彩色多普勒血流成像的工作原理與檢查方法

徐德昊

摘 要：彩色多普勒血流成像（Color Doppler Flow Imaging，CDFI），又稱二維多普勒，是在頻譜多普勒（Spectral Doppler）技術基礎上發展起來的利用多普勒原理進行血流顯像的技術。它把所得的血流信息經相位檢測、自相關處理、彩色灰階編碼，把平均血流速度資料以彩色顯示，并將其組合，疊加顯示在B型灰階圖像上。它較直觀地顯示血流，對血流的性質和流速在心臟、血管內的分布較脈沖多普勒更快、更直觀地顯示。對左向右分流血流以及瓣口返流血流的顯示有獨到的優越性。但對血流的定量不如脈沖波和連續波多普勒。

關鍵詞：彩色多普勒血流成像 成像技術 自相關技術 MTI濾波器

中圖分類號：TB517 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0254-01

1 工作原理

彩色多普勒血流顯像獲得的回聲信息來源和頻譜多普勒一致，血流的分布和方向呈二維顯示，不同的速度以不同的顏色加以別。雙功多普勒超聲系統，即是B型超聲圖像顯示血管的位置。多普勒測量血流，這種B型和多普勒系統的結合能更精確地定位任一特定的血管。為了提高成像速度，必須在幾十毫秒內處理相關數據，所以自相關技術比傅里葉變換更具有優勢。

1.1 自相關技術

自相關技術可以在毫秒級時間內測出需要的多普勒頻移數據，并計算出所需要的各項數據。但是該技術也有一些缺陷，比如不能得出該取樣點的瞬時流場分布，也不能得出速度的最值。

由于超聲診斷目前都用兆赫（MHz）以上的超聲頻率，因為高頻信號的處理比較困難，所以通過一個正交檢測器把回聲信號轉換成低頻范圍。

經過正交檢測器和相位差檢測的回聲信號，最后通過自相關檢測處理，才能得到血流信號的顯示。

1.2 MTI濾波器

MTI濾波器即Motion target indication filter，目的是過濾掉因為血流流動產生的噪聲，例如：血管壁、瓣膜等產生的低頻運動，這些信號通常較大，可干擾血流運動的信號，因而需要在自相關檢測器和正交檢測器之間插入一個MTI濾波器用以過濾掉多余信號干擾。因為MTI濾波器的多頻率響應特性，可以用來檢測靜脈血流、心臟和大血管流。頻率響應高的MTI濾波器可以調節靜脈血流；頻率響應低的MTI濾波器可以調節心臟和大血管。

1.3 彩色增強器

彩色多普勒血流成像技術是以彩色顯示血流信號，偽彩色編碼由紅藍綠三種基本顏色組成。目前均設定紅色表示朝向探頭的血流，藍色表示背離探頭的血流。血流速度與彩色輝度有關，速度高，彩色亮度強，速度低，彩色亮度弱，例如朝向探頭的血流速度低時，信號為暗紅色，背離探頭的血流速度低時，信號為暗藍色，如血流速度很低，彩色信號的亮度很弱即顏色很暗，從熒光屏上分辨困難。因此，需要增加一個彩色增強器用以改善低速血流的彩色信號亮度。為了準確快速的表達血流速度，有時用三種顏色表示血流速度的快慢，用從暗紅到明亮的紅色信號表示朝向探頭的血流，如血流速度更快，就從紅色變為黃色，黃色再變綠色，三種顏色并存表示不同的流速。以青色、綠色來表示背離探頭的血流的更快流速。超聲儀器上把彩色圖（Color map）設置為兩種：一種用于非心血管系的血流檢測，只有紅、黃及藍、青兩種彩色；另一種用于心血管系的血流檢測在每個方向上有兩至三種彩色。

2 儀器檢驗

（1）彩色圖（Color Map）的設定心、腹兩用的超聲儀，彩色圖都有兩種設定，以雙色顯示血流速度快、慢的用于腹部、外圍血管的檢測，用彩色的亮度表示血流速度的快、慢，如朝向探頭的血流為暗紅→鮮亮紅色→黃色。以三色顯示血流速度快、慢的用于心血管，除紅、黃及藍、青色外，以綠色表示最快的探頭朝向的血流速度，以綠色表示最快的探頭背向的血流速度，可減少混疊（Aliasing）現象的出現。

（2）彩色信號的增益調節增大增益調節，可使彩色的亮度增大，便于觀察，但增益增大后，噪音信號也被放大，干擾對彩色血流信號的觀察。對低速低流量的血流檢測，增益應適當增大，以便這些血流能清晰地顯示，但同時應注意避免因增益過大而出現噪音信號，影響對血流的觀察，甚至造成假象。

（3）取樣框大小的調節電子相控陣探頭的扇形掃查角度，在有些超聲儀是可變的，例如30°、45°（50°）、60°、90°（80°）。當使用超聲儀的彩色多普勒血流成像這一功能時，有一取樣框用以觀察感興趣區的血流，取樣框的大小也可調節。扇掃角度或取樣框大小（主要調節取樣框的角度）的調節，主要與圖像的幀速有關。幀速即幀頻的快慢，在心血管檢測時非常重要，幀速太慢，時間分辨力下降，直接影響彩色血流成像的清晰度。有關幀速的公式如下：

nTNF=1

上式中N為組成一幀圖像的掃描線數，T為發射脈沖的間隔時間（T=1/PRF）；n為在同一方向上發射超聲脈沖多普勒的數量，F為幀速。因此，如想提高幀速，可通過降低T即提高脈沖重復頻率PRF來達到，但PRF提高后，能檢測的最大深度變小。降低n和N，即減少單位時間內發射脈沖多普勒的數量和減少每幀圖像的掃描線數，后者即為縮小扇掃的角度或取樣框的角度。

（4）探頭頻率的選擇在脈沖重復頻率的設定中提及脈沖重復頻率與檢測最大深度和最大檢測速度的關系公式：

PRF=C/2R

合并上述兩式：

Fd=C/4R

多普勒頻移的經典公式為：

Fd一2fVCosθ/C

將Fd=C/4R代人多普勒頻移公式得下式：

RV=C2/8f0

從上式可知：發射超聲頻率f與能檢測的最大深度（R）及最大速度（V）成反比，即超聲頻率越高，能檢測的最大深度及速度都降低。因此，檢測深部的血管需用較低的超聲頻率，例如：2.0～3.5 MHz，檢測高速血流也需用較低的超聲頻率，成人心血管常用2.0～3.5 MHz的探頭，表淺部位或探頭距病變部位距離近，例如甲狀腺、乳腺及經直腸檢測前列腺、經陰道檢測子宮及附件時，可用高至6.0～7.0 MHz的超聲頻率，對低速血流在能達到被檢測血流的深度的前提下，也應使用盡可能高的超聲頻率。

參考文獻

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