超声多普勒成像仪

null超 声 成 像 设 备超 声 成 像 设 备江苏大学附属医院超声医学科第四节 超声多普勒成像仪第四节 超声多普勒成像仪什么是多普勒效应(Doppler effect) 多普勒效应或多普勒频移是奥地利物理学家克里斯琴.约翰.多普勒于1842年首先提出的，用来描述在振动源与观察者作相对运动时出现振动频率变化的现象。在振动源与观察者作相向运动时声波密集；在背向运动时声波疏散。运动产生的这种声波频率变化是可以测量的。这种变化的数值被称为多普勒频移(Doppler shift)，这种观象称为多普勒效应(Doppler effect)。 简单的说:由于声源和接收器之间产生相对运动．使接收到的声波频率发生变化的现象称为多普勒效应null多普勒效应多普勒效应日常生活中的多普勒效应； 当一列火车呼啸着通过一个交叉路口时，其鸣笛的声音对其声源本身是一个恒定的音调,但是由于它与地面上的观察者进行着相对运动，观察者听起声音来就会有音调上的变化，火车驶向观察者时，观察音听到其音调就升高(频率增加)；反之，火车驶过观察者向远处去时，观察者听到其音调就会降低，这就是多普勒效应. null多 普 勒 效 应多 普 勒 效 应多普勒的形成 当用声波测量血流速度时,声波在运动的血液细胞上发生的背向散射回波频率与静止组织的反射回波频率存在一个频移Δf,称为多普勒频移. 多普勒超声在血管检查时，超声从静止的探头发射,由流动血流中的血细胞接收和反射，再返回静止的探头，在探头发射和接收的超声之间出现频移，频移大小与血细胞运动速度等多种因素有关. 脉冲超声波在人体中以恒定的速度c向血流运动，而血流又以某一速度v相对于超声波运动(相向或背向)，从而由探头接收回声信息，接收回波的频率与发射超声频率有一偏移、经信号处理可以检出多普勒频移。 多 普 勒 方 程多 普 勒 方 程 fR - f0 = fd =±2v cos θ f0 /c fR - f0 = fd =±2v cos θ f0 /c当作人体血流测量时,式中； fd 的数值由原始发射频率(f0)(已知)，血流流速(v)声波通过该介质的声速(c) 血流方向的夹角(θ)所决定。 fd (Δf )血流多普勒频移，单位为Hz v 血流速度，单位为m／s； c 超声波在组织中传播的速度 f0 发射超声波频率，单位为Hz fR 接收到超声波频率，单位为Hz cos θ为超声束与血流之间夹角的余弦函数 多 普 勒 方 程多 普 勒 方 程当作人体血流测量时,fd 和θ角可以通过仪器测定 所示血流速度v的大小和方向就可测得。 多普勒检测技术提供了人体特定部位的有关血流的速度和方向信息。多普勒角和回波的多普勒效应示意图多普勒角和回波的多普勒效应示意图怎样应用多普勒公式计算被检测物体的运动速度怎样应用多普勒公式计算被检测物体的运动速度多普勒效应的应用多普勒效应的应用 多普勒超声检查在医学诊断中有广泛的应用价值，它能够通过非侵入性检查评价不同血流状态的生理学特征。当与图像提供的解剖形态资料相结合时，能作出更为准确的临床诊断。多普勒超声检查开拓了重要的超声诊断领域。 多普勒效应的应用多普勒效应的应用超声多普勒诊断仪在医学上主要用来测量血流.采用多普勒超声检测可以得到人体许多脏器、器官和部位的血流信息。 判断血流方向，明确是正常或异常血流。 判断血流的性质是层流、射流、涡流或紊流。 测定血流的速度，包括峰速、平均速度、加速度和减速度。 通过柏努利公式，测定瞬时最高压力阶差和平均压力阶差。 通过测得的压力阶差值，评估血流近心端和远心端之间是否存在狭窄及其狭窄程度 估计血流量等连续多普勒超声诊断仪连续多普勒超声诊断仪连续波多普勒(continuous wave Doppler，CW) 是连续地发射和接收超声的一种多普勒系统. 连续波多普勒通常采用两个超声波换能器获得有关血流资料。在—个换能器发射恒定不变的超声波时，另一个换能器接收其反射波(血流的背向散射信号)。超声的发射和接收采用不同的晶片. 连续多普勒超声诊断仪原理框图连续多普勒超声诊断仪原理框图连续多普勒超声诊断仪连续多普勒超声诊断仪超声的产生、发射和反射　　振荡器产生并输出频率为f　的振荡信号，送入声发射驱动单元，经过放大后探头中的压电换能器向外辐射出频率为f的连续超声。如果发射波指向的目标与换能器相对静止，回波信号频率不变，如有相对运动，回波信号应为输出频率和多普勒频移之和。 