彩色多普勒基本知識

彩色多普勒基本知識寶雞市中心醫(yī)院功能科頓國亮一多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）

當振源（聲源）與接收器之間出現(xiàn)相對運動時，接收到的振動（聲波）頻率與振源（聲源）的發(fā)射頻率有一定的差異，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。這個頻率的變化稱為頻移（fd）它是奧地利學者JC·Doppler于1842年發(fā)現(xiàn)的，故名。在彈性介質(zhì)相對靜止的情況下，當聲源以一定速度接近接受體時，接受體單位時間內(nèi)接收到的周波數(shù)就多于聲源發(fā)出的周波數(shù)，即探測到的頻率增高。當聲源以一定速度遠離接受體時，接受體單位時間內(nèi)接收到的周波數(shù)就少于聲源發(fā)出的周波數(shù)，即探測的頻率減低。具體到超聲檢查過程中，若探頭朝向探頭運動時，回聲頻率高于發(fā)射頻率，稱為正頻移；若界面背離探頭運動時，回聲頻率低于發(fā)射頻率，稱為負頻移。經(jīng)過數(shù)學推導：fd＝f1－f0＝±（V/C）·f0

V為界面運動速度，f0為探頭發(fā)射頻率，f1為接收頻率，C為聲速。若接收器的運動方向與聲束成

角度，此時發(fā)生多普勒效應(yīng)的運動速度不是V而是V在超聲傳播速度上的投影V·Cos

。醫(yī)用超聲中，探頭發(fā)射的超聲波往返一次，故產(chǎn)生兩次多普勒效應(yīng)。即fd＝±（2VCos

/C）·f0上式即是超聲診斷中廣泛使用的多普勒方程。由上式fd＝±（2VCos

/C）·f0可知：（1）多普勒效應(yīng)發(fā)生的基本條件是聲源和接收器發(fā)生相對運動。（2）頻移fd的大小與發(fā)射超聲頻率f0，相對運動速度V成正比。（3）fd的大小與

角密切相關(guān)，在C、V、f0一定的條件下，fd的大小取決于Cos

，當

＝0，Cos

＝1時，fd最大；當

＝90，Cos

＝0時，fd＝0。故使用多普勒儀器時，要注意探頭位置，控制聲束與血流方向的夾角盡可能小。一般小于60°。（4）由上式可推導出：V=(fd·C)/(2f0·Cos

)此取為利用多普勒效應(yīng)求人體心血管內(nèi)血流速度等信息的基本原理。二超聲多普勒的輸出方式（顯示方式）一般有三種方式：音頻輸出頻譜顯示彩色血流顯示1、音頻輸出

探頭以檢測到的血流頻移值多在1～2MHz之間，該頻率正好在人耳可聽范圍之內(nèi)，因此把這些信號變?yōu)橐纛l信號，根據(jù)音調(diào)、響度等能初步判斷血流的速度和性質(zhì)。湍流粗糙刺耳；層流平滑有樂感。2、頻譜顯示（速度/頻移—時間顯示譜圖）

在屏幕上，將超聲頻移大小在基線上、下顯示為波幅高低不平的曲線，。譜圖上橫軸代表時間，即持續(xù)時間，縱軸代表速度（頻移）大小，以頻移為零為基線，上方為正值，下方為負值。分析頻譜可以得到以下信息：（1）頻移時間：以橫坐標的數(shù)值表示，代表血流出現(xiàn)和持續(xù)的時間。（2）頻移大?。阂钥v坐標表示，代表血流速度的大小。（3）頻移方向：以頻譜中間的零位基線區(qū)分，基線以上的頻移信號為正值，表示血流朝向探；基線以下的頻移值為負值，表示血流方向背離探頭。（4）頻率范圍（頻帶寬度）：以頻譜在縱坐標上的寬度表示，代表某一瞬間取樣區(qū)中血細胞速度的分布范圍。

層流速度范圍小，頻譜呈“空窗”。

湍流速度范圍大，頻譜“空窗”消失，呈充填性。（5）頻譜灰度：表示某一瞬間取樣區(qū)內(nèi)速度相同的血細胞數(shù)目的多少。頻移大小正負頻帶寬度基線正向頻譜頻移時間負向?qū)恿黝l譜負向?qū)恿黝l譜正向湍流頻譜負向湍流頻譜3、彩色血流顯示

CDFI（ColorDopplerFlowImaging）

把血流的多普勒信號加以量化，進行彩色編碼，實時地重疊顯示在二維黑白圖像上，這種彩色為偽彩色，與組織的實質(zhì)顏色無關(guān)。其工作原理是脈沖式多普勒。能提供以下血流信息：（1）血流方向：血流的多普勒信號以正紅負藍（亦或相反）的彩色編碼來顯示。即朝向探頭的正向血流以紅色表示，而背離探頭的負向血流以藍色表示。（2）血流速度：紅細胞散射頻移的大小反映血流速度的快慢，以色調(diào)的高低即色彩的亮度來表示。流速越快，色彩越亮；反之，色彩愈淡。（3）血流性質(zhì)：層流顏色色調(diào)純凈；湍流、渦流呈五彩鑲嵌狀。紅色朝向探頭，色調(diào)純靜，為層流。紅色朝向探頭，色調(diào)純靜，為層流。藍色背離探頭，色調(diào)純靜，為層流。負向五彩鑲嵌血流信號，為湍流。正向五彩鑲嵌血流信號，為湍流。三頻譜多普勒的分類

