第五章 超聲多普勒血流測量-第四次和第五次

1、第五章超聲多普勒血流測量一、超聲多普勒血流測量儀󰂄二、超聲彩色血流圖󰂄多普勒效應󰂄󰂄󰂄奧地利物理學家C.Doppler于1842年在研究星球的光色變化時，發(fā)現(xiàn)當星球與地球相向運動時，光色向光譜的紫色端移動，表明光波的頻率升高；相反，當星球與地球背向運動時，光色向光譜的紅色端移動，表明光波的頻率降低。多普勒效應(dopplereffect)：在連續(xù)介質中, 當波源相對于接收體運動時，接收體所接收到的波的頻率發(fā)生了變化，兩者的頻率差值即所謂頻移的大小與波源同接收體相對運動的速度成正比。實驗證明，聲波、超聲波和電磁波都存

2、在多普勒效應。多普勒效應在日常生活中的一個是，當列車沿著道路從我們旁邊駛過時，我們的耳朵可以感覺到車輛鳴笛聲的音調(即頻率)改變。當火車朝向你開來時，聲音不斷變強：離你而去時，聲音逐漸變弱。超聲多普勒技術󰂄󰂄超聲多普勒技術是研究和應用超聲波由運動物體反射或散射所產生的多普勒效應的一種技術。它在醫(yī)學臨床診斷中用于心臟、血管、血流和胎兒心率的診斷,相應的儀器有超聲血流測量儀,超聲胎心檢測儀、超聲血管顯像儀以及超聲血壓計、超聲血流速度剖面測試儀等。󰂄󰂄多普勒頻偏與物體運動的速度成正比，如果用電子學的方法檢測出多普勒頻偏，就能夠得出運動器

3、官或血流的運動速度，而超聲多普勒頻偏的正負可以反映出運動的方向。利用由運動結構反射回來的超聲波束的多普勒頻移來提供人體器官或物體（如心臟壁和血液）的運動速度信息的超聲多普勒方法已被廣泛應用于人體運動結構的臨床診斷中，并且具有相當高的診斷價值。聲源發(fā)射超聲的頻率固定，如遇到與聲源作相對運動的界面，造成反射頻率不同于發(fā)射頻率。多譜勒頻移發(fā)射頻率與反射頻率之差。夾角對fd值的影響󰂙900，血流迎向探頭，fd為正值稱為正性頻移󰂙090，血流遠離探頭，fd為負值稱為負性頻移󰂄在醫(yī)用超聲多普勒技術中，發(fā)射和接收換能器固定，由人體內運動目標，如運動中的血細胞和

4、運動界面等，產生多普勒頻移。由此可以確定運動速度大小及方向及其在斷層上的分布。（1）D型超聲D型超聲全名為超聲多普勒血流測量技術。（2）彩色多普勒血流顯像儀󰂄󰂄󰂄血流測量是超聲診斷儀中的一項重要功能，血流測量一般指測定血管或心臟中某個位置上的血流速度，包括大小，再通過一定的計算得出血流的平均流速、脈動指數(shù)、阻力指數(shù)等指標供臨床診斷參考。󰂄圖中，橫坐標代表時間，縱坐標代表頻率，高度坐標就表示相應的功率譜值。每一次功率譜計算的結果在這個三維坐標系中表現(xiàn)為一條沿頻率軸分布的功率譜密度函數(shù)。在監(jiān)視器上顯示血流信號的動態(tài)功率譜圖時，橫坐標代

5、表時間，縱坐標代表頻率，功率譜計算值的大小用平面像素不同的灰度值示，即得到血流信號的聲譜圖。聲譜圖特點󰂄󰂄1、在多普勒超聲回波的功率譜分析中，譜圖上的頻率代表紅細胞的流速，幅度代表具有該流速紅細胞的數(shù)量，這樣，功率譜可看作探查聲束范圍內血細胞流速與紅細胞間的關系曲線，速度相同的紅細胞數(shù)量越多，回波信號越強。2、聲譜圖中包含血流的方向、速度等信息，在譜圖中在零頻率上方的亮點表示方向指向探頭的正向流。在零頻率下方的亮點表示方向背離探頭的反向流。頸動脈多普勒頻譜頻譜多普勒儀正負頻移的顯示󰂄󰂄󰂄󰂄頻移大小表

6、示血流速度，其值在自動測量或手工測量時，可在屏幕上讀出。頻譜灰度即亮度，表示某一時刻取樣容積內，速度相同的紅細胞數(shù)目的多少，速度相同的紅細胞多，則散射回聲強，灰度亮；速度相同的紅細胞少，散射回聲弱，灰度暗。󰂄從超聲多普勒實時頻譜上，可以得到許多有用的血流動力學資料，即頻譜多普勒參數(shù)，如：收縮期峰速（Vs）；舒張末期流速（Vd）；平均流速（Vm）；阻力指數(shù)（RI）；搏動指數(shù)（PI）；加速度（AC）和加速度時間（AT）。血流測量有兩種基本模式󰂄血流測量有兩種基本模式：脈沖波方式和連續(xù)波方式。連續(xù)波式指探頭發(fā)射連續(xù)的超聲波，只要被聲束照射到的血流都能對回波信號產生影響

