超声多普勒发展史略

超声多普勒发展史略

一、早期的工作

1842年Christian Johann Doppler首先提出光学的多普勒效应，其后Bays Bellot博士将这一原理引入声学领域。

1955年日本学者里村茂夫(Shigeo Satomura)

等人用超声多普勒研究心脏的活动与评估外周血管的血流速度。同期，Lindstrom与Edler也将多普勒用于临床检查。美国Rushmer, Frankin与Baker等在五十年代后期从事超声多普勒的研究工作。他们设计成功渡越时间血流计(transit time

flowmeter)，推出了最早的连续波多普勒，并进行过动物实验。1962年日本Kato证实里村所观察到的噪声来自红细胞的后散射(backscatter)。

二、脉冲多普勒

为了克服连续多普勒存在的缺陷，Reid、Baker与Watkins等于1966年研制了第一部脉冲多普勒仪(pulsed Doppler equipment)。其后英国学者PNT Wells (1969)，法国学者Peronneau (1969) 也分别建立了类似的选通门多普勒系统(range-gated Doppler system)。在六十年代，研究人员将这种脉冲多普勒与M型超声心动图相结合，即用M 型曲线进行深度定位，而用多普勒频谱曲线观察血流的变化。1972年，Johnson及其同事首次发表应用多普勒经皮测量血流，并依据频谱曲线的特点探测有无血流紊乱，这对临床诊断有一定帮助。为克服探测血流与观察结构所要求的取样线方向的矛盾，1974年华盛顿大学Baker, Tome与Reid等开发了机械旋转式扫描器，成功地研制出双工型脉冲多普勒回声扫描系统(duplex pulse-echo Doppler scanning system)。Moritz及其同事(1976) 开发了一种“声定位系统(sonic locator system)"。这两种系统均将机械扇形扫描超声心动图与脉冲多普勒结合起来，以前者进行解剖结构定位，用后者观测各个心腔与大血管内的血流。

1976年，Holen 及其同事报告用多普勒技术进行检查，借助Bernoulli方程检测血流阻滞区前后的压力阶差。Stevenson及其助手(1977) 用时间间隔直方图(time interval histography)来鉴别分流疾病和瓣膜反流。

三、连续多普勒

Hatle与Angelsen (1977) 在新的基础上重新起用连续波多普勒(continuous wave Doppler, CW)，使Nyquist极限频率大大提高, 故能成功地测量高速血流，估计跨瓣压差, 在心脏疾病非损伤性定量诊断中发挥巨大作用。Light, Cross, Magnin及Goldberg等曾进行大量工作，证明连续波多普勒在检测心功能方面有较大的价值。

四、彩色多普勒

脉冲多普勒与连续多普勒频谱曲线分析虽然在观察血流方向与速度上有重要意义，但检查费时甚多，且常有漏误。由Fish (1975), Kanaka

(1976), Matsuo (1978) 和Brandestini (1979) 发展起来的多道选通门脉冲多普勒法(multigated pulsed-Doppler method) 可以测定沿M型曲线上各点速度的剖面图。1980年，Kasai提出的自相关技术改进了脉冲多普勒的成像方法。1981年，Stevenson报告彩色编码数字型多道选通门多普勒(color-codes digital multigated Doppler) 在房室瓣关闭不全探测上的应用，这些研究为发展彩色多普勒打下了基础。

1982年彩色多普勒血流成像(color Doppler blood flow imaging)

研究获得巨大成功。美国Bommer报告“实时二维彩色多普勒血流成像在心血管疾病诊断上的应用”。日本Namekawa报告“自相关血流成像法”。在后一研究的基础上，Omoto等详细报告了彩色多普勒的临床应用情况，并在短期内证明此技术对先心病、

瓣膜疾病和主动脉瘤诊断上的实用价值。

1983年Omoto出版的彩色多普勒图谱，以及同期由Aloka公司在市场上推出的彩色多普勒仪，对普及这一技术起到很大的推动作用。此后Acuson,

Toshiba, ATL, Diasonics, HP, Vingmed, Biosound等公司相继推出自己的超声多普勒仪，使其临床应用更为广泛。

五、组织多普勒

多普勒组织成像技术的研究始于1955-1956年，Yoshida等首先利用超声多普勒原理获得心脏的活动信息。1971年Kostis等应用脉冲多普勒取样容积记录来自左室后壁的瞬时速度。至1990年，McDicken等开始将彩色多普勒原理应用于组织运动模块的研究，两年后提出将彩色编码技术应用于模拟组织多普勒超声评价组织速度的大小和方向，该技术在心脏功能评价、心肌激动程序研究等方面的应用得到深入发展。1994年由Sutherland等首次发表有关彩色编码组织多普勒成像速度模式的临床研究，Miyatake等也在同期发表了有关彩色组织多普勒的临床研究。1998年，Viogt等首次将变应率成像应用于临床。

六、定量组织速度成像

随着相关技术和计算机后处理能力的提高，在传统组织多普勒成像基础上发展起来一种新的技术----定量组织速度成像(Quantitative tissue velocity imaging，QTVI)。QTVI 的二维实时彩色帧频可高达每秒190帧以上，可捕获室壁心肌的原始数字化像素信息，同步观察和分析感兴趣区内任意部位心肌在全心动周期内的速度曲线，可用此评价局域心肌室壁运动。初步研究表明它在观察局部心肌运动，诊断心肌缺血以及定量评价局域心肌功能等方面上有重要价值。而由组织速度派生的位移、形变等参数，更为临床深入地研究局部心肌机械力学特性提供重要依据，具有广阔的研究和应用前景。由定量组织速度成像发展而来的组织追踪

(tissue tracking，TT)

技术对心肌运动速度的时间积分进行彩色编码，并利用7种层次颜色快速、直观地显示局部心肌在收缩期沿心尖方向的运动位移，凭单帧图像即可快速地评价心室长轴收缩功能。这一特点有望在床边对重症患者作动态功能监测以及快速评估上发挥潜力。

七、应变和应变率

超声应变和应变率(strain，strain rate)

参数对局部心肌运动速度的空间阶差进行编码，反映局部心肌纤维在外力作用下产生的形变的快慢。由于不受心脏整体运动、转位和邻近组织“牵涉效应”的影响，反映的是局部心肌真实的机械形变，因而能更准确客观地判定心肌的内在功能变化。初步研究证明应变率成像是评价心肌功能的较理想工具，而且在评价环行心肌功能上较QTVI更有优势。虽然该技术目前尚处于研究阶段，且易受噪音干扰、帧频和角度等因素局限，但随着影像技术的完善和研究的深入，该技术将对临床从生物力学角度客观评价局域心肌功能、阐明心肌运动的生理病理机制意义重大。如能实现二维或三维的心肌应变和应变率成像，将为临床提供更有利的诊断依据。

八、速度向量成像

近时Acuson推出一种新的速度向量成像(Velocity Vector Imaging, VVI)

装置，能将二维超声心动图上组织结构的活动方向、速度、距离、时相、应变等参数以向量图矢状线显示，使数据形象化，观察更准确。如果速度向量成像能进一步和实时三维相结合，直观显示心肌立体活动状态、激动程序、肌力强弱、速度快慢、应激情况、是否同步，其潜力之大，非常可观。