cdfi彩色多普勒上崗證培訓(xùn)

1、全國大型醫(yī)療設(shè)備使用人員 彩色多普勒技術(shù)考試 輔導(dǎo)材料,,,第一章 物理基礎(chǔ)第一節(jié) 超聲波的概念一、基本概念1、人耳的聽覺范圍：20-20000Hz。2、超聲波是頻率大于20000Hz的機(jī)械波。3、超聲波具有聲波的共同物理性質(zhì)。4、臨床常用的超聲頻率在2MHz—10 MHz之間。,,二、超聲波基本物理量： 1、超聲波有三個基本物理量，即頻率（f），波長（λ），聲速（c），它們的關(guān)系是：c = f

2、3;λ或λ=c / f，傳播超聲波的媒介物質(zhì)叫做介質(zhì)，不同頻率的超聲波在相同介質(zhì)中傳播時，聲速基本相同。在人體軟組織中聲速為1540m/s。 2、相同頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播，聲速不相同，人體軟組織中超聲波速度總體差異約為5%。利用超聲方法進(jìn)行測距的誤差也是5%左右。,,三、聲場1、概念：發(fā)射超聲在介質(zhì)中傳播時其能量所達(dá)到的空間稱為聲場，又稱聲束。2、聲場特性：（1）掃描聲束隨探頭的 形狀、大小、陣元數(shù)及其排列、工作頻率、有

3、無聚焦以及聚焦方式不同而有很大差異，此外還受超聲與人體組織間相互作用的影響。,,（2）聲束由一個大的主瓣和一些小的旁瓣組成。超聲成像主要依靠探頭發(fā)射高度指向性的主瓣并接收回聲反射，旁瓣的方向總有偏差，容易產(chǎn)生偽像。（3）聲場分近場和遠(yuǎn)場，以圓形單晶片探頭為例，近場聲束集中，呈圓柱形，其直徑接近探頭直徑，長度取決于超聲頻率和探頭的半徑，橫斷面上聲能分布不均勻。遠(yuǎn)場聲束擴(kuò)散，呈喇叭形，橫斷面上聲能分布比較均勻。聲束向兩側(cè)擴(kuò)散的角度稱為擴(kuò)散

4、角，擴(kuò)散角越小，指向性越好。多振子探頭的聲場分布呈“花瓣”狀。（4）超聲波指向性優(yōu)劣的指標(biāo)是近場長度和擴(kuò)散角。,,3、聲束聚焦與分辨力。聚焦后可使聚焦區(qū)超聲束變細(xì)，減少遠(yuǎn)場聲束擴(kuò)散，改善圖象的橫向和側(cè)向分辨力。（1）聚焦的方式：固定式聲透鏡聚焦、電子相控陣聚焦、二維多陣元聚焦等。（2）聚焦聲束與非聚焦聲束的比較。,,第二節(jié) 超聲的物理特性1、超聲波在介質(zhì)中傳播時，遇到不同聲阻的分界面，會產(chǎn)生反射和折射，反射的能量由

5、 Z2 - Z1 2 反射系數(shù)RI = 決定。 Z2+ Z1 Z1、Z2為兩種介質(zhì)的特性聲阻抗，Z=p·c（密度·聲速）當(dāng)Z1 = Z2，為均勻介質(zhì)，則RI=0，無反射。當(dāng)Z1< <Z2 (如水和氣)則RI很大，產(chǎn)生強(qiáng)反射。

6、當(dāng)Z1≠Z2，RI≠0，則反射存在。2、人體軟組織聲阻抗差異很小，但只要有1‰的聲阻抗差，就會產(chǎn)生反射回波，所以超聲波對軟組織分辨力很高。3、當(dāng)超聲波垂直于不同聲抗阻分界面入射時，可得到最佳的反射效果。,,4、當(dāng)分界面兩邊的聲速不同時，超聲波透入第二種介質(zhì)后，其傳播方向?qū)l(fā)生改變—即產(chǎn)生折射。 5、超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著距離增加，聲能將隨之減弱，這就是衰減。與傳播距離和頻率有關(guān)。引起衰減的原因主要有： （1）介質(zhì)對超聲

7、的吸收，超聲波機(jī)械能變?yōu)闊崮鼙唤M織“吸收”。 （2）聲束發(fā)散，能量的散射及反射，使得保持在介質(zhì)中原始前進(jìn)方向上的能量減小。 （3）能量被散射體散射掉。,,6、為了使深度回聲信息清楚，在診斷中要使用DCG（TGC）調(diào)節(jié)，補(bǔ)償聲能的衰減。衰減用IX=I0e -2αx來描述。IX是距離聲源X點(diǎn)的聲強(qiáng)，X是距離聲源的距離。I0是X=0處的聲強(qiáng) α為衰減的系數(shù) e為自然對數(shù)之底，e=2.71聲強(qiáng)或聲壓的衰減吸收以分貝（dB）

8、作單位，組織的衰減系數(shù)用dB/cm表示。在人體組織中衰減程度一般規(guī)律是：骨組織>肝組織>血液若進(jìn)一步細(xì)分：骨（或鈣化）>肌腱（或軟骨）>肝（或腎）>脂肪>血液>尿液（或膽汁）。組織中含膠原蛋白和鈣質(zhì)越多，聲衰減越大，液體內(nèi)含蛋白成分越多，聲衰減越大。,,6、超聲波在介質(zhì)中傳播時，顯示器上能夠區(qū)分聲束中兩個細(xì)小目標(biāo)的能力或最小距離，稱為分辨力。其受多種因素影響，如頻率、脈沖寬度、聲束寬度、

