腹大塔的高频超声成像

超声是临床成像和诊断中常用的无创成像技术。

超声波发射声波并测量其反射，以生成解剖结构和器官的实时图像。与 CT、MRI 和 NIRF 扫描等其他成像方式相比，它具有优势，因为它相对便宜、便携且用途广泛，并且不需要造影剂。但是，它在分辨率和穿透深度方面存在限制。

本视频将说明超声技术背后的关键原理，演示高频超声系统在啮齿动物血管成像方面的实用性，并提供超声成像应用示例。

超声图像是通过从换能器发射一束声波并记录声波在体内不同组织之间的边界反射时产生的回波来产生的。这些波也可以被血细胞等较小的物体折射、吸收甚至散射。

反射波的数量与组织之间的声阻抗差异成正比。声阻抗 Z 取决于组织密度和声波的速度。如果差异很大，例如骨骼，则声波会完全反射。如果差异较小，例如风琴，则声波仅被部分反射。

换能器接收到的反射波强度以及换能器到组织边界的距离用于创建解剖图像。这些距离是使用声音通过身体组织的平均传播速度（大约每秒 1540 米）和波传播到组织并返回所需的时间来确定的。

超声波可用于通过利用迎合独特应用的特殊模式来收集不同类型的图像。最常见的模式是亮度或 B 模式，它显示二维组织切片的声阻抗。或者，运动或 M 模式成像可以观察组织中的快速运动，就像心脏功能一样。最后，多普勒模式用于评估血流。

现在我们已经讨论了超声波的工作原理，让我们来看看如何使用不同的超声波成像模式对小动物捕获图像。

首先，使用背面的开关打开超声系统。然后，使用系统左侧的开关打开显示器和计算机。接下来，将传感器插入系统的专用有源端口。然后，将传感器电缆穿过探头支架上方的塑料支架。

请注意换能器一侧的凸线。在引用显示器上显示的图像时，请将其用作参考点。图像的灰度条上方是一个代表图像主体的小圆圈和一条垂直线，代表换能器上的凸线。首先，应将换能器固定在夹子中，并与动物成 90 度角放置。

确保生理监测装置已插入电源，然后按下心率和温度按钮以打开这些监测器。接下来，打开凝胶加热器并确保其指示灯亮起。

对于动物麻醉，首先检查蒸发器中的异氟醚水平，如果水平低于空线，则重新填充。接下来，打开氧气罐并将流量计上的气流调节到每分钟约 1 升。

现在，连接动物载物台并插入 VGA 线以收集心电图和呼吸信号。将动物鼻锥固定到位，并检查黑色异氟醚管和蓝色废气管是否正确连接到鼻锥。现在可以对动物进行麻醉并准备成像。一旦动物进入安全的麻醉室，将蒸发器刻度盘转到 2% 到 3%。

一旦动物出现深度麻醉，将其移至载物台上的鼻锥，确保切换异氟醚的流动。捏住脚趾以确认动物没有立即醒来，然后在眼睛上涂抹眼药膏。接下来，使用粘合剂将爪子固定在载物台电极上，并使用脱毛膏去除腹毛。在直肠探头上涂抹润滑剂，然后将其插入动物的直肠进行体温测量。然后用加热的超声转导凝胶覆盖腹部。

首先，打开软件并选择 "New Study"。进入新系列后，从菜单中选择一个用户并相应地命名您的系列。创建系列后，从键盘中选择 B 模式，它代表亮度模式。所有成像模态键都位于黑色键盘的底行。

现在，您可以开始映像了。将传感器向下滚动到动物的腹部。观察屏幕以监测呼吸频率。如果传感器对动物施加过大的压力，则会观察到速率下降。轻轻转动载物台上的 X 轴和 Y 轴旋钮以调整换能器的位置。这样做，直到找到腹主动脉的清晰图像。在屏幕上显示所需的图像后，等待图像底部的白条填充，然后按图像标签按钮保存图像。模态将自动与图像标签一起保存，并且不需要包含在保存的名称中。

要捕捉 M 模式或运动模式图像，请使用键盘选择 M 模式。调整 SV 步态以缩小或加宽黄色条，调整光标以将条对齐到腹主动脉的一部分上。正确放置后，再次按下 M 模式。在 M 模式下，可以调整条形的位置。与 B 模式一样，请等待图像底部的白色条填满，然后再按下图像标签按钮。

