多普勒原理PPT学习教案

使用从Utrecht 到阿姆斯特丹的荷
兰铁路
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实验设计
火车速度 = 40 MPH
将校准过的声纳放在路轨旁和火 车上
训练有素的音乐观察员处在路轨 旁和火车上 第3页/共59页
验证
当火车经过观察者时，火车上的音乐家演奏的音符 提高或降低了 1/2 .
towards
away
火车上的观察者经历了来自路轨上声纳的同样的效 应
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多普勒小结
多普勒信号包含三个主要信 息
速度 强度 血流性质-紊乱性
通常，冲向探头的血流在基 线以上，背离探头的血流在 基线以下。
最大血流的探测能力取决于 探头的频率和取样速率，即 PRF。
第二个限制因素是血流与声 鼓束的角度。
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脉冲多多普普勒勒局限小性结
4、距离分辨力与速度分辨力 距离分辨力好（采样容积小），则速度 分辨力 便低（ 频带愈 宽）， 反之亦 然。——速度和距离的测不准原理。
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显示速度
角度问题
如果血流不与声束平 行，超声仪器只能看 到与声束平行的部分。
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角度问题
探头只能看到整个速度的一部份。
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速度
大家猜
1. 描述以下两个频谱的三个主要不同。 2. 说出频谱与取样位置的对应关系。
A
1 2
B
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混叠问题
如果每5秒钟看一次表，秒 针怎样走？
1
2
3
4
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混叠问题
如果每10秒钟看一次表，秒 针怎样走？
1
2
3
4
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混叠问题
如果每用与脉冲波相同的 原理。
仪器需要图象上许多点的多普勒 信息。
在每一点上，仪器要决定其平均 速度。
平均速度转换成彩色。红色表示 正向，兰色表示负向。
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彩色多普勒
彩色多普勒提取平均速度并标示成彩色。 …并且不断对彩色血流的区域进行重复处理 ，实现实时显示。
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2、谐波成像
谐波成像全称为二次谐波显像
利用直径小于10μm的气泡通过肺循环，明显增强散射信号。 当超声照射到含造影剂的组织，造影剂中气泡在谐振频率附近作 大幅度的振动，此时会呈现较强的超声非线性效应。
二次谐波的幅度接近基波，通过减法，获得血管内血流 的二次谐波显像（接收回声频率比基波高一倍）。入射超声频率 为f0，则散射信号中不仅含有f0的基波，而且含有nf0的谐波，测 量谐波成分（一般n=2，倍频成分）就可以有效地抑制不含造影 剂的组织（视为背景噪声）的回声。
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多普勒处理器
在纵坐标上位置代表物体的 速度。
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多普勒处理器
当不同的物体以相同的速度 运动时，频谱上相应的点就 标志的更亮一些。
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多普勒处理器
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多普勒信号
多普勒信号中有三个主要的信息。
紊乱
强度 通常将冲向探头的血流标在基线以上，背向探头的血流标在基线以下。
多普勒原理
会计学
1
多普勒原理
多普勒在他的探测行星运动的理 论中写道：
在光源及观察者之间任何相对的运
动或都色fd能彩=产的生 变2 f一 化t c个 。osc可q 探V测频率改变
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如何证明？
Christoph Hendrick Diederik Buys Ballot, 不相信多普勒原理，在 1845年，他用当时仅存的可以获 得持续的快速的声源—火车验证 了该理论。
五、图像均匀性 均匀性是指全程声场均匀一致，它与有效声束直径、发 射脉冲能量的脉宽有关。在全图像区域图像的细微分辨 都均匀一致（近场、中场、远场）以及图像中部及两侧 边缘在彩色显示方式有穿透力高质量的二维灰阶图像。 穿透力是指彩色血流显像可达到的最大深度。
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组织频移谐波显像（THI）
三、动态分辨力 动态分辨力系指彩色成像的速率——帧速率。当彩色显示角度变 大，深度增加时，帧频会降低，时间分辨能力变差，便无法观察 细小的异常血流。要处理好角度、深度与帧速率的关系。
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彩色多普勒
四、敏感度 敏感度系指对低速血流检测的能力及瞬时高速血流准确 捕捉的能力。现已可检测到直径为0.2mm血管内的血流 信号，可测到0.5mm/s的低速血流，并有良好的信噪比。
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小结
多普勒提供 3 类信息 速度 强度 紊乱
速度信息与角度及混叠有关。 彩色多普勒将平均速度标示为彩色，因此它也有角度及混叠有关。 能量多普勒将强度标示为彩色，因此它与角度与混叠无关。 帧频问题是 CFM & PDI 共有的，除非有一个智能的彩色处理器。
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（a）含有自由气泡的液体； （b）含有包膜气泡的液体； （c）含有悬浮颗粒的胶状体； （d）乳剂; （e）水溶液; （2）、要求： 气泡更稳定，半衰期长； 微泡大小可控制，易排出； 对人体无害，不影响人体血流动力学； 具有良好的造影作用，经外围静脉注射，通过肺循环使心肌造影；
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（3）作用：造影剂的散射截面比同样大小的固体粒子大几个 数量级，可使背向散射的信号大大增强，可以突出感兴趣区域 的图像，改善图像的噪声比，提高显像效果。 血液中有造影剂，可显示小血管中极低速的血流； 正常组织与病变组织对造影剂反差存在差异，可提高肿瘤检查 率： （4）应用：心血管，胃肠、胆囊、输尿管和宫腔等方面；从 创伤性向非创伤性飞跃。 （5）局限性：造影剂价格十分昂贵，不利广泛应用；增强效 果受注射剂量和推注时间的影响；增强持续时间有限，不利全 面充分观察分析病变情况。
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速度
多普勒问题
记住?