9、聲場遠(yuǎn)近和能量分布、探頭類型和儀器功能等。（1）軸向分辨力：指在聲束長軸上區(qū)分兩個細(xì)小目標(biāo)的能力，與波長密切相關(guān)。頻率越高，軸向分辨力越好。從單純理論上計算，軸向分辨力在數(shù)值上為1/2λ，但實(shí)際顯示的分辨力要低于理論分辨力5—8倍。如遇聲阻不同的障礙物（目標(biāo)點(diǎn)）則聲束方向和聲強(qiáng)將發(fā)生改變。其改變程度與障礙物之大小及聲阻抗有關(guān)。當(dāng)障礙物的直徑大于1/2λ，在該障礙物表面產(chǎn)生回聲反射。當(dāng)障礙物的直徑等于或小于1/2λ，超聲波將饒過該障礙物

10、而繼續(xù)前進(jìn)，反射很少，這種現(xiàn)象稱為衍射，故超聲波波長越短，能發(fā)現(xiàn)障礙物越小。,,（2）橫向分辨力：與探頭厚度方向上聲束寬度和曲面的聚焦性能有關(guān)。在聚焦最佳區(qū)的橫向分辨力最好，在其聚焦區(qū)寬度一般小于2mm。（3）側(cè)向分辨力：與探頭長軸方向上掃描聲束的寬度有關(guān)。聚焦聲束越細(xì)，側(cè)向分辨能力越好。,,四、超聲多普勒效應(yīng) 1、當(dāng)聲源與反射界面（或散射體）作相對運(yùn)動時，由于超聲波在一定介質(zhì)中傳播的速度是恒定的，故可看作超聲的波長被壓縮或擴(kuò)展。

11、波長的變化必將伴隨著頻率的移動（改變），它仍需滿足C= f·λ的關(guān)系，這種現(xiàn)象稱之為多普勒效應(yīng)。 2VcosQ 其多普勒公式為：fd=fR-f0=± ·fO C fd為多普勒頻移，fO為入射頻率，fR為反射頻率，V為反射物

12、體運(yùn)動速度，C為聲速，Q為運(yùn)動方向與入射波間的夾角。 2、當(dāng)fO=3 MHz fR=3.005 MHz 則fd= fR - fO=5000Hz=5KHz所以fd一般都在音頻范圍內(nèi)。檢出fd后，利用揚(yáng)聲器發(fā)出響聲來監(jiān)聽，并通過FFT對fd進(jìn)行頻譜分析，所以多普勒頻移屬于聲波范疇。,,五、超聲的生物學(xué)效應(yīng)一、超聲聲強(qiáng)概念：對超聲診斷設(shè)備的超聲輻射，針對人體不同部位，規(guī)定了限定值人體不同部位超聲強(qiáng)度的限定值 FDA（美國食

13、品藥品局）規(guī)定 Isppa (W/cm2) Ispta (mw/cm2) Im (w/cm2) 心臟 190 430 310 脈管 190 720

14、 310 眼部 28 17 50 胎兒 190 94 310Isppa： 空間峰值脈沖平均聲強(qiáng)Ispta： 空間峰值時間平均聲強(qiáng)Im： 最大

15、聲強(qiáng)度Iob： 真實(shí)聲束聲強(qiáng)國際電工委員會：IEC 1157-92規(guī)定Iob < 20 mw / cm2 胎兒Ispta <100 mw / cm2超出這些規(guī)定值應(yīng)公布其聲強(qiáng)輸出，超聲強(qiáng)度超出規(guī)定,將造成若干生物效應(yīng)，如：育齡婦女早熟排卵，受孕率下降，胎兒體重減輕，產(chǎn)后兒童發(fā)育遲緩等。,,二、超聲對生物體影響的作用原理1、空化作用：在液體中出現(xiàn)強(qiáng)超聲時，會出現(xiàn)一種類似霧狀的氣泡，就如輪船推進(jìn)器在產(chǎn)生推動力的

16、同時會濺出氣泡那樣，這就是空化作用。生物組織由于超聲空化作用而產(chǎn)生不能復(fù)原的破壞性形變，以至使細(xì)胞壞死和整個生物組織壞死。2、熱作用：生物組織在超聲機(jī)械能作用下，由于沾滯吸收，將一部分超聲能轉(zhuǎn)化為熱能，使生物組織的溫度上升。3、超聲的生物作用： ①超聲對組織器官的影響 在強(qiáng)超聲作用下，將使坐骨神經(jīng)、脊髓、淋巴細(xì)胞、肝組織損傷。 ②超聲對細(xì)胞的影響 超聲診斷聲強(qiáng)較強(qiáng)時對子宮癌HELA細(xì)胞，人羊膜的FK細(xì)胞等

