声辐射力（共7篇）
声辐射力 篇1
声脉冲辐射力成像 (acoustic radiation force impulse, ARFI) 技术是目前国内外用于深部组织弹性硬度评估的超声成像技术, 通过探头向组织发射低频声脉冲, 组织受到机械应力后产生纵向压缩和横向运动, 对组织的这些位移变化进行收集和量化从而间接反映组织的弹性程度。以组织的纵向压缩产生的位移为基础的弹性成像技术称为声触诊组织成像 (virtual touch tissue imaging, VTI) 技术, 它以明暗度直接反映组织弹性。组织的横向运动是以剪切波的方式向周边传播, 用特定的电子系统采集组织内剪切波信号, 获得低频剪切波的传播速度 (shear wave velocity, SWV) 来间接反映组织弹性, 这一技术称为声触诊组织量化 (virtual touch tissue quantification, VTQ) 技术。
1 ARFI在肝脏疾病中的应用
近年来, 随着声脉冲辐射力成像技术日渐成熟, 它逐渐应用于临床, 涉及胆囊[1]、肾脏、心血管、神经系统以及射频消融治疗的疗效评估等方面, 特别在肝脏疾病中的应用取得了很大成果。
1.1 肝纤维化
肝纤维化是组织内胶原纤维逐渐增多而导致肝组织硬度增加的过程, 因此, 声脉冲辐射力成像技术可以从横向弹性参数上间接反映肝组织的弹性硬度, 从而推测肝纤维化的程度[2]。在此基础上即可对肝纤维化进行分级。孙德胜等[3]研究, 得出对应METAVIR评分标准的肝纤维化F0~F4期的剪切波速临界阈值分别为1.42m/s、1.60m/s、2.19m/s、2.41m/s。张新力等[4]把F0~F2期合并为轻度肝纤维化组, F3~F4期合并为中重度肝纤维化组, ROC曲线分析确定剪切波速≥1.4m/s可作为鉴别轻度肝纤维化和中重度肝纤维化的临界值。国外研究也证实ARFI用于肝纤维化的分级与活检结果高度相符, 并得出F1期与F2期的最佳临界点为1.215m/s, F3期与F4期的最佳临界点为1.54m/s, 且通过活检证实只要剪切波速≥1.54m/s就可以判定为肝纤维化超过F3期[5]。ARFI用于肝纤维化分级对于F3期和F4期有更高的预测价值。董政等[6]研究表明, 剪切波速1.22m/s是诊断肝硬化的最佳临界点。肝纤维化各期的剪切波数值在上述各项研究中不一致, 可能与所选研究对象及其合并疾病不同等因素有关, 有待进一步证实, 但均证明肝脏剪切波波速随纤维化分级增高而增快, ARFI是判断慢性肝病纤维化程度及分级的可靠指标, 可用于肝纤维化的分级诊断。
同时, 一些研究还把ARFI与评价肝纤维化的其他指标和方法进行了比较。Friedrich-Rust等[7]发现, ARFI、瞬时弹性成像技术及血清标志物检测的数值均与肝纤维化程度存在相关性 (r=0.71、0.73、0.66) , 诊断F2期以上的肝纤维化精确度的ROC曲线下面积分别为0.91、0.91、0.82。冯卉等[8]的研究显示, VTQ技术和瞬时弹性成像技术检测的肝硬度值与肝纤维化程度均存在相关性, 且VTQ的相关系数 (0.433 09) 大于瞬时弹性成像技术的相关系数 (0.358 40) ;VTQ区分轻度与中重度肝纤维化的敏感度和特异度分别为85.4%和64.7%, 而瞬时弹性成像技术的敏感度和特异度分别为66.7%和67.2%。Lupsorl等[9]进一步对ARFI技术与瞬时弹性成像技术用于各期肝纤维化评价的精确度进行了探讨, ARFI与瞬时弹性成像技术评价各期肝纤维化的ROC曲线下面积分别为0.709和0.902 (P=0.006) (肝纤维化程度介于F1期和F2期之间) ;0.851和0.941 (P=0.022) (肝纤维化程度介于F2期和F3期之间) ;0.869和0.926 (P=0.153) (肝纤维化程度介于F3期和F4期之间) ;0.911和0.945 (P=0.331) (F4期) 。由此得出在诊断中重度肝纤维化时ARFI具有较高的诊断精确度, 但是对于轻度肝纤维化瞬时弹性成像的精确度较高。
采用ARFI技术对肝纤维化进行分级的同时, 一些学者也给出了健康志愿者肝组织的剪切波速。沈文等[10]研究显示, 正常男性肝组织的声触诊组织量化值为0.79~1.57m/s, 女性为0.74~1.40m/s。Gallotti等[11]研究得出健康志愿者肝剪切波速的平均值为1.59m/s;而Goertz等[12]研究发现健康志愿者肝剪切波速的平均值为1.09m/s。至今正常肝剪切波数值尚无明确的标准, 需要继续研究。
一些学者对在用ARFI技术评价肝纤维化过程中的一些影响因素进行了初步研究。Toshima等[13]用ARFI技术对103名受试者分别测量肝左、右叶的肝剪切波速, 表明肝左、右叶的剪切波速均与活检的肝纤维化分级有很好的相关性, 但是肝右叶测值的标准差明显低于肝左叶, 所以肝右叶的剪切波速比肝左叶能更精确地诊断肝纤维化。Horster等[14]采用4C1和4V1两种探头分别从肋间和肋下测量肝剪切波速, 发现4V1探头肋间径路与肋下径路剪切波速有差别, 而4C1
探头肋间径路和肋下径路的剪切波速无差别, 说明4C1探头测量的数值较稳定, 且4C1肋间径路的成功率高于肋下径路。所以在运用ARFI技术时, 选择4C1肋间径路较适宜。该研究还发现在测量肝剪切波速时, 受检者鼓气与否对结果无影响, 所以ARFI技术有望成为评价心血管疾病患者肝纤维化的新工具。
1.2 脂肪肝
脂肪肝在国内成为仅次于病毒性肝炎的第二大肝病, 是隐蔽性肝硬化的常见原因。Yoneda等[15]将ARFI技术用于非酒精性脂肪肝, 各期非酒精性脂肪肝纤维化的剪切波速分别为1.040m/s (F0) 、1.120m/s (F1) 、1.130m/s (F2) 、1.780m/s (F3) 、2.180m/s (F4) 。ARFI的剪切波速与非酒精性脂肪肝的纤维化程度呈明显正相关。张大鹃等[16]研究发现, ARFI测值与脂肪肝程度呈正相关, 随着脂肪肝程度加重, 肝脏ARFI测值逐渐增高。金清等[17]研究发现, 非酒精性单纯性脂肪肝患者的剪切波速[ (0.93±0.10) m/s]明显低于正常人[ (1.13±0.01) m/s], 由ROC曲线获得肝右叶剪切波速≤1.06m/s为ROC曲线上的最佳临界点。由此当肝组织剪切波速≤1.06m/s时, 需要考虑到患者可能存在非酒精性单纯性脂肪肝。而另几项研究认为肝脂肪变性不影响ARFI的剪切波速[5]。上述结论的差异可能是由于脂肪肝分为单纯性脂肪肝、脂肪性肝炎、脂肪性肝纤维化和脂肪性肝硬化, 而单纯性脂肪肝是低倍镜下1/3以上的肝细胞脂肪变性和脂肪贮积, 但无其他明显组织学改变, 即无炎症、坏死和纤维化。所以ARFI的剪切波速测值会较正常肝组织小, 而其他脂肪肝类型伴随纤维化, 剪切波速相应增大。将脂肪变性与纤维化独立开, 分别讨论, 剪切波速主要受纤维化程度的影响, 即得出脂肪变性对剪切波速无影响的结论。
1.3 肝肿瘤ARFI技术对于鉴别
诊断肝脏肿瘤及评价治疗肝脏肿瘤的方法具有一定的价值。Fahey等[19]用ARFI技术与B超分别检查原发性肝癌和转移性肝癌, 发现ARFI技术用于原发性肝癌的图像平均对比度分别为7.5d B和9.3d B, 而B超的对比度分别为2.9d B、3.1d B。此外, ARFI技术比B超能较清晰地显示肿瘤的边缘。Cho等[19]采用ARFI技术对转移性肝癌及胆管细胞癌、原发性肝癌、肝血管瘤病灶进行测量, 发现剪切波速分别为 (2.18±0.96) m/s、 (2.45±0.81) m/s、 (1.51±0.71) m/s, 剪切波速在原发性肝癌和肝血管瘤组间有显著差异, 与B超图像相比, VTI图像对68%的病灶能显示同等程度或更清晰的边界。王文伟等[20]研究发现, 慢性肝病并发肝癌患者其肿瘤边缘部剪切波速[ (3.36±0.97) m/s]与慢性肝病背景有显著差异。肿瘤的中央ARFI值较低, 边缘则较高, 与病理组织学变化相符。ARFI技术有望成为鉴别和诊断肝脏肿瘤的新技术。
