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彩色多普勒基本知识 宝鸡市中心医院功能科顿国亮 一多普勒效应 Dopplereffect 当振源 声源 与接收器之间出现相对运动时 接收到的振动 声波 频率与振源 声源 的发射频率有一定的差异 这种现象称为多普勒效应 这个频率的变化称为频移 fd 它是奥地利学者JC Doppler于1842年发现的 故名 在弹性介质相对静止的情况下 当声源以一定速度接近接受体时 接受体单位时间内接收到的周波数就多于声源发出的周波数 即探测到的频率增高 当声源以一定速度远离接受体时 接受体单位时间内接收到的周波数就少于声源发出的周波数 即探测的频率减低 具体到超声检查过程中 若探头朝向探头运动时 回声频率高于发射频率 称为正频移 若界面背离探头运动时 回声频率低于发射频率 称为负频移 经过数学推导 fd f1 f0 V C f0V为界面运动速度 f0为探头发射频率 f1为接收频率 C为声速 若接收器的运动方向与声束成 角度 此时发生多普勒效应的运动速度不是V而是V在超声传播速度上的投影V Cos 医用超声中 探头发射的超声波往返一次 故产生两次多普勒效应 即fd 2VCos C f0上式即是超声诊断中广泛使用的多普勒方程 由上式fd 2VCos C f0可知 1 多普勒效应发生的基本条件是声源和接收器发生相对运动 2 频移fd的大小与发射超声频率f0 相对运动速度V成正比 3 fd的大小与 角密切相关 在C V f0一定的条件下 fd的大小取决于Cos 当 0 Cos 1时 fd最大 当 90 Cos 0时 fd 0 故使用多普勒仪器时 要注意探头位置 控制声束与血流方向的夹角尽可能小 一般小于60 4 由上式可推导出 V fd C 2f0 Cos 此取为利用多普勒效应求人体心血管内血流速度等信息的基本原理 二超声多普勒的输出方式 显示方式 一般有三种方式 音频输出频谱显示彩色血流显示 1 音频输出 探头以检测到的血流频移值多在1 2MHz之间 该频率正好在人耳可听范围之内 因此把这些信号变为音频信号 根据音调 响度等能初步判断血流的速度和性质 湍流粗糙刺耳 层流平滑有乐感 2 频谱显示 速度 频移 时间显示谱图 在屏幕上 将超声频移大小在基线上 下显示为波幅高低不平的曲线 谱图上横轴代表时间 即持续时间 纵轴代表速度 频移 大小 以频移为零为基线 上方为正值 下方为负值 分析频谱可以得到以下信息 1 频移时间 以横坐标的数值表示 代表血流出现和持续的时间 2 频移大小 以纵坐标表示 代表血流速度的大小 3 频移方向 以频谱中间的零位基线区分 基线以上的频移信号为正值 表示血流朝向探 基线以下的频移值为负值 表示血流方向背离探头 4 频率范围 频带宽度 以频谱在纵坐标上的宽度表示 代表某一瞬间取样区中血细胞速度的分布范围 层流速度范围小 频谱呈 空窗 湍流速度范围大 频谱 空窗 消失 呈充填性 5 频谱灰度 表示某一瞬间取样区内速度相同的血细胞数目的多少 负向层流频谱 负向层流频谱 正向湍流频谱 负向湍流频谱 3 彩色血流显示CDFI ColorDopplerFlowImaging 把血流的多普勒信号加以量化 进行彩色编码 实时地重叠显示在二维黑白图像上 这种彩色为伪彩色 与组织的实质颜色无关 其工作原理是脉冲式多普勒 能提供以下血流信息 1 血流方向 血流的多普勒信号以正红负蓝 亦或相反 的彩色编码来显示 即朝向探头的正向血流以红色表示 而背离探头的负向血流以蓝色表示 2 血流速度 红细胞散射频移的大小反映血流速度的快慢 以色调的高低即色彩的亮度来表示 流速越快 色彩越亮 反之 色彩愈淡 3 血流性质 