17、有影響。 ③超聲對染色體的影響 ④超聲對精子的影響 強(qiáng)超聲對精子活動力及受精卵易發(fā)生危害。三、超聲診斷的安全因素： 超聲劑量（聲強(qiáng)）的限定值 Ispta<100 mw / cm2 超聲照射時間：通常一次超聲10-20分鐘,,當(dāng)電脈沖加至超聲換能器后 ，電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，其實(shí)質(zhì)是將“電功率”轉(zhuǎn)換成“聲功率” 。超聲在生物組織中傳播 ，使介質(zhì)分子微粒發(fā)生高頻機(jī)械振蕩

18、，這形成了超聲能量傳遞或功率作用。 一 、聲強(qiáng)（intensity）的定義 是描述超聲能量（energy）的物理量。超聲束在單位時間通過單位截面積（CSA）的超聲能。即指單位面積上被照射的聲功率 （W/cm2 、瓦 /平方厘米或 J/s.cm2 、焦 /秒 .平方厘米 ）。 一般診斷級超聲在 100mw/cm2以下 ，不引起明顯的生物效應(yīng) ，對人體無傷害 。,,二 、常用的聲強(qiáng)指標(biāo) 脈沖超聲

19、聲強(qiáng) ∶ 超聲換能器發(fā)射脈沖超聲，脈沖超聲 的最大聲強(qiáng)稱“時間峰值” （TP）”聲強(qiáng)和 “時間平均（ TA）”聲強(qiáng) 。 由于聲場中聲強(qiáng)分布不均勻 ，而有“空間峰值 （SP）” 和 “空間平均（SA）”聲強(qiáng)的概念 空間峰值時間平均聲強(qiáng)（ ISPTA）W/cm2 ──在聲場中或是某一指定平面上的時間平均聲強(qiáng)的最大值 。 空間峰值脈沖平均聲強(qiáng)（ISPPA） W/cm2 ──在聲場中或是某一指定

20、平面內(nèi)的脈沖平均聲強(qiáng)的最大值 。 最大聲強(qiáng) （ IM 、Imax）W/cm2 ─在空間最大值處 ，具有最大時間平均聲強(qiáng)的腺脈沖半周期內(nèi)的時間平均聲強(qiáng)。 真實(shí)聲束聲強(qiáng) （Iob）,,三 、熱作用和空化效應(yīng)指標(biāo) 1、熱指數(shù) （ Thermal index TI ） 超聲照射到聲學(xué)界面 ，產(chǎn)生溫升與

21、使界面溫度升高 1oC的比值 。 TI在1.0以下無致傷 ，但對胎兒應(yīng)調(diào)至 0.4以下 ；對眼球應(yīng)調(diào)至 0.2以下 。 2、機(jī)械指數(shù) （ Mechanical index） 超聲在弛張期的負(fù)壓峰值 （ Mpa數(shù) ）與探頭中心頻率 （ MHz數(shù) ）平方根數(shù)的比值。通常認(rèn)為 MI值在 1.0以下無致傷性 ，但對胎兒應(yīng)調(diào)至0.3以下 ；對眼球應(yīng)調(diào)至 0.1以下 。,,診斷用超聲的安全性和應(yīng)用原則（世界醫(yī)學(xué)生物學(xué)超聲

22、聯(lián)合會、“世超聯(lián) WFUMB”聲明摘要 1992）1、目前使用的簡單的 B型超聲儀的聲功率 ，不可能產(chǎn)生有害的溫度升高作用，因此它在致熱方面無禁忌征 ，包括經(jīng)陰道 、經(jīng)腹壁和內(nèi)鏡超聲的應(yīng)用 。2、某些 Doppler診斷儀在無血流灌注的實(shí)驗(yàn)條件下 ，可引起顯著升溫生物效應(yīng)。將超聲照射時間盡可能減少，可使升溫作用降至最小，并調(diào)節(jié)到最低功率。動物實(shí)驗(yàn)表明 ，小于 38.5o C則可廣泛使用 ，包括產(chǎn)科應(yīng)用 。,,第二章 彩色

23、多普勒基礎(chǔ)第一節(jié) 多普勒超聲基礎(chǔ)一、多普勒基本概念 1、多普勒超聲血流檢測技術(shù)主要用于測量血流速度，確定血流方向，確定血流種類：如，層流、射流等；獲得速度、時間積分，壓差等有關(guān)血流的參數(shù)。 2、多普勒方式表達(dá)血流速度的公式如下： c(±fd)V= 2cosQ fo式中C為聲速（1540m/s）fo：發(fā)射頻率（已知）⑴COSQ是血流與聲束夾角的余弦函數(shù)，當(dāng)相

24、對固定時，則fd與流速成正比，fd即影響流 速值V。⑵ 當(dāng)多普勒入射角（Q）恒定時，頻移fd 僅決定于發(fā)射頻率fo。對于某一定的fd，fo越小，則可測的血流速度V就越大。欲測高速血流，fo就應(yīng)選擇低頻率的探頭。,,⑶ 當(dāng)血流速度保持恒定時，如：100 cm/ s（以及恒定的fo和C），那影響fd的參數(shù)只有COSQ，即頻移的數(shù)值依賴于入射角的變化，而速度的數(shù)值與入射角無關(guān)。Q角改變的一般規(guī)律：a)當(dāng)OO<Q<900時

