超声影像学(多普勒血流显像)

A型超声诊断Ａ型仪回声图超声诊断常见显示方式B型超声诊断超声诊断常见显示方式M型超声诊断回声以光点显示，采用时间展开，形成波群曲线。超声诊断常见显示方式D型超声诊断频谱显示超声射向流动的红细胞，接收到红细胞散射回声，提取Dopplershift（多普勒频移）,经ＦＦＴ处理，形成频谱显示。频谱在baseline以上者为迎向探头的血流，baseline以下者为离开探头的血流。超声诊断常见显示方式高职高专卫生部规划教材医学影像技术专业《超声诊断学》CAI课件第四章多普勒血流显像教学目标1.掌握多普勒效应的基本概念及临床应用价值2.掌握彩色多普勒血流显像的基本原理3.熟悉彩色多普勒技术应用的注意事项及血流特征生活中的多普勒效应多普勒超声临床应用范围•心脏瓣膜病变及先天性心脏病；•阻塞的动脉（动脉闭塞）；•动脉缩窄（狭窄）；•血栓（深静脉血栓）；•静脉曲张（静脉功能不全）；•动静脉畸形；•心脏壁的运动。多普勒超声类型1、狭义上指彩色多普勒血流显像(CDFI)2、广义上包括有：（1）彩色多普勒血流显像(CDFI)（2）彩色多普勒组织成像(CDTI)（3）经颅彩色多普勒血流显像(TCD)（4）彩色多普勒能量图(CDE)（5）频谱多普勒：脉冲型多普勒(pw)、连续型多普勒(cw)其基本原理是依赖于多普勒效应。cf连续波（CW）脉冲波脉冲宽度脉冲间隔连续波与脉冲波的概念第一节多普勒效应一、多普勒原理1.定义：当声源与接收器作相对运动时，接收器接收的声波频率与声源发出的频率不一致，这一现象称为多普勒效应。超声的临床工作中，通过分析接收到的运动红细胞的相对频移，检测血流。二、详细解释：探头（声源）朝向血管发出频率为fo的超声波信号，发射的信号遇到血管内运动的红细胞，探头接收到红细胞背向散射信号，频率为f，接收的信号频率会发生改变，朝向探头频率增加，背向探头频率减低。接收信号频率与发射频率差异，就是多普勒频移fd。超声通过多普勒效应检测运动的血流频率差，为多普勒超声诊断，亦称为差频显示法。三、多普勒效应在超声诊断中的应用：a、血流有无；b、血流方向；c、血流速度。第一节多普勒效应第一节多普勒效应四、多普勒公式：在诊断成像中，多普勒效应主要用于研究血流。设目标运动方向与超声声束在同一方向运动，探头发出的超声波频率为f0，当血管内血流朝向探头方向，与探头发射超声方向夹角为θ，血流运动速为v探头发出频率f0的超声，接收频率差为fd的信号，多普勒效应的数学表示：由于多普勒效应都是单程发射的声。在临床检查中，发射和接收是同一换能器，换能器发出声束，经运动物体反射后又接收，往返各一次，发射了二次多普勒效应，所以，多普勒血流仪的多普勒公式：00cos2fcfffrd第一节多普勒效应多普勒频移fd与血流速度V之间的关系：血流速度：cos20fcfd五、多普勒角度θ的意义多普勒频移随角度改变而改变多普勒声束与血管内血流方向之间的夹角θ很重要。称多普勒频移角度。角度从0~90°，cosθ变化。（1）θ=0°时，cosθ最大，即频移最大，相应地声束与血管内血流平行，这种情况在实践中很少达到。（2）θ=90°时，cosθ=0，表示血流与多普勒声束垂直，此时探测不到多普勒血流频移信号。第一节多普勒效应五、多普勒角度的意义（3）在实际工作中，测量血流时保持多普勒声束角度在30~60°可取得可靠的多普勒频移信号是很重要的。（4）临床工作中，努力使角度在这个范围，不要超过60°。这就是频谱多普勒的角度校正。（5）较大的血流速度计较小的夹角，产生较大的多普勒频移，但并不超声更强的多普勒频移信号。第一节多普勒效应六、人体产生多普勒效应条件：1、多普勒效应产生的条件：相对运动，反射源及散射源。a、血流中红细胞约8.5微米，超声波长一般为0.3~0.5mm，大约是红细胞的60倍，满足d《λ，红细胞是很好的散射体。b、利用红细胞作为良好散射体及血管内的运动，这就是多普勒血流仪测量人体的血流的原理。