是建議善用內建的設定功能,例如將常用的、適合自己的或適合該動物條件的參數與條件儲存起來,定義為例如Dr. Chen模式,或2-5 Kg Dog kidney模式、20 KgDog Cardiac等,之後只要一開機切換到該模式即可馬上進行最佳條件的超音波診斷工作。

接下來我們將簡單介紹一些概念和常用參數,在2D條件下如何協助將影像優化。常用的名稱有:
Gain, Depth, TGC, Frequency, Dynamic Range, FocusNumber, FOV Position, Line Density, IP, Colorize, L/R Flip,Rotation, Persistence, Colorize Map, U/D Flip, iTouch,Frequency, Gray Map, Focus Position, iClear, FOV,Smooth, TSI, Curve, Gray Rejection, γ, High FR, iTouchBright, A. power, B Steer, iBeam, Trapezoid, ImageMerge 。看完這些名詞之後,相信大家對「掃超音波」這件事應該是變得更沒有興趣和樂趣了吧?其實並不會!平常使用的單眼相機也是有類似情形,機器本身雖然提供很多條件設定,但也有一些自動模式可以使用,例如善用IP功能去調整影像,我們先從最重要的開始介紹,部分資料就當作參考,而且不同機型會有些不一樣的名詞,僅供參考。

1.Gain 增益:
增加Total Gain會使圖像的亮度增加,可以觀察到更多的超音波訊號,但同時也會帶來更多的雜

訊,通常建議會把Gain值調高之後再慢慢調低,達到影像最佳的對比為止。在此之前,建議可以先將螢幕的亮度、對比調整到最適合的條件,未來就固定在此設定。

2.TGC:
對增加組織深度帶來的衰減進行補償,以分段形式調節深度Gain值。通過面板上的分段控制滑杆進行調節,分別對應相應深度的分段圖像。通過調節特定深度範圍內的信號增益,使組織圖像回聲均勻。

3.Depth深度:
深度越大,觀察到的組織越深越廣,但深度增大後,Frame Rate會降低。深度越小,觀察到的組織越淺,深度一定要控制在大小適中。

4.Frequency頻率:
頻率越高近端解析度越好,但穿透力下降。高頻率適合看淺層血管、小器官或體型小的狗貓兔寵物。螢幕上標示F6.5代表主要的頻率是6.5 MHz適合的動物大約是5-20公斤的狗,若有5 Kg以下的狗貓,建議頻率調整成F8或例如FH9(諧波 9 MHz)甚至更高頻。諧波可以增強淺層組織分辨力,減少頻率低振幅大的雜訊,但不是每一種探頭都支援Tissue Harmonic功能。有些機型是以寬頻方式發射接收超音波訊號,在頻率調整上以融合(Fusion)方式表現,可以選擇Penetration、Resolution或Texture(邊緣加強)做影像優化。

5.Focus Position & Number焦點位置與數目:
這個功能是對發射聲束的焦點的調節,「 」符號代表對應焦點的區域,即時顯示在圖像的側邊。聚焦的區域影像的對比與解析度會更好,但Frame Rate會下降,建議維持一個聚焦數目即可。

6.IP (Image Processing)影像優化模式:
IP是一組影像處理參數的組合,選擇後可以快速對圖像進行優化,目前正在使用的IP組合序號顯示於螢幕左側的圖像參數區。IP的組合參數包括dynamic range、iClear、persistence 和 smooth。在部分機型中會提供8種IP組合,適合快速切換在不同條件下的需求,例如比較臟器組織軟硬度或檢查腎臟、膀胱結石可能會使用不一樣的IP組合來調整。建議可以常使用IP來作為快速調整,也可預設自己習慣使用的IP參數。



7.iTouch:
不管Gain或TGC在那個條件下,只要按下一個iTouch按鍵,即可自動調整Gain值,增加成為均勻的亮度。建議可以在按下iTouch之後再將Gain慢慢調低,達到適當亮度為止。