25、，COSQ為正值，即血流迎超聲探頭而來，頻率增加，fd為正向頻移。b)當(dāng)900< Q<1800時, COSQ為負(fù)值,即血流背離超聲探頭而去，頻率減低，fd為負(fù)向頻移。c)當(dāng)時Q=0或Q=1800時, COSQ= ±1,即血流與聲束在同一線上相向或背向運(yùn)動，這時fd最大。d)當(dāng)時Q=900,COSQ=0時, 即血流方向與聲束垂直，此時fd =0，檢不出多普勒頻移,,3、三種多普勒方式(1)連續(xù)波多普勒(CW)

26、 采用兩種超聲換能器,一個發(fā)射恒定的超聲波,另一個換能器恒定地接收其反射波(或后向散射波), 沿聲束出現(xiàn)的血流和組織運(yùn)動多普勒頻移全部被接受,分析,顯示出來。CW不能提供距離信息,即不具有距離選通性,不受深度限制,能測深部血流,無折返現(xiàn)象,可測高速血流。 連續(xù)波多普勒在取樣線上有符號標(biāo)記，其符號僅表示波束發(fā)射聲束與接受聲束的焦點(diǎn)，或聲束與血流的焦點(diǎn)。,,(2)脈沖波多普勒(PW)、 采用單個換能器,在很短的脈沖期發(fā)射超聲

27、波,而在脈沖間期內(nèi)有一個”可聽期”。脈沖多普勒具有距離選通能力,可設(shè)定取樣容積的尺寸,并調(diào)節(jié)其深度、位置，利用發(fā)射與反射的間歇接受頻移信號，測值相對準(zhǔn)確，但檢查深部及高速血流受到限制。并受脈沖重復(fù)頻率-PRF的影響，PRF越高，測量血流速度也越高。多普勒頻譜技術(shù)的分析基礎(chǔ)是快速富里葉變換-FFT。,,(3)高重復(fù)頻率脈沖多普勒-HPRF 是在脈沖多普勒基礎(chǔ)上改進(jìn)，探頭在發(fā)射一組超聲脈沖波之后，不等采樣部位的回聲信號反回探頭又發(fā)射出新

28、的超聲脈沖群，這樣在一組聲束方向上，若有一組超聲脈沖向心腔內(nèi)發(fā)射，第二組超聲發(fā)射后，探頭接受的實(shí)際上是來自第一組超聲脈沖的回聲，依次類推，相當(dāng)于PRF加倍，頻移也就增加一倍，擴(kuò)大了血流速度測量范圍。,,二、多普勒血流頻譜分析基礎(chǔ) 1、多普勒血流頻譜分析是給出一種顯示，它的兩個正交軸分別代表時間（水平軸）和頻率（垂直軸），而相應(yīng)的信號幅度則用密度或亮度表示。 2、為什么要頻譜分析（1）所有的血紅細(xì)胞速度都不盡相同，在同一時刻，將產(chǎn)生

29、許多頻移，成為復(fù)雜波；（2）具有相同流速的紅細(xì)胞的數(shù)量也不一樣，產(chǎn)生的振幅信號強(qiáng)度也不盡一致；（3）又因血流脈動的影響，信號頻率和振幅將隨時間而變化。所以，血流信息是隨空間和時間而變化的復(fù)雜信息。 把形成復(fù)雜振動的各個簡單振動的頻率和振幅找出來，列成頻譜圖，成為頻譜分析。 在心血管測量中，頻率（頻移）代表血流速度，振幅代表具有該流速的血細(xì)胞的數(shù)目。在頻譜圖中，若橫坐標(biāo)代表頻率，縱坐標(biāo)代表振幅，由于頻率與振幅的乘積即

30、頻譜曲線下的面積等于信號的功率，這種頻譜圖也稱為功率譜。,,3、在多普勒超聲血流測量中，F(xiàn)FT技術(shù)是頻譜分析的主要方式。在頻譜顯示為：速度/頻率-時間顯示譜圖中有關(guān)概念：（1）譜圖上“橫軸”代表時間，即血流持續(xù)時間，單位為秒；橫軸線也代表零頻移線，在基線上面譜圖為正向頻移，血流朝向探頭；在基線下面則為負(fù)向頻移，血流方向背離探頭。（2）“縱軸”代表速度（頻移）大小，用KHZ 表示（也可換算成速度）；（3）“收縮峰”指在心動周期內(nèi)達(dá)

31、到收縮峰頻率和峰值流速的位置；（4）“舒張期末”是將要進(jìn)入下一個收縮期的最末點(diǎn)；（5）“窗”為無頻率顯示區(qū)域；（6）“頻帶寬度”表示頻移在垂直方向上的寬度，即某一瞬間采樣血流中血細(xì)胞速度分布范圍的大小，如速度分布范圍大，頻帶則寬，若速度分布范圍小頻帶窄。（7）“頻帶灰階”即信號幅度，表示血流速度相同的血細(xì)胞數(shù)目多少。,,三、脈沖多普勒局限性 1、脈沖重復(fù)頻率與最大測量速度脈沖重復(fù)頻率-PRF為了正確顯示頻移大小和方向，PR

