彩色多普勒血流成像原理

第三军医大学西南医院超声科彩色多普勒血流成像原理一、多普勒效应多普勒效应（Dopplereffect）：是奥地利学者克约斯琴-约翰－多普勒发现的。是指由于声源（或光源）与观察者之间出现相对运动，使声波（或光波）频率发生变化的现象。振动源与观察者作相向运动时频率增加（声波密集），背向运动时频率降低（声波疏散）。心脏、血管内血流发生与探头的相对运动，产生多普勒效应。探头与血流发生相对运动，产生多普勒效应多普勒方程fd=±［(2Vcosθ)/C］f0V：血流速度m/s；C：超声波在人体中传播速度m/s；f0：声源振动频率。血流的有形成分主要有红细胞、白细胞、血小板，由于白细胞含量少，血小板形状小，所以，血管中流动的红细胞是产生多普勒效应的主要成分。二、彩色多普勒血流成像原理目前，在彩色多普勒血流显像中，采用自相关技术处理血流多普勒血流信号。自相关技术是检测两个信号间相位差的一种方法。由于取样容积内的血流不是一个红细胞，而是若干速度不同的红细胞，因此彩色多普勒所显示的血流速度为取样区域所用红细胞的平均流速。用自相关技术获得的血流信号，经伪彩编码后，实时叠加在二维图像上，形成彩色多普勒血流图像。三、彩色多普勒血流图像分析彩色多普勒血流成像不仅能清楚了解大血管的解剖形态与活动情况，而且能直观、形象地显示血流的方向、速度、范围及有无血流紊乱及异常通路等，故有人称之为“非损伤性心血管造影法”。二尖瓣狭窄时血流状态1．血流方向与彩色类别现国内通常采用为正红负蓝，即朝向探头的正向血流以红色表示，而背离探头的反向血流以蓝色表示，因此，彩色的类别可清楚判断血流方向。而不能将多普勒信号彩色编码的红蓝两色分别代表动脉、静脉血流。2．血流速度与彩色辉度血流速度的快慢决定着频移的高低，在彩色多普勒图像上用编码方式，将频移大小用红蓝两种明暗不同的颜色辉度级来显示。即流速越快，红蓝色彩越鲜亮；流速越慢，红蓝色彩越暗淡。四、不同状态血流的彩色多普勒血流图像及频谱图1.层流血流在一内腔前后径相似的管道中前进时，其速度剖面上有一特征：中心处血流最快，边缘处血流最慢，中心与边缘之间血流速度依次递减。彩色多普勒表现呈现颜色单纯，中心鲜亮，旁侧依次变暗的清晰图像。层流主要见于管径基本一致的血管，说明血流途径上无任何阻碍，能顺利通过。脉冲多普勒表现层流时，速度梯度小，频谱窄。频谱光点密集，包络比较光滑，频谱与基线之间一般有明显的空窗。超声多普勒血流声平滑具有乐感。正常颈总动脉血流-层流2.湍流当血流通道内有严重狭窄时，其流线将发生改变。狭窄处流线集中，当进入宽大的管腔时流线将会放散。有的流线继续向前，速度较快；有的流线偏向旁侧，速度减慢。在边角处，有的流线甚至出现回旋现象。这种紊乱的血流即所谓湍流。彩色多普勒表现可在相应的血管管腔内检测到“五彩镶嵌”血流。与层流完全不一样。脉冲多普勒表现由于取样容积内各点的血流速度快慢相差甚远，故湍流在频谱多普勒上离散度甚大，在Y轴上曲线明显弥散，有近顶峰，有近零线，曲线与零线间空窗消失，或频谱增宽。频谱光点疏散，呈毛刺状。颈动脉狭窄时血流-湍流3.涡流当血流通道有严重狭窄时，血流通过之后进入大的空腔。其流线将发生显著差异，形成许多小的涡流，部分流线向前，部分流线向后，速度剖面上有快有慢，有正有负，方向非常杂乱，故称涡流(eddiedflow)。彩色多普勒表现由于出现双向血流，正负交错，故该区显示红蓝绿黄杂乱分布、五彩镶嵌的特异图像。脉冲多普勒表现涡流本质上还是湍流，它具有湍流的频谱特征。此外，涡流最典型的特征是红细胞运动的无规律性，故在同一时刻，取样区域内，部分红细胞朝向探头，部分红细胞背离探头，产生了双向的血流频谱。动脉管腔内的双向血流-涡流彩色多普勒超声在四肢大血管中的应用一、彩色多普勒超声在四肢大血管中的应用范围动脉彩色多普勒检查动脉粥样硬化症，包括动脉闭塞狭窄、动脉瘤或夹层动脉瘤等。动脉炎，包括血栓闭塞性脉管炎、多发性大动脉炎等。