第五章超声多普勒血流测量-第四次和第五次

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1、第五章 超声多普勒血流测量一、超声多普勒血流测量仪二、超声彩色血流图 奥地利物理学家 C.Doppler于 1842年在研究星球的光色变化时，发现当星球与地球相向运动时，光色向光谱的紫色端移动，表明光波的频率升高；相反，当星球与地球背向运动时，光色向光谱的红色端移动，表明光波的频率降低。 多普勒效应 (doppler effect)：在连续介质中 , 当波源相对于接收体运动时，接收体所接收到的波的频率发生了变化，两者的频率差值即所谓频移的大小与波源同接收体相对运动的速度成正比。 实验证明，声波、超声波和电磁波都存在多普勒效应。多普勒效应多普勒效应在日常生活中的一个 典型例子 是，当列车沿着道路

2、从我们旁边驶过时，我们的耳朵可以感觉到车辆鸣笛声的音调(即频率)改变。当火车朝向你开来时，声音不断变强：离你而去时，声音逐渐变弱。超声多普勒技术 超声多普勒技术是研究和应用超声波由运动物体反射或散射所产生的多普勒效应的一种技术。 它在医学临床诊断中用于心脏、血管、血流和胎儿心率的诊断,相应的仪器有超声血流测量仪,超声胎心检测仪、超声血管显像仪以及超声血压计、超声血流速度剖面测试仪等。2cosidriVffffc= 当声源与反射或散射目标间存在相对运动时，接收到的声波信号频率相对于入射声波频率会出现变化，即 存在一个频移 ，这个频移的大小与相对运动速度成正比。多普勒效应 声源与接收体之间的相对运

3、动引起声波频率 发生改变的现象，频率的变化称为频移 fd fd: 频移； fi :入射超声频率； fr:反射超声频率； v:反射体运动速度； c:声速（人体软组织超声平均声速为 1540m/s）； :运动方向与入射声束间的夹角。2vcoscdri ifff f= = 多普勒频偏与物体运动的速度成正比， 如果用电子学的方法检测出多普勒频偏 ，就能够得出运动器官或血流的运动速度，而 超声多普勒频偏的正负可以反映出运动的方向 。 利用由运动结构反射回来的超声波束的多普勒频移来提供人体器官或物体（如心脏壁和血液）的运动速度信息的超声多普勒方法已被广泛应用于人体运动结构的临床诊断中，并且具有 相当高的诊

4、断价值 。多普勒效应示意图声源目标利用运动红细胞对入射超声产生的频移，可进行血流信号的检测。检测的方法有两种，即 多普勒频谱图 和 彩色多普勒血流图 。声源发射超声的频率固定，如遇到与声源作相对运动的界面，造成 反射频率不同于发射频率。多谱勒频移 发射频率与反射频率之差 。血流信息获取V =血流速度C =声速cos =血流与探头间夹角血管VC探头 900，血流迎向探头， fd为正值称为 正性频移 900，血流远离探头， fd为负值称为 负性频移夹角对 fd值的影响 在医用超声多普勒技术中，发射和接收换能器固定，由人体内运动目标，如运动中的血细胞和运动界面等，产生多普勒频移。由此可以确定运动速度

5、大小及方向及其在断层上的分布。 （ 1） D型超声D型超声全名为超声多普勒血流测量技术。 （ 2）彩色多普勒血流显像仪 血流测量是超声诊断仪中的一项重要功能，血 流测量一般指测定血管或心脏中某个位置上的血流速度 ，包括大小，再通过一定的计算得出血流的平均流速、脉动指数、阻力指数等指标供临床诊断参考。 图中，横坐标代表时间，纵坐标代表频率，高度坐标就表示相应的功率谱值。每一次功率谱计算的结果在这个三维坐标系中表现为一条沿频率轴分布的功率谱密度函数。在监视器上显示血流信号的动态功率谱图时，横坐标代表时间，纵坐标代表频率，功率谱计算值的大小用平面像素不同的灰度值示，即得到血流信号的声谱图。 1、在多