ARFI技术可与肝脏肿瘤消融术联合运用。Kwon等[21]运用VTI技术发现原发性肝癌比周围肝实质亮, 消融术后位点比周围肝实质和原发位点更暗, 而在消融术后位点周边复发的肝癌更亮, 并且其边缘比在B超中更清晰。因此, ARFI技术对于诊断肝癌消融术后复发和监测复发性肝癌的消融过程具有较好的发展前景。Fahey等[22]将ARFI技术用于监控组织消融术, 发现其能成功识别传统超声成像中无法识别的组织消融区域。所显示的化学消融和热消融区域与病理学检查结果具有良好的一致性。
在B超介导的对肝肿瘤进行消融术、穿刺活检中, 常常会遇到针尖显示不清的情况, Rotemberg等[23]从理论上和体外实验中证实ARFI技术较B超能更清晰地对针尖进行定位, 但有待进一步验证。
1.4 肝淤血和肝缺血
黄品同等[24]用ARFI技术测定兔下腔静脉夹闭再开放后肝弹性, 发现下腔静脉夹闭前和重新开放20min后的剪切波速明显高于下腔静脉夹闭后, 而重新开放后低于夹闭前。由此可知, 兔下腔静脉夹闭20min后对肝弹性影响不大, 提示ARFI技术可用于评价淤血性肝疾病的转归, 及对外科手术阻断下腔静脉具有重要指导意义。王力等[25]在对兔肝门静脉和肝动脉进行阻断后, 用ARFI技术得出不同时间段的肝剪切波速, 并与相对应时间段的血清标志物进行比较, 发现ARFI技术能早期准确、客观地反映肝缺血损伤的严重程度。
2 ARFI技术的应用前景
ARFI技术是近年兴起的超声影像学新技术, 它不仅比B超显示图像有更高的对比度, 而且具有无创、无痛、快速等优点, 其弹性成像技术比瞬时弹性成像技术操作更简便、应用更广泛、效果更突出, 且对肝纤维化的诊断具有较高的准确性和较好的重复性。在对肝纤维化的诊断方面有望代替病理组织活检。ARFI是超声影像技术的一次伟大进步和革新。然而目前对ARFI技术诊断肝纤维化尚需要进行多中心、大样本临床研究, 以建立适应我国人群的肝纤维化弹性量化诊断标准, 进一步推广ARFI测值的临床应用。ARFI在国内一些医院已应用于临床, 在不久的将来, ARFI可能作为肝病患者的一项常规检查。目前对肝组织METAVIR纤维化分期相对应的剪切波速测定的界限值尚未固定, 因此需要积累更多的临床资料。相信随着临床应用的增多及经验的积累, ARFI将会在肝病的临床诊治中发挥重要作用。
关键词：弹性成像技术,肝疾病
声辐射力 篇2
1资料与方法
1.1研究对象2012年12月—2014年3月广西壮族自治区人民医院收治的经肾穿刺活检确诊的CGN患者123例,其中男76例,女47例;年龄15~79岁,平均(41.1±15.2)岁。纳入标准:1起病缓慢,病情迁延,可有肾功能减退、贫血、电解质紊乱等情况出现。2有不同程度的蛋白尿、血尿、水肿及高血压等表现,轻重不一。3病程中可因呼吸道感染等原因诱发急性发作,出现类似急性肾炎的表现,也有部分患者可有自动缓解期。4具有上述临床表现,持续1年以上并经肾活检组织学检查确诊。排除标准:包括各种继发性肾损害,如高血压肾病、糖尿病肾病、狼疮性肾炎、泌尿系梗阻、感染等。同时选取27例健康体检者作为对照组,男14例,女13例;年龄23~76岁,平均(43.8±14.5)岁。对照组尿常规、尿蛋白及肾功能检查均正常,无肾脏疾病、高血压、糖尿病等可引起肾损害的相关病史,双肾超声检查未见异常。本研究方案经本院医学伦理委员会批准,所有患者均签署知情同意书。
1.2仪器与方法采用Siemens Acuson S2000彩色多普勒超声诊断仪,配备ARFI技术,4C1凸阵探头,频率3.0~4.5 MHz。受检者当日空腹,侧卧位检查,首先行常规二维及彩色多普勒超声观察肾脏大小、形态、肾实质回声及肾内血供状况。取肾长轴切面,保持探头与皮肤的垂直并固定,嘱受检者屏住呼吸,待图像稳定后启用ARFI测量肾实质中下部剪切波速度(shear wavevelocity,SWV)。取样框(大小1 cm×0.6 cm)应尽量避开肾窦及肾周组织,每侧肾脏分别测量10次取其平均值。如图像不稳定,测量结果显示为x. xx m/s时,予以重新测量。所有测量均由1名具有丰富弹性超声工作经验的主治医师完成。
1.3肾功能的测定患者清晨空腹抽取静脉血5 ml检测血肌酐水平。肾小球滤过率(estimated glomerularfiltration rate, e GFR)依据我国改良简化的MDRD方程估测[4]:e-GFR=186×血肌酐- 1.154×年龄- 0.203×(女性×0.742)。
1.4病理学检查参考Katafuchi肾病积分标准,对肾小球、肾间质、肾小管及血管病变进行半定量评分(表1)[5]。根据肾脏病理评分分为3组:肾功能轻度损害组:病理积分≤9分;中度损害组:病理积分10~18分;重度损害组:病理积分≥19分。
1.5统计学方法采用SPSS 13.0软件,CGN患者各亚组与对照组SWV测值比较采用方差分析,两两比较采用SNK检验;肾实质SWV测值与肾脏病理评分、血肌酐及e-GFR的相关性采用Pearson相关分析;绘制受试者工作特征(ROC)曲线评价ARFI技术对CGN病理损害的诊断效能,P<0.05表示差异有统计学意义。
2结果
2.1病理结果123例CGN患者经超声引导下穿刺活检结果显示,膜性肾病54例,系膜增生性肾小球肾炎8例,Ig A肾病21例,局灶节段性肾小球硬化17例,微小病变15例,膜增生性肾小球肾炎3例,肾小管间质病变3例,系膜毛细血管性肾小球肾炎2例。病理评分结果为:肾功能轻度损害组81例,中度损害组26例,重度损害组16例,各组间年龄差异无统计学意义(F=0.803,P>0.05),见表2。
2.2 SWV测值及相关性分析各组CGN患者与对照组比较,SWV测值差异均有统计学意义(F=16.592,P<0.01),见表2;重度损害组患者SWV测值明显低于轻度损害组、中度损害组及对照组(P<0.01)(图1~3)。Pearson相关分析 结果显示,SWV测值与Katafuchi病理评分、血肌酐呈负相关(r= - 0.481、- 0.441,P<0.01),与e-GFR呈正相关(r=0.546,P<0.01),SWV测值随着患者肾功能损害程度的加重而逐渐减低。
2.3 SWV评价CGN病理损害的ROC曲线分析SWV评价轻度、中度及重度肾功能损害的ROC曲线下面积分别为0.730、0.738和0.870。以2.65 m/s、2.50 m/s和2.34 m/s为诊断轻度、中度、重度肾损害的最佳诊断界值,其对应的敏感度分别为63.4%、71.4% 和93.8%,特异度分别为77.8%、71.3% 和79.9%。见表3。
图1 男,64岁,轻度肾损害。SWV 2.69 m/s(A);病理诊断肾小球膜性病变,无明显肾小球性硬化,肾小球节段袢向尿极延伸并与球囊壁粘连,囊壁增厚(<10%),系膜细胞增殖(<25%),小灶性肾小管萎缩(<25%),肾小管间质少量单个核细胞分布(<25%),小叶间动脉内膜增厚(10%~25%),评分6分(HE,×400,B)