解调　指从回波信号中取出多普勒频移信号的过程　 信号的处理和显示　　通过音频放大器放大送入扬声器，提供声音诊断信息,通常音调的高低反映音频信号的频率,声音的响度反应频移振幅的大小,高速血流产生高调尖锐的声音,低速血流产生低调沉闷的声音. 频谱什么是血流的多普勒频谱分析什么是血流的多普勒频谱分析多普勒血流信号频谱分析和显示多普勒血流信号频谱分析和显示 频谱分析的目的是产生一种显示，它的两个正交轴分别代表时间(水平轴)和频率(垂直轴)，而相应的信号幅度则用密度或亮度表示。频谱分析可取得更为准确的数据。 (一)频谱分析基础 基本概念；多普勒频移资料可表示为血流速度对时间的图形显示。因为所有的红细胞运动速度都不尽相同，在同一时刻，它们所产生多种频移信息。这些频移返回到换能器而成为复杂波，包括所有红细胞在超声束内向各处运动的各种速度。同时，具有相同流速的红细胞的数量也不—样，所产生的振幅信号强度也不尽一致。另外，由于血流脉动的影响，信号频率和振幅将随时间而变化。所以，血流信息是空间和时间的函数。把形成复杂振动的各个简谐振动的频率和振幅分离出来，列成频谱，称为频谱分析 多普勒血流信号频谱分析和显示多普勒血流信号频谱分析和显示 （二）．快速傅立叶变换：1809年，法国数学家让·巴苔蒂斯持·傅里叶首先证明，任何一个复杂的波形均可分解为一系列基本和简单的正弦曲线，即傅里叶函数Ｆ(t)。这种分解所得的结果构成信号的频谱分析，它是利用数学方法对多普勒信号的频率、振幅及其随时间而变化的过程讲行实时分析的一种技术。 　　快速傅里叶变换(fast　fourier transform，FFT)是通过微机来执行的。对复杂信号通过FFT，就能鉴别信导中各种各样频率移动和这些频移信号的有关流向，区分复杂的混合信号分解为单个的频率元素。多普勒设备均能自动地实现频谱分析，筛选和定量处理与红细胞流速相关的频率资料。 快速傅立叶变换快速傅立叶变换多普勒血流信号频谱分析和显示多普勒血流信号频谱分析和显示 （三）频谱显示方式 频谱显示有多种方式，最常采用的显示方式有如下两种。 1．速度／频移一时间显示谱图：这种显示方式是基本常用的谱图。谱图上“横轴”代表时间，即血流持续时间，单位为“s”；“纵轴”代表速度(频移)大小，单位为cm／s。“中间水平线”〔横轴线)代表零频移线(基线)，在基线上面为正向频移，血流朝向探头。在基线下面则为反向频移，血流背离探头。”频谱灰阶”即信号强度，表示某时刻采样容积内血流速度相同的血细胞数目多少。 多普勒血流信号频谱分析和显示多普勒血流信号频谱分析和显示多普勒血流信号频谱分析和显示多普勒血流信号频谱分析和显示 2．功率谱图显示：在频谱图中，横坐标代表频率(速度)，纵座标代表振幅(血细胞数目)。由于频率与振幅的乘积即频谱曲线下的面积，它等于信号的功率，这种谱图也称为功率谱图，在心脏和血管的多普勒检测中，功率谱可看作是采样容积或声束内的红细胞流速与红细胞数量之间的关系曲线，null多普勒频谱判断血流的性质null多普勒频谱分析获得的血流多普勒频谱分析获得的信息多普勒频谱分析获得的信息血流的速度 血流的方向 血流的时相 血流的性质思考思考多普勒技术的用途 确定血流的方向, 判断血流的性质(层流,湍流), 测量血流速度连续多普勒超声诊断仪连续多普勒超声诊断仪 由于它是连续发射和接收超声，沿超声束出现的血流信号(动脉血流或静脉血流)和组织运动多普勒频移均被接收、分析和显示出来，来自不同深度出现的血流频移，都被叠加起来。 优点灵敏度高、速度分辨力强、能测量很高的血流速度，且不受深度限制， 缺点是所有运动目标所产生的多普勒信号混叠在一起，无法辨识信息产生的确切部位，不能提供距离信息。脉冲多普勒诊断仪脉冲多普勒诊断仪 2．脉冲波多普勒(Pulsed wave Doppler，PW)：脉冲波多普勒采用单个换能器以很短的脉冲期发射超声波，即超声发射以脉冲方式间歇进行,发射和接收信号由换能器中的同一个晶阵单元完成.脉冲多普勒诊断仪脉冲多普勒诊断仪距离选通 脉冲波多普勒通过选择性的时间延迟，对目标点进行定位，换能器传送断续超声波，一定的时间过去后脉冲波传到采样容积位置，再返回到换能器，所以脉冲间隔通常为传送时间的2倍。调节发射脉冲和采样门之间的延迟时间，即发射脉冲重复频率(pulsed repetition frequency,PRF) 以决定要检测的血管深度。以上分析可知，脉冲波多普勒具有距离选通的能力。 