32、F必須大于fd的兩倍，即PRF>2 fd，或?qū)懗蒮d<1/2 PRF, 1/2PRF稱為尼奎斯特頻率極限，如果多普勒頻移（或換算為血流速度）超過這一極限，會產(chǎn)生頻率失真，或頻率混淆（折返）。所以要測量高速血流，PRF必須快。,,2、脈沖重復(fù)頻率與最大采樣深度 最大采樣深度dmax=C/2 PRF 如脈沖重復(fù)頻率（PRF）愈高，兩個脈沖間隔時間愈短，采樣深度也愈小，反之則采樣深度愈大。,脈沖重復(fù)頻率

33、與深度的關(guān)系脈沖重復(fù)頻率 近似的深度距離 最大可檢出fd (KHz) (cm) (KHz) 25 3

34、 12.9 18 4.3 9 12.5 6 6.25,,3

35、、距離測量與速度測量 最大測量速度Vmax與最大深度dmax的關(guān)系為Vmax·dmax≤C2/8f0（常數(shù)）所以探測深度越深，則可測的速度范圍便越小,兩者互相抑約。,速度m/s,深度（cm),速度與深度的關(guān)系曲線,,四、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當(dāng)探測深度d一定時，最大可測血流速度Vmax與ft（探頭頻率）成反比，也就是說 ft越低，流速速可測值愈高。如表2-4-2

36、所示。 探頭頻率與最大多普勒速度的關(guān)系（cm/s） 探頭超聲頻率 深度（cm） 2．5MHz 3.5MHz 5MHz 4 382

37、273 191 8 231 165 116 12 166 119 83 16 129 92 65 從表中可知，在1

38、2cm深度時，2.5MHz檢測流速是5MHz的一倍。,,2、增加脈沖重復(fù)頻率 由式fd＜ PRF可知，增加脈沖重復(fù)頻率PRF則fd也隨之增，而fd與血流速度是對應(yīng)變化的。所以可采用高脈沖重復(fù)頻率多普勒方式來增加血流速度可測值。3、減小取樣深度 對同一頻率的探頭（即fo不變）探測距離短時，可測流速就大，即最大可測流速vmax與采樣深度d成反比。在探查高速血流時，應(yīng)盡量選取距探頭近的采樣容積，以防止采樣過深時發(fā)生的頻率混疊。,

39、,4、移動零位線采用單向測量方式進(jìn)行檢查——顯示0～PRF之間的頻移fd，使單方向的頻移值增大一倍，即流速可測值增大一倍，從而防止單純混疊發(fā)生，但是零位線向F移動后，正向頻移的折返部分得到連續(xù)顯示，而反向血流的頻移信號仍然存在于屏幕上方，與正向頻移的尖峰部分相互混雜，反之亦然。這點(diǎn)是必須注意的。所以移動零位線僅在不伴有負(fù)向（向下）或正向（向上）血流頻移信號時才能增大流速可測值并防止頻譜的混疊。,,第二節(jié) 彩色血流顯像一、彩超發(fā)

40、展歷史與臨床應(yīng)用 1、1983年11月Aloka公司在世界范圍內(nèi)首次推出適用于臨床的彩超SSD-880，從此彩色血流顯像技術(shù)實(shí)用化、商品化，這是彩色多普勒血流顯像技術(shù)發(fā)展的起始階段——首臺彩色顯像裝置問世。 2、1989年以后彩色多普勒血流顯像儀在技術(shù)上，功能上都有了很大的突破，多數(shù)都可達(dá)到全身性應(yīng)用檢查，他們的設(shè)計原理大致相同，基本上都屬檢測多普勒頻移的范圍。這是彩超技術(shù)發(fā)展的第二階段——改進(jìn)和提高階段，在這段時間，彩超的臨床應(yīng)

41、用得到很大的發(fā)展，成為超聲醫(yī)學(xué)的重要階段——彩色多普勒時代。,,3、1990年以來，重要特征是以數(shù)字化技術(shù)為代表，采用了許多與傳統(tǒng)方式不同的信息檢測及波束形成技術(shù)，使彩超的性能有新的突破，圖像質(zhì)量有很大的提高。這是彩超發(fā)展的第三階段——由模擬數(shù)字混合處理到全數(shù)字化處理的發(fā)展階段——即步入數(shù)字化時代。 4、1996年后形成具有綜合圖像形成及處理功能的全數(shù)字一體化工作站的彩色血流顯像設(shè)備。它不僅有極佳的圖像質(zhì)量，同時有極強(qiáng)的處理功能，并向

42、三維立體顯像方向發(fā)展。這就是今日“彩超”的新面貌?！安食钡陌l(fā)展已進(jìn)入第四階段——全數(shù)字化多功能信息化時代。,,二、彩色血流顯像原理 1、彩色多普勒是使用一種運(yùn)動目標(biāo)顯示器—MTI（moving target indicator) ，檢測血細(xì)胞的動態(tài)信息，并根據(jù)血細(xì)胞的運(yùn)動方向、速度、分散情況，調(diào)配紅、藍(lán)、綠三基色，變化其顏色亮度，疊加在二維灰階圖像上的彩色血流圖。 MTI是彩色血流顯像核心技術(shù)之一. M

