彩色多普勒基本知識(shí)

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

當(dāng)振源（聲源）與接收器之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的振動(dòng)（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(gè)頻率的變化稱為頻移（fd）它是奧地利學(xué)者JC·Doppler于1842年發(fā)現(xiàn)的，故名。在彈性介質(zhì)相對(duì)靜止的情況下，當(dāng)聲源以一定速度接近接受體時(shí)，接受體單位時(shí)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(cè)到的頻率增高。當(dāng)聲源以一定速度遠(yuǎn)離接受體時(shí)，接受體單位時(shí)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(cè)的頻率減低。具體到超聲檢查過(guò)程中，若探頭朝向探頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，回聲頻率高于發(fā)射頻率，稱為正頻移；若界面背離探頭運(yùn)動(dòng)時(shí)，回聲頻率低于發(fā)射頻率，稱為負(fù)頻移。經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)：fd＝f1－f0＝±（V/C）·f0

V為界面運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向與聲束成

角度，此時(shí)發(fā)生多普勒效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)。（2）頻移fd的大小與發(fā)射超聲頻率f0，相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dāng)

＝0，Cos

＝1時(shí)，fd最大；當(dāng)

＝90，Cos

＝0時(shí)，fd＝0。故使用多普勒儀器時(shí)，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(dǎo)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(cè)到的血流頻移值多在1～2MHz之間，該頻率正好在人耳可聽(tīng)范圍之內(nèi)，因此把這些信號(hào)變?yōu)橐纛l信號(hào)，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(lè)感。2、頻譜顯示（速度/頻移—時(shí)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(shí)間，即持續(xù)時(shí)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(fù)值。分析頻譜可以得到以下信息：（1）頻移時(shí)間：以橫坐標(biāo)的數(shù)值表示，代表血流出現(xiàn)和持續(xù)的時(shí)間。（2）頻移大小：以縱坐標(biāo)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(hào)為正值，表示血流朝向探；基線以下的頻移值為負(fù)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(biāo)上的寬度表示，代表某一瞬間取樣區(qū)中血細(xì)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(xì)胞數(shù)目的多少。頻移大小正負(fù)頻帶寬度基線正向頻譜頻移時(shí)間負(fù)向?qū)恿黝l譜負(fù)向?qū)恿黝l譜正向湍流頻譜負(fù)向湍流頻譜3、彩色血流顯示

CDFI（ColorDopplerFlowImaging）

把血流的多普勒信號(hào)加以量化，進(jìn)行彩色編碼，實(shí)時(shí)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(shí)質(zhì)顏色無(wú)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(hào)以正紅負(fù)藍(lán)（亦或相反）的彩色編碼來(lái)顯示。即朝向探頭的正向血流以紅色表示，而背離探頭的負(fù)向血流以藍(lán)色表示。（2）血流速度：紅細(xì)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(lái)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(lán)色背離探頭，色調(diào)純靜，為層流。負(fù)向五彩鑲嵌血流信號(hào)，為湍流。正向五彩鑲嵌血流信號(hào)，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(gè)數(shù)稱脈沖重復(fù)頻率（PRF），通常為數(shù)千Hz。不是接收所有回聲信號(hào)，而是用電子開(kāi)關(guān)控制其接收回聲的時(shí)間T和每次接收的持續(xù)時(shí)間t，即實(shí)現(xiàn)了距離選通，可定點(diǎn)采樣。