图2 男,20岁,中度肾损害。SWV 2.40 m/s(A);病理诊断Ig A肾病,部分肾小球球性废弃(5/32,10%~25%),肾小球系膜区中度增宽,系膜细胞增多(25%~50%),节段袢与球囊壁粘连(10%~25%),间质小灶性肾小管萎缩(<25%),少量中性粒细胞浸润(<25%),小动脉管壁增厚(0%~25%),评分10分(HE,×400,B)
图3 男,56岁,重度肾损害。SWV 2.01 m/s(A);病理诊断肾小球膜增生样病变,多个肾小球球性废弃(22/34,>50%),节段性病变(26%~50%)伴系膜细胞增殖(25%~50%)。肾小管间质慢性病变重度(>50%),多灶性肾小管萎缩(>50%),间质单个核及少量中性粒细胞浸润(25%~50%),小动脉内皮肿胀增厚(10%~25%),伴节段透明变性(10%~25%),评分21分。重度肾损害者SWV明显低于轻度、中度损害者(HE,×400,B)
3讨论
CGN是由多种原因引起的、由多种病理类型组成的、原发于肾小球的一组疾病。CGN不仅给家庭、社会造成巨大的经济负担,患者出现高血压、贫血、钙磷代谢紊乱、心血管等并发症的风险是同年龄肾功能正常者的2~4倍[6]。因此,准确评估肾纤维化程度对指导临床治疗具有重要意义。
ARFI是一种全新的超声成像技术,其原理是向感兴趣区发射短周期(约0.3 s)推进脉冲,在组织内部产生局部形变及横向传递运动的剪切波,通过检测SWV估计组织的弹性模量[7]。组织越坚硬,弹性越差,剪切波传播速度越快[8]。ARFI技术最大的优势在于采用超声仪自动发射声脉冲波对组织施压,可定量诊断组织弹性,克服了传统弹性成像需手动施压,只能对病灶进行定性诊断等不足[9],目前已广泛应用于肝纤维化的评价及乳腺、甲状腺、前列腺等多个脏器疾病的诊断。近年可见AFRI应用于评估正常肾实质弹性及肾脏疾病的相关报道[10,11,12],但尚未见该技术用于无创性定量评价CGN患者肾脏病理损害的相关报道。本研究应用ARFI技术对比分析健康志愿者和CGN患者SWV测值的变化,发现各组CGN患者与对照组之间SWV测值均存在显著性差异,在肾功能轻度损害阶段即可观察到肾实质的弹性变化。重度肾损害患者SWV测值明显低于轻度、中度肾损害者及对照组。ARFI可无创性地评估肾纤维化程度,其评价轻度、中度及重度肾功能损害的ROC曲线下面积分别为0.730、0.738和0.870。以2.65 m/s、2.50 m/s和2.34 m/s为诊断轻度、中度、重度肾损害的最佳诊断界值,其对应的敏感度分别为63.4%、71.4% 和93.8%,特异度分别为77.8%、71.3% 和79.9%,与Guo等[13]报道的结果一致。然而,Syversveen等[14]应用ARFI评价30例移植肾慢性排斥反应所致的肾纤维化,发现在不同程度移植肾纤维化之间,SWV测值差异无统计学意义。Wang等[15]报道慢性肾病患者SWV测值与肾纤维化无明显相关性。不同研究者研究的结果存在差异,推测与肾脏组织结构的各向异性及不同操作者之间的测量差异有关。
既往研究证实,SWV测值随肝纤维化程度的加重而增高,与肝纤维化分期呈明显的正相关。Bota等[16]报道ARFI诊断≥F2期、≥F3期及F4期肝纤维化对应的SWV阈值分别为1.34 m/s、1.55 m/s和1.80 m/s。与ARFI对肝纤维化的研究结论不同,本研究结果显示,SWV测值随着患者肾功能损害程度的加重而逐渐减低,与Katafuchi病理评分、血肌酐呈负相关,与e-GFR呈正相关。造成这种差异的原因尚未完全明了,可能与肾脏相对复杂的组织结构成分及特性有关[7]。既往研究表明,肝脏弹性测值主要受肝纤维化程度的影响,而肾脏SWV测值除受纤维化影响外,肾脏的血流灌注状态、血管压力、尿流压力等亦可影响剪切波传播速度[17,18]。
ARFI作为一种新的弹性成像技术,在现阶段尚存在一定的局限性:1 ARFI技术存在易受呼吸运动的干扰、取样框大小无法调节、取样深度 <8 cm等缺点。2操作过程中易因操作者不同而导致所测结果存在差异,重复性欠佳。操作者在实际操作中需要注意尽量保持探头与被测组织垂直、在相同部位多次重复测量取平均值等方法,尽量减少对测量结果的影响。
声辐射力 篇3
1 资料与方法
1.1 研究对象
选择2011-07~2012-11经广东医学院附属医院超声科诊断为甲状腺结节的85例住院患者共100个结节, 其中男17例, 女68例;年龄17~75岁, 平均 (44.3±15.2) 岁;病灶直径0.7~4.7 cm, 平均 (2.2±1.1) cm。病灶位于甲状腺左叶44个, 右叶55个, 峡部1个。所有病灶均经广东医学院甲乳外科手术切除后经病理组织学检查证实。
1.2 仪器与方法
采用Siemens Acuson S2000超声诊断仪, 9L4线阵探头, 频率7~9 MHz, 配有ARFI成像软件。患者取仰卧位, 常规超声记录病灶的形态、边界、内部回声、纵横比、声晕、钙化及颈部淋巴结情况, 采用半定量评分法及诊断标准[7]判定每个病灶的良、恶性, 对照病理结果评价诊断效能。为避免气管及血管搏动的影响, 所有病灶均取纵切测量, 纵向扫查获得病灶最大切面, 切换至VTI模式, 嘱患者屏住呼吸, 待图像稳定后按Update键, 屏幕左幅显示为普通超声图像, 右幅为VTI图像;同一病灶探头位置及方向不变, 切换至VTQ模式, 将取样框置于病灶内部, 按Update键, 系统自动检测出横向SWV并显示在屏幕右侧。每个病灶均测量7次, 去掉一个最高值和一个最低值后取平均值。测量时避开液化区及粗大的钙化灶, 测量中出现的“x.xx m/s”考虑是由于病灶硬度较大, 超出最大测值引起, 根据相关文献报道[8], 由“9.00 m/s”代替“x.xx m/s”进行计算;选取相同深度处周边甲状腺组织, 依照上述方法计算腺体的平均SWV。分析VTI图像, 系统测量键内配有面积比 (area ratio, AR) , 将病灶在VTI弹性图像与二维图像上的面积进行自动描记, 然后手动修复机器未能准确识别的面积部分, 确认后比值自动显示在屏幕右方。
1.3 统计学方法
采用SPSS 17.0软件, ARFI弹性成像计量资料比较采用t检验;绘制常规超声、VTI面积比、SWV、SWV比值的ROC曲线, 4条ROC曲线下面积 (AUC) 差异的两两比较采用Z检验;以病理诊断为“金标准”, 计算常规超声、VTI面积比、SWV和SWV比值诊断甲状腺良、恶性结节的准确度、敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值, P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 病理结果及常规超声诊断率
100个病灶中, 良性病灶70个, 包括结节性甲状腺肿58个, 滤泡型腺瘤9个, 甲状腺炎3个 (2个桥本甲状腺炎和1个亚急性肉芽肿性甲状腺炎) ;恶性病灶30个, 均为乳头状癌, 其中6个为乳头状微小癌。常规超声半定量评分法诊断为恶性病灶20个, 良性病灶80个, 常规超声诊断甲状腺良、恶性结节的准确度、敏感度及特异度分别为82.00%、53.33%、94.29%。
2.2 VTI面积比
良性病灶平均VTI面积比小于恶性病灶, 两者比较, 差异有统计学意义 (t=11.524, P<0.01) 。见表1。
2.3 SWV