层流颜色色调纯净 湍流 涡流呈五彩镶嵌状 红色朝向探头 色调纯静 为层流 红色朝向探头 色调纯静 为层流 蓝色背离探头 色调纯静 为层流 负向五彩镶嵌血流信号 为湍流 正向五彩镶嵌血流信号 为湍流 三频谱多普勒的分类 依工作原理不同 可分为两类即 脉冲式多普勒PW PulseWaveDoppler 连续式多普勒CW ContinuousWaveDoppler 一 PW 一组晶片 发射兼接收 以一定的频率间隔发射短脉冲超声波 每秒钟发射的短脉冲的个数称脉冲重复频率 PRF 通常为数千Hz 不是接收所有回声信号 而是用电子开关控制其接收回声的时间T和每次接收的持续时间t 即实现了距离选通 可定点采样 取样容积 SampleVolume SV 取样线上一个泪珠状的小体 根据PW原理 前一个脉冲波发射后 必须接收到在选定距离上的回声信号后 才能发射下一次超声脉冲 否则将引起识别上的混乱 所以每次发射的时间间隔必须足够长 即脉冲重复频率 PRF 必须足够低 这就限制了采样的最大深度Dmax PRF越高 Dmax就愈小 反之 Dmax就愈大 因此 PW所能接收的最大频移值必须小于1 2PRF 1 2PRF称为尼奎斯特频率极限 Nyquistfrequencylimit 若多普勒频移超过这一极限 脉冲多普勒所测量的频率就会出现大小和方向的伪差 即频率失真 或称为频谱混叠 总之 PW的优点 定点准确彩样 不足 不能测量高速血流 提高脉冲多普勒检测血流速度的方法 1 选择超声频率较低的探头 2 增加脉冲重复频率 PRF 3 减小取样深度 4 移动零位线 二 CW 两组晶片 一组连续发射超声 一组连续接收超声 发射频率和接收频率之差即为频移 连续发射和接收 没有时间间隔 其脉冲重重频率等于探头的频率 故可测量人体各部位的高速血流 但是其接收到的是整个声束内所包含的所有血流信号的总和 如一束超声透射部分存在2个或2个以上的运动目标 这两个运动目标所产生的多普勒信号会混在一起 无法分辨 即没有距离选通能力 总之 CW的优点 可测量高速血流 不足 没有距离选通能力 在实际工作中 应将PW与CW相结合 合理应用 1 收缩期峰值流速 Vs 舒张期末流速 Vd 2 平均流速 Vm 3 阻力指数4 搏动指数5 收缩 舒张比值 四频谱多普勒信号的测量参数 四 彩色多普勒仪器的一般调节 要用好彩超 充分发挥现有设备的功能 就必须对自己的彩超设备有一个深入透彻的了解 对其性能要有熟练的掌握 建议使用新的仪器前要详细阅读使用说明书 调节仪器的主要目的是 避免伪像 使图像更清晰 便于鉴别诊断 4 1二维图像的调节 增益 Gain 探头频率 Frequency 动态范围 DynamicControl 聚焦 Focus 增益 Gain 包括总增益 Gain 和分段增益 也称时间补偿增益TCG或距离补偿增益DCG 其作用是调节超声诊断仪对接收信号的放大倍数 决定接收到的回声信号用什么亮度显示 加大增益 可使回声放大倍数提高 图像亮度增加 但增益过大 图像则出现噪音 分辨力下降 增益过小 又可使某些有效的信号显示不清或丢失 增益偏低 增益适当 增益过低 增益过高 增益适当 增益过低 增益过高 二维增益 探头频率 Frequency 现在彩超探头多为宽频可调探头 使用时应根据需要调节探头频率 频率越高 分辨率越高 但穿透率减低 反之亦然 随着探头频率的降低 穿透力增加 但光点增粗 分辨力下降 箭头所示 动态范围 DynamicControl 是指接收不失真回声信号的最大信号电压与最小信号电压之比 单位是分贝 dB 分贝是个对数单位 采用它可以把相当大的电压比值用相当小的数值来描述信号比值 保持较大的信号动态范围而不失真 图像信息量则丰富 反差则小 若信号动态范围较小 