超声多普勒血流检测和显像课件

发射/接收
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4、超声多普勒系统的
基本结构框图
将所获得的信息进行不 同的显示，就成为不同 的超声多普勒技术。
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5、多普勒频移信号的解调
换能器接收到的回波信号是多种反射波的组合信号， 有运动目标的多普勒频移信号，有静止目标或慢速运动目标 等产生的回波信号，也有由于声、电泄漏和复杂界面的散射 波；后者是不可避免的不重要的波，称为杂波（clutter）。 多普勒频移解调的目的是从复杂的回波信号中提取有用的多 普勒频移信号。
2vcos fDfRf0cvcosf0
由于c>>vcosθ，于是
fD2 vc c o s fS,
vCg fD 2co s fS
（ 正号表示血流朝向探头运动，负号表示背离探头运动）
结论：当f0、c、θ一定时， △ fD与血液颗粒的流动速度v正比；因此，只要测 得△ fD就可求得相应的血液流动速度，这是多普勒技术测量血流的基本公式。
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多普勒血流测量大都采用频谱（功率谱）分析法提取血流的特征信息，可以 得到采样容积中详细的血流信息。因为是一维显示，所以处理的数据量不大， 频谱分析的处理速度能够满足实时显示的需要。但是，对于二维的血流显像， 由于要考虑空间信息，并且以伪彩色显示出来，因此要处理的数据量大得多， 对处理算法的要求更高，传统的频谱分析已不适用，于是人们发明了自相关算 法等更简便、更快的算法来进行改进。除了自相关估计，已发明的还有很多其 他算法。如自回归估计、有限差分估计、互相关估计、窄带最大似然估计法以 及流速矢量超声检测一类的方法等。在彩超的很多方面已经很难取得突破性改 进的背景下，找到更好的数据处理方法以提高血流速度及方差提取速度与性能， 成为各国研究者探索的共同方向。
2、测量血流的基本公式的推导：
----以连续波多普勒为例
设：
f0----发射极发射的超声波频率； fR’----红细胞接收到的超声波频率 fR----接收极接收到的红细胞散射回来的超声波频率； c----超声波在血液中的传播速度；
v----红细胞的运动速度
θ----红细胞运动方向与发射极及接收极的夹角；
在血流运动信息超声检测领域，多普勒（Doppler）技术目前仍是一 个非常重要的组成部分，受到了持续的关注、深入的研究和广泛的应用。 血流成像的发展历史走过了连续波超声血流成像、脉冲波超声血流成像、 多通道脉冲波超声血流成像等阶段。在这期间，基于多普勒技术的血流 运动信息获取方法存在的主要缺陷是成像速度太慢。20世纪80年代以来 对超声血流成像的研究在运动信息提取方法上获得了重大突破，无论是 在理论上、技术上，还是商品化上都得到了飞跃发展。其中，最有实质 意义的进步是血流运动信息的自相关估计和彩色编码技术的提出和发展。
本课程将简要介绍多普勒血流检测和显像的基本原理和一些简单的算法。
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一、多普勒血流检测
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1、 超声多普勒效应的基本原理
超声多普勒效应：当声源、接收器、介质之间存在相对运动时， 接收器收到的声波频率和超声原先的频率有一定的差异。其频 率的变化量称为多普勒频移。
（大小和方向）
计算
血流的平均流速、 脉动指数、阻力
指数等指标
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多普勒血流测量的两种方法：连续波式和脉冲波式
连续波
….
f0 fD
f0
v
….
皮肤 血管
发射 接收 脉冲波
f0
v
f0 fD 延迟
皮肤
血管
换能器 发射
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接收
换能器
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3、 超声多普勒血流测量原理
•在发射和接收过程中出现两 次多普勒频移现象
•依据超声波在血流中产生的 散射回波进行血流速度测量
fDff02C f0vcos
v C gfD
2cos f0
测定 △fD
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计算
血管或心脏中某个 位置上的血流速度
由于血流的速度远小于发射波声速，故要求解调器能检 出频率为发射频率百分之一以下的多普勒频移信号。另外， 回波中杂波分量的幅度通常比有用的频移信号大得多，所以 还要求解调器检出被杂波所掩盖的频移信号。
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一个典型的连续波多普勒接收信号窄带谱
发射波为频率为f0的正弦信号，可见接收信息不是单一频率的射频信号， 而是一个随机窄带信号。窄带谱的上边带包含正向流信息，下边带包含反向流 信息。f0附近（如f0取5MHz，在5MHz+200Hz范围内）是血管壁等缓慢运动目标 产生的多普勒频移信息，这是血流测量中不需要的。由血管壁产生的回波信号 幅度远大于由血细胞产生的散射回波信号。血管壁运动速度远小于血管中的血 流速度，但与管壁内侧附近的流速比较接近，这给管壁内侧附近低流速信息获 取带来了困难。
vcosθ---红细胞的运动速度在超声波入射线或反射线上的分量。
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•
出现第一次多普勒频移时，血液颗粒接收到的频率为：fR
'ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
cvcos
c
f0
•
出现第二次多普勒频移时，接收极接收到的频率为：
fR
cvcos cvcos
f0
•
多普勒频移△ fD：
相向运动时： f cccuf0
背离运动时：
c c f cuf0
c---声波在介质中传播速度； f0----声源频率，f ----接收器接收到的声波频率， λ----波长， u-----声源相对介质的运动速度； v----接收器相对介质的运动速度。
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概述
传统的A超、B超主要是对生物组织的解剖结构进行成像，而针对血 流信息的检测与显像是超声诊断的另一重要分支。与医学影像技术的其 他方法相比，超声血流检测与成像除了具有安全、无创、直观、价廉、 可实时成像、可重复检查等优点外，能实时提供组织和检测目标的运动 信息一直是它独具的优点和特色，因而它有任何其他医学影像技术都不 可比拟的优越性，在临床上得到了广泛应用。尤其在心血管系统疾病的 诊断中起到了各种形态学成像方法所无法替代的作用。