良性病灶平均SWV稍大于同深度处腺体的SWV[ (1.72±0.30) m/s], 但两者比较, 差异无统计学意义 (t=1.079, P>0.05) 。恶性病灶平均SWV显著大于同深度处腺体的SWV[ (2.11±0.26m/s) ], 两者比较, 差异有统计学意义 (t=5.959, P<0.001) ;良性病灶与恶性病灶平均SWV比较, 差异有统计学意义 (t=7.840, P<0.001) 。见表1。
2.4 病灶与腺体SWV比值
良性病灶与周边腺体SWV比值显著小于恶性病灶与周边腺体SWV比值, 两者比较, 差异有统计学意义 (t=7.910, P<0.001) , 见表1。良、恶性结节的VTI及VTQ弹性图见图1~3。
注:与良性病灶比较, *P<0.01, **P<0.001
2.5 ROC曲线
常规超声、VTI面积比、SWV及SWV比值对甲状腺良、恶性病灶的诊断效能见表2。Z检验对4条ROC曲线下面积进行两两比较, 常规超声与VTI面积比、SWV、SWV比值AUC比较, 差异均无统计学意义 (Z=1.359、1.043、0.141, P>0.05) ;VTI面积比与SWV及SWV比值AUC比较, 差异均无统计学意义 (Z=0.408、1.156, P>0.05) ;SWV与SWV比值AUC比较, 差异无统计学意义 (Z=0.844, P>0.05) 。见图4。
图1患者女, 17岁, 结节性甲状腺肿。A.VTI图像面积比为1.19;B.深度1.3 cm处病灶SWV为1.32 m/s;C.深度1.3 cm处腺体SWV为1.81 m/s
图2患者女, 37岁, 亚急性甲状腺炎。A.VTI图像面积比为1.51;B.深度1.4 cm处病灶SWV为x.xx m/s;C.深度1.4 cm处腺体SWV为2.25 m/s
图3患者女, 23岁, 甲状腺乳头状癌。A.VTI图像面积比为1.36;B.深度1.6 cm处病灶SWV为x.xx m/s;C.深度1.6 cm处腺体SWV为1.63 m/s
1-特异度
3 讨论
常规超声检查甲状腺结节多以形态、边界、内部及后方回声、钙化等特征来鉴别肿瘤的良、恶性, 但由于病理结构不同, 常规超声对不典型的良、恶性病灶容易误诊。腺体硬度也是区分肿瘤良、恶性的一个重要的参考指标, 通常恶性病灶较硬, 良性病灶较软。临床触诊是常用的获取腺体硬度信息的方法, 但触诊有很大的主观性, 位于腺体深部的小病灶比较容易漏诊;此外, 普通超声检查不能直接提供硬度信息。自Ophir等[9]于1991年首次提出弹性成像以来, 近年超声弹性成像得到迅猛发展, ARFI弹性成像的出现为获得组织硬度信息开辟了新的路径。
对VTI成像目前报道较多的是对其进行硬度分级[5,6,10], VTI分级是一项定性诊断方法, 受主观因素影响大;而关于VTI面积比, Meng等[8]和Jin等[11]将其应用于乳腺病灶的诊断, 发现乳腺良、恶性病灶的VTI面积比有显著差异 (P<0.01) 。面积比的原理是基于良、恶性病灶的生长方式不同, 由于恶性病灶常呈浸润性生长, 包膜不清楚, 与邻近的正常组织无明显界限, 周围组织中也可能有肿瘤细胞浸润, 故临床上手术切除范围应比肉眼所见范围大;而良性病灶常有完整的纤维包膜, 与周围组织分界清楚, 常呈膨胀性生长[12], 故肿瘤的实际大小与肉眼所见范围相似。基于以上特点, 恶性病灶在VTI图像上能显示的范围要比普通灰阶图像的范围大, 良性病灶的面积大小则无明显差异。本研究将病灶在VTI图像与二维图像上的面积比用于诊断甲状腺病灶的良、恶性, 发现良、恶性病灶的VTI面积比分别为1.11±0.12、1.65±0.35 (t=11.524, P<0.01) , 与王兴田等[13]报道的甲状腺良、恶性病灶平均VTI面积比分别为1.23±0.12、1.67±0.16 (P<0.01) 基本一致, 证实VTI面积比对鉴别诊断甲状腺病灶的良、恶性有较高的价值。因此, 面积比是将VTI图像量化的一种方法, 实现了对VTI弹性成像的半定量, 弥补了VTI分级法的不足。
ARFI弹性成像的VTQ技术是通过计算组织震动过程中的SWV, 定量地反映组织的弹性特征, 数值越大, 说明组织越硬;反之表示组织较软。本研究结果表明, 甲状腺良性病灶的硬度与正常甲状腺组织接近, 而恶性病灶的硬度不仅高于其周邻腺体, 且SWV绝对值也大于良性病灶, 本研究中甲状腺乳头状癌的SWV为为4.93 m/s, 高于Friedrich-Rust等[14]报道的甲状腺乳头状癌的SWV 4.30 m/s。由于不同个体甲状腺腺体组织的SWV存在差异, 为了避免个体差异造成的假阳性与假阴性结果, 本研究对100个病灶的SWV与对应腺体SWV做比值, 得出良性病灶与周边腺体的平均SWV比值为1.07±0.44, 显著小于恶性病灶与周边腺体的平均SWV比值 (2.81±1.72) , 两者差异有统计学意义 (t=7.910, P<0.001) , 进一步说明恶性病灶的SWV高于周边腺体及良性病灶。
本研究对100个甲状腺病灶的常规超声及ARFI弹性成像诊断结果进行比较, 结果提示ARFI 3种方法组间两两比较, 差异均无统计学意义 (P>0.05) , ARFI和常规超声诊断甲状腺良、恶性结节差异无统计学意义P>0.05。通过对比诊断效能发现, 尽管常规超声诊断甲状腺良、恶性结节的准确度及特异度较高 (82.00%、94.29%) , 但其敏感度却仅为53.33%, 低于ARFI 3种方法诊断甲状腺结节的敏感度, 提示常规超声诊断甲状腺良性结节的准确度较好, 但是对恶性病灶的检出率则较低, 易误诊为良性病灶。常规超声对恶性病灶的检出率低可能与病灶大小及病理改变有关。本组病例中有6个乳头状微小癌, 病理结果提示癌组织尚未向周边组织广泛浸润, 且二维声像图上未见典型的恶性病灶特征, 故增加了常规超声的诊断难度, 导致假阴性结果。而此时病灶内部由于纤维化及微钙化的形成已导致硬度增加, 利用ARFI检测病灶硬度信息, 则大大提高了恶性病灶的检出率, 提高了诊断敏感度。
ARFI弹性成像会由于病灶内部的病理结构而导致假阳性及假阴性结果。本研究中有2例结节性甲状腺肿病灶SWV达2.8 m/s以上。由于该病灶间质纤维增生较明显, 同时可见玻璃样变及钙化形成, 故病灶较硬导致SWV增高;1例亚急性肉芽肿性甲状腺炎病灶SWV显示“x.xx m/s”, 明显高于良性病灶及恶性病灶的平均SWV。亚急性甲状腺炎早期滤泡破坏, 上皮崩解, 胶质减少或消失, 中性粒细胞浸润, 可以形成微小脓肿。随着病情进一步发展, 形成肉芽肿, 后期炎症细胞减少, 成纤维细胞增生, 纤维瘢痕形成, 导致组织变硬[15]。病变各个时期组织因中性粒细胞浸润范围不同, 滤泡破坏多少不同, 纤维组织增生程度不同而硬度不同。由于亚急性甲状腺炎患者早期无明显症状及体征, 多延误病情, 就诊时病变已发展到后期, 故SWV明显高于其他良性病灶的平均SWV, 因炎症细胞浸润和破坏范围大而导致VTI面积比增大, 本例VTI面积比为1.51, 高于良性病灶的平均VTI面积比;本组2例甲状腺乳头状癌病灶的平均SWV在2 m/s以下, 同时VTI图像显示面积比与良性病灶相似, VTI及VTQ均表明此病灶硬度较低, 病理镜下显示该类病灶的实质细胞成分占主要部分, 而间质成分较少, 故ARFI表现为组织较软。以上结果表明, ARFI弹性成像存在一定的局限性, 单纯以病灶硬度来判断甲状腺病灶的良、恶性需谨慎, 应综合常规超声声像图及彩色多普勒血流显像判断。
圆柱壳的声辐射特性分析 篇4