图像信息量相对减少 反差增大 适当 过小 过大 动态范围 聚焦 Focus 通过聚焦可使聚焦区超声束变细 减少远场声束扩散 改善图像的横向和 或 侧向分辨力 可调节聚焦的位置 FocusPosition 及聚焦点的数目 FocusNumber 一般使聚焦点置于感兴趣区 聚焦点的数目越多聚焦效果越好 但时间分辨率 帧频 降低 从一点到多点聚焦 一点聚焦 适当 过深 两点聚焦 适当 过深 三点聚焦 适当 过深 两点聚焦 四点聚焦 四点聚焦比两点聚焦图像更细腻 但时间分辨力降低 4 2彩色多普勒的调节 彩色增益 Gain 滤波器 Filter 彩色翻转 Invert 速度标尺 Scale 零位基线 Baseline 彩色取样框 彩色增益 Gain 增益越大 彩色灵敏度越高 但同时噪音信号也增多 应调节至刚刚没有出现彩色干扰时为宜 彩色增益适当时 应无血流外溢 无血流信号丢失 无噪音干扰 彩色增益过大时 出现溢出至血管外 并有噪音干扰 彩色增益过小时 出现不同程度的有效血流信号丢失 滤波器 Filter 滤波器的作用是针对不同的彩色显示需要 滤去不必显示的成分 而保留应该显示的血流信号 高通滤波可截止起点高的频率 将低速血流频率滤去或除去外来等不必要的信号用以显示高速血流 免受低速血流干扰 低通滤波 截止起点频率较低 用以显示低速血流 滤波越大 则使有效低速血流血流信号被滤掉 适当 过大 彩色翻转 Invert 预置血流方向与红 蓝色显示的相关联系 统一标准为 朝向探头显示为红色 背离探头为蓝色 在判断血流方向时此点尤为重要 速度标尺 Scale 有的仪器标识为PRF 脉冲重复频率 即彩色血流可显示的血流速度范围 而不出现彩色倒错 须与被检测的血流速度相匹配 一般对腹部及四肢外周血管选用相对低速度标尺 对心脏采用高速标尺 血管检查时 Scale过低时 出现彩色倒错 过高时 血管血流充盈不良 Scael适当时 显示乳腺包块内血流清晰 无干扰 Scael过低时 出现噪音干扰 Scael过高时 包块内有效血流显示减少 甚至消失 零位基线 Baseline 移动零位基线 目的是增大彩色标尺的显示范围 并克服折返现象 零位线向蓝色标尺方向调节 结果是显示红色增多 反之蓝色增多 基线上移蓝色显示范围增大 基线下移红色显示范围增大 基线居中 红 蓝色显示范围相等 彩色取样框 用以确定感兴趣区的位置 Position 大小 Size 取样框大小的调节以能包括感兴趣的血流为准 取样框过大则帧频降低 不仅可以调节大小 而且可以调节方向 一般取样框的角度范围可以在30度 90度之间 显示角度越大 则帧频越低 取样框方向应尽量与血流方向平行 取样框过大 取样框过小 取样框适当大小 取样框方向应尽量与血流方向平行 否则 有效血流信号可能丢失 适当 综上 如何消除彩色信号的闪烁伪像 选用适当的滤波条件和速度标尺 缩小取样框 要求受试者屏住呼吸 提高彩色血流显示的敏感度 一定范围内增加彩色增益 增加彩色血流的扫描线密度 调节滤波及速度范围 调节脉冲重复频率 PRF 而不应该增加超声输出功率 4 3频谱多勒的调节 频谱增益 Gain 滤波 Filter 速度标尺 Scale 取样容积 SV 超声的入射角度 角 频谱翻转 Invert 零位基线 Baseline 频谱增益 Gain 增益越大 频谱灵敏度越高 但同时噪音信号也增多 反之 增益越小 频谱灵敏度越低 则有效信号减少 增益大小应调节至刚刚没有出现噪音干扰时为宜 滤波 Filter 与彩色多普勒相似 高通滤波可截止起点高的频率 将低速血流频普滤去用以显示高速血流频谱 低通滤波 截止起点频率较低 用以显示低速血流 滤波过高则有效的低速血流频谱可能被滤掉 反之 过低 则噪音增加 