2多普勒超声原理简介
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多普勒超声的历史
50—70年代：多普勒频谱阶段只有频谱显示血 流速度等参数，没有二维图像 80年代：创立了二维彩色多普勒显象技术。 1982年，Aloka公司生产了第一台彩超，用于心 脏检查。 90年代：全数字化。 彩色多普勒能量图（CDE） 彩色多普勒方向能量图（CCD） 彩色多普勒组织成像（CDT） 能量谐波成像技术（PHI）
自相关算法
自相关 算法
速 能 度 量
方 差
彩色多普勒原理
TGC cos(wt) sin(wt)
波束 合成
正交 解调
I Q
壁 滤波
速度 估计
射频放大
频率 能量 带宽
彩色 血流 显示
数字 扫描 变换
彩色 优先 编码
余晖 保持
灰度 图像
临床指标
空间分辨率－－充盈不溢出 速度分辨率－－高、低速血流同时显示 时间分辨率－－帧频 灵敏度－－低速血管、小血管成像 均匀性－－图像色彩均匀
频差 fd f ' f 0
2v cos 2v cos f0 f0 c v cos c
速度的计算
多普勒超声的作用是得到v（血流速度）
2v cos fd f0 c
fd c v 2 fo cos
fo ：发射频率，取决于仪器发射参数 fd ：频差，仪器根据接收信号提取，与f0有关 c ： 声速，固定值 θ：声束与目标运动方向夹角，需要由 操作者输入用于计算
黑白图像和彩色血流显示
黑白二维图像
彩色血流显示
彩色多普勒成像
将彩色血流显示 叠加在二维的黑 白图像上。临床 上可以同时得到 组织解剖结构和 血流的运动信息
B+C+D显示
能量多普勒
回波信号进行频谱分析后，获取其 中的能量信息 优点：灵敏度高，能显示极小血管 的血流，夹角为90o时仍能成像 缺点：不包含方向信息，不能判断 血流的方向
多普勒超声原理
多普勒效应 频谱多普勒 彩色多普勒
多普勒效应
波源或接收者相对介质运动时引起频移 波源运动、接收者运动（相对介质）
多普勒效应的计算
接收者运动
c V cosθ fs f0 c
波源运动
f c fs c V cosθ
SV(采样容积)
θ（角度）
v
每 度 10 误 差 （ 8 ％ ） 6
fd c 2 f 0 cos
夹角增加时，计算得到的血流速度 与真实值误差增大。
4 2
0 15 30 45 60 75 90
连续波多普勒
无距离选通能力 可探测血流速度范围大 弥补脉冲多普勒的不足，两者结合诊断
高脉冲重复频率多普勒
120
Nyquist限制（时域）
4S
f=0.25Hz
抽样频率f’＝1Hz
4S
f=0.25Hz
抽样频率f’＝0.5Hz
Nyquist限制（频域）
fd 0 f d 频域信号
2PRF
PRF
0
PRF
2PRF
频谱扩展
PRF>2fd
来自百度文库
PRF=2fd
PRF<2fd
SV(采样容积)
SV即为距离选通时间的长短
血流
功率谱密 度函数 FFT
图像映射
灰度
伪彩
频谱
方向 速度 声窗 频带 强度
脉冲多普勒相关参数
PRF（脉冲重复频率） SV（采样容积） θ（角度） f0（发射频率）
fd c v fo cos
PRF（脉冲重复频率）
影响最大探测深度
d max c T c
能量多普勒
方向能量多普勒
弥补能量多普勒不能显示血流方向 的不足，增加方向信息 不管是能量多普勒还是方向能量多 普勒，反映的是血流中能量的大小， 并不是速度的大小
方向能量显示
彩色映射（MAP）
彩阶
壁滤波