7、，連續(xù)波血流測量不能提供距離信息。為了測定不同深度的血流速度，可以采用脈沖波方式。在脈沖波超聲血流測量系統(tǒng)中，發(fā)射的信號不是連續(xù)的正弦波，而是按一定頻率重復的短脈沖群。它在體內形成一個小小的采樣體積。只要在接收電路中設計一個延時后短暫開啟的距離選通環(huán)節(jié)，就可以接收指定深度處的血流信息。特點󰂄󰂄󰂄(1)連續(xù)波多普勒(CW)采用兩種超聲換能器，一個發(fā)射恒定的超聲波，另一個換能器恒定地接收其反射波(或后向散射波)，沿聲束出現(xiàn)的血流和組織運動多普勒頻移全部被接受分析顯示出來。CW不能提供距離信息，即不具有距離選通性，不受深度限制，能測深部血流，無折返現(xiàn)象

8、，可測高速血流。(2)脈沖波多普勒(PW)采用單個換能器，在很短的脈沖期發(fā)射超聲波，而在脈沖間期內有一個”可聽期”。脈沖多普勒具有距離選通能力，可設定取樣容積的尺寸，并調節(jié)其深度、位置，利用發(fā)射與反射的間歇接受頻移信號，測值相對準確，但檢查深部及高速血流受到限制。并受脈沖重復頻率-PRF的影響，PRF越高，測量血流速度也越高。多普勒頻譜技術的分析基礎是快速富里葉變換-FFT。脈沖波多普勒󰂄󰂄󰂄其超聲脈沖波的發(fā)射與接收均以一個探頭進行，它是在一選擇性的時間延遲后，才開始接受回聲信號。優(yōu)點：疾病的定位診斷和血流的定量測定。缺點：受脈沖重復頻率的限制，

9、易頻率失真。連續(xù)波多普勒󰂄󰂄󰂄󰂄󰂄連續(xù)式多普勒使用雙晶片探頭，一個晶片連續(xù)地發(fā)射脈沖波，返回的聲波由另一個晶體片連續(xù)地接收。理論上最大流速的測值無限制性。流速實際可測值常大于7米秒，定量分析狹窄、分流和返流性病，其主要缺點是缺乏空間分辨能力。D型（超聲多普勒法）機理：利用Doppler原理對心血管內血流進行探測分析󰂄頻譜多普勒（PW+CW）󰂄以頻譜曲線顯示，檢測血流動力學參數(shù)󰂄彩色多普勒血流顯像（CDFI）󰂄彩色編碼實時顯示血流方向、速度及血流性質&#

10、983172;二尖瓣血流PW二尖瓣血流CDFImode 型Doppler mode彩色多普勒血流顯示Color Doppler Flow Imaging CDFI用自相關處理提取到的多普勒信息,再用偽彩色編碼,形成彩色血流圖像,疊加到二維聲像圖上,形成彩色多普勒血流圖。彩色多普勒血流顯示Color Doppler Flow Imaging CDFI動態(tài)實時彩色多普勒又稱二維多普勒，它把所得的血流信息經相位檢測、自相關處理、彩色灰階編碼，把平均血流速度資料以彩色顯示，并將其組合，疊加顯示在B型灰階圖像上。彩色多普勒血流顯像彩色多普勒超聲心動圖彩色多普勒血流成像彩色多普勒血流成像（Color Do

11、ppler Flow Imaging）彩色多普勒血流診斷設備主要由脈沖多普勒系統(tǒng)、自相關器和彩色編碼及顯示器等組成，其圖像輸出方式是應用偽彩色編碼技術，編碼從自相關技術所獲得的血流信息轉變成可視影像來顯示血流影像。偽彩色編碼技術是由紅、藍、綠三種基本顏色組成，不同方向、速度、性質的血流以不同的顏色表示。彩色多普勒血流成像原理󰂄󰂄彩色多普勒血流儀多采用脈沖超聲多普勒成像系統(tǒng)。原理：利用多道選通技術可在同一時間內獲得多個采樣容積上的回波信號，結合相控陣掃描對此斷層上采樣容積的回波信號進行頻譜或自相關處理，獲得速度大小、方向及方差信息；同時濾去遲緩部位的低頻信號，再將