8. iClear:
通過增強圖像輪廓,以分辨圖像的邊界來達到優化影像的目的,數值越大圖像越細膩,圖像輪廓更突出。

9. Colorize and Colorize Map彩色與圖像套色:
彩色套色功能是用彩色差別代替灰階差別來成像,更直觀的區分圖像的灰階差異。



10. Gray Map:
利用調節黑白對比度以優化圖像,通常有8個模式,對於即時、暫停與後處理的影像都可以使用。

11. Dynamic Range動態範圍:
調節黑白圖像的對比度,壓縮或擴大灰階顯示範圍。螢幕左側的圖像參數區顯示DR60,表示動態範圍值為60dB。動態範圍越大,整體圖像越暗,對比度越小,雜訊也會增加,建議調整在中間值,或參考預設值。

12. Persistence:
以特殊的技術分別將前後的2D影像以疊加的方式平均進行圖像優化,降低圖像雜訊,使圖像更細膩,但也有可能造成特異性資訊的遺漏。數值0表示不提供Persistence優化處理。

13. Line Density掃描密度:
調節掃描的密度得到圖像的品質與資訊的總量,分為 H高密度,M中密度,L低密度,UH超高密度的等級,掃描密度越大,圖像品質越好,解析度越高,但圖像顆粒感會增強,Frame Rate也會降低。

14. FOV (Field of View) Position圖像觀察區域調整:
有的系統提供四種不同的掃描範圍:W寬、M1中等1、M2中等2、N窄。掃描範圍越大,視野越寬,但Frame Rate會越低。建議尋找腹腔中的小器官的時候可以用W,確認位置之後可以調整成為M1、M2,並且把深度調淺,並且注意聚焦點。

15. A. power (Acoustic Power) 聲功率:
調整探頭發射超音波的功率,聲功率(AP)值調整範圍從10%-100%,增大聲功率,圖像整體亮度均勻增加,可探測深度也增加。臨床上請依據「ALARA聲功率原則」。(註2)

16. TSI (Tissue Specific Imaging)組織特徵成像:
TSI是根據組織特徵選擇聲波速度,使圖像更優化的方法。TSI模式分為general一般、muscle肌肉、fluid液體、fat脂肪等四種。

17. iBeam

通過將多個來自不同偏轉角度的多張圖像合併為單張圖像進行影像的優化,開啟iBeam後,圖像具有斑點雜訊減少,圖像清晰的特點,提高了對比解析度,更容易揭示病灶位置。有些機型稱此功能為SonoCT。

18. Smooth
對圖像做平滑處理,使圖像外觀和邊緣變得柔和

19. Trapezoid梯形成像:
針對線性探頭,可以使得成像變成梯形,讓觀察範圍更大些。

20. B Steer:
對探頭的聲束進行左右偏轉的調節,這個功能不常用到。

M Mode與Anatomical M Mode影像優化
在M Mode的條件下2D大部分的影像優化功能調整仍然是有效的。主要差異只在於顯示模式、掃描速度、邊緣強化以及計算模式與後處理的差異。


1.Display Format顯示模式:
可以調整2D影像和M Mode圖像顯示的格式比例,有4種不同的顯示格式:V1:1左右顯示,上下V1:1顯示,上下V1:2顯示,M全螢幕顯示。

2.Speed:
調整M Mode的速度,可得到更精細的觀察結果,例如改變掃描速度可以發現週期中的異常現象。掃描心跳速率高的動物,增加M Mode的速度,可以加寬波形方便計算。

3.Edge Enhance邊緣加強:
通過增強圖像輪廓,以分辨圖像的邊界來達到優化圖像的目的

4. Anatomical M Mode ( Free Xros M Mode) 解剖M Mode:
解剖M Mode模式成像通過對2D圖像上任意部位和方向進行直線性分析,獲取需要分析的區域內局部心肌沿時間變化的運動軌跡,通常是具有一條取樣線,部分機型也有可以同時取樣3條線的功能,同時取樣分析可以獲得更全面的資訊,去精確地評價組織的功能。(圖八)

Color與Power影像優化
彩色血流模式用於觀察彩色血流情況,提供血流的流向和血流速度資訊。一般來說,彩色基線上方的顏色指示流向探頭的血流(通常是以紅色代表),下方的顏色表示遠離探頭方向的血流(通常是以藍色代表),顏色越亮,血流速度越快,顏色越暗,血流速度越慢。有關Color的影像優化,影響的參數有:Gain,Depth, B/C Wide, ROI Adjustment, Frequency, Priority,Baseline, Packet Size, Dual Live, Color IP, Map, A. power,Focus Position, Scale, Flow State, WF, Invert, LineDensity, Smooth, Persistence, B Display, Steer等,有些參數的設定很重要,即使是非常高階的彩超如果設定錯誤,一樣會影響到彩色的靈敏度、飽和度、還有雜訊,我們先針對會影響Color影像和靈敏度的重要參數討論。

Power模式(即能量Doppler模式)用於表現一定時間內血流中紅血球的密度、能量方面的資訊,並用不同亮度的顏色表示出來,提供血流的灌注資訊,但不提供速度資訊。常用在檢查腎臟血流或是腫瘤內的血流分佈情形,在Philips機型稱之為Angio Mode。

1.Gain:
在Color模式下,Gain的功能鍵變成調整血流訊號的總靈敏度,Gain過大,會放大雜訊;Gain過小,容易遺漏血流訊號,建議先調高之後再慢慢降低,直到雜訊消失為止。