潜艇是一种能进行军事战斗活动的军用舰船, 它具有很多其它军用舰船所不具备的优点:潜艇的自给力强, 一次带足给养可以在水下活动一到两个月;潜艇的突击威力非常强, 其打击威力当量一般为万吨、百万吨;潜艇的续航能力大, 一般可达两万多海里;一旦爆发核战争, 由于它具有良好的机动性和隐蔽性, 可以在遭受第一次核打击后保存核反击的实力, 是一种很重要的战略威慑武器装备。从现代潜艇的发展历史中, 我们可以看到潜艇在战争中发挥的巨大作用, 特别是在两次世界大战期间以及战后的一些军事冲突中所发挥了重要作用。
2 圆柱壳的结构计算模型
本模型是加肋骨的圆柱壳, 可以仿真潜水艇的模型。两端边界条件采用自由支持, 圆柱壳的长度选为3m, 圆柱壳模型的半径选为1m, 模型的厚度选为0.016m, 杨氏模量取E=2.0×1 011N/m2, 泊松比取为0.3, 密度取为7 860kg/m3, 圆柱壳外面流体取为水, 声速c=1 500m/s, 密度为1 000kg/m3, 圆柱壳内部结构如图1所示。
3 模型计算结果展示
计算出来的声压云图如图3至图6所示。
其声功率、声辐射效率、结构表面均方震速级分别如图7至图9所示。
4 计算结果分析
在计算过程中所选择的频率范围为20Hz到120Hz, 计算步长为2Hz。从各个不同的频率下的声压云图上可以看出, 越靠近模型本身, 其声压越大。从声辐射功率曲线中可以看出, 在35Hz和115Hz时, 出现了峰值, 声功率总体随频率的增大而增大。从声辐射效率曲线可以看出, 在38Hz出现了峰值, 整体趋势呈振荡变化。同样, 圆柱壳表面的均方振速级也有随频率振荡增长的趋势。
5 圆柱壳声辐射指向性计算
分别选取了20Hz、60Hz、70Hz、120Hz来做看yz平面上的声音指向性情况, 具体如图10至图13所示。
由以上几个图可以看出, 在20Hz, 60Hz, 70Hz情况下, 圆场点处的声压级随角度的变化而变化, 出现了两个主瓣, 而且两个瓣是几乎对称的, 具有明显的声学指向性。
6 结论
本文通用圆柱壳加肋结构来近似模拟水下潜器的结构, 计算分析了圆柱壳声辐射特性, 并得到了声压指向性图, 为研究潜艇的声辐射特性提供了一定的依据。
摘要：圆柱壳结构是水下潜艇结构的典型结构。本文用圆柱壳加肋结构来近似模拟水下潜器的结构, 并计算分析了圆柱壳声辐射特性, 并得到了声压指向性图, 为研究潜艇的声辐射特性提供依据。
声辐射力 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
以该院收治的非酒精性单纯性脂肪肝患者群体为主体, 从中随机挑选100例为该研究的实验对象, 将其设置为实验组。所有患者均符合中华医学会2010年所制定的《非酒精性肝病诊疗指南》中关于非酒精性单纯性脂肪肝的相关影像学诊断标准, 且经超声及血脂检查予以确诊, 排除患有心脏疾病、急慢性肾病、恶性肿瘤、其他类型肝病患者以及孕妇。其中男性患者有58例, 女性患者有42例, 年龄在21~57岁之间, 平均年龄 (38.4±4.7) 岁, 按照脂肪肝的分度标准对100例患者进行分类, 其中轻度脂肪肝患者有38例, 中度脂肪肝患者有32例, 重度脂肪肝患者有30例。同时随机从同期来我院进行健康体检的人员中选取30例为对照组, 包括男性17例, 女性13例, 年龄在20~55岁之间, 平均年龄 (39.2±2.5) 岁。对两组研究的年龄、性别等一般资料进行比较, 结果差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 方法
诊断仪器选择西门子公司生产的ACUSON S2000彩色超声诊断仪, 4C1型探头, 基础频率为4.4 MHz, 仪器自带超声弹性成像系统VTQ软件。
人体肝左叶弹性测值会在很大程度上受到呼吸、心跳的影响, 所以该研究主要选取非酒精性单纯性脂肪肝患者的肝右前叶为测量对象, 在测量过程中注意避开大血管分布区域, 以避免对大血管造成意外损害, 导致严重的后果。该测量取样框的基本深度为4~5 cm, 每一位受检者均事先接受常规的超声检查, 以两组受检者的肝脏光点粗细情况、后场回声衰减情况、回声强弱程度、肝脏内部管道分布情况以及肝脏内管道回声与肝脏实质回声对比情况为依据[2], 对两组的二维超声脂肪肝检查情况按照相关标准进行分级, 随后由资深超声医生于感兴趣区域连续5次检测两组受检者的剪切波传播速度值, 最终的检测结果取5次测量值的平均数。受检者保持左侧卧位, 以右侧第7-9根肋骨之间的范围为肝脏斜断面, 首先形成二位检测图像, 随后利用VTQ软件实施检测, 检测过程中, 两组受检者注意保持屏气状态, 仪器探头垂直体表, 感兴趣区域与体表保持4~5 cm的距离, 避免检测区域及周围的管道结构。
1.3 观察指标
观察两组受检者的检测情况, 并对比两组的肝脏VTQ检测成功几率、VTQ检测值, 并分析肝脏剪切传播速度与各生化指标之间的关系。
1.4 统计方法
采用SPSS16.0统计学软件对相关数据进行统计分析处理, 计量资料采用平均值±标准差 (±s) 表示, 组间比较以t值检验, P<0.05时表示两组间比较差异有统计学意义。肝脏剪切传播速度与生化指标之间的关系采用spearman秩相关分析。
2 结果
2.1 两组检测及生化指标情况
两组受检者均顺利完成检测, 成功获取VTQ值, 肝脏VTQ检测成功几率为100%。两组临床生化指标情况见表1, 实验组患者各项生化指标数值随脂肪肝分度加重而逐步上升, 组间差异明显, 且实验组与对照组之间差异有统计学意义 (t=8.4/9.34/3.96/17.86, P<0.05) 。
2.2 两组VTQ测量值比较
观察两组受检者的VTQ测量值, 对照组VTQ测量值为 (1.05±0.14) m/s, 针对实验组不同脂肪肝分度患者的VTQ值进行比较, 其中轻度脂肪肝患者的VTQ测量值为 (1.02±0.06) m/s, 中度脂肪肝患者的VTQ测量值为 (1.56±0.67) m/s, 重度脂肪肝患者的VTQ测量值为 (0.82±0.06) m/s, 三个分度标准的患者VTQ测量值两两比较差异具有统计学意义 (t=4.95/6.02/13.65, P<0.05) 。
2.3 肝脏剪切传播速度与生化指标相关性
分析肝脏剪切传播速度与各生化指标之间的关系, ALT、AST与前者具有较大相关性 (r=0.13/0.21, P=0.00/0.00) 。
3 讨论
近年来, 随着人们生活水平的提高以及生活方式的不断变化, 非酒精性脂肪肝成为国内的第二大类肝脏疾病, 其发病几率仅次于病毒性肝炎。非酒精性脂肪肝是一种代谢应激性肝脏损伤疾病, 与人体胰岛素抵抗作用和遗传易感性之间存在比较密切的关系, 其与酒精性肝病病理学存在较大相似, 但是患者未曾过度饮酒, 而非酒精性单纯性脂肪肝在低倍镜下进行观察, 三分之一以上的肝细胞呈脂肪变性及脂肪贮积, 但没有明显的炎症、坏死、纤维化等组织学改变。
目前临床诊断非酒精性脂肪肝的金标准是肝穿刺活组织检查, 但是此方法需对患者造成一定的创伤, 并且检查费用较高, 无法有效避免抽样误差以及标本穿刺偏移问题, 确诊以后也尚无特效药物和相应的干预措施, 所以, 利用肝穿刺活组织检查诊断非酒精性脂肪肝以及对非酒精性脂肪性肝炎和单纯性脂肪肝进行准确区分, 临床对其必要性尚存在较大的争议[3]。CT诊断脂肪肝, 其特异性比B超要强, 并且更容易发现肝脏硬化结节, 但是采用CT诊断对疾病的敏感性相对较低, 这一特点在肝脂肪变问题不突出时体现得比较明显。就目前而言, CT、MRI等新型检测手段的准确度尚有待进一步提高, 而利用超声对脂肪肝进行诊断, 其敏感性可高达85%~95%, 尤其是出现弥漫性感脂肪变时, 敏感程度较高。