12、提取的信號轉變成紅色、藍色、綠色的色彩顯示利用先進的實時二維彩色超聲多普勒成像系統(tǒng)，使血流圖象與B超同時顯示，不僅可展現(xiàn)解剖圖象，還可顯示在心動周期不同時間上的血流情況。彩超的主要特點󰂄󰂄󰂄󰂄彩色血流圖象是顯示在B型圖像上的，二維多普勒血流取樣必須與B型圖像相重合，所以用一個高速相控陣掃描探頭來實現(xiàn)兩種顯像二維彩色多普勒廣泛采用自相關技術作信號處理經自相關技術獲得的血流信息，必須送入一個彩色處理器，經過編碼后再送彩色顯示器顯示。彩超將人體解剖結構與血流信息組合在一張圖上，醫(yī)生可以清晰地看到血管的位置及其中的血流，也可以觀察到心臟內

13、各處的血流方向和速度，從而有利于血管疾病的診斷。󰂄圖的下半部分是B型成像的通道，該通道輸出的是反映人體解剖結構的二維B型圖像。圖中的上半部分是血流測量的通道。在彩色血流圖儀中，血流測量通道輸出的結果也是一幅二維圖像。與B型圖像不同的是，該二維圖像的二維平面中各點處的血流信息：凡是指向探頭的血流用紅顏色來表示，凡是背離探頭的血流用藍顏色來表示；不管是何種顏色，其色彩愈明亮則表示血流的速度愈大。上下兩個通道的輸出最后合成在一張圖上，即彩色血流圖。血流圖像彩色顯示󰂄血流圖像必須與B超圖像顯示保持結構對應，臟器的B超圖像是以黑白灰度顯示的，血流最好能以彩色顯示以方便與臟

14、器組織區(qū)分開。用自相關技術獲取血流的運動方向、平均速度大小、湍流程度即方差等血流信息必須經頻率彩色編碼轉換為偽彩色結構對應，實時地疊加在B超的灰度圖像上，才能被人眼分辨并用于診斷。󰂄󰂄1、血流方向朝向探頭的正向血流以紅色表示，而遠離探頭的反向血流以藍色表示，如果聲束與血流方向發(fā)生改變，代表血流方向的顏色也會隨之發(fā)生改變。2、血流速度大小的表示一般儀器上把一種顏色由最亮到最暗分為八級，分別代表不同的血流速度。通常在圖像一側用彩色亮度條來標示血流速度，顯然，通過血流色彩的亮度分級和亮度條可以幫助醫(yī)師大致估計血流的平均速度，但不能給出精確的定量值。󰂄3

15、、血流離散度的顯示流速的離散度就是流速的方差，有綠色及其亮度表示方差的大小，這樣，在彩超的血流圖像上，如果血流的顏色或紅或藍，且色調純凈，說明流速的離散度較小。當血流紊亂時，多普勒信號與正常人會有較大差異，在同一取樣容積、同一瞬間內，血流速度有快有慢，分布甚為雜亂，離散度大，這時會在代表血流速度的紅色或藍色上疊加上程度不同的綠色。根據(jù)三基色原理，紅加綠色為黃色，藍加綠色為青色。顯然，正向血流如有紊亂情況則根據(jù)其程度在紅色上加上一定的綠色，顯示器上人呈現(xiàn)一定的黃色趨向，反向血流在有紊亂時則呈青色趨勢。超聲彩色血流圖成像系統(tǒng)󰂄目前商品化的彩色血流系統(tǒng)一般都是采用自相關技術，由于該方

16、法的本質是檢測多普勒頻偏，因此稱為多普勒彩色血流圖。最近，出現(xiàn)了一種基于互相關的彩色血流圖儀采用非多普勒檢測方法，它具有傳統(tǒng)多普勒方法不具備的許多特點，這類檢測方法稱為時域彩色血流圖成像系統(tǒng)。󰂄回波信號經過正交相位檢測與低通濾波后分兩路輸出兩個正交分量。這兩個分量經過A/D轉換后送入MTI部件，此部件的主要功能是消除血管壁及相對靜止的界面反射的強回波。之后將兩路信號合成復數(shù)信號，即包絡函數(shù)，并由自相關器計算出復數(shù)信號的自相關函數(shù)。󰂄脈沖多普勒血流測量與彩色血流圖中的血流估計方法本質上是一樣的。它所處理的信號都是回波信號的復數(shù)包絡。兩者只是從不同的角度描述血流信號的功率譜。前者給出的是某一采樣體積中血流信號的完整的譜圖P（w）；后者給出的則是P（w）的平均頻率，但卻是全平面中各個點的血流的信息。󰂄基本原理：在發(fā)射一次超聲脈沖后，根據(jù)所需的采樣深度截取一小段時間信號，如果對兩次發(fā)射后同一深度的回波信號在作互相關運算，就能根據(jù)互相關函數(shù)中最大值出現(xiàn)的時刻來判斷血流的速度。時域血流測量特點󰂄傳統(tǒng)的多普勒血流測量方法是檢測回波信號的頻偏或相位差。由于超聲波在人體中的衰減與頻率有關，還由