超聲多普勒診斷儀的質量控制方法應用研究

張昌戎　周峰

[摘 要] 超聲多普勒診斷儀以其無創、高效的特點成為醫院設備配置中重要的一項。在設備投入使用后，使設備性能處于最優化狀態，是設備質量控制的核心。傳統的B超已有檢定規程，國家應該盡快推出彩色超聲多普勒診斷儀的檢定規程。并且按照每年檢測一次的頻率對彩超進行質量控制。本研究通過對彩色超聲多普勒的工作原理進行回顧，研究了彩色超聲多普勒進行質控控制的參數選擇、具體檢測方法。

[關鍵詞] 超聲多普勒；質量控制；參數

中圖分類號：R445 文獻標識碼：B 文章編號：2095-5200（2014）03-083-03

引言

超聲診斷儀（后簡稱超聲）以其無創、高效的特點在醫院臨床診斷中得到了廣泛應用，其適用于人體心臟、腹腔臟器、甲狀腺等小器官、前列腺、子宮、卵巢等多個部位的生理病理檢查，并且與CT、MRI、X線機相比具有很高的收益率，是醫院設備配置中重要一項。在設備投入使用后，應使設備性能處于最優化狀態，關注設備臨床應用的最優化才是設備質量控制的核心。國內外對于超聲設備質量控制的方法和思路進行了探討[1-3]，提出應通過一系列的規范檢測，早期發現細微質量問題，及時處理，降低因質量問題影響醫療服務的概率。我國目前國家強制檢定的醫學計量器具目錄中，暫沒有彩色超聲多普勒的檢定規程。本文通過對彩色超聲多普勒的工作原理的研究，提出對于彩色超聲多普勒進行質控控制的參數選擇、儀器設計等方法。

1 超聲診斷儀的工作原理

彩色超聲多普勒的測量是基于超聲多普勒原理。其原理是當探頭對運動物體發射超聲波時，運動物體使反射的超聲波發生頻率偏移（如圖1），頻率偏移的大小為：

根據多普勒原理，當反射的超聲波遇到運動的血流后，由血球產生的反射信號會引起多普勒頻移。對回波信號進行分析處理后就能得到血流的速度、方向等信息。

超聲圖像的紅色和藍色可以理解為根據多普勒效應，物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 （藍移blue shift）；在運動的波源后面時，會產生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低 （紅移red shift）；波源的速度越高，所產生的效應越大。根據波紅（藍）移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。

彩色多普勒超聲一般是用自相關技術進行多普勒信號處理，把自相關技術獲得的血流信號經彩色編碼后實時地疊加在二維圖像上，即形成彩色多普勒超聲血流圖像。

2 彩色超聲診斷儀的質控主要參數選擇和檢測方法

超聲根據其應用類別分類較多，衡量其技術性能的技術指標也很多，如超聲的頻譜特性、幾何分辨率、對比度、探測深度、多普勒與彩色等技術指標，這些指標對于衡量超聲診斷質量極為重要。

JJG639-1998《醫用超聲診斷儀超聲源檢定規程》中對于B超的輸出聲功率、患者漏電流、探測深度、盲區、側向分辨力、軸向分辨力、幾何位置誤差及囊性病灶橫徑誤差等參數做了詳細的規定，本文不再重復。張冠石[4]對美國醫院超聲成像系統質控標準操作流程進行了總結，羅列了常用及非常用檢測指標，但其質控檢測的核心檢測參數主要有幾何分辨率、偽像等參數，對于彩色超聲多普勒的血流速度、及血流方向等參數尚未涉及。筆者認為超聲多普勒設備彩色血流部分的主要參數檢測應包括彩色血流靈敏度、血流探測深度、最大血流速度、血流速度示值誤差、血流方向識別能力等內容。彩色血流靈敏度是指儀器顯示血流顯像的能力。如果靈敏度低，那么小的分流及返流就顯示不出來，以超聲心臟檢查為例，其會對小的心內分流及輕度的瓣膜關閉不全產生誤診。血流探測深度是在多普勒體模的仿組織材料中，超過該深度即不再能檢出多普勒血流信號處的最大深度。

3 超聲多普勒診斷儀質量檢測儀器開發

針對超聲圖像質量檢測國內進行研究[5-7]，對于B超的體模（質量檢測設備）已經做了詳細的規定[8]，本文不再重復。超聲多普勒診斷儀的質量檢測，檢測設備尚需開發。基于超聲多普勒的原理，假定多普勒體模和仿血流組織與人體組織有很好的相關性，能夠設計出以下模型。