动脉栓塞和动脉血栓形成。动脉创伤，如断裂、假性动脉瘤或创伤性动一静脉瘘。肿瘤性疾病，包括血管瘤、软组织肿瘤。先天性发育异常，如畸形、缺如、异位和先天性动一静脉瘘。动脉受压疾病，如胸廓出口综合征、动脉压迫综合症。某些动脉功能性疾病，如Raynaud病等。动脉手术后随访观察，包括人造血管动脉移植及栓塞治疗等。静脉彩色多普勒检查静脉炎和静脉血栓形成。静脉瓣膜功能不全和浅静脉曲张。肿瘤浸润、压迫或其他原因的外界压迫，如髂静脉受压综合征等。先天性静脉发育异常，缺如或瘤样扩张(如颈静脉扩张症等)。不明原因肢体肿胀的鉴别诊断。静脉瘤和海绵状血管瘤。静脉手术或非手术治疗后的随访观察。二、颈部血管解剖、检查方法和正常超声图像1.颈部血管解剖颈总动脉：左颈总动脉在左锁骨下动脉起始的右前方，起自主动脉弓，经过左胸锁关节的后方。右颈总动脉在右胸锁关节后方起自无名动脉分叉处。双侧颈总动脉的走行和毗邻关系基本一致，上行于颈动脉鞘内，颈内静脉位于其外侧，内侧是喉与气管、咽和食管及甲状腺。有时甲状腺可覆盖在颈总动脉的前方。颈外动脉：此动脉的起始位置在颈内动脉的前内侧，然后行至颈内动脉的前外侧。颈内动脉：它在甲状软骨上缘处起自颈总动脉，起始部稍扩张形成颈动脉窦，颈内动脉先是在颈外动脉的后外侧，但很快就到了它的后内侧，沿咽的外侧壁上行。椎动脉：它起源于锁骨下动脉第l段，于前斜角肌内侧上行上穿6个颈椎横突孔，经枕骨大孔入颅。左右椎动脉合成一条基底动脉，分支供养脊髓及脑的一部分。颈内静脉：在颈静脉孔处续于乙状窦，沿颈内动脉和颈总动脉外侧下行，至胸锁关节后方与锁骨下静脉汇合成头臂静脉。颈部血管解剖2.正常颈动脉超声图像二维超声表现正常颈动脉管径左、右对称，管壁分为三层：内膜层一中等回声，外膜层一强回声，内、外膜之间的间质层一无回声。内膜薄而平滑与外膜平行，连续性好。颈动脉内径在正常人中随年龄增长有增宽趋势。颈总、颈外、颈内动脉三者内径比较，其大小依次为颈总＞颈内＞颈外动脉。正常颈总动脉管壁正常颈总动脉分叉及颈内、外动脉彩色多普勒表现由于颈总动脉和颈内动脉在舒张期仍具有一定的血流，它们的血流切面图像为层流，所以在整个心动周期，颈总动脉和颈内动脉的彩色多普勒检查显示为略带起伏、稍有变化的彩色血流。相反，颈外动脉在舒张期无血流或血流很少，因此，它的彩色多普勒特点是忽隐忽现的彩色血流。在颈总动脉分叉部，颈内动脉起始段膨大(颈动脉窦)，此处血流紊乱，甚至出现涡流，彩色多普勒检查时则显示为紊乱的彩色血流(颜色不一)，这种血流紊乱的程度取决于颈动脉窦的大小和颈内、外动脉的夹角。正常颈动脉分叉血流正常颈总动脉血流频谱3.颈内静脉超声检查方法和超声图像表现颈内静脉位于颈总动脉外侧，正常颈内静脉超声检查方法与颈动脉方法基本一致，注意探头不要加压。二维超声表现正常颈内静脉壁薄，为一层清晰光带，连续性好，管腔呈无回声暗区，随呼吸管腔有膨胀与缩小变化。彩色多普勒表现血流信号单一，频谱形态随着呼吸变化，近心端可出现三峰型，即在心脏收缩及舒张早、中期静脉血流流向心脏，形成二个正向波峰，在舒张晚期右房收缩，血液逆流出现反向血流，出现负向第三峰。颈内静脉彩色血流颜色与颈总动脉相反。正常颈内静脉及静脉瓣三、四肢动脉解剖、检查方法及正常超声图像（一）、四肢动脉解剖1．上肢动脉解剖腋动脉：在第一肋外缘处续锁骨下动脉，行于腋窝深部，至大圆肌和背阔肌下缘，移行为肱动脉。肱动脉：续腋动脉，沿肱二头肌的内侧下降，至肘窝深部，平桡骨颈高度分为桡动脉和尺动脉。桡动脉：与桡骨平行下降，经桡侧腕屈肌腱的桡侧，至桡骨下端绕桡骨茎突，经拇指三个长肌腱深面至手，穿第一掌骨间隙潜入手掌深部，分出指主要动脉后，其末端与尺动脉掌深支吻合，形成掌深弓。尺动脉：斜向内下经旋前圆肌深面至尺侧腕屈肌深面的桡侧下行，经豌豆骨桡侧至手掌，其末端与桡动脉掌深支吻合，形成掌浅弓。上肢血管解剖正常桡动脉血流及频谱2．