声辐射力脉冲成像技术作为一种新型的超声成像技术, 无创伤, 操作简便, 更容易被患者所接受, 且能够有效克服来自检测医师方面的主观因素的影响, 使结果保持高度准确性。声辐射力脉冲成像技术可以对肝组织弹性进行定量分析, 主要包括VTQ和VTI两种类型, VTQ主要是通过向感兴趣区发射推力脉冲, 获取组织的剪切波传播速度值, 然后根据此数值量化检测组织的硬度[4]。由于人体器官的硬度主要由分子结构、微小结构、胶原蛋白决定, 非酒精性脂肪肝的病理学变化可以改变患者肝脏的硬度, 从而进一步影响肝脏弹性, 所以利用声辐射力脉冲成像技术对非酒精性脂肪肝患者实施弹性量化研究具有可行性。
张大鹍]等[5经临床研究认为, 非酒精性单纯性脂肪肝患者脂肪肝程度加深, 则其经声辐射力脉冲成像技术检测值也会不断增加, 二者为正相关关系。但根据该研究结果来看, 重度脂肪肝患者的肝脏剪切传播速度为 (0.82±0.06) m/s, 而正常受检者的肝脏剪切传播速度为 (1.05±0.14) m/s, 前者明显低于后者, 与金清等[6]研究结果具有一致性。这可能是由于大量的脂肪细胞在肝细胞之间占据了较大空间位置, 大幅度降低了组织的密度, 使得肝组织柔软性增加, 由此重度脂肪肝患者肝脏剪切传播速度下降。分析肝脏剪切传播速度与受检者各生化指标之间的相关性, 结果显示ALT、AST与前者为正相关关系, 此相关性虽然有一定的反应肝脏代谢能力的作用, 但是部分患者经过对症治疗后, 生化指标可明显好转或恢复正常水平, 所以相关性不高。
通过该研究认为, 声辐射力脉冲成像技术与传统的超声技术相比更具客观性和准确性, 方便快捷, 可以作为脂肪肝分度的主要手段, 也可以用于体检中心对脂肪肝进行筛查。目前声辐射力脉冲成像技术应用于非酒精性单纯性脂肪肝的诊断尚处于初期研究阶段, 但随着该项技术的不断成熟, 将逐步得到广泛的应用。
综上所述, 声辐射力脉冲成像技术与传统超声相结合, 能够定量评估非酒精性单纯性脂肪肝的分度, 为临床治疗提供有效的影像学依据, 诊断价值较大。
参考文献
[1]沈峰, 丁晓东, 范建高, 等.美国非酒精性脂肪性肝病诊疗指南简介[J].中华肝脏病杂志, 2012, 20 (6) :430-431.
[2]张大鹍, 赵媛媛, 李志艳, 等.非酒精性脂肪性肝病患者肝脏声辐射力脉冲成像的临床观察[J].临床肝胆病杂志, 2011, 27 (5) :518-520.
[3]孙婉璐, 曹海霞, 范建高.非酒精性脂肪性肝病的诊断与治疗[J].中华肝脏病杂志, 2014, 22 (9) :705-707.
[4]单立奎, 隋秀芳.声辐射力脉冲成像评估肝纤维化程度分级上的应用价值[J].安徽医学, 2013, 34 (12) :1877-1879.
[5]季莉丽, 王妍妍.声辐射力脉冲成像技术定量评价弥漫性脂肪肝的初步研究[J].中国实用医药, 2012, 7 (36) :111-112.
[6]张大鹍, 陈敏, 刘阳, 等.ARFI与APRI指数对非酒精性脂肪性肝病肝纤维化的诊断价值[J].中国临床医学影像杂志, 2013, 24 (3) :178-181.
[7]康冰, 左的于, 左国庆, 等.非酒精性脂肪性肝病的非侵入性诊断研究进展[J].中华肝脏病杂志, 2015, 23 (3) :223-226.
[8]杨立新.肝纤维化指标检测在非酒精性脂肪性肝病中应用价值[J].中华实用诊断与治疗杂志, 2012, 26 (5) :439-440.
声辐射力 篇6
近年来,随着电子技术的不断进步,舱内噪声主动控制技术得到迅速发展。针对舱内噪声传播特性,该控制技术可分为采用次级声源的控制方法和采用次级力源的控制方法。次级声源控制方法采用声波叠加相消原理,通过在舱内布置的若干个次级声源发出声波,实现在特定区域( 一般为座椅头靠处) 形成一个静音空间; 次级力源控制通过降低结构振动幅值的方法,降低结构向舱内的声辐射,实现降低舱内噪声的目的[1]。研究表明,采用次级力控制的方法,只需要对螺旋桨平面的壁板特定区域进行振动控制就可实现舱内噪声水平降低,其控制效果往往比用扬声器作为次级声源来抑制噪声更为有效[2]。其次,次级力控制方法无需多个麦克风与扬声器作为传感器和次级声源,从而降低了控制系统的总重量。在各种主动控制策略中,基于滤波-X最小均方( filtered-X least mean square) 控制算法具有控制修正速率高、对非平稳响应适应能力强,并能够较快跟踪结构参数及外扰响应变化的特性,近年来在振动主动控制领域获得广泛关注。本文采用基于FXLMS控制算法的次级力源控制方法,通过粘贴在飞机结构表面的压电元件,对飞机侧壁板实施振动主动控制,从而实现降低结构声辐射,达到降低舱内噪声的目的。
1 基于 Filtered-X-LMS 自适应滤波前馈控制原理
1. 1 LMS 算法原理
LMS( least mean square) 算法最早由Morgan于1975年提出,其基本原理是依据最小均方( LMS) 误差准则不断更新有限脉冲响应( FIR) 滤波器W( z)的权系数,使其滤波器W( z) 的输出d︿( n) 与d( n) 之间的误差e( n) 保持最小( 见图1) 。图1中,n为当前时间步,x( n) 为第n个时间步时,输入滤波器W( z)的输入向量,x*( n) 为向量x( n) 的共轭复数,w( n)为第n步时滤波器W( z) 的权系数向量。此外,d︿( n)为第n步时,滤波器W( z) 的输出值,e( n) 为第n步时刻的估计误差,d( n) 为滤波器W( z) 在第n步时的期望输出值,μ为自适应更新步长,μ值越大收敛速度越快,但μ过大,将导致系统无法收敛,可以在线进行试探式选取,直至最优。
采用的权系数更新函数f[x( n) ,e( n) ,μ]为:
1. 2 FXLMS 算法与其振动控制原理
LMS算法无法直接用于振动控制,这是因为从自适应滤波器W( z) 输出的信号需要经过一个次级通道H( z) 然后才和d( n) 叠加,这个次级通道包括D / A转换,信号放大,抗混滤波等多个环节,这就造成LMS算法中的输入向量x( n) 与误差信号e( n) 在时间上不同步,这会引起控制系统失稳[3]。为了补偿次级通道H( z) 的影响,Morgan提出在LMS权系数更新算法环节前串联一个与次级通道H( z) 的估计H︿( z) ( 如图2所示) ,由于这种方法采用了次级通道模型H︿( n) 对输入LMS权系数更新算法的信号x( n) 进行了滤波,因此被称为Filtered-X-LMS ( FXLMS) 算法[4]。在实际应用中,次级通道H( z) 需要被提前识别,其识别方法也常用LMS算法进行[5]。
采用FXLMS算法的振动控制系统可以由图4表示,图4中P( z) 为被控结构,x( n) 代表测量的参考信号,误差e( n) 为观测点的结构响应。LMS算法不断通过经过次级通道模型H︿( z) 滤波的参考信号x'( n) 和观测点的结构响应信号e( n) 对FIR滤波器W( z) 的权系数进行调节,当自适应过程收敛后,误差e( n) 的均方根达到最小。理论上,若误差e( n) 为零,那么自适应滤波器W( z) 与次级通道H( z) 的乘积与被控结构P( z) 完全相同,控制效果达到最佳。
1. 3 次级通道 H( z) 建模方法