运动目标显示器（MTI），其实质为壁滤波器。 血流成像的质量取决于MTI的特性。 针对不同的彩色显示需要，滤除不必要的信息
PRF过高
彩色、频谱混叠
角度
夹角过大
夹角适中
角度
彩色聚焦
焦点位置不当
焦点位置适当
聚焦点应随时跟踪被检测血管的深度
彩色优先
彩色余晖
谢谢！
2
2PRF
－－①
影响最大探测速度（频谱混叠）
fd c v ③ fo cos
当所测频偏fd > PRF/2时，频谱将会出现混叠 因此，PRF ≥ 2 fd -- --② 根据公式①②③
d max v max
c2
4 fo cos
Nyquist限制
0
15
30
45
60
0
30
60
90
影响CDFI的参数
取样框——时间分辨率，帧频 增益——灵敏度 PRF 角度 速度分辨率 壁滤波 彩色优先 色彩视觉效果 彩色余晖
取样框
彩色增益
增益过大
增益过小
频谱增益
增益过大
增益过小
增益适中
彩色壁滤波
壁滤波过高
壁滤波适中
频谱滤波
滤波过高
滤波适中
PRF(脉冲重复频率)
PRF过低
最大可测速度增加 介于PW和CW之间
增加脉冲重复频率,在接收时序上作处理
HPRF
探测深度d
20cm
PRF
1
2
16cm
3
16cm
① 16cm
10cm
② 16cm
HPRF
1
2
8cm
3
8cm
4
8cm
5
8cm
① 8cm
② 8cm
③ 8cm
④ 8cm
① 16cm
② 16cm
③ 16cm
多普勒效应 频谱多普勒 彩色多普勒
多普勒效应 频谱多普勒 彩色多普勒
频谱多普勒
脉冲波多普勒(PW) 连续波多普勒(CW) 高脉冲重复频率多普勒(HPRF)
脉冲波多普勒
具有距离选通能力，可以选择来自不同深度的血流信号
脉冲波多普勒
脉冲多普勒原理
合 成 解 调
频 谱 分 析
显 示
接收滤波 TGC调节 波束合成
检波 鉴相 鉴频 相交 (乘法)
50—70年代：多普勒频谱阶段只有频谱显示血 流速度等参数，没有二维图像 80年代：创立了二维彩色多普勒显象技术。 1982年，Aloka公司生产了第一台彩超，用于心 脏检查。 90年代：全数字化。 彩色多普勒能量图（CDE） 彩色多普勒方向能量图（CCD） 彩色多普勒组织成像（CDT） 能量谐波成像技术（PHI）
自相关算法
自相关 算法
速 能 度 量
方 差
彩色多普勒原理
TGC cos(wt) sin(wt)
波束 合成
正交 解调
I Q
壁 滤波
速度 估计
射频放大
频率 能量 带宽
彩色 血流 显示
数字 扫描 变换
彩色 优先 编码
余晖 保持
灰度 图像
临床指标
空间分辨率－－充盈不溢出 速度分辨率－－高、低速血流同时显示 时间分辨率－－帧频 灵敏度－－低速血管、小血管成像 均匀性－－图像色彩均匀
频差 fd f ' f 0
2v cos 2v cos f0 f0 c v cos c
速度的计算
多普勒超声的作用是得到v（血流速度）
2v cos fd f0 c
fd c v 2 fo cos
fo ：发射频率，取决于仪器发射参数 fd ：频差，仪器根据接收信号提取，与f0有关 c ： 声速，固定值 θ：声束与目标运动方向夹角，需要由 操作者输入用于计算
黑白图像和彩色血流显示
黑白二维图像
彩色血流显示
彩色多普勒成像
将彩色血流显示 叠加在二维的黑 白图像上。临床 上可以同时得到 组织解剖结构和 血流的运动信息
B+C+D显示
能量多普勒
回波信号进行频谱分析后，获取其 中的能量信息 优点：灵敏度高，能显示极小血管 的血流，夹角为90o时仍能成像 缺点：不包含方向信息，不能判断 血流的方向