第一节多普勒效应六、人体产生多普勒效应条件：2、人体血流多普勒频移的范围人体血流速度为几十厘米到几米／秒，发射超声频率一般为3MHz～5MHz，用公式求得频移范围约是几百到几千Hz，在可听声频率范围，故可通过频移输入到仪器，可以输出多普勒血流声。3、低频多普勒信号的去除心壁、腱索、瓣膜及血管壁，能产生低频多普勒信号，对检测血流信号是干扰信号，仪器中设置一个低频滤波器滤除。第一节多普勒效应第一节多普勒效应讨论：利用多普勒效应可以获得运动目标即血流的速度及运动方向多普勒效应的应用要考虑夹角的影响常用多普勒超声显像方式：频谱多普勒：脉冲（PW)、连续（CW)彩色编码多普勒一、临床要求：心血管疾病中，常常需要检测心血管内某一小区域的血流，如瓣膜口某侧血流，以判断疾病；这项技术叫区域选通；二、操作要求：1、把心脏或血管的二维图像与脉冲多普勒技术有机结合，取样容积可在二维图像监视下调节；取样容积的位置，决定了检测部位，大小决定了血流量；2、通过角度校正：角度校正位于取样容积中央，调整指向血管腔内血流方向，计算探测到的绝对血流速度；第二节脉冲频谱多普勒PW3、选用距离选通接收器，实际上是接收前设置延迟电路；三、关于脉冲重复频率：1、设所测血管深度为d，则超声由体表到被测血流往返时间为：T=2d／c；2、脉冲多普勒每秒钟发射超声脉冲个数，为脉冲重复频率PRF,一般为KHz；3、脉冲多普勒最大取样深度，与PRF成反比：Rmax=C/2PRF；第二节脉冲频谱多普勒三、关于脉冲重复频率：4、对血流进行取样，取样容积内包含有很多红细胞，因此，取样信号是一个由多种不同频率组成的复杂信号；采集血流信号经计算机做FFT分析处理，以实时频谱形式显示；5、信号处理告诉我们，为了让取样信号代表原始波形，晶体发出的原始超声波频率ｆ必须小于或等于二分之一取样频率（脉冲重复频率）：ｆ≤PRF/2，称为奈奎斯特极限频率第二节脉冲频谱多普勒三、关于脉冲重复频率：6、血流速度低，频移产生频率低于奈奎斯特极限频率，测原始波形可在需要信息基础上入射重建；如果血流速度很高，高于奈奎斯特极限频率，则由取样信号重建的波形就与原始波形不一样，这种现象叫做频谱倒错，亦称为频谱混叠、频率失真等。7、脉冲多普勒频谱显示出现倒错时，超过奈奎斯特极限频率的那部分频谱，显示在基线对侧。所以脉冲多普勒不能检测高速血流性质及测量速度。第二节脉冲频谱多普勒四、脉冲多普勒信号的处理与显示：1、频谱分析是将取样容积内所接收的血流进行多普勒信号分解，与棱镜分解光谱相似；2、水平轴代表时间，垂直轴代表流速。基线上是正向速度，基线下是负向速度，基线可以调整；3、频谱的第三个轴对应背向散射能量，以亮点表示；4、混叠：速度超过奈奎斯特极限就产生。第二节脉冲频谱多普勒五、混叠的处理：1、调整基线；2、提高速度刻度；3、降低发射频率；六、频谱多普勒的优点和缺点：1、优点：定点检测血流；实时分辨率（对心动周期中血流速度的分布能详细分析）；计算血流速度2、缺点：易发生混叠、不能探测最大速度、角度依赖第二节脉冲频谱多普勒取样容积PW的特点•有一定的取样容积•距离选通•反映取样容积这一部分的血流状态•测高速血流时频谱混叠现象第二节脉冲频谱多普勒如果在脉冲多谱勒中存在假信号，影像会以相反的方向折转显示收缩期内的前流血液。脉冲/连续多谱勒影像脉冲多谱勒连续多谱勒第二节脉冲频谱多普勒一、工作原理双晶片探头连续发射超声，接收发射差频信号，处理得到检查目标的运动情况。二、显示单方向频谱声像图三、特点1.记录全部差频信号但没有距离选通,用于单个运动目标检查2.目标的运动速度检查没有局限性3.测量速度的准确性受目标运动方向与声束夹角的影响第三节连续频谱多普勒CWCW的特点•无取样容积•无距离选通•反映取样线的血流状态•能测高速血流，不出现频谱混叠现象第四节高脉冲重复频率多普勒一、工作原理单晶片探头发射短脉冲超声，在回声信号到达探头之前再次发射超声脉冲，接收发射差频信号，处理得到检查目标的运动情况。