要执行 EKV 或 ECG 门控千赫兹可视化成像，首先在键盘上选择 B 模式，将换能器放在腹主动脉的一段上，并确保有干净的心电图信号。然后按 EKV，选择所需的采集类型、线密度和帧速率并开始扫描。采集后，将显示图像数据。

要使用彩色多普勒，首先选择 B 模式，检查换能器是否位于腹主动脉上方，然后选择颜色。按 Update（更新），将轨迹球移动到要扫描的区域以调整框的大小，然后再次按 Update （更新） 以锁定大小。接下来，使用光标移动框。向上转动力度旋钮可增加力度阈值并降低背景信号。

为了量化血流速度，使用脉冲波多普勒模式。以彩色多普勒模式开始，然后按 PW。屏幕上会出现两条黄色的斜线。调整光束角度并转动 PW 角度旋钮，使较短的虚线平行于血管前壁和后壁。如果角度转动得太远，黄色虚线将变为蓝色。对齐后，按下 PW，然后调整基线、速度和多普勒游戏控件，以使波形居中和变亮。您可以在成像过程中随时查看先前采集的图像，方法是按 Study Management 并选择所需的图像。

获取序列所需的所有图像后，从研究管理屏幕中选择 Close Series。要在另一台计算机上传输数据以进行进一步分析，请转到研究管理屏幕，然后单击研究或单个序列的复选框。点击 复制到 并选择所需的文件位置，然后按 OK.最后，将蒸发器刻度盘调至零，将动物从载物台上移开，让它从麻醉中恢复。

每次手术后，清洁超声装置，并擦去动物载物台和直肠探头。切勿将消毒剂直接喷洒在载物台上。传感器应用纸巾用 70% 乙醇擦去，然后再放回支架中。请记住关闭氧气罐，让流量计上的气流减少到零。

完成所有成像和导出后，按下研究管理屏幕上的电源按钮，等待显示器和计算机关闭。显示器完全关闭后，将系统背面的 ON-OFF 按钮切换到 "off"。正确关闭后，您应该听到风扇停止的声音。

在映像会话完成并关闭系统后，可以分析结果。

通过该程序，进行了腹主动脉的解剖和功能成像。一些数据（如 B 模式扫描）可以在数据收集期间或之后立即进行分析，而其他模式下的扫描最好在复制数据以使用软件进行分析后进行分析。

二维 B 型扫描可以提供主动脉直径或横截面积测量。直径可以使用长度与距离测量工具进行测量，而面积可以使用面积测量工具进行测量。M 模式可用于确定容器上的周向循环应变。查看主动脉的 M 模式扫描，用户可以看到亮线对应于血管前壁和后壁的位置。前壁比后壁表现出更多的运动。

周向循环应变由收缩期 DS 和舒张末期 DD 期间的主动脉内径值确定。当主动脉延伸到最大尺寸时，收缩期峰值出现，舒张末期达到最小尺寸时出现收缩末期。因此，圆周循环应变是使用此公式计算的。

彩色多普勒可用于确定血流方向和速度。彩色多普勒图像为用户提供了血液动力学的定性评估。红色和蓝色刻度表示检测到的血流速度的方向和大小。红色表示流向传感器，蓝色表示流向传感器。较深的颜色表示低速流动，较浅的颜色表示高速流动。

现在已经回顾了超声成像的一般原理和程序，让我们来看看使用这种成像方式的一些应用。

人类胎盘在子宫内时极无法进行研究。高频超声可用于可视化脐静脉和子宫动脉。执行此测试是为了测量胎盘两侧的血管直径和最大血流速度。这与从胎盘母体和胎儿侧采集的血液样本数据相结合，以计算释放到循环中的营养物质和物质的动静脉浓度。这项研究提供了对人类胎盘功能的见解。

颅脑超声是患有先天性异常或脑部病变的新生儿的可靠工具。该方法是无创的，可以在新生儿重症监护病房的床边进行。在冠状面和矢状面收集超声图像，以帮助新生儿大脑的可视化。这些图像可以帮助可视化大脑中存在的任何病变。彩色多普勒模式通常用于脑内血管的可视化。对横窦进行成像，并可以检测到任何凝块。

您刚刚观看了 JoVE 的超声成像简介。您现在应该了解超声成像的原理、影像采集和分析的一般方法以及多种应用。感谢观看！