43、TI的濾波特性好壞與彩色顯像質(zhì)量直接相關(guān)。從接受到的回聲中，只分離出血流信號成分，而濾去非血流信息（心室壁，瓣膜）。當(dāng)用于TDI時，作用正相反。,,2、自相關(guān)技術(shù)也是彩超的重要技術(shù)之一。它用于分析血流信號相位差，并將兩個相鄰的回聲進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算。 多普勒信號屬于隨機(jī)信號。隨機(jī)信號不服從確定的規(guī)律，即便觀察條件相同，各次觀察結(jié)果也不一樣，根據(jù)過去已得知識不能準(zhǔn)確預(yù)測其未來。這種信號的特征只能

44、通過統(tǒng)計結(jié)果來描述。如對同一位置的采樣線上的某一相同采樣容積所獲得的多普勒信息，必須用一些統(tǒng)計量來描述它在不同時刻的特征的總的結(jié)果，即不同時刻信號取值的相互關(guān)系，這就是自相關(guān)函數(shù)。一般用均值，均方，方差和功率譜表示。 為了形成二維彩色血流圖，保證顯像質(zhì)量，每幀圖像應(yīng)有32條采樣線，每條采樣線有256個采樣點(diǎn)或64條采樣線，每條線上128個采樣點(diǎn)。 它不能用于定量分析最大血流速度。,,3、血流分散

45、分散是表示血流的紊亂情況（顯示紅細(xì)胞速度，方向的分散情況），當(dāng)血流為層流時，紅細(xì)胞以基本的恒定速度朝大致一樣的方向移動，當(dāng)血流處于亂流狀態(tài)時，紅細(xì)胞的移動速度，方向皆不相同，這就有必要顯示“分散”，它正好對應(yīng)于頻譜多普勒的頻帶寬度。頻帶窄=分散范圍小，頻帶寬=分散范圍大。 當(dāng)血流速度范圍超過儀器所規(guī)定的限度或血流方向紊亂不規(guī)則時，血流圖像中出現(xiàn)附加的綠色斑點(diǎn)，即表示湍流。 所以朝向探頭的湍流出現(xiàn)黃色，背離探頭的湍流產(chǎn)生湖藍(lán)色

46、。在明顯的血流紊亂時，可出現(xiàn)紅、藍(lán)、綠、黃、青、白等多彩斑點(diǎn)的血流圖像，稱為鑲嵌狀圖形。,,4、彩色顯示 經(jīng)過MTI濾波器后測出的紅細(xì)胞運(yùn)動的動態(tài)信息，有方向、速度、分散三個因素組成（1）彩色血流的特點(diǎn)是： 血流方向朝向探頭，顯示紅色； 血流方向背向探頭，顯示蘭色； 出現(xiàn)血流湍流時，以紅藍(lán)混合色表示 當(dāng)高速血流超過最大顯示頻率范圍時（尼奎斯特頻

47、率極限），將出現(xiàn)與PW頻譜同樣的折返現(xiàn)象。折返現(xiàn)象表現(xiàn)為幾種色彩的套疊。,,（2）二維彩色血流圖每幀采樣點(diǎn)可達(dá)到64×256或32×512個，采樣點(diǎn)多，能提高信噪比及敏感度，（3）彩色顯像的角度范圍一般從300-900選擇，角度大則成像速度降低，幀頻下降；檢查血流的深度與彩色顯像幀速度也有關(guān)，增加深度將減少幀數(shù)。 所以彩色血流顯像的幀速率與采樣點(diǎn)數(shù)，角度大小，探測深度是相互制約的。在實(shí)際臨床應(yīng)用時注意到這點(diǎn)是

48、必要的。 當(dāng)其相互間的矛盾解決得越好，這說明該彩超設(shè)備的技術(shù)水平越高，而彩色血流顯像必須要保證一定的幀速度率，最低可視幀頻不能少于10—12幀/秒。（4）在常規(guī)的PAL，NTSC制式的監(jiān)視器顯示中，必須和電視同步掃描，超聲顯示的幀數(shù)必須是50的約數(shù)，否則即為非同步掃描，將造成不穩(wěn)定。,,零電平位移：當(dāng)測量的血流速度很大，超出尼奎斯特頻率極限（Nyqusit frequency limit），多普勒頻率變化會出現(xiàn)大小和方向的偽差，

49、即頻率混淆，正向血流（或負(fù)向血流）會出折返現(xiàn)象——顏色反轉(zhuǎn)。這時可以將零電平線向下（或向上）移動，可把單一方向的最大血流測量速度擴(kuò)大兩倍，以避免高速血流的顏色混疊。 零電平位移 在彩色多普勒血流成像中，當(dāng)零電平向負(fù)向移動達(dá)7個色階時， 擴(kuò)大了正向血流顯示范圍。反之，零電平向正向移動，可使蘭色的反向血流

50、顯像擴(kuò)展至正的范圍內(nèi)。擴(kuò)大了負(fù)向血流的顯示范圍。,,5、彩色血流顯像的局限性：①正常的較高流速：PW的頻譜不出現(xiàn)頻率失真。而CDFI可出現(xiàn)彩色逆轉(zhuǎn)，易誤為血流紊亂。②CDFI顯示的是平均血流速度，而非最大流速。CDFI不能用于血流速度的定量分析。③采用零線位移方法，可使奎尼斯特頻率極限增大1倍，但只能觀察單一方向的血流。而不能同時觀察正、反兩種方向的 血流。④ 湍流顯示不確定性, 當(dāng)湍流存在時，定會出現(xiàn)綠點(diǎn)斑點(diǎn)，但