基于超聲多普勒仿血流體模的原理進行的質量檢測，如下圖2所示。

根據圖1和公式1所示的多普勒原理，在已知頻移、超聲發射頻率及夾角θ的情況下，可計算得出血流速度。

多普勒體模（以后簡稱體模）由超聲仿組織（TM）材料組成，聲速為（1540±10）m/s（23℃），衰減為（0.5±0.05）dB/（cmMHz） （23℃），其與聲窗的夾角有0°和30°兩種。恒流泵驅動儲血罐中的血流流動至緩沖器。流量范圍為（0.014-1140）mL/min。轉子流量計共有2個，用來測量血液流速，量程范圍分別為（1-10）L/h和（6-60）L/h。 仿血流儲罐容量為1000mL，緩沖器容量為500mL。

3.1 彩色血流靈敏度

檢測方法為按照圖2連接測量系統，調節恒流泵功率，使仿血流速較高，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，保持血流圖像清晰可見。將多普勒測量系統中仿血流速度從零逐漸增大至被檢測儀器顯示出彩色血流圖，讀取此時的血流速度即為被檢儀器的彩色血流靈敏度。

3.2 血流探測深度

檢測方法為按照圖2連接測量系統，調節恒流泵功率，使仿血流速較高，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，保持血流圖像清晰可見。沿體模表面平移探頭，使其與仿血管的距離由小變大，當頻譜圖形不斷減弱至消失時，停止移動。用電子游標沿其軸線方向測量聲窗表面至仿血管上表面的距離及為血流探測深度。

3.3 最大血流速度

檢測方法為按照圖2連接測量系統，調節恒流泵功率，使仿血流速較高，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，保持血流圖像清晰可見。逐漸增加仿血流速度，調節被檢設備的幀頻、取樣容積和位置等，使之測量血流速達到最大，讀取檢測系統此時的血流速度，即為被檢設備的配套探頭所能檢測到的最大血流速度。endprint

3.4 血流速度示值誤差

檢測方法為按照圖2連接測量系統，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，并調節檢測系統的仿血流速速，使得被檢設備彩色成像最佳。分別讀取多普勒測量系統和被檢色斑測量的血流速度，按公式（2）計算相對誤差，即為被檢設備配套探頭時的血流速度顯示誤差。

3.5 血流方向識別能力

按照圖2連接測量系統，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，形成均勻聲像圖。多普勒顯示模式，應無方向顛倒和旁路現象。彩色血流成像模式，當血流朝向探頭時，其應顯示紅色；當血流背離探頭時，其應顯示為藍色。即被檢設備識別血流方向。

4 小結

本文回顧超聲多普勒診斷儀的工作原理，研究其設備的結構和組成，并對檢測方法進行了具體探討。可以看出，超聲多普勒診斷儀在臨床應用頻度很高，重要性也高。在傳統的B超已有檢定規程后，國家應該盡快推出彩色超聲多普勒診斷儀的檢定規程。并且按照每年檢測一次的頻率對彩超進行質量控制，此外如果超聲診斷儀是新安裝或是維修后也需要進行質量檢測。

參 考 文 獻

[1] 盧征峰.超聲波影像設備質量控制檢測方法[J].中國醫療設備，2011，26（7）：21-26.

[2] 劉倚河.強化質控控制管理，提高超聲影像水平[J].實用醫技雜志，2010，17（12）：1190-1191.

[3] 王艷麗，金寶榮.影響超聲圖像質量的變量因素及控制對策[J].數理醫藥學雜志，2007，20（1）：85-86.

[4] 張冠石.美國醫院超聲成像系統質控標準操作流程[J].中國醫療設備，2013，28（3）：26-28.

[5] 李健.便攜式數字化超聲波檢測儀器的研究[D].西安科技大學，2005.

[6] 王丹，史瑞琴，周志國，等.超聲圖像偽像形成原因和識別的分析[J].醫療衛生裝備，2010，31（12）：8-9.

[7] 王龍，李德玉，趙樹魁，等.超聲醫學遠程診斷及質量控制系統的設計[J].航天醫學與醫學工程，2002，15（5）：369-373.