二、显示单方向频谱声像图三、特点1.高脉冲重复频率多普勒与脉冲频谱多普勒的技术特点基本相同2.由于是双脉冲信号，相当于脉冲频率提高一倍，奈奎斯特极限频率增加，增大了目标运动速度的检查范围3.优点：保留了脉冲多普勒定位诊断的特点，增加了连续多普勒成像对高速血流测量的优势。第五节彩色多普勒显示方式CDFI一、工作原理：与脉冲多普勒原理相同，但采取多点采样，对每一点频移大小和方向进行彩色编码，将二维彩色信息叠加在二维灰阶图像相应区域。二、显示红色代表朝向探头方向的血流，蓝色代表背离探头的血流，亮度代表血流平均速度，以五彩代表湍流。三、特点1.直观：最适合显示分流及反流2.与脉冲多普勒相同，受声束入射夹角和奈奎斯特极限频率的影响，超过奈奎斯特极限频率值时，出现混叠现象。第五节彩色多普勒显示方式CDFI四、彩色多普勒血流成像操作：1、彩色框：由很多处理的扫描线上单个取样容积组成，因此，彩色血流处理时间长，帧频低；2、彩色刻度：与脉冲多普勒相同；3、角度的意义：与脉冲多普勒相同；转变声束，调整声束与血管之间足够小的角度，才能得到可靠的多普勒信号；4、混叠：颜色翻转。为了组成精确的信号，必须有足够的取样，取样频率提高。提高帧频，混叠减少；5、脉冲重复频率的意义：即取样频率，仪器通过提高彩色刻度达到。但取样深度受限；6、深度的意义：深度增大，延迟时间延长，脉冲重复频率降低，测量频移信号最大值减少。第五节彩色多普勒显示方式CDFI五、彩色多普勒观察与分析1、图像形成：彩色血流信号显示在相应的二维黑白图像的液性暗区内。2、彩色编码方式：正红负蓝或正蓝负红3、血流速度与彩色辉度：由亮到暗，速度由高到低4、流速离散度显示：离散度小，颜色纯净。紊乱血流增加绿色成分，辉度强弱代表紊乱的程度。正向血流紊乱呈黄色，负向血流紊乱呈青色。5、五彩镶嵌血流图像的形成：五彩混杂，交互出现。见于涡流等。第五节彩色多普勒显示方式CDFI六、彩色多普勒显示技术方法1.彩色图标调节改变编码色彩及范围2.超声频率选择根据检查部位和探头选择超声频率3.滤波器转换根据目标运动速度选择滤波器4.速度标尺调节显示灰阶5.增益调节调节总增益及信号显示增益6.取样框调节移动、缩放检查区域7.零位基线移动改变色标零位8.余辉调节选择不同的余辉9.TGC调节改变深度增益第五节彩色多普勒显示方式CDFI七、CDFI的优势与不足：1、优势：显示某一区域的血流全貌，显示血流方向，鉴别湍流和异常血流区域，显示血流缺失；2、不足：受平均速度限制，对深部显示差（时间分辨率差），易产生混叠，角度依赖第五节彩色多普勒显示方式CDFICDFI的特点•取样框内的血流状态•各点的血流方向和速度•反映血流性质：层流、湍流•高速血流或湍流时出现五彩镶嵌第六节能量多普勒显示方式1、能量多普勒又称：能源多普勒、振幅多普勒、多普勒血管造影；2、原理：背向散射多普勒信号量度，如能源，瞬间信号强度计算并叠加到B型成像中。3、优势：对血流更加敏感，不发射混叠，边界显示更佳；4、缺点：不能显示速度及方向，没有时间分辨力，对运动及其敏感。第六节能量多普勒显示方式第七节正常多普勒血流特征频谱图像的分析一、人体血流的正常及异常流动状态：层流、湍流、涡流二、层流血流性质及频谱特征：血流性质为中间快，靠近血管壁的血流速度稍慢。频谱特征：速度梯度小，频谱窄。频谱光点密集，包络光滑，频谱与基线之间有明显空窗。血流声柔和有乐感。三、湍流血流性质及频谱特征：血流方向及速度紊乱，红细胞呈无规则状态。频谱特征：速度梯度大，频谱增宽，频谱光点疏散，包络不光滑，频谱与基线之间空窗消失。血流声粗糙刺耳。四、涡流的血流性质与频谱特点：涡流本质是湍流。具有湍流的频谱特征。最典型的特征是红细胞的无规则的运动，产生双向血流频谱。第七节正常多普勒血流特征频谱图像的分析•本章思考题1.什么是多普勒效应？2.脉冲多普勒成像、连续多普勒成像、高脉冲重复频率多普勒成像的工作原理是什么？3.彩色编码多普勒血流成像系统是