51、出現(xiàn)綠點(diǎn)斑點(diǎn)并不一定就是湍流的存在。,,彩色血流顯像的幾個基本概念 彩色多普勒血流圖(CDI) (彩色血流、彩色透視、彩色余輝、彩色捕捉) 彩色多普勒能量圖(CDE) 彩色多普勒方向性能量圖(DCA) 彩色多普勒組織成像圖（TDI),,濾波器的性能 血流顯像的質(zhì)量主要取決于MTI的特

52、性。 一般分為2~4級可調(diào)節(jié)選擇（圖3-2） 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來自胸腔等不必要的信號, 用以顯示高速血流，免受低速血流干擾。 低通濾波，截止起點(diǎn)頻率較低，用以顯示較低速血流。

53、 圖3-2 可變彩色濾波器 一個實(shí)際的彩色血流顯像系統(tǒng)都精心設(shè)置高性能的MTI濾波器。如果濾波器的性能不佳，就會顯現(xiàn)其它成分（如心壁、瓣膜等）信號，或出現(xiàn)整個圖像帶紅色或蘭色的偽象。,,彩色血流速度標(biāo)尺 用于標(biāo)識最大速度顯示范圍、高速標(biāo)尺適用高流速顯示，低速標(biāo)尺適用于低流速顯示。 紅藍(lán)兩色的最大亮度代表彩色血流的的尼奎斯特頻率極限。一般將紅、蘭兩色分為16

54、個色階或亮度等級調(diào)節(jié)速度標(biāo)尺?？烧{(diào)節(jié)顯示血流的流速范圍。 當(dāng)高速血流超過最大顯示頻率范圍時（Nyquist頻率范圍的層流）將出折返現(xiàn)象。在彩色血流顯像中，折返現(xiàn)象表現(xiàn)為幾種色彩混疊。 以紅、綠、藍(lán)三基色調(diào)配的不同色彩和輝度代表著血流不同方向、速度和性質(zhì)。并和二維灰階圖像疊加構(gòu)成了彩色血流圖像。,,彩色血流顯示方式速度—方差顯示（V~T） 顯示血流速度及方向，同時顯示湍流（變化

55、 程度）多用于心臟高速血流檢查：速度顯示（V） 顯示血流速度及方向，彩色（色調(diào)）表示方 向，顏色的飽和度表示平均速度范圍。用于

56、 腹部及低速血流檢查方差顯示（T） 顯示血流分散，彩色的飽和度顯示湍流的大 小，彩色（色調(diào)）表示血流存在紊亂。用 于高速湍流血流檢查。能量顯示（P） 用彩色的飽和

57、度顯示血流能量強(qiáng)度，多用于 中低速血流檢查。,,提高彩色顯示幀頻 確保高幀數(shù)的幾種方法是 縮短檢查部位距離： 超聲波發(fā)射出來并反射回去的時間也就縮短，從而能提高幀數(shù)。 縮小掃描角度：縮小掃描角度到30度， 效果相當(dāng)顯著。 通過角度變化可提高幀數(shù)。

58、 提高彩色運(yùn)算裝置的性能，采用多相位同步接收處理的新技術(shù)可以大大提高幀速率。,,6、小結(jié)：（1）彩色血流顯像的基本構(gòu)成及工作流程應(yīng)包括： 由探頭獲取多普勒信息，經(jīng)正交檢波器，低通濾波，A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換后形成的數(shù)字信號輸入到自相關(guān)器，計算出平均多普勒速度，血流分散和平均功率后而得到血流速度，方向和湍流的有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行彩色編碼，并作彩色處理。（2）在一定角度范圍內(nèi)形成若干條采樣線，每條線上設(shè)置若

59、干采樣點(diǎn)，形成二維的彩色血流圖后再與二維灰階圖像疊加，構(gòu)成一幅完整的彩色多普勒血流圖。,,（3）彩超儀器有多種專門顯示血流的彩色標(biāo)尺（Coler Bar 或Coler map），常用的有速度、方差、功率方式。（4）彩色血流顯像可表示血流的存在，血流速度和方向及血流性質(zhì)等，屬于間接轉(zhuǎn)換的二維顯示方式。（5）彩色多普勒能量圖（CDE），不受聲束與血流夾角的影響，不存在折返現(xiàn)象，它與血流中紅細(xì)胞的濃度（數(shù)量）有關(guān)，對于低速血流靈敏度

60、高，可更理想地顯示血流的空間分布。CDE不能表達(dá)血流的速度和方向。,,第三節(jié) 彩超和彩階一、彩色基礎(chǔ) 1、在圖像處理中應(yīng)用彩色是由于人的眼睛能分辨幾千種彩色色調(diào)和強(qiáng)度。而人眼對灰度 只有十幾到二十級的分辨能力。 2、我們從一個物體上察覺的顏色基本上決定于物體反射的性質(zhì)。 所有可見光都平衡反射時，則觀察物體呈白色，若觀察物體呈某種顏色，則該顏色的波長光波被反射。 3、各種彩色是不同波長的光混合的結(jié)果。紅色、綠色、蘭色