依工作原理不同，可分為兩類即：脈沖式多普勒PW（PulseWaveDoppler）

連續(xù)式多普勒CW（ContinuousWaveDoppler）

（一）PW：一組晶片，發(fā)射兼接收。以一定的頻率間隔發(fā)射短脈沖超聲波，每秒鐘發(fā)射的短脈沖的個數(shù)稱脈沖重復頻率（PRF），通常為數(shù)千Hz。不是接收所有回聲信號，而是用電子開關(guān)控制其接收回聲的時間T和每次接收的持續(xù)時間t，即實現(xiàn)了距離選通，可定點采樣。

取樣容積（SampleVolume,SV）取樣線上一個淚珠狀的小體。根據(jù)PW原理，前一個脈沖波發(fā)射后，必須接收到在選定距離上的回聲信號后，才能發(fā)射下一次超聲脈沖，否則將引起識別上的混亂。所以每次發(fā)射的時間間隔必須足夠長，即脈沖重復頻率（PRF）必須足夠低。這就限制了采樣的最大深度Dmax。PRF越高，Dmax就愈?。环粗?，Dmax就愈大。因此，PW所能接收的最大頻移值必須小于1/2PRF。1/2PRF稱為尼奎斯特頻率極限。（Nyquistfrequencylimit）。若多普勒頻移超過這一極限，脈沖多普勒所測量的頻率就會出現(xiàn)大小和方向的偽差，即頻率失真，或稱為頻譜混疊?？傊?，PW的優(yōu)點：定點準確彩樣；不足：不能測量高速血流。提高脈沖多普勒檢測血流速度的方法：1.選擇超聲頻率較低的探頭；2.增加脈沖重復頻率（PRF）；3.減小取樣深度；4.移動零位線。（二）CW：兩組晶片，一組連續(xù)發(fā)射超聲，一組連續(xù)接收超聲，發(fā)射頻率和接收頻率之差即為頻移。連續(xù)發(fā)射和接收，沒有時間間隔，其脈沖重重頻率等于探頭的頻率，故可測量人體各部位的高速血流。但是其接收到的是整個聲束內(nèi)所包含的所有血流信號的總和，如一束超聲透射部分存在2個或2個以上的運動目標，這兩個運動目標所產(chǎn)生的多普勒信號會混在一起，無法分辨，即沒有距離選通能力?？傊?，CW的優(yōu)點：可測量高速血流；不足：沒有距離選通能力。在實際工作中，應(yīng)將PW與CW相結(jié)合，合理應(yīng)用。1.收縮期峰值流速（Vs），舒張期末流速（Vd）2.平均流速（Vm）3.阻力指數(shù)4.搏動指數(shù)5.收縮/舒張比值四頻譜多普勒信號的測量參數(shù)RI=Vs-VdVSPI=Vs-VdVmSD=VsVd四、彩色多普勒儀器的一般調(diào)節(jié)要用好彩超，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的功能，就必須對自己的彩超設(shè)備有一個深入透徹的了解，對其性能要有熟練的掌握。建議使用新的儀器前要詳細閱讀使用說明書。調(diào)節(jié)儀器的主要目的是：避免偽像，使圖像更清晰，便于鑒別診斷。4.1二維圖像的調(diào)節(jié)增益（Gain）探頭頻率（Frequency）動態(tài)范圍（DynamicControl）聚焦（Focus）增益（Gain）包括總增益（Gain）和分段增益（也稱時間補償增益TCG或距離補償增益DCG）其作用是調(diào)節(jié)超聲診斷儀對接收信號的放大倍數(shù)，決定接收到的回聲信號用什么亮度顯示。加大增益，可使回聲放大倍數(shù)提高，圖像亮度增加。但增益過大，圖像則出現(xiàn)噪音，分辨力下降。增益過小，又可使某些有效的信號顯示不清或丟失。增益偏低增益適當增益過低增益過高增益適當增益過低增益過高二維增益探頭頻率（Frequency）：現(xiàn)在彩超探頭多為寬頻可調(diào)探頭，使用時應(yīng)根據(jù)需要調(diào)節(jié)探頭頻率。頻率越高，分辨率越高，但穿透率減低，反之亦然。隨著探頭頻率的降低，穿透力增加，但光點增粗，分辨力下降。（箭頭所示）動態(tài)范圍（DynamicControl）：是指接收不失真回聲信號的最大信號電壓與最小信號電壓之比。單位是分貝（dB），分貝是個對數(shù)單位，采用它可以把相當大的電壓比值用相當小的數(shù)值來描述信號比值。保持較大的信號動態(tài)范圍而不失真，圖像信息量則豐富，反差則小；若信號動態(tài)范圍較小，圖像信息量相對減少，反差增大。