紊乱 强度
如果用强度而不是用速度来表示血流信息会怎样?
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多普勒问题
结果是彩色血流不再与角度 依赖，与不与混叠相关。
称之为能量多普勒(PDI). 看起来也更敏感(没有90度角
的担忧）
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能量多普勒
能量多普勒显示的是强度信息
彩色成像与解剖
图像上的彩色代表的是平均速度。
红色表明血流冲向 声束，是从左到右 的。
声束的总体方向 兰色表明血流背离声束 ，是从右到左的。
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彩色血流受多普勒限制
•
在彩色多普勒上，你可以得到以下血 流信息 。
– 速度
– 方向
– 血流紊乱
•
同样受限：
–
混叠: 最大速度受PRF限制
–
2、脉冲重复频率与最大采样深度 最大采样深度dmax=C/2 PRF 如脉冲重复频率（PRF）愈高，两个脉冲间隔时 间愈短 ，采样 深度也 愈小， 反之则采样深度愈大。
3、距离测量与速度测量 最大测量速度Vmax与最大深度dmax的关系为Vmax·dmax≤C2/8f0（常数）所以 探测深度越深，则可测的速度范围便越 小,两者 互相抑 约。
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THI应用
（a）增强心肌和心内膜显示 （b）增强细微病变的显现力 （c）增强心腔内声学造影剂回声； （d）增强彩色多普勒信号，肝内血流信号增强效果 十分明显； （e）帮助鉴别肝内血管，了解肝内细小血管病变。
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二次谐波造影成像
一、声学造影与谐波成像技术 1、声学造影剂的研究 （1）物理分型：从物理形态上分型：
多普勒问题
• 哪里的速度最高? A? B? C?
A B C
在这个血管里速度是相同的，但角度因素使它看起来从A 到B到C 是加速的。
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多普勒问题
• 为什么血流是多彩的，而不是或红或兰?
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多普勒问题
• 为什么血流是多彩的，而不是或红或兰?
是两个因素共同作用的结果：角度变化和混叠
证你看到秒针的正确行走方
向?
12
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大家猜
以多快的频率看表，才能保
证你看到秒针的正确行走方
向?
12
6
Every 29.99999 seconds
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混叠问题
脉冲多普勒能测量的最大速度取 决于“取样速率”。
“取样速率” 被称为PRF，脉冲 重复频率。
如果速度过高，血流的显示将到 置，就象前面所看到的钟表一样。
1.脉冲重复频率-PRF 为了正确显示频移大小和方向，PRF必须大于fd 的两倍 ，即PRF>2 fd，或写成fd<1/2 PRF, 1/2PRF称为尼奎斯特频率极限，如果多普勒频移 （或换 算为血 流速度 ）超过 这一极 限，会 产生频 率失真 ，或频 率混淆 （折返 ）。所 以要测 量高速 血流，PRF必须 快。
角度问题
• 另一方面，尽管血流方向一致，显示方向确是相反的。
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角度问题
• 在中央部位，不显示任何血流。多普勒处理器不能看到垂直于声束的 的血流。
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问题: 角度依赖
血流在此部位是背离探头。
血流在此部位是冲向探头。
显示速度取决于观察的角度
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彩色多普勒
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正常人体的血流
High shear arterial flow
Low shear venous flow (simulated)
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多普勒处理器
根据运动物体的速度及方向， 多普勒处理器在“频谱”上 标上一个点。
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多普勒处理器
当运动的物体运动速度不相 同时，多普勒处理器为每一 物体标上一个不同的点。
（1）THI原理：
声波在组织中非线性传播时，产生多倍于发射频率（基波） 的信号——二次谐波，三次谐波-------但声能变弱：THI 采用超 宽频带的探头，接收组织通过非线性传播所产生的高频信号及组 织细胞的谐波信号，对多频段信号进行实时平行处理，减弱浅层 胸壁和肺组织产生的回声，增强较深部心肌组织的回声，改善图 像质量，提高信噪比。
1
2
3
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混叠问题
如果每30秒钟看一次表，秒 针怎样走？
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1 2
3
?
4
混叠问题
如果每40秒钟看一次表，秒 针怎样走？
1
2
3
4
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混叠问题
同样的表，如果每55秒钟看 一次表，秒针又怎样走？
11
10
9
8
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大家猜
以多快的频率看表，才能保
多普勒理论被验证
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用到超声
多普勒理论适用于光波及声波 通过观察声波与红细胞的作用，就能探测它们有存
在及量化它们的速度。
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正常人体红细胞
• 8 x 2 um • 双面凹陷的盘型结构 •高度的变形能力 •声学特性同血浆一样 • 成人的浓度是45%容积 • 在低应力的血流中形成缗钱样改变
依赖多普勒角度。
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帧频也是一个重要因素
因为彩色血流需要很多多普勒信 号，帧频会变得很慢。
你的选择是：
少做点彩色血流（将彩色取样框 缩小）
L500: 并行处理 L400: 自动控制技术。
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多普勒问题
哪里的速度最高? A? B? C?
A B C
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彩色多普勒
一、空间分辨力 空间分辨力系指对血管特定点瞬时速度的检测，与采样容积有关。 采样容积越小，越能反映特定点细微血流的瞬时真实血流速度。
二、速度分辨力 速度分辨力系指对血流速度快速变化的对比分辨能力。在检测高 速血流时还有低速血流信号，或在高速血流后立即出现低速血流， 均可适应其变化得于清晰显像。这与壁滤器的自适应能力有关。