解析▪新創技術
訊息理論與超音波影像散射的完美結合 引領肝臟診斷超音波大躍進
2022-04-13

彈性影像是常見的肝臟專科超音波診斷技術,其中超音波散射分析是逐漸受到矚目的潛力技術,這些散射波會與組織特性有關,許多學者使用數學統計模式來描述超音波散射訊號與組織性質之間的關係...

超音波是我們人類聽不見的聲音,但這樣的聲音卻能幫助我們看見真實,運用到醫學診斷,成為第一線的非侵入性影像檢查診斷工具。近年來因為工業與電子技術的進步,以及精準診斷的需求,使得超音波診斷機設計朝向輕量、可攜帶式、以及專科化與專家系統的方向來發展。就專科超音波來說,滿足精準診斷的同時,不僅是作為治療的評估基礎,更是促進未來預防醫學,邁向精準健康的發展大戰略。尤其當代社會的民眾因缺乏運動、飲食不均衡、肥胖等問題,使得健康失衡,代謝症候群的人口日益增加,導致非酒精性脂肪肝產生。主要的原因在於,代謝症候群與非酒精性脂肪肝之間,共享著同樣的致病原因與風險因子。脂肪肝目前更被證實為非病毒性肝癌的致病機轉之一,因此其診斷與介入追蹤,已成為健康促進與公共衛生的重要議題。

超音波在肝臟疾病的診斷始終存在重要角色,彈性影像是常見的肝臟專科超音波診斷技術。然而,超音波散射分析更是逐漸受到矚目的潛力技術。原因是當超音波入射至肝臟時,入射波與肝臟內部微結構交互碰撞,會產生具備隨機性質之散射波,而這些散射波會與組織特性有關。基於超音波散射訊號的隨機性,許多學者使用數學統計模式來描述超音波散射訊號與組織性質之間的關係,例如Rayleigh分布、Rician分布、K分布、零差K分布、Nakagami分布、複合Nakagami 分布等模型。發展至今,統計分布因為其理論限制,始終無法適用於不同類型的訊號分析。相較於數學統計模型,訊息理論熵是正在崛起中的散射分析技術。數學家夏儂過去在貝爾系統技術學報發表的通訊數學理論論文中,定義了訊息熵來度量系統所產生之訊息亂度或不確定性,發展至今也已產生多種訊息熵估計作法,例如近似熵、樣本熵、模糊熵等。長庚大學崔博翔教授團隊發現,訊息熵在面對不同形式與不同系統的超音波影像數據時,不論是通道訊號、聲束成型後的射頻訊號、解調後的包絡訊號、壓縮後的訊號等,都具備分析上的相容性,是具有高度適應性與跨系統的新一代超音波散射分析方法。我們團隊更將訊息熵導入超音波領域,並發展出超音波訊息熵影像,來觀察肝臟散射的訊息複雜度。發現散射訊號的不確定性,隨脂肪肝嚴重度增加而上升,證實超音波訊息熵,是對肝臟脂肪非常敏感的影像生物標誌,尤其不受發炎反應影響,診斷穩定度超越彈性影像


※本專文作者崔博翔,目前為長庚大學研發長、長庚大學醫學影像暨放射科學系教授。

我們在林口長庚醫院的臨床研究證實,超音波訊息熵影像診斷脂肪肝的準確度可達八成五,在兒童與青少年的脂肪肝診斷準確度更高達九成。目前也以此技術,偕同曾義翔總經理與陳培煜執行長成立米飛生醫,將超音波散射分析應用在肝臟超音波的專科醫材發展,致力實現肝病診斷與數位健康管理的前瞻性超音波公司。

※系列報導:

    ※本文作者為長庚大學崔博翔教授。如有引用,請確實註明出處來源。

     

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