脉冲多普勒诊断仪结构框图脉冲多普勒诊断仪结构框图由主控制单元、发射单元、探头单元、及接收处理单元中的多普勒信号处理通道和B（M）型辉度调制处理通道组成。脉冲多普勒技术特性脉冲多普勒技术特性nullnull思考思考题什么是多普勒效应 多普勒方程 多普勒效应的用途 脉冲多普勒的技术特性 彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒血流成像 是使用一种运动目标显示器，测算出血流中血细胞的动态信息，并根据红细胞的移动方向、速度、分散情况，调配红、蓝、绿三基色，变化其亮度叠加在二维扫描图像上，达到血流的彩色显像。 彩色多普勒技术的种类 彩色多普勒血流成像（CDFI） 能量多普勒，彩色多普勒能量图（CDE） 彩色多普勒速度能量图（CCD） 彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒血流成像技术特点 能以彩色信号的颜色表示血流方向 以彩色信号的色调表示血流速度的快慢 以彩色信号的显示标志血管的属性，动脉血流信号为有规律的闪动，静脉血流一般为持续的显示。 彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒血流成像技术在检测血流方面的用途 显示二维超声成像未能显示的血管 鉴别二维超声显示的管道是否为血管 识别有血流成像的血管是动脉还是静脉 显示血流的起源、时相、走向 反映血流的性质 表示血流速度的快慢 指引频谱多普勒的取样位置彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪血流运动状态的彩色显示方法 通过数字电路和计算机处理,将血流的某种信息参数处理成任何一种色彩模拟量 红、绿、蓝三原色 朝向探头运动的血流用红色，背离探头的血流用蓝色，湍流用绿色 速度与彩色亮度成正比彩色多普勒超声诊断仪彩色多普勒超声诊断仪nullnull湍动血流显示为绿色，反向湍流接近青色，湍动血流显示为绿色，反向湍流接近青色，正向湍流接近黄色正向湍流接近黄色彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图（color doppler energy，CDE），又称能量多普勒超声，cDE成像的原理与常规的彩色多普勒血流成像(CDFI)有所不同，后者提取和显示两种多普勒参数：乎均血流速度和加速度，即能反映血流速度、方向和速度变化(加速度)，但这些信号的显示受探测角度的影响较大，测定低速血流的能力亦受到一定的限制，而cDE则提取和显示返回多普勒信号的第三种参数：能量，即信号强度。它是利用血流中红细胞的密度、散射强度或能量分布，亦即单位面积下红细胞通过的数量以及信号振幅大小进行成像。故cDE所显示的参数不是速度而是血流中与散射体相对应的能量信号。所得到的图像即能量图。 null显示的信号不受探测角度影响 能显示低流速，低流量的血流信号等优点 不能显示血流的方向、速度快慢及性质。超声医学图像存储和通信系统超声医学图像存储和通信系统图像存储和通信系统（PACS），是近年来随着数字成像、计算机技术及网络技术的进步而迅速发展起来的，旨在全面实现医学图像的获取、显示、存储、传送一体化的数字化管理系统。 该系统主要由图像收集、存贮、显示以及传输网络组成。超声医学图像存储和通信系统超声医学图像存储和通信系统DICOM 的概念 作用 医学数字图像通信（digital imaging and communication in mendicine,DICOM）,是一种规定医学数字图像和相关信息格式及信息交换方法的标准,用来规范不同厂商的影像设备与PACS设备的互联和通信.该标准的产生为不同厂家影像设备的互联和多源数字影像的通信问题扫清了障碍.使符合该标准的医学影像信息能在标准的网络上进行传输.DICOM3.0在图像传输中的作用DICOM3.0在图像传输中的作用 形成统一的影像管理规范,具有更快,更可靠,的图像存储与回放功能,传输的图像保留原始分辨率,利于医学图像的统一存储,归档与检索查询. 减少患者的检查时间,增加医院服务患者的项目 数字化的图像传输,可以通过广域网开展远程医疗 各种影像资料可由DICOM传送到PACS系统进行集中处理和分析比较,为医生提供快捷,方便的条件,对提高诊断水平与挽救危重急诊病人争取了宝贵时间.null