下肢动脉解剖股动脉：腹股沟韧带中点到收肌结节连线上2／3为股动脉的体表投影，距腹股沟韧带5cm处，从股动脉外侧或后外侧发出股深动脉，国外学者将股深动脉起始部以上的股动脉称为股总动脉，股深动脉起始部以下的股动脉称为股浅动脉。腘动脉：其上端在收肌结节以上与股浅动脉相连，下端在腓骨下头以下约2.5cm，膝部中线以外约0.9cm处，上、下端之间的连线即为腘动脉的体表投影。胫前动脉：自腓骨小头内侧，胫骨粗隆到两踝之间的中点画一线，相当于胫前动脉的走行。胫后动脉的行程，相当于小腿后面的中线，其行进于小腿后群深层肌肉间隔内，向下行经内踝后缘与跟腱之间。足背动脉：位于内、外踝连线的中点与第1、2趾蹼间的连线上，是胫前动脉的延续动脉。足背的母长伸肌腱和趾长伸肌腱之间可以触到足背动脉的搏动。大腿前内侧血管解剖小腿前外侧及足背血管解剖小腿后面的血管股总动脉分叉的彩色多普勒血流显像四、四肢静脉解剖、检查方法及正常超声图像（一）、四肢静脉血管解剖静脉起于毛细血管，其中血流缓慢，压力较低，故管壁较薄，收缩力弱。管腔一般都比相应的动脉略大，加上属支庞杂，因此静脉系的总容积约超过动脉系的一倍以上，借此来维持血流量的动态平衡。静脉在结构上的另一特点是：壁内具有静脉瓣。静脉瓣由静脉管壁内膜形成(内膜皱襞)薄而柔软，形似袋口朝向心脏的半月小袋，瓣膜顺血流开放(被动地贴附于管壁表面)，逆血流瓣膜闭锁，是防止血液逆流或改变血流方向的重要装置，在导血回心过程中起着一定的促进作用。人体凡受重力影响较大、血液回流比较困难的部位，静脉瓣就多。反之，则瓣膜甚少，或发育不全，如头颈部的静脉。下肢静脉（l）下肢浅静脉大隐静脉：在足的内侧缘起自足背静脉弓，经内踝前面沿小腿内侧伴随隐神经上行，过膝关节内侧，绕股骨内侧髁后方，再沿大腿内侧上行，并逐渐转至前面，于耻骨结节下外方3—4cm处，穿隐静脉裂孔表面的筛筋膜注入股静脉。小隐静脉：在足的外侧缘起自足背静脉弓，经外踝后方，沿小腿后面上行，过排肠肌两头之间至腘窝，穿深筋膜注入腘静脉。大隐静脉解剖（2）下肢深静脉从足到小腿的深静脉都与同名动脉伴行，每条动脉有两条伴行静脉，胫前、胫后静脉在腘肌下缘合成一条腘静脉与腘动脉伴行，穿收肌腱裂孔移行为股静脉。股静脉伴随股动脉上行，初在其外侧，后转至内侧，达腹股沟韧带深面移行为髂外静脉，股深静脉接受股动脉分支的伴行静脉(如股深静脉等)和大隐静脉，借此收集下肢所有浅深部的静脉血。四肢静脉探测部位：股总静脉探查：探头开始置于股动脉处，纵切显示股动脉后，探头角度向内倾斜，可以显示股总静脉。股浅静脉探查，在大腿上1／3处，此静脉在股浅动脉后方显示，同时可探及股深静脉。腘静脉探查：探头置于腘窝处，在腘动脉后方显示。胫后静脉探查：在内踝之后探头与皮肤表面成45度角，指向前外侧。胫前静脉探查：胫前静脉近端探测，在小腿近膝关节前外侧探及同名动脉时，即可显示两条胫前静脉。锁骨下静脉：在锁骨上窝探查。腋静脉：在腋窝处探测到同名动脉，该静脉位于腋动脉的前内侧。肱静脉：与同名动脉伴行，沿上臂内侧探测。(三)正常四肢静脉超声表现1．二维超声表现正常四肢静脉管腔显示清晰，内壁光滑，连续性好，壁薄，管腔为无回声。若仪器分辨率高，增益较大，能动态观察到管腔内的“雾状”回声，随血流流动，这种现象是由于静脉内血流速度较慢，红细胞散射所形成的。2．彩色多普勒表现如果将向心血流规定为蓝色，那么，彩色多普勒检查时所显示的四肢深静脉血流，随呼吸运动变化的血流信号，深吸气或做Valsalva试验时，大、中静脉内无血流信号显示。3．脉冲多普勒表现正常下肢深静脉血流频谱特点是随呼吸运动变化的单相血流(向心血流)。深吸气或做Valsalva试验时，大、中静脉内血流停止。上肢静脉血流频谱形态，与到上腔静脉的距离有关，越接近上腔静脉，血流频谱越容易受到心脏搏动的影响。腋静脉的多普勒频谱肱动脉与伴行的两条静脉腋动、静脉彩色多普勒血流五、彩色多普勒超声在手术麻醉穿刺领域中的应用（一）引导麻醉医师进行血管穿刺，具有定位准确，避免反复穿刺和降低并发症发生的优点。静脉和动脉穿刺对建立