6、普勒超声回波的 功率谱分析中， 谱图上的频率代表红细胞的流速，幅度代表具有该流速红细胞的数量，这样，功率谱可看作探查声束范围内血细胞流速与红细胞间的关系曲线， 速度相同的红细胞数量越多，回波信号越强 。 2、声谱图中包含血流的方向、速度等信息，在谱图中在零频率上方的亮点表示方向指向探头的正向流。在零频率下方的亮点表示方向背离探头的反向流。声谱图特点颈动脉多普勒频谱频谱多普勒仪正负频移的显示 频移大小 表示血流速度，其值在自动测量或手工测量时，可在屏幕上读出。 频谱灰度 即亮度，表示某一时刻取样容积内，速度相同的红细胞数目的多少，速度相同的红细胞多，则散射回声强，灰度亮；速度相同的红细胞少，散射

7、回声弱，灰度暗。 从超声多普勒实时频谱上，可以得到许多有用的血流动力学资料，即频谱多普勒参数，如： 收缩期峰速（ Vs）；舒张末期流速（ Vd）； 平均流速（ Vm）； 阻力指数（ RI）； 搏动指数（ PI）； 加速度（ AC）和 加速度时间（ AT）。血流测量有两种基本模式 血流测量有两种基本模式：脉冲波方式和连续波方式。连续波式指探头发射连续的超声波，只要被声束照射到的血流都能对回波信号产生影响， 连续波血流测量不能提供距离信息 。为了测定不同深度的血流速度，可以采用 脉冲波方式 。在脉冲波超声血流测量系统中，发射的信号不是连续的正弦波，而是按一定频率重复的短脉冲群。它在体内形成一个小小

8、的采样体积。只要在接收电路中设计一个延时后短暂开启的距离选通环节，就可以 接收指定深度处的血流信息 。特点 (1)连续波多普勒 (CW) 采用两种超声换能器， 一个发射恒定的超声波，另一个换能器恒定地接收其反射波 (或后向散射波 )， 沿声束出现的血流和组织运动多普勒频移全部被接受分析显示出来。 CW不能提供距离信息 ，即不具有距离选通性，不受深度限制，能测深部血流，无折返现象， 可测高速血流 。 (2)脉冲波多普勒 (PW) 采用单个换能器 ，在很短的脉冲期发射超声波，而在脉冲间期内有一个 ”可听期 ”。脉冲多普勒具有距离选通能力，可设定取样容积的尺寸，并调节其深度、位置，利用发射与反射的间

9、歇接受频移信号，测值相对准确， 但检查深部及高速血流受到限制 。并受脉冲重复频率 -PRF的影响， PRF越高，测量血流速度也越高。多普勒频谱技术的分析基础是快速富里叶变换 -FFT。脉冲波多普勒 其超声脉冲波的发射与接收均以一个探头进行，它是在一选择性的时间延迟后，才开始接受回声信号。 优点：疾病的定位诊断和血流的定量测定。 缺点：受脉冲重复频率的限制，易频率失真。连续波多普勒 连续式多普勒使用双晶片探头，一个晶片连续地发射脉冲波，返回的声波由另一个晶体片连续地接收。 理论上最大流速的测值无限制性。 流速实际可测值常大于7米秒， 定量分析狭窄、分流和返流性病， 其主要缺点是 缺乏空间分辨能力

10、。D型（超声多普勒法） 机理：利用 Doppler原理对心血管内血流进行探测分析 频谱多普勒（ PW+CW） 以频谱曲线显示，检测血流动力学参数 彩色多普勒血流显像（ CDFI） 彩色编码 实时显示血流方向、速度及血流性质频谱多普勒：正频移为正向波，负频移为负向波。多普勒效应彩色多普勒:正频移设为红色，负频移设为蓝色。二尖瓣血流CDFI二尖瓣血流 PW mode 型Doppler mode彩色多普勒血流显示Color Doppler Flow Imaging CDFI用自相关处理提取到的多普勒信息,再用伪彩色编码,形成彩色血流图像,叠加到二维声像图上,形成彩色多普勒血流图。彩色多普勒血流显示C