多普勒超声原理
多普勒效应 频谱多普勒 彩色多普勒
多普勒效应
波源或接收者相对介质运动时引起频移 波源运动、接收者运动（相对介质）
多普勒效应的计算
接收者运动
c V cosθ fs f0 c
波源运动
f c fs c V cosθ
SV(采样容积)
θ（角度）
v
每 度 10 误 差 （ 8 ％ ） 6
fd c 2 f 0 cos
夹角增加时，计算得到的血流速度 与真实值误差增大。
4 2
0 15 30 45 60 75 90
连续波多普勒
无距离选通能力 可探测血流速度范围大 弥补脉冲多普勒的不足，两者结合诊断
高脉冲重复频率多普勒
120
Nyquist限制（时域）
4S
f=0.25Hz
抽样频率f’＝1Hz
4S
f=0.25Hz
抽样频率f’＝0.5Hz
Nyquist限制（频域）
fd 0 f d 频域信号
2PRF
PRF
0
PRF
2PRF
频谱扩展
PRF>2fd
来自百度文库
PRF=2fd
PRF<2fd
SV(采样容积)
SV即为距离选通时间的长短
血流
功率谱密 度函数 FFT
图像映射
灰度
伪彩
频谱
方向 速度 声窗 频带 强度
脉冲多普勒相关参数
PRF（脉冲重复频率） SV（采样容积） θ（角度） f0（发射频率）
fd c v fo cos
PRF（脉冲重复频率）
影响最大探测深度
d max c T c
能量多普勒
方向能量多普勒
弥补能量多普勒不能显示血流方向 的不足，增加方向信息 不管是能量多普勒还是方向能量多 普勒，反映的是血流中能量的大小， 并不是速度的大小
方向能量显示
彩色映射（MAP）
彩阶
壁滤波
运动目标显示器（MTI），其实质为壁滤波器。 血流成像的质量取决于MTI的特性。 针对不同的彩色显示需要，滤除不必要的信息
PRF过高
彩色、频谱混叠
角度
夹角过大
夹角适中
角度
彩色聚焦
焦点位置不当
焦点位置适当
聚焦点应随时跟踪被检测血管的深度
彩色优先
彩色余晖
谢谢！
2
2PRF
－－①
影响最大探测速度（频谱混叠）
fd c v ③ fo cos
当所测频偏fd > PRF/2时，频谱将会出现混叠 因此，PRF ≥ 2 fd -- --② 根据公式①②③
d max v max
c2
4 fo cos
Nyquist限制
0
15
30
45
60
0
30
60
90
影响CDFI的参数
取样框——时间分辨率，帧频 增益——灵敏度 PRF 角度 速度分辨率 壁滤波 彩色优先 色彩视觉效果 彩色余晖
取样框
彩色增益
增益过大
增益过小
频谱增益
增益过大
增益过小
增益适中
彩色壁滤波
壁滤波过高
壁滤波适中
频谱滤波
滤波过高
滤波适中
PRF(脉冲重复频率)
PRF过低
最大可测速度增加 介于PW和CW之间
增加脉冲重复频率,在接收时序上作处理
HPRF
探测深度d
20cm
PRF
1
2
16cm
3
16cm
① 16cm
10cm
② 16cm
HPRF
1
2
8cm
3
8cm
4
8cm
5
8cm
① 8cm
② 8cm
③ 8cm
④ 8cm
① 16cm
② 16cm
③ 16cm
多普勒效应 频谱多普勒 彩色多普勒
多普勒效应 频谱多普勒 彩色多普勒
频谱多普勒
脉冲波多普勒(PW) 连续波多普勒(CW) 高脉冲重复频率多普勒(HPRF)
脉冲波多普勒
具有距离选通能力，可以选择来自不同深度的血流信号
脉冲波多普勒
脉冲多普勒原理
合 成 解 调
频 谱 分 析
显 示
接收滤波 TGC调节 波束合成
检波 鉴相 鉴频 相交 (乘法)