文献11 血流速度估计的介绍

超声成像系统的线性描述

1介绍

2超声波场的描述

2.1 线性声学系统中的声场（linear acoustic systems）

2.2基础理论

2.3空间脉冲响应的估计（calculation of spatial impulse responses）2.4孔障和软挡板（apodization and soft baffle）

2.5空间脉冲响应的实例

2.6散射信号的计算

3超声成像

3.1傅里叶关系（fourier relation）

3.2聚焦

3.3阵列式换能器的声场（fields from array transducers）

3.4阵列成像（imaging with arrays）

3.5超声成像的仿真

3.6合成影像（synthetic 合成的phantoms幻影）

3.7组织影像（anatomical组织上的）

4超声系统用于流速估计（flow estimation）

4.1介绍

4.2流速信号的测量

4.3流速分布的估算和显示

4.4流速成像

4.5流速类型（flow types）

4.6stationary parabolic flow

4.7流速成像系统的仿真

介绍

这些内容是为了由Danish 研究学院赞助的学习先进超声成像的国际夏令营准备的。这篇文章应当和由Anderson和Trahey写的文章一起阅读。它面向的读者群体是学习研究医学超声的博士生们。假设我们的读者已经具备了一般的线性声学和信号处理的知识。

本篇文章中，通过使用空间脉冲波响应(spatial impulse responses)对一般的超声成像给出了线性描述。在文章的第二章中介绍了如何用这种方法对脉冲波系统和连续波系统中的发射波场以及散射波场进行估计。(emitted and scattered fields)

第三章中简单介绍了现代超声成像方法以及如何用空间脉冲响应对其进行仿真。最后在第四章中，对声谱成像系统和彩色血流成像系统的建模和仿真进行了简单的描述。

第二章超声场的描述

本章节中给出了使用空间脉冲响应方法对声场的线性描述。它给出了如何使用空间脉冲响应法准确地推导发射及散射声场，以及如何将衰减和不同边界条件合并（how attenuation and different boundary conditions can be incorporated）。本章内容详细介绍了不同结果的推导过程并且对它们的后果给出解释。文中还针对仿真及测量场给出了不同的例子。这章内容是在参考文献中论文1、2、3以及参考文献4那本书的基础上完成的。

2.1 线性声学系统中的声场

众所周知，在电气工程中一个电气系统的特性完全可以由它的脉冲响应来描述，其代数式如图2.1所示。用脉冲函数作为电路的输入，然后测量它的输出来描述这个系统。对任何的输入x（t），电路的输出都能够用下面的式子表示：

(2.1)

其中代表线性系统的脉冲响应，*表示时域的卷积。系统的传递函数（transfer

function）由脉冲响应的傅里叶变换给出，描述了系统对一个时域输入信号的放大情况。

同样地方法可以被用来描述一个线性的声学系统。基本的系统结构（the basic set-up）如图2.2中所示。位于左边的声场发生器（换能器）被安装在一个无限的刚性的挡板上，它的位置由表示。它以一个恒定的速度c辐射到均匀介质中，

介质的密度是。由表示的点是换能器产生的声场压力被一个小（point

hydrophone）测量的起点。由脉冲函数激励换能器产生的电压会增加用hydrophone测量的压力场的强度。在这个已经给出了结构的系统中测量得到的响应即为声场脉冲响应。把换能器或者hydrophone移动到一个新的位置就会得

到一个不同的响应。将hydrophone移动到距离换能器表面更近的地方通常能够增强信号，将它原理换能器的中心轴通常会使之减弱。

下面根据需要我先翻译第四章

第四章超声系统估计血液流速

医学超声扫描仪能被用来显示人体的剖面（anatomy 解剖）灰度图像（gray-scale images灰度图像）以及可视化观察血流动态流动情况。系统能够追踪(interrogate 审问、询问)身体中某一个单一位置的血流情况并且能发现随着时间的血液流速分布情况。它们还能够显示一个高达每秒20到60帧的血流的动态彩色图像。所有这些测量通过在同一个方向重复发射脉冲来实现，之后利用脉冲之间的相关性来确定血液流速。本章中给出了一个简单的超声和流动的血液之间相互作用的例子。之后又对血液流速分布情况给出了解释，并且考虑到了不同的生理作用对流速估计的影响。文章中还给出了使用自相关和互相关函数对血流进行彩色成像的方法。最后对这些使用空间脉冲波的流速估计系统进行了仿真。

4.1 介绍

使用现代的超声扫描仪能够观察身体中某一个采样体积内的血流或者是一个区域内的血流情况。第一种方法给出了一个时间域的函数来描述某点的血液流速分布情况。第二种方法给出如何在灰度剖面图上叠加得到彩色血流图像。颜色的编码显示出血流是朝向还是离开换能器，其显示能够达到每秒钟20幅图像。

使用超声的方法估计血液流速能够追溯到20世纪50年代中期，日本的Satomura 进行试验证明用连续超声波能够检测物体运动情况。连续超声波不能够确定运动的深度位置，因此在20世纪70年代Baker，Peronneaun、Leger以及Wells提出了发射几个脉冲波检测的解决方法。这个脉冲系统能够检测某一特定位置的运动情况。Baker系统能够显示整个血管腔（vessel lumen 血管腔）中随时间变化的血液流速的分布情况。之后在此基础上，Kasai和他的合作者发明了能够实时显