11、olor Doppler Flow Imaging CDFI动态实时彩色多普勒血流显像彩色多普勒又称二维多普勒，它把所得的血流信息经相位检测、自相关处理、彩色灰阶编码，把平均血流速度资料以彩色显示，并将其组合，叠加显示在B型灰阶图像上。彩色多普勒超声心动图彩色多普勒血流成像彩色多普勒血流成像（ Color Doppler Flow Imaging） 彩色多普勒血流诊断设备主要由 脉冲多普勒系统、自相关器和彩色编码及显示器等 组成，其图像输出方式是应用伪彩色编码技术，编码从自相关技术所获得的血流信息转变成可视影像来显示血流影像。伪彩色编码技术是由红、蓝、绿三种基本颜色组成，不同方向、速度、性质的

12、血流以不同的颜色表示。彩色多普勒血流成像原理 彩色多普勒血流仪多采用 脉冲超声多普勒成像系统 。 原理：利用多道选通技术可在同一时间内获得多个采样容积上的回波信号，结合相控阵扫描对此断层上采样容积的回波信号进行频谱或 自相关处理 ，获得速度大小、方向及方差信息；同时滤去迟缓部位的低频信号，再将提取的信号转变成红色、蓝色、绿色的色彩显示利用先进的实时二维彩色超声多普勒成像系统，使血流图象与 B超同时显示，不仅可展现解剖图象，还可显示在心动周期不同时间上的血流情况。彩超的主要特点 彩色血流图象是显示在 B型图像上的，二维多普勒血流取样必须与 B型图像相重合，所以用一个高速相控阵扫描探头来实现两种显

13、像 二维彩色多普勒广泛采用自相关技术作信号处理 经自相关技术获得的血流信息，必须送入一个彩色处理器，经过编码后再送彩色显示器显示。 彩超将人体解剖结构与血流信息组合在一张图上，医生可以清晰地看到血管的位置及其中的血流，也可以观察到心脏内各处的血流方向和速度，从而有利于血管疾病的诊断。 图的下半部分是 B型成像的通道，该通道输出的是反映人体解剖结构的二维 B型图像。图中的上半部分是血流测量的通道。在彩色血流图仪中，血流测量通道输出的结果也是一幅二维图像。与 B型图像不同的是，该二维图像的二维平面中各点处的血流信息：凡是指向探头的血流用红颜色来表示，凡是背离探头的血流用蓝颜色来表示；不管是何种颜色

14、，其色彩愈明亮则表示血流的速度愈大。上下两个通道的输出最后合成在一张图上，即彩色血流图。血流图像彩色显示 血流图像必须与 B超图像显示保持结构对应，脏器的 B超图像是以黑白灰度显示的，血流最好能以彩色显示以方便与脏器组织区分开。用自相关技术获取血流的运动方向、平均速度大小、湍流程度即方差等血流信息必须经频率彩色编码转换为伪彩色结构对应，实时地叠加在 B超的灰度图像上，才能被人眼分辨并用于诊断。 1、血流方向朝向探头的正向血流以红色表示，而远离探头的反向血流以蓝色表示，如果声束与血流方向发生改变，代表血流方向的颜色也会随之发生改变。 2、血流速度大小的表示一般仪器上把一种颜色由最亮到最暗分为八级

15、，分别代表不同的血流速度。通常在图像一侧用彩色亮度条来标示血流速度，显然，通过血流色彩的亮度分级和亮度条可以帮助医师大致估计血流的平均速度，但不能给出精确的定量值。 3、血流离散度的显示流速的离散度就是流速的方差，有绿色及其亮度表示方差的大小，这样，在彩超的血流图像上，如果血流的颜色或红或蓝，且色调纯净，说明流速的离散度较小。当血流紊乱时，多普勒信号与正常人会有较大差异，在同一取样容积、同一瞬间内，血流速度有快有慢，分布甚为杂乱，离散度大，这时会在代表血流速度的红色或蓝色上叠加上程度不同的绿色。根据三基色原理，红加绿色为黄色，蓝加绿色为青色。显然，正向血流如有紊乱情况则根据其程度在红色上加上一定的绿色，显示器上人呈现一定的黄色趋向，反向血流在有紊乱时则呈青色趋势。超声彩色血流图成像系统 目前商品化的彩色血流系统一般都是采用自相关技术，由于该方法的本质是检测多普勒频偏，因此称为 多普勒彩色血流图 。最近，出现了一种基于互相关的彩色血流图仪采用非多普勒检测方法，它具有传统多普勒方法不具备的许