61、為三種基本顏色，即三基色?；B加后構(gòu)成二次色，如品紅色（紅加蘭），青色（綠 加蘭），和黃色（紅加綠）。彩色電視接收機(jī)就是彩色光相加性質(zhì)的一個例子。,,二、彩超—彩色多普勒血流顯像（CDFI）實(shí)時彩色顯示血流方向，血流速度，血流分散；在血流接近超聲波束時（“近”流）用紅色表示血流方向；在血流遠(yuǎn)離超聲束時（“遠(yuǎn)”流），用蘭色表示血流方向；多普勒頻移的大?。魉伲┯貌煌瑥?qiáng)度的顏色色調(diào)表示；多普勒頻移分散（湍流）用綠顏色與紅

62、、蘭混合色表示。當(dāng)血流速度增快，流量大，彩色多普勒成像的敏感度也提高。,,三、彩階—灰階到彩色變換 對二維灰階圖像進(jìn)行彩色編碼處理，用于彩色增強(qiáng)—即彩階（偽彩），可以提高圖像的分辨力，豐富影象層次，增加實(shí)感，提高B型超聲對病理組織變化的可視度。 所以“彩超”主要對血流，“偽彩”主要對灰階圖像，即把不同等級的灰度變換為某種顏色—灰階到彩色變換。兩者是不同的概念，應(yīng)用領(lǐng)域亦不同，所以彩超與偽彩完全不同。目前眾多彩色血流

63、顯像儀均帶有以灰階為基礎(chǔ)的“B”彩，其作用是增強(qiáng)顯示圖像的邊界分辨力。,,第四節(jié) 血流動力學(xué)基礎(chǔ)一、基本概念 1、穩(wěn)流：流體元素以恒定的速度和方向運(yùn)動時，這種流動稱為穩(wěn)定流——穩(wěn)流。在穩(wěn)流中，流體元素的速度被認(rèn)定為在時間 t通過的距離 s即：s/t。在人體血流中，靜脈血流和毛細(xì)血管內(nèi)的的血流可看成穩(wěn)定流動。2、當(dāng)流體元素內(nèi)任何一點(diǎn)的速度大小和方向均隨時間而變化時，這種流動稱為非穩(wěn)定流 動，在人體內(nèi)，動脈血流顯現(xiàn)脈動的性

64、質(zhì)，即非穩(wěn)定流動。,,3、流體阻力：在實(shí)際流體元素流動時都具有粘滯。由于粘性作用，必須在流體元素上施加一個力，以克服流體阻力。流體阻力可由泊肅葉定律推導(dǎo)出。在穩(wěn)流中流量Q與長度L上的壓差P2- P1的關(guān)系為： 8LnQ 8Ln △p = p2 - p1= ， R

65、= πr4 πr4 即單位時間的流量Q與管端壓差△P成正比，與流動阻力R成反比。 決定流體阻力大小的主要因素是血管的半徑r，流體阻力與半徑的四次方成反比。半徑的微小變化即可引起流體阻力的明顯改變。血管的收縮對于調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)的外周阻力和血流量，顯然具有重要的作用。,,

66、4、流量：所謂流量是指流體元素在一段時間里通過管腔橫截面的體積。 由于血管腔是圓形的，因此把血流系統(tǒng)流量Q看作是一圓柱體積，即：Q=A.L 式中A為管腔橫截面積，L為血柱的長度，即在給定的時間里血流通過的距離。因距離等于速度時間的乘積，即L=V.t，所以，流量Q=V.t.A。對于勻速運(yùn)動的流體來說，流量等于橫截面積A、流速V和時間t三者的乘積。如果流速隨時間變化，應(yīng)將瞬時速度Vi對時間t加以積分，對于非勻速流動的流

67、體，流量等于橫截面積A和流速積分的乘積。流量的單位為體積，常用 cm3 或 ml 表示。,,5、流率：流率系指單位時間里的流體體積。即 q = A·V 當(dāng)流體勻速流動時，流率等于管腔橫截面積與流速的乘積。在非勻速流動時，流速qI = A·VI 即流率等于橫截面積和瞬時流速的乘積。 流率的單位是流量/時間，常用m

68、l /s 或L/min表示。,,6、當(dāng)流體流動時，由于粘性作用，流體各處的速度出現(xiàn)差異。在圓筒形容器中，形成層流狀相互滑落。 層流狀滑落，各流層之間形成速度梯度，不同速度的流層之間相互制約，流體流動時產(chǎn)生內(nèi)磨擦力的這種性質(zhì)，稱為流體的粘滯性。,,7、層流：粘性血流在血管中形成穩(wěn)定的層流時，血細(xì)胞在血管中以相同的方向作規(guī)則的分層流動，但血管斷面上各點(diǎn)的血流速度分布是不相同的。其分布規(guī)律符合泊肅葉方程。 即：

69、 P2- P1 V = (R2 – r2 ) 4ηL式中：V為距離血管為軸心r處的層流速度 R為血管的半徑 P1- P2 為長度L兩端的壓差 η 為血液的粘滯系數(shù) L為血管中某一段長度

70、P2- P1血管中心軸線上，即r=0 處 V0 = R2 此處血流速度最大。 4ηL在血管壁r=R處，速度為零，血管腔橫斷面積上的平均流速為： P2- P1 V = R2