Ультразвуковая компьютерная томография - Ultrasound computer tomography - Wikipedia

Ультразвуковая компьютерная томография
Цельиспользование для медицинской визуализации мягких тканей

Ультразвуковая компьютерная томография (USCT), иногда также Ультразвуковая компьютерная томография, Ультразвуковая компьютерная томография[1] или просто Ультразвуковая томография,[2] это форма медицинский ультразвук томография использование УЗИ волны в качестве физическое явление за визуализация. Он в основном используется для мягких тканей медицинская визуализация, особенно визуализация груди.[2][3][4]

Описание

Процедура измерения 3D USCT: полусферический измерительный контейнер, заполненный водой, покрытый массивами ультразвуковых преобразователей в цилиндрических корпусах (элементы преобразователя обозначены зелеными точками). В центре размещен простой объект (красный). Излучаемая сферическая волна (полупрозрачный синий цвет), все остальные преобразователи собирают данные. Волновой фронт взаимодействует с объектом и повторно излучает вторичную волну (полупрозрачный фиолетовый). Повторяется итеративно для всех преобразователей.

Ультразвуковые компьютерные томографы использовать УЗИ волны для создания изображений. На первом этапе измерения генерируется определенная ультразвуковая волна, обычно Пьезоэлектрический ультразвуковые преобразователи, передаваемые в направлении объекта измерения и принимаемые другими или такими же ультразвуковыми преобразователями. Во время прохождения и взаимодействия с объектом ультразвуковая волна изменяется объектом и теперь несет информацию об объекте. После записи информацию из модулированных волн можно извлечь и использовать для создания изображения объекта на втором этапе. В отличие от рентгеновский снимок или другие физические свойства, которые обычно предоставляют только одну информацию, ультразвук предоставляет множественную информацию об объекте для визуализации: затухание волны звуковое давление опыт указывает на объект коэффициент затухания, то время полета волны дает скорость звука информация и рассеянная волна указывает на эхогенность объекта (например, показатель преломления, морфология поверхности и др.). В отличие от обычного УЗИ сонография, который использует фазированная решетка технология для формирование луча, большинство систем USCT используют несфокусированные сферические волны для визуализации. Большинство систем USCT нацелены на создание трехмерных изображений либо путем синтеза («суммирования») двухмерных изображений, либо с помощью установки полной трехмерной апертуры. Другая цель количественный визуализация вместо только качественный визуализация.

Идея Ультразвуковая компьютерная томография восходит к 1950-м годам с аналоговыми установками компаундирования,[5][6][7] в середине 1970-х годов были созданы первые «вычислительные» системы USCT с использованием цифровых технологий.[8] «Компьютер» в концепции USCT указывает на сильную зависимость от вычислительных передовых цифровых технологий. обработка сигналов, реконструкция изображения и обработка изображений алгоритмы для визуализации. Успешная реализация систем USCT в последние десятилетия стала возможной благодаря постоянно растущей доступности вычислительная мощность и пропускная способность данных предоставленный цифровая революция.

Настраивать

Системы USCT, предназначенные для медицинская визуализация из мягких тканей обычно стремятся к разрешающая способность в порядке сантиметры к миллиметры и поэтому требуются ультразвуковые волны в порядке мега -герц частота. Обычно для этого требуется вода с низким затуханием. среда передачи между ультразвуковыми преобразователями и объектом, чтобы поддерживать соответствующее звуковое давление.[1]

Системы USCT имеют общие томография фундаментальное архитектурное сходство, которое отверстие, активные элементы изображения окружают объект. Для распределения ультразвуковых преобразователей вокруг объекта измерения, формируя отверстие существует несколько подходов к проектированию. Существуют моно-, би- и мультистатические настройки конфигураций преобразователей. Распространенными являются одномерные или двухмерные линейные массивы ультразвуковых преобразователей, действующих как излучатели на одной стороне объекта, на противоположной стороне объекта размещается аналогичный массив, действующий как приемник, образуя параллельно настраивать. Иногда сопровождается дополнительной возможностью перемещения для сбора дополнительной информации с дополнительных углов. Хотя рентабельность создания, основным недостатком такой установки является ограниченная возможность (или невозможность) сбора информации об отражательной способности, поскольку такая апертура ограничена только информацией о передаче. Другой подход к апертуре - это кольцо преобразователей,[9] иногда со степенью свободы моторизованного подъема для сбора дополнительной информации по высоте для трехмерной визуализации («штабелирование»). Полноценные трехмерные установки, не требующие движений апертуры, существуют в виде апертур, образованных полусферическими распределенными преобразователями. Хотя это самая дорогая установка, они предлагают преимущество почти однородных данных, собранных со многих сторон. Кроме того, они быстро собирают данные, поскольку не требуют дорогостоящих механических перемещений.