[8] 朱鳳岐，朱承剛，程洋，等.在用B超儀器質量檢測應與時俱進[J].中國計量，2013，（08）：100-101.endprint

3.4 血流速度示值誤差

檢測方法為按照圖2連接測量系統，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，并調節檢測系統的仿血流速速，使得被檢設備彩色成像最佳。分別讀取多普勒測量系統和被檢色斑測量的血流速度，按公式（2）計算相對誤差，即為被檢設備配套探頭時的血流速度顯示誤差。

3.5 血流方向識別能力

按照圖2連接測量系統，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，形成均勻聲像圖。多普勒顯示模式，應無方向顛倒和旁路現象。彩色血流成像模式，當血流朝向探頭時，其應顯示紅色；當血流背離探頭時，其應顯示為藍色。即被檢設備識別血流方向。

4 小結

本文回顧超聲多普勒診斷儀的工作原理，研究其設備的結構和組成，并對檢測方法進行了具體探討。可以看出，超聲多普勒診斷儀在臨床應用頻度很高，重要性也高。在傳統的B超已有檢定規程后，國家應該盡快推出彩色超聲多普勒診斷儀的檢定規程。并且按照每年檢測一次的頻率對彩超進行質量控制，此外如果超聲診斷儀是新安裝或是維修后也需要進行質量檢測。

參 考 文 獻

[1] 盧征峰.超聲波影像設備質量控制檢測方法[J].中國醫療設備，2011，26（7）：21-26.

[2] 劉倚河.強化質控控制管理，提高超聲影像水平[J].實用醫技雜志，2010，17（12）：1190-1191.

[3] 王艷麗，金寶榮.影響超聲圖像質量的變量因素及控制對策[J].數理醫藥學雜志，2007，20（1）：85-86.

[4] 張冠石.美國醫院超聲成像系統質控標準操作流程[J].中國醫療設備，2013，28（3）：26-28.

[5] 李健.便攜式數字化超聲波檢測儀器的研究[D].西安科技大學，2005.

[6] 王丹，史瑞琴，周志國，等.超聲圖像偽像形成原因和識別的分析[J].醫療衛生裝備，2010，31（12）：8-9.

[7] 王龍，李德玉，趙樹魁，等.超聲醫學遠程診斷及質量控制系統的設計[J].航天醫學與醫學工程，2002，15（5）：369-373.

[8] 朱鳳岐，朱承剛，程洋，等.在用B超儀器質量檢測應與時俱進[J].中國計量，2013，（08）：100-101.endprint

3.4 血流速度示值誤差

檢測方法為按照圖2連接測量系統，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，并調節檢測系統的仿血流速速，使得被檢設備彩色成像最佳。分別讀取多普勒測量系統和被檢色斑測量的血流速度，按公式（2）計算相對誤差，即為被檢設備配套探頭時的血流速度顯示誤差。

3.5 血流方向識別能力

按照圖2連接測量系統，將探頭對準體模中的仿血液，調節被檢設備的總增益，TGC對比度和亮度，形成均勻聲像圖。多普勒顯示模式，應無方向顛倒和旁路現象。彩色血流成像模式，當血流朝向探頭時，其應顯示紅色；當血流背離探頭時，其應顯示為藍色。即被檢設備識別血流方向。

4 小結

本文回顧超聲多普勒診斷儀的工作原理，研究其設備的結構和組成，并對檢測方法進行了具體探討。可以看出，超聲多普勒診斷儀在臨床應用頻度很高，重要性也高。在傳統的B超已有檢定規程后，國家應該盡快推出彩色超聲多普勒診斷儀的檢定規程。并且按照每年檢測一次的頻率對彩超進行質量控制，此外如果超聲診斷儀是新安裝或是維修后也需要進行質量檢測。

參 考 文 獻

[1] 盧征峰.超聲波影像設備質量控制檢測方法[J].中國醫療設備，2011，26（7）：21-26.

[2] 劉倚河.強化質控控制管理，提高超聲影像水平[J].實用醫技雜志，2010，17（12）：1190-1191.

[3] 王艷麗，金寶榮.影響超聲圖像質量的變量因素及控制對策[J].數理醫藥學雜志，2007，20（1）：85-86.

[4] 張冠石.美國醫院超聲成像系統質控標準操作流程[J].中國醫療設備，2013，28（3）：26-28.

[5] 李健.便攜式數字化超聲波檢測儀器的研究[D].西安科技大學，2005.

[6] 王丹，史瑞琴，周志國，等.超聲圖像偽像形成原因和識別的分析[J].醫療衛生裝備，2010，31（12）：8-9.

[7] 王龍，李德玉，趙樹魁，等.超聲醫學遠程診斷及質量控制系統的設計[J].航天醫學與醫學工程，2002，15（5）：369-373.

[8] 朱鳳岐，朱承剛，程洋，等.在用B超儀器質量檢測應與時俱進[J].中國計量，2013，（08）：100-101.endprint