FXLMS算法中的次级通道建模方法可大致分为在线建模与离线建模两种方法。本文选取LMS算法对次级通道进行离线建模,建模原理可见图5,其过程可以描述为,采用一个白噪声信号,该信号经过带通滤波后接入次级通道( 放大并作用于结构) ,带通滤波器通带涵盖控制目标频率范围,将通过带通滤波器后的窄带白噪声信号作为参考信号,结构观测点响应信号作为误差信号带入LMS算法进行迭代,当自适应滤波过程收敛时,自适应滤波器WH( z) 即为次级通道H( z) 的模型。
2 试验验证
2. 1 试验模型介绍
由于涡桨飞机舱内低频段噪声很大程度来源于,螺旋桨噪声扰动壁板引起的振动声辐射。因此,本文以涡桨飞机舱段模型侧壁板作为控制对象( 如图6( a) 中红色区域所示) ,控制目标通过抑制壁板的第一阶振动模态来降低舱内噪声声压级。通过模态测试得知,该处壁板第一阶固有频率为107. 5Hz,第一阶振型如图6( a) 左下角所示。
2. 2 控制系统和试验现场布置
采用matlab /simulink软件搭建了基于LMS算法的次级通道识别模型[见图8( a) ]和基于FXLMS算法的振动主动控制系统[见图8( b) ],并在A/D半物理仿真机上调试通过。试验现场如图9( a) 所示,实验原理图如图9( b) 所示。舱段模型放置于半消声室内,具体试验步骤可以描述如下:
( 1) 采用图8( a) 所示模型识别次级通道。采用A/D5435半实物仿真机发出一个窄带白噪声信号,通过AVC790压电专用高压功放放大后,施加到粘贴于壁板表面的压电元件( 作为控制执行元件) ,通过另一片压电片( 作为误差传感器) 得到的响应( 压电元件电压,即此处结构应变) 迭代次级通道的权系数,当压电片( 作为误差传感器) 的电压均方根达到最小时,次级通道模型建立完毕。图7描述了收敛后的次级通道权系数和次级通道模型,建模中次级通道通带设定为0 ~ 400 Hz。
( 2) 采用步骤( 1) 中识别的次级通道,建立如图8( b) 中所示的振动主动控制系统。采用信号发生器Tektronix AFG3021B发出一个107 Hz正弦信号( 此正弦信号同时作为控制系统输入的前馈信号) ,并通过功放放大后输入扬声器。采用扬声器发出的单频声模拟螺旋桨噪声对侧壁板的扰动。采用一片粘贴在壁板中部的压电元件作为误差传感器,根据压电元件两极电压与其应变成正比关系,通过观测压电元件电压,可得所在位置振动响应。A/D仿真机通过采集作为误差传感器的压电元件电压信号和前馈参考信号更新自适应滤波器的权系数,滤波器长度设定为200阶,收敛系数μ = 0. 001。
( 3) 同时,通过舱段 顶部一个 小孔将一 只B&K4187传声器悬掉在舱段内部( 接近实际飞机座椅头靠部位) 采集舱内噪声,并通过Pulse动态分析仪进行声压级分析。整个控制系统通过连接在A/D仿真机的上位PC机进行操作执行和信号监控。
2. 3 实验结果分析
图10( a) 显示了壁板振动控制情况。如图所示,控制系统在3. 2 s时打开,结构振动随之得到抑制; 时间到8 s左右,控制达到稳态( 意味着自适应滤波器权系数收敛) ,根据压电元件电压变化情况可知,壁板中心点处应变下降90% 以上; 同时可以看出从A/D仿真机输出的电压也随着振幅的降低而升高,实际施加在压电片两级电压幅值达到200 V。舱内噪声变化情况如图10( b) 所示,可见控制前后,107. 5 Hz处噪声声压级降低17 d B,其余谐波处噪声声压级也有不同程度的降低,证明了该方法的可行性。
3 结论
通过涡桨飞机舱段模型作为研究对象,采用Fx LMS算法实现通过次级力源控制来降低飞机舱内噪声,实验结果证明了该方法的有效性。后续工作将开展以下几方面研究工作:
( 1) 本研究中外界声场激励设定为涡桨飞机的基频( 单一频率) ,而实际涡桨飞机噪声成分通常为基频和其倍频的叠加,因此将开展针对多频率成分叠加激励的次级力源控制实验。
( 2) 由于真实飞机需要控制壁板面积较大,因此需要布置多片压电元件。本研究后续将采用多片压电元件,开展基于 多通道Fx LMS算法的实 验研究。
参考文献
[1] Morgan D R.History,applications,and subsequent development of the FXLMS algorithm.IEEE Signal Processing Magazine,2013
[2] Jin G,Feng N,Yang T.Control strategies and mechanisms for active control of sound transmission into a vibro-acoustic enclosure.J Marine Sci,2011;10:206—214
[3] Elliott S J,Nelson P A.The application of adaptive filtering to the active control of sound and vibration.ISVR,University Southampton,Tech Rep 136,1985
[4] Morgan D R.An analysis of multiple correlation cancellation loops with a filter in the auxiliary path.IEEE Trans Aoust,Signal Processing,1980;ASSP-28:454—467
声辐射力 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
2011-09～2012-03来我院进行手术的甲状腺结节患者54例,共67个结节,男15例,女39例,年龄17～72岁,平均(43.791±16.081)岁。所有患者术前进行的甲状腺常规超声检查和超声弹性成像检查均在我院完成的。
1.2 仪器
使用西门子公司生产的Acuson-S2000彩色多普勒超声诊断仪器(Siemens,Germany)并应用线阵探头(9L4),探头频率7～12 MHz。仪器内有声脉辐射力(ARFI)软件。
1.3 检查方法
患者仰卧位,后仰头部或垫高肩部,平静的呼吸。
1.3.1 常规超声检查
先行甲状腺二维超声扫查发现甲状腺结节后,使图像调整到最佳,观察结节的数量、部位、大小、回声、形态、边界、血流分布情况及与周围组织关系。
1.3.2 超声弹性成像检查
Touch Tissues Quantification)即定量的剪切波速度(shear wave velocity,Vs)显示。将VTQ的取样框放置ROI内,坏死液化区要注意避开,测量该处ROI组织弹性Vs,测出数值以m/s表示。测量该处剪切波传导速,每一位患者重复以上操作5次,取平均值,测量肿瘤内感兴趣区及肿瘤周边正常组织的弹性值以数字模式记录。在检查结束后进行随访,根据病理结果进行对比研究。
1.4 统计方法
使用统计软件进行统计分析,在彩色多普勒超声下检验良性与恶性病灶间的各项参数差异的。采用t检验比较,差异具有统计学意义(P<0.05)。
2 结果
2.1 甲状腺良恶性肿瘤的病理概况
54例患者中,共67个结节,所有结节手术病理结果显示,良性结节44个,恶性结节23个。其中恶性结节中,甲状腺乳头状癌为20例,甲状腺滤泡状癌为2例,甲状腺髓样癌为1例,良性结节中,结节性甲状腺肿为30例,甲状腺腺瘤为8例,淋巴细胞性甲状腺炎为5例,不典型增生为1例。
2.2 甲状腺良恶性肿瘤的常规超声表现
常规超声表现包括内部的回声、边界、内部及周边血流信号、声晕、钙化大小等,微小钙化斑以及肿瘤的边界在常规超声中是比较有诊断价值的的指标(P<0.05)。见表1。
2.3 甲状腺良恶性肿瘤的ARFI表现