2. ROI Adjustment取樣框調整:
調節Color、Dopper模式下血流檢測的取樣位置及範圍,彩色血流取樣範圍越小,Frame Rate越高,空間解析度與彩色敏感度也越好。

3. Frequency:
頻率越高,解析度與靈敏度越高,但穿透力越低。

4. B/C Wide(2D和Color同寬):
設定2D和Color的取樣框是否同寬,打開此功能會使Frame Rate提高。

5. Scale血流速度尺標:
顯示血流的速度範圍,實際上是對PRF (PulseRepetition Frequency)進行的調節。調整後更清確的顯示彩色血流圖像。測量低速血流應採用較低的速度範圍,高速血流則採取較高的速度範圍。使用較低的速度範圍測量高速血流時,容易產生混疊(Aliasing)或稱疊頻、假像。速度尺標過高,會造成較小血流訊號的流失。

6.WF (Wall Filter)壁濾波:
WF原理是過濾掉血管壁震動引起的低頻雜訊,對圖像資訊進行優化,該功能用於調節機器中壁濾波採取的截止頻率。有些型號提供8種模式的壁濾波,需根據實際情況及不同探頭進行選擇,調整超過可能造成血流訊號的流失。

7.Flow State血流狀態:
透過預設不同的參數,可在掃描時快速優化圖像,調節參數包括Scale和WF。並且提供三個模式的血流狀態:L低,M中,H高,可對具體的血流參數值預設。在小動物臨床診斷上,調整Flow State會比微調Scale和WF更有效率。

8. Priority彩色優先:

用於調整血流顯示的級別,選擇優先顯示黑白或彩色血流。參數可調整範圍為0-100%。數值越大,表示優先顯示彩色圖像,數值越小,優先顯示黑白圖像。

9.Dual Live(2D和Color同時顯示):
可以調整2D和Color圖像的同時顯示狀態,功能開啟後,Freeze時為Color模式,可以在Real Time 、Freeze 、Cine或後處理時做調整。

PW/CW影像優化
PW模式(即脈衝都卜勒模式)或CW模式(即連續波都卜勒模式)用來提供血流方向和速度資訊,獲得的頻譜圖橫軸表示時間,縱軸表示都卜勒頻移。

PW模式可測量某一深度局部的血流速度,適合測量某一特定點的血流速度和方向,用以辨別正常和異常的血流,例如應用在心室或心房的血流速度測定、心臟瓣膜定點的血流速度;CW模式是測量一條線上所有的血流速度,常用來顯示高速血流測量,因此結合兩者進行研究,可以提高診斷的正確率。

在PW/CW模式中,除了影響2D、Color的一些調整參數外,還有幾個參數會影響量測品質:
Duplex/Triplex, V Max, V Mean, Trace Area, Speed,Trace Sensitivity, T/F Res, Scale, Baseline, Quick Angle,Angle, Trace Smooth, Time Mark, HPRF, Curve, AutoCalculation, Auto Calculation Parameter。 PW的設定另外有SV、HPRF、PW Steer可供調整,而CW可以調整Trace Sensitivity自動描繪波形的靈敏度。

1.SV(或稱Gate)取樣通道:
調節PW取樣通道的位置與寬度,取樣寬度較小時,獲得的結果較精確;當取樣寬度較大時,獲得的資訊範圍比較大。SV可以調整的範圍為0.5-20.0mm。

2.Quick Angle快速校正角度:
調節後使測量速度與實際速度儘量接近,是一種校正角度。每次調整以60度為單位快速調節校正角度,-60°,0°,60°

3.Angle校正角度:
可調節角度範圍為-80~80°,每次調整以1°進行微調。調整後Scale的範圍也能隨著增加,對測量比較高速血流的可量測範圍和精確度都有幫助。

4.Baseline基線:
針對不同部位檢測的速度的需要進行調節,使血流的顯示更清晰,消除混疊(Aliasing)。正值顯示基線下方更大範圍的信號,負值顯示基線上方更大範圍的信號。該功能對於Real Time、Freeze和Cine動態檔播放的圖像都有效。