取樣容積（SampleVolume,SV）取樣線上一個(gè)淚珠狀的小體。根據(jù)PW原理，前一個(gè)脈沖波發(fā)射后，必須接收到在選定距離上的回聲信號(hào)后，才能發(fā)射下一次超聲脈沖，否則將引起識(shí)別上的混亂。所以每次發(fā)射的時(shí)間間隔必須足夠長(zhǎng)，即脈沖重復(fù)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??；反之，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(guò)這一極限，脈沖多普勒所測(cè)量的頻率就會(huì)出現(xiàn)大小和方向的偽差，即頻率失真，或稱為頻譜混疊?？傊琍W的優(yōu)點(diǎn)：定點(diǎn)準(zhǔn)確彩樣；不足：不能測(cè)量高速血流。提高脈沖多普勒檢測(cè)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(fù)頻率（PRF）；3.減小取樣深度；4.移動(dòng)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(méi)有時(shí)間間隔，其脈沖重重頻率等于探頭的頻率，故可測(cè)量人體各部位的高速血流。但是其接收到的是整個(gè)聲束內(nèi)所包含的所有血流信號(hào)的總和，如一束超聲透射部分存在2個(gè)或2個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)所產(chǎn)生的多普勒信號(hào)會(huì)混在一起，無(wú)法分辨，即沒(méi)有距離選通能力?？傊珻W的優(yōu)點(diǎn)：可測(cè)量高速血流；不足：沒(méi)有距離選通能力。在實(shí)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(dòng)指數(shù)5.收縮/舒張比值四頻譜多普勒信號(hào)的測(cè)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(duì)自己的彩超設(shè)備有一個(gè)深入透徹的了解，對(duì)其性能要有熟練的掌握。建議使用新的儀器前要詳細(xì)閱讀使用說(shuō)明書(shū)。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(dòng)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(shí)間補(bǔ)償增益TCG或距離補(bǔ)償增益DCG）其作用是調(diào)節(jié)超聲診斷儀對(duì)接收信號(hào)的放大倍數(shù)，決定接收到的回聲信號(hào)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(guò)大，圖像則出現(xiàn)噪音，分辨力下降。增益過(guò)小，又可使某些有效的信號(hào)顯示不清或丟失。增益偏低增益適當(dāng)增益過(guò)低增益過(guò)高增益適當(dāng)增益過(guò)低增益過(guò)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(shí)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(diǎn)增粗，分辨力下降。（箭頭所示）動(dòng)態(tài)范圍（DynamicControl）：是指接收不失真回聲信號(hào)的最大信號(hào)電壓與最小信號(hào)電壓之比。單位是分貝（dB），分貝是個(gè)對(duì)數(shù)單位，采用它可以把相當(dāng)大的電壓比值用相當(dāng)小的數(shù)值來(lái)描述信號(hào)比值。保持較大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍而不失真，圖像信息量則豐富，反差則小；若信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍較小，圖像信息量相對(duì)減少，反差增大。適當(dāng)過(guò)小過(guò)大動(dòng)態(tài)范圍聚焦（Focus）：通過(guò)聚焦可使聚焦區(qū)超聲束變細(xì)，減少遠(yuǎn)場(chǎng)聲束擴(kuò)散，改善圖像的橫向和（或）側(cè)向分辨力。可調(diào)節(jié)聚焦的位置（FocusPosition）及聚焦點(diǎn)的數(shù)目（FocusNumber）。一般使聚焦點(diǎn)置于感興趣區(qū)。聚焦點(diǎn)的數(shù)目越多聚焦效果越好，但時(shí)間分辨率（幀頻）降低。從一點(diǎn)到多點(diǎn)聚焦一點(diǎn)聚焦適當(dāng)過(guò)深兩點(diǎn)聚焦適當(dāng)過(guò)深三點(diǎn)聚焦適當(dāng)過(guò)深兩點(diǎn)聚焦四點(diǎn)聚焦四點(diǎn)聚焦比兩點(diǎn)聚焦圖像更細(xì)膩，但時(shí)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(biāo)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(shí)噪音信號(hào)也增多。應(yīng)調(diào)節(jié)至剛剛沒(méi)有出現(xiàn)彩色干擾時(shí)為宜。彩色增益適當(dāng)時(shí)，應(yīng)無(wú)血流外溢，無(wú)血流信號(hào)丟失，無(wú)噪音干擾。彩色增益過(guò)大時(shí)，出現(xiàn)溢出至血管外，并有噪音干擾。彩色增益過(guò)小時(shí)，出現(xiàn)不同程度的有效血流信號(hào)丟失。濾波器（Filter）：濾波器的作用是針對(duì)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(hào)。高通濾波可截止起點(diǎn)高的頻率，將低速血流頻率濾去或除去外來(lái)等不必要的信號(hào)用以顯示高速血流，免受低速血流干擾。低通濾波，截止起點(diǎn)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(hào)被濾掉。適當(dāng)過(guò)大彩色翻轉(zhuǎn)（Invert）：預(yù)置血流方向與紅、藍(lán)色顯示的相關(guān)聯(lián)系。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為：朝向探頭顯示為紅色，背離探頭為藍(lán)色。在判斷血流方向時(shí)此點(diǎn)尤為重要。速度標(biāo)尺（Scale）：有的儀器標(biāo)識(shí)為PRF（脈沖重復(fù)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(cuò)。須與被檢測(cè)的血流速度相匹配，一般對(duì)腹部及四肢外周血管選用相對(duì)低速度標(biāo)尺，對(duì)心臟采用高速標(biāo)尺。血管檢查時(shí)，Scale過(guò)低時(shí)，出現(xiàn)彩色倒錯(cuò)，過(guò)高時(shí)，血管血流充盈不良。Scael適當(dāng)時(shí)，顯示乳腺包塊內(nèi)血流清晰，無(wú)干擾。Scael過(guò)低時(shí)，出現(xiàn)噪音干擾。Scael過(guò)高時(shí)，包塊內(nèi)有效血流顯示減少，甚至消失。零位基線（Baseline）：移動(dòng)零位基線，目的是增大彩色標(biāo)尺的顯示范圍，并克服折返現(xiàn)象。零位線向藍(lán)色標(biāo)尺方向調(diào)節(jié)，結(jié)果是顯示紅色增多，反之藍(lán)色增多?；€上移藍(lán)色顯示范圍增大?；€下移紅色顯示范圍增大?；€居中，紅、藍(lán)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(zhǔn)。取樣框過(guò)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(guò)大。取樣框過(guò)小。取樣框適當(dāng)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(hào)可能丟失。適當(dāng)綜上：如何消除彩色信號(hào)的閃爍偽像？選用適當(dāng)?shù)臑V波條件和速度標(biāo)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(fù)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(biāo)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(shí)噪音信號(hào)也增多。反之，增益越小，頻譜靈敏度越低，則有效信號(hào)減少。增益大小應(yīng)調(diào)節(jié)至剛剛沒(méi)有出現(xiàn)噪音干擾時(shí)為宜。增益過(guò)小增益過(guò)大濾波（Filter）：與彩色多普勒相似。高通濾波可截