適當過小過大動態(tài)范圍聚焦（Focus）：通過聚焦可使聚焦區(qū)超聲束變細，減少遠場聲束擴散，改善圖像的橫向和（或）側(cè)向分辨力?？烧{(diào)節(jié)聚焦的位置（FocusPosition）及聚焦點的數(shù)目（FocusNumber）。一般使聚焦點置于感興趣區(qū)。聚焦點的數(shù)目越多聚焦效果越好，但時間分辨率（幀頻）降低。從一點到多點聚焦一點聚焦適當過深兩點聚焦適當過深三點聚焦適當過深兩點聚焦四點聚焦四點聚焦比兩點聚焦圖像更細膩，但時間分辨力降低。4.2彩色多普勒的調(diào)節(jié)彩色增益(Gain)濾波器（Filter）彩色翻轉(zhuǎn)（Invert）速度標尺（Scale）零位基線（Baseline）彩色取樣框彩色增益(Gain)：增益越大，彩色靈敏度越高，但同時噪音信號也增多。應(yīng)調(diào)節(jié)至剛剛沒有出現(xiàn)彩色干擾時為宜。彩色增益適當時，應(yīng)無血流外溢，無血流信號丟失，無噪音干擾。彩色增益過大時，出現(xiàn)溢出至血管外，并有噪音干擾。彩色增益過小時，出現(xiàn)不同程度的有效血流信號丟失。濾波器（Filter）：濾波器的作用是針對不同的彩色顯示需要，濾去不必顯示的成分，而保留應(yīng)該顯示的血流信號。高通濾波可截止起點高的頻率，將低速血流頻率濾去或除去外來等不必要的信號用以顯示高速血流，免受低速血流干擾。低通濾波，截止起點頻率較低，用以顯示低速血流。濾波越大，則使有效低速血流血流信號被濾掉。適當過大彩色翻轉(zhuǎn)（Invert）：預(yù)置血流方向與紅、藍色顯示的相關(guān)聯(lián)系。統(tǒng)一標準為：朝向探頭顯示為紅色，背離探頭為藍色。在判斷血流方向時此點尤為重要。速度標尺（Scale）：有的儀器標識為PRF（脈沖重復頻率）。即彩色血流可顯示的血流速度范圍，而不出現(xiàn)彩色倒錯。須與被檢測的血流速度相匹配，一般對腹部及四肢外周血管選用相對低速度標尺，對心臟采用高速標尺。血管檢查時，Scale過低時，出現(xiàn)彩色倒錯，過高時，血管血流充盈不良。Scael適當時，顯示乳腺包塊內(nèi)血流清晰，無干擾。Scael過低時，出現(xiàn)噪音干擾。Scael過高時，包塊內(nèi)有效血流顯示減少，甚至消失。零位基線（Baseline）：移動零位基線，目的是增大彩色標尺的顯示范圍，并克服折返現(xiàn)象。零位線向藍色標尺方向調(diào)節(jié)，結(jié)果是顯示紅色增多，反之藍色增多。基線上移藍色顯示范圍增大?；€下移紅色顯示范圍增大。基線居中，紅、藍色顯示范圍相等。彩色取樣框：用以確定感興趣區(qū)的位置（Position）、大小(Size)。取樣框大小的調(diào)節(jié)以能包括感興趣的血流為準。取樣框過大則幀頻降低。不僅可以調(diào)節(jié)大小，而且可以調(diào)節(jié)方向，一般取樣框的角度范圍可以在30度～90度之間，顯示角度越大，則幀頻越低。取樣框方向應(yīng)盡量與血流方向平行。取樣框過大。取樣框過小。取樣框適當大小。取樣框方向應(yīng)盡量與血流方向平行，否則，有效血流信號可能丟失。適當綜上：如何消除彩色信號的閃爍偽像？選用適當?shù)臑V波條件和速度標尺，縮小取樣框，要求受試者屏住呼吸。提高彩色血流顯示的敏感度：一定范圍內(nèi)增加彩色增益，增加彩色血流的掃描線密度，調(diào)節(jié)濾波及速度范圍，調(diào)節(jié)脈沖重復頻率（PRF），而不應(yīng)該增加超聲輸出功率。4.3頻譜多勒的調(diào)節(jié)

頻譜增益(Gain)濾波（Filter）速度標尺（Scale）取樣容積（SV）超聲的入射角度（θ角）頻譜翻轉(zhuǎn)（Invert）零位基線（Baseline）頻譜增益(Gain)：增益越大，頻譜靈敏度越高，但同時噪音信號也增多。反之，增益越小，頻譜靈敏度越低，則有效信號減少。增益大小應(yīng)調(diào)節(jié)至剛剛沒有出現(xiàn)噪音干擾時為宜。增益過小增益過大濾波（Filter）：與彩色多普勒相似。高通濾波可截