滤波过大 滤波适当 滤波递减 速度标尺 Scale 有的仪器标识为PRF 须与被检测的血流速度相匹配 高速标尺适用于高速血流检查 低速标尺适用于低速血流检查 用低速标尺检查高速血流信号受到低频运动的干扰 用高速标尺查低速血流 可使低速血流不被显示 故如测量高速血流 则速度标尺应相应增大 反之则速度标尺应相应减低 Scale过低 Scale过高 Scale适宜 取样容积 SV 有的仪器称之为选通门 Gate 类似彩色取样框 取样容积的大小应小于被检的血管 不能超过血管的内径 在心脏检查时SV也宜选用适当的大小 过大则不能精确地检测瓣口的血流 SV过大 SV适宜 SV过大 SV适宜 超声的入射角度 角 一般心脏检查 角不能大于20 腹部 四肢等的外周血管检查 角不能大于60 必须校正到小于或等于60 适当 不当 角度过大 角 55 频谱翻转 Invert 预置血流方向与频谱正负方向的相关联系 标准为 朝向探头显示为正向 背离探头为负向 Invert 零位基线 Baseline 移动零位基线的位置 以增大速度标尺的测量范围 并克服折返现象 零位线向下调节 正向血流频谱测量范围增大 反之向上调节负向血流频谱测量范围增大 基线位置过高 发生频谱折返现象 无法测量 基线下移后 频谱显示正常 小结 应重视仪器调节是否恰当对图像质量的影响 仪器调节的理论基础是超声的物理学知识 因此熟练掌握超声的物理学基础知识对调节仪器至关重要 仪器调节是一项综合性工作 上述各个调节参数是相互联系 相互影响的 只有将各个参数均调到最佳且相互协调 才能达到优化图像的目的 单独调节某一项参数 并不能达到最佳效果 相同的参数对不同的病人或相同病人的不同器官并不能起到相同的效果 因此 调节仪器参数也是一个动态过程 在检查过程中应根据实际情况随时进行调节 宝鸡市中心医院功能科简介 我科始建于1983年 经过30多年的成长 科室已由当初每天接诊十余名患者发展到每天接诊900余名患者 每年共检查15万余人次 业务能力增长了60多倍 诊断技术在省内及周边地区有良好的口碑 科室拥有高精尖的彩超诊断系统及过硬的专业技术队伍 目前已由单纯的检查诊断发展为诊断 治疗 教学为一体的综合性科室 承担着宝鸡地区超声人才的培养及大专院校医学影像专业的教学任务 并担负着宝鸡地区基层医疗机构的超声技术培训任务 我科室现有专业技术人员21人 拥有17台进口中 高端彩超设备 被定为我院的重点学科 科室的业务特色 一 腔内超声腔内超声探头频率高 7 12MHZ 其分辨力比常规经腹检查 频率3 5MHZ 高出数倍 病变显示更清晰 特别是微小病变 另外检查不须特殊准备 对常规经腹检查病变显示欠佳及憋尿困难的患者提供了便利 近年来 在医院的大力支持下 科室在注重保持传统优势项目的前提下 不断创新 新开展了一系列的新技术项目 部分项目填补了我市乃至我省的空白 二 介入性超声 一 介入性超声诊断超声引导下组织学活检 USGAB 各种肿块的组织学活检 如 肝 肾 胰腺 乳腺 甲状腺 肺 四肢等各部位的肿块 肝 肾弥漫性病变的取材病理检查 经直肠超声引导下前列腺穿刺取材活检 经阴道盆腔肿块穿刺活检 超声引导下针吸细胞学检查如乳腺 甲状腺等病变的针吸细胞学检查 我科自2002年9月开始开展超声介入工作 如今每年完成各种介入手术2000余例 二 介入性超声治疗 各种囊肿的硬化治疗 如肝囊肿 肾囊肿 卵巢囊肿 甲状腺囊肿 淋巴囊肿 胸腹水及心包积液的穿刺 抽吸 灌洗 置管引流 超声引导下经皮肝穿刺胆管置管引流 UPTCD 超声引导下经皮经肝穿刺门静脉置管 肝癌的酒精治疗 全身各部位脓肿的穿刺抽液 灌洗 置管治疗 经阴道盆腔囊性包块硬化治疗及实性肿块的酒精治疗 超声引导下的肾造瘘 三 超声造影 该项