5.Duplex/Triplex二/三同步:
設置PW圖像是否與2 D 模式或2 D + C o l o r(Power)模式同步掃描

7. Auto Calculation&Auto CalculationParameter自動計算與自動計算參數:
對Doppler波形進行描記並進行參數計算,自動頻譜計算的結果將在測量結果窗中即時顯示。

8. HPRF( High Pulse Repetition Frequency)高脈衝重複頻率:
當探測到的血流速度超過當前選擇PW的Scale處理能力時,可以使用HPRF功能,開啟後增加測量高速血流速度的範圍。

其他影像優化與分析功能:
超音波的應用範圍相當廣泛,而且技術與學理上仍不斷快速精進,TDI已經有許多研究,Speckletracking直接追蹤的技術也相當熱門地應用在小動物的臨床研究上。3D/4D的應用層面已經不是只有在胎兒的外觀掃描,心臟的結構、運動,腫瘤的立體結構、結合造影技術等,都已經持續迅速發展。這些新的應用,我們之後的文章將再繼續討論分享。

資料儲存與輸出
由於大部分動物醫院尚未採用PACS系統,一些影像設備如X光、超音波、內視鏡等也沒有Dicom的影像儲存格式,檔案儲存的格式盡量以方便動物醫院病歷管理為原則。檔案的管理沒有絕對的原則,黑白的熱感印表機列印方便,缺點是印表機和印表紙價格高,而且紙質明顯影響列印品質,另外有保存時間久了容易褪色的缺點。醫療用的彩色熱感印表機,價格更高,幾乎可以不用考慮。彩色雷射印表機的型號若能與超音波結合,是個不錯的選擇,印表機及耗材價格都很便宜。若有使用EasyVet動物醫院管理系統,建議可以盡量利用管理系統中與設備結合,傳輸數據資料與影像圖檔的功能,在病歷管理上相當方便。

若超音波設備本身即內建病歷資料管理功能最好,靜態單張的檔案以BMP、JPG、TIFF、動態檔案以AVI最適合動物醫院管理,DCM檔案格式可以儲存單張也能儲存動態檔,但需要相容的軟體才能讀取。報告格式以HTML、RTF檔案格式較方便管理與列印,新的機型也有支援PDF檔案的報告輸出格式。

資料後處理
狗貓能夠安靜被掃描超音波的時間很短,檢查過程常造成人仰馬翻,因此檢查的流程務求順利並縮短時間,如果能讓操作人員在5分鐘內取得該有的影像和準備計算的原始資料、圖檔,接下來讓動物離開檢查台再處理資料分析的問題,這樣不僅能節省時間,還能增加檢查流程的效率。



取得如2D影像、M Mode、Color、PW/CW等原始資料後,透過檔案工作站如iStation或是Philips的Q-Lab軟體,就可以開始分析圖檔資料。2D的資料除了可以重新調整掃描的參數如DR、IP、Map、Colorize等,也可以利用內建動物的心臟、腹腔或產科的計算公式測量距離、面積、體積,甚至是Simpson的計算,都可以重新估算。M Mode的重點在於檢查過程盡量讓儲存的檔案時間長一些,再從中挑選最適合計算的波形計算,若有需要也可以利用Anatomical M Mode的功能重新取樣計算。Color圖像的後處理功能主要著重在影像的優化調整,如彩色IP調整,以及彩色的套色和方向性功能的開啟與否。PW/CW的資料後處理,可以重新調整SV位置的取樣角度,或調整Baseline與Scale等。另外比較重要的功能是,可以在原始資料檔中開啟自動追蹤計算的功能,不僅描繪曲線會即時更新,計算數值也會即時隨著頻譜的移動而更新。



結語

超音波是臨床診斷上非常好的幫手,但也極度依賴醫師的經驗判斷、操作技巧與設備能發揮的極限。善用超音波內建許多實用的功能,並且設定成特定檢查時專用的模式,將會為檢查效率和影像品質帶來莫大的提升。

(註1)請參考宇麥動物醫療專刊第8期 P-03,進入小動物心臟病診治的殿堂,專心動物醫院,心臟科主任,洪榮偉醫師。

(註2)ALARA原則 (As Low As Reasonably Achievable):使用超音波時應貫徹ALARA原則,在保證獲得診斷資訊的前提下,盡可能使用不會導致生物效應的最低等級的能量。超音波能量的大小取決於輸出強度和掃描時間。不同的病人和臨床病例需要的超音波強度是不一樣的。詳情可參閱美國超音波醫學研究所(AIUM)出版的“醫學超音波的安全性”資料。

(註3)TI (熱指數):TI是由總的聲功率與使組織溫度升高1℃所需聲功率的比率決定的。另外,組織結構不同溫升則不同,所以TI分為三類:TIS(軟組織熱指數)、TIB(骨熱指數)和TIC(顱骨熱指數)。TIS:軟組織熱指數的應用,如腹部和心臟。TIB:骨熱指數應用,如胎兒(中晚期妊娠)或新生兒頭部(穿過鹵門),聲束聚焦於或接近聚焦於骨骼。TIC:顱骨熱指數應用,如小兒和成人顱骨。

 
 
 
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