Методы и алгоритмы визуализации

Томографическая реконструкция методы, используемые в системах USCT для визуализации на основе передачи информации, являются классическими обратное преобразование радона и теорема Фурье-среза и производные алгоритмы (коническая балка так далее.). Также как продвинутая альтернатива ИЗОБРАЗИТЕЛЬНОЕ ИСКУССТВО -основанные подходы используются. Для высокого разрешения и спекл-шум изображение с пониженной отражательной способностью Методы фокусировки с синтетической апертурой (SAFT), аналогично радар с SAR и сонар с SAS, широко используются. Итеративный волновое уравнение инверсия подходит как метод визуализации, исходящий из сейсмология находятся в стадии академических исследований, но их использование в реальных приложениях по-прежнему остается проблемой из-за огромной вычислительной нагрузки и нагрузки на память.[10]

Применение и использование

Многие системы USCT предназначены для визуализации мягких тканей и рак молочной железы диагноз конкретно.[2][3][4] Как ультразвуковой метод с низким звуковое давление, УЗИ - это безвредный и безопасный метод визуализации, подходящий для периодических скрининг. Поскольку установки USCT фиксированы или двигатель перемещается без прямого контакта с грудью, воспроизведение изображений проще, чем при использовании обычных методов с ручным управлением (например, УЗИ груди ), которые зависят от работы и опыта отдельных экзаменаторов. По сравнению с обычными методами скрининга, такими как маммография, Системы USCT предлагают потенциально увеличенный специфичность для обнаружения рака молочной железы, поскольку одновременно отображаются несколько характерных свойств рака молочной железы: скорость звука, затухание и морфология.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Авинаш К. Как, Малкольм Слэйни (1988). "4" (PDF). Принципы компьютерной томографической визуализации. IEEE Press. Институт инженеров по электротехнике и электронике. ISBN  978-0898714944.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  2. ^ а б c Неб Дурик, Питер Дж. Литтруп, Оливье Рой, Куйпин Ли, Стив Шмидт, Сяоян Ченг, Роман Джанер (01.04.2014). «Клиническая визуализация груди с помощью ультразвуковой томографии: описание системы SoftVue». Журнал акустического общества Америки. 135 (4): 2155. Дои:10.1121/1.4876990.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  3. ^ а б Майкл П. Андре, Джеймс Вискин, Д. Боруп, Сахира Джонсон, Хейди Охеда-Фурньер, Линда К. Олсон (01.01.2012). «Количественная объемная визуализация груди с помощью трехмерной компьютерной томографии с обратным рассеянием». Журнал "Инженерия в медицине и биологии". IEEE. 2012: 1110–1113. Дои:10.1109 / EMBC.2012.6346129. ISBN  978-1-4577-1787-1. PMID  23366090. S2CID  14695153.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  4. ^ а б Н.В. Руйтер, М. Цапф, Т. Хопп, Р. Дапп, Э. Крецек, М. Бирк, Б. Кохоут, Х. Геммеке (2012). «3D-ультразвуковая компьютерная томография груди (3D USCT): новая эра». Европейский журнал радиологии. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  5. ^ Acta Neurochirurgica, Springer Verlag Wien, Volume 2, Numbers 3-4, September 1952, 379-401.
  6. ^ Холмс, Дж., Хоури, Д., Посакони, Г., и Кушман, К. (1954). «Ультразвуковая визуализация структур мягких тканей тела человека». Труды Американской клинической и климатологической ассоциации (66): 208.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  7. ^ Ультразвуковое мозаичное изображение и моделирование движения - приложения для регистрации медицинских изображений Кристиан Вахингер, докторская диссертация, TU München (2011)
  8. ^ Авинаш С. Как, Малкольм Слейни (1988). "4" (PDF). Принципы компьютерной томографической визуализации. IEEE Press. Институт инженеров по электротехнике и электронике. ISBN  978-0898714944. Первые такие томограммы были сделаны Greenleaf et al. [Gre74], [Gre75], а затем Carson et al. [Car76], Jackowatz и Kak [Jak76], и Glover and Sharp [Glo77].CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  9. ^ Калибровка положения элементов преобразователя в системе УЗКТ кольцевого массива Сатоши Тамано; Такаши Адзума; Харука Имото; Шу Такаги; Син-ичиро Умемура; Йоитиро Мацумото, Proc. SPIE 9419, Медицинская визуализация 2015: Ультразвуковая визуализация и томография, 94190P (17 марта 2015 г.); DOI: 10.1117 / 12.2082323
  10. ^ Методы ультразвуковой визуализации для выявления рака груди Technische Universiteit Delft, 13 ноября 2014 г., Неслихан Озмен
  11. ^ ДЖЕЙМС Ф. ГРИНЛИФ, РОБЕРТ К. БАН (1981). «Клиническая визуализация с помощью трансмиссивной ультразвуковой компьютерной томографии». IEEE Transactions по биомедицинской инженерии. БМЕ-28 (28, 2): 177–185. Дои:10.1109 / TBME.1981.324789. PMID  7287021. S2CID  9058315.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)