甲状腺腺瘤的ARFI表现中腺瘤的剪切波速度一般较低,见图1。甲状腺乳头状癌的ARFI表现甲状腺乳头状癌的剪切波速度较之良性者高,见图2。
2.4 甲状腺良、恶性肿瘤组的剪切波速度
嘱受试者屏住呼吸,启动ARFI软件中VTQ(Virtual见表2。
2.5 感兴区曲线
要分别以病灶平均速度、病灶边界清晰与否作为诊断指标作感兴区曲线,可见以剪切波速度作为诊断指标其约登系数较结节边界的更大,病灶剪切波速度特异度亦高于病灶边界,两者诊断价值更为优越。甲状腺良恶性肿瘤鉴别诊断的价值。见表3。
3 讨论
3.1 目前诊断甲状腺结节主要技术
根据近几年的统计表明,甲状腺癌是发病率增长最快的恶性肿瘤,该肿瘤为恶性肿瘤其中之一[3],而在临床上决定甲状腺结节的处理方案很大程度上取决于对甲状腺结节的良恶性质的判断。目前在临床上超声已成为首选的影像学检查方法。诊断甲状腺结节的性质传统的超声主要包括结节内的边界、形态、晕圈、内部的回声、微小的钙化灶(点状)以及血流信号等,良性及恶性甲状腺肿瘤的超声表现特征等方面均在不同程度上存在着重叠的情况[4]。超声弹性成像技术的问世,丰富了疾病诊断信息,也又增添了一种鉴别甲状腺肿瘤危险性的有效方法。本研究综合应用了各种有效的超声方法对甲状腺肿瘤进行诊断,结果显示,鉴别甲状腺良性与恶性肿瘤诊断中甲状腺内部微小钙化灶是较为最重要的特征之一,已经显示出独特的应用价值,这与国内外的各项研究也是比较符合的[5,6]。
3.2 声脉冲成像技术与常规超声的诊断分析
甲状腺主要由腺体组织和少部分纤维组织构成。当局部组织细胞发生异常的增生而导致肿瘤形成,超声弹性成像是通过组织硬度来对甲状腺肿瘤组织的良恶性判断,首先于1991年由Ophir等提出使用压迫性弹性技术方法[7],主要是施加外力对组织并且应用超声测量组织扭曲的程度,反应组织弹性成像特征。
成像时在先确定感兴趣区域在进行弹性检测,探头先发射推力脉冲,组织受力之后,所产生纵向压缩和横向振动,系统会根据序列探测脉冲波收集到的这些变化而演算出横向剪切波的速度值,间接反映出该区域弹性硬度。该技术能克服传统弹性成像无法对深部组织施压以及患者个人原因干扰缺点,超声弹性成像能反映被测组织与被测周围正常组织的硬度,为病变性质方面提供了信息,也为鉴别甲状腺良性与恶性肿瘤开辟了新的途径[8]。
通过ARFI技术,可以检测出甲状腺的良性肿瘤与恶性肿瘤的弹性值差异。在本研究中的甲状腺平均剪切波速度,恶性肿瘤组的弹性指数明显比良性肿瘤组弹性指数高,差异性显著(P<0.01)。ARFI技术以剪切波速度代表感兴区组织的弹性差异,因此ARFI技术对于甲状腺的良性肿瘤与恶性肿瘤具有较大的诊断价值。根据本组研究结果显示,甲状腺恶性肿瘤的判断指标为剪切波速度;在国内的报道与刘芳和李萍等[9,10]目前应用的是日本Hitachi公司研发系列机型较相符合。但此法操作者施压人为因素较多,而在国外相关ARFI技术在甲状腺良性与恶性肿瘤的应用文献报道相对比较少[11],根据参考有关的文献,我们研究发现,判断甲状腺肿瘤性质的标准是病灶内微小钙化斑、肿瘤边界、剪切波速度等。由此可见,判断甲状腺良恶性肿瘤时,应用ARFI技术具有极其独特的诊断价值和优越性[12]。由于ARFI技术重复性好,所以可以反复多次测量,得到的弹性数据非常可观,避免了主观判断弹性所固有的颜色表现,因此剪切波速度的可信度比较高,为甲状腺肿瘤诊断提高了全新理念。
经研究发现,利用对于诊断比较难的甲状腺肿瘤有着明显的优越性,在诊断较难的17个病例中,有16例的判断是正确的,着实令人信服。研究中我们还发现经过术后病例检查12个有微小钙化灶的病例在术前用常规超声检查时未发现微小钙化灶,其病灶的弹性测值均表现得异常高;一些不容易被发现的微小钙化灶或隐匿性的微小钙化灶应用ARFI技术可以间接提示。随着超声技术的不断发展,还随着实践中的广泛应用,扩大病例数以后在做出相应总结与定论。甲状腺肿瘤在应用ARFI技术的检查时,可以综合应用多种技术手段来提高检查的可信度,例如EI、VTI、CDFI等检查,可同时可多次检查来提高重复性。如:在检查中有时需结合常规超声检查来对那些囊腺瘤或者有巨大钙化肿瘤的病例作出令人满意的判断;应用VTQ技术选取感兴趣区观察肿瘤的弹性值。常规超声联合超声弹性成像只有利于提高甲状腺良性与恶性肿瘤诊断率。目前,ARFI技术的应用在某些方面也会受到一定的局限性,比如在应用时不能随意调试取样框的大小,研究资料样本数量较少。因此相信随着弹性设备的不断完善和应用经验的不断积累,弹性成像必将在今后的工作中发挥重要的作用。
参考文献
[1]张一峰,徐辉雄,刘畅,等.声触诊组织定量技术诊断结节性甲状??腺肿的初步研究[J/CD].中华医学超声杂志:电子版,2012,9 (5):448-451
[2]Sporea I,Vlad M,Bota S,et al.Thyroid stiffness assessment by acoustic radiation force impulse elastography(ARFI)[J].Ultraschall Med,2011,32(3):281-285
[3]Davies L,Welch HG.Increasing incidence of thyroid cancer in the United States,1973-2002[J].JAMA,2006,295:2164-2167 2010.7:34-39
[4]姜玉新,张波.甲状腺结节的超声诊断及治疗[J].协和医学杂志, 2010,7:34-39
[5]Moon WJ,Jung SL,Lee JH,et al.Benign and malignant thyroid nodules:US differentiation—multicenter retrospective study[J], Radiology,2008,247:762-770
[6]丛淑珍,冯占武,甘科红,等.应用Logistic回归模型评价超声弹性成像在甲状腺单发结节良恶性鉴别诊断中的价值[J].中国超声医学杂志,2010,26(6):510-513
[7]Ophir J,Cespedes 1,Ponnekanti H,et al.Elastography:a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues[J],Ultrason Imaging,1991,13(2):111-134
[8]谭伟.韩晓东,程刚,等.基于剪切波的肝脏纤维化超声粘弹性检测系统[J].中国医疗器械杂志,2010,5:330-334
[9]李萍,宋烨,胡小涛,等.超声弹性成像与常规超声诊断甲状腺良恶性结节的对照研究[J].同济大学学报(医学版),2010,6:88-91
[10]LEE AU.When liver stiffness is not so straight forward and Fibroscan not so simple[J].J Gastroenterol Hepatol,2009,24 (6):934-936
[11]Sebeg F,Vailant JL,Berbis J.Shear wave elastography:A new ultrasound imaging mode for the differential diagnosis of benign and malignant thyroid nodules[J].J Clin Endocrinol Metab, 2010.95:5281-5288