彩色多普勒血流成像的工作原理与检查方法

徐德昊

摘 要：彩色多普勒血流成像（Color Doppler Flow Imaging，CDFI），又称二维多普勒，是在频谱多普勒（Spectral Doppler）技术基础上发展起来的利用多普勒原理进行血流显像的技术。它把所得的血流信息经相位检测、自相关处理、彩色灰阶编码，把平均血流速度资料以彩色显示，并将其组合，叠加显示在B型灰阶图像上。它较直观地显示血流，对血流的性质和流速在心脏、血管内的分布较脉冲多普勒更快、更直观地显示。对左向右分流血流以及瓣口返流血流的显示有独到的优越性。但对血流的定量不如脉冲波和连续波多普勒。

关键词：彩色多普勒血流成像 成像技术 自相关技术 MTI滤波器

中图分类号：TB517 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0254-01

1 工作原理

彩色多普勒血流显像获得的回声信息来源和频谱多普勒一致，血流的分布和方向呈二维显示，不同的速度以不同的颜色加以别。双功多普勒超声系统，即是B型超声图像显示血管的位置。多普勒测量血流，这种B型和多普勒系统的结合能更精确地定位任一特定的血管。为了提高成像速度，必须在几十毫秒内处理相关数据，所以自相关技术比傅里叶变换更具有优势。

1.1 自相关技术

自相关技术可以在毫秒级时间内测出需要的多普勒頻移数据，并计算出所需要的各项数据。但是该技术也有一些缺陷，比如不能得出该取样点的瞬时流场分布，也不能得出速度的最值。

由于超声诊断目前都用兆赫（MHz）以上的超声频率，因为高频信号的处理比较困难，所以通过一个正交检测器把回声信号转换成低频范围。

经过正交检测器和相位差检测的回声信号，最后通过自相关检测处理，才能得到血流信号的显示。

1.2 MTI滤波器

MTI滤波器即Motion target indication filter，目的是过滤掉因为血流流动产生的噪声，例如：血管壁、瓣膜等产生的低频运动，这些信号通常较大，可干扰血流运动的信号，因而需要在自相关检测器和正交检测器之间插入一个MTI滤波器用以过滤掉多余信号干扰。因为MTI滤波器的多频率响应特性，可以用来检测静脉血流、心脏和大血管流。频率响应高的MTI滤波器可以调节静脉血流；频率响应低的MTI滤波器可以调节心脏和大血管。

1.3 彩色增强器

彩色多普勒血流成像技术是以彩色显示血流信号，伪彩色编码由红蓝绿三种基本颜色组成。目前均设定红色表示朝向探头的血流，蓝色表示背离探头的血流。血流速度与彩色辉度有关，速度高，彩色亮度强，速度低，彩色亮度弱，例如朝向探头的血流速度低时，信号为暗红色，背离探头的血流速度低时，信号为暗蓝色，如血流速度很低，彩色信号的亮度很弱即颜色很暗，从荧光屏上分辨困难。因此，需要增加一个彩色增强器用以改善低速血流的彩色信号亮度。为了准确快速的表达血流速度，有时用三种颜色表示血流速度的快慢，用从暗红到明亮的红色信号表示朝向探头的血流，如血流速度更快，就从红色变为黄色，黄色再变绿色，三种颜色并存表示不同的流速。以青色、绿色来表示背离探头的血流的更快流速。超声仪器上把彩色图（Color map）设置为两种：一种用于非心血管系的血流检测，只有红、黄及蓝、青两种彩色；另一种用于心血管系的血流检测在每个方向上有两至三种彩色。

2 仪器检验

（1）彩色图（Color Map）的设定心、腹两用的超声仪，彩色图都有两种设定，以双色显示血流速度快、慢的用于腹部、外围血管的检测，用彩色的亮度表示血流速度的快、慢，如朝向探头的血流为暗红→鲜亮红色→黄色。以三色显示血流速度快、慢的用于心血管，除红、黄及蓝、青色外，以绿色表示最快的探头朝向的血流速度，以绿色表示最快的探头背向的血流速度，可减少混叠（Aliasing）现象的出现。

（2）彩色信号的增益调节增大增益调节，可使彩色的亮度增大，便于观察，但增益增大后，噪音信号也被放大，干扰对彩色血流信号的观察。对低速低流量的血流检测，增益应适当增大，以便这些血流能清晰地显示，但同时应注意避免因增益过大而出现噪音信号，影响对血流的观察，甚至造成假象。

（3）取样框大小的调节电子相控阵探头的扇形扫查角度，在有些超声仪是可变的，例如30°、45°（50°）、60°、90°（80°）。当使用超声仪的彩色多普勒血流成像这一功能时，有一取样框用以观察感兴趣区的血流，取样框的大小也可调节。扇扫角度或取样框大小（主要调节取样框的角度）的调节，主要与图像的帧速有关。帧速即帧频的快慢，在心血管检测时非常重要，帧速太慢，时间分辨力下降，直接影响彩色血流成像的清晰度。有关帧速的公式如下：

nTNF=1

上式中N为组成一帧图像的扫描线数，T为发射脉冲的间隔时间（T=1/PRF）；n为在同一方向上发射超声脉冲多普勒的数量，F为帧速。因此，如想提高帧速，可通过降低T即提高脉冲重复频率PRF来达到，但PRF提高后，能检测的最大深度变小。降低n和N，即减少单位时间内发射脉冲多普勒的数量和减少每帧图像的扫描线数，后者即为缩小扇扫的角度或取样框的角度。

（4）探头频率的选择在脉冲重复频率的设定中提及脉冲重复频率与检测最大深度和最大检测速度的关系公式：

PRF=C/2R

合并上述两式：

Fd=C/4R

多普勒频移的经典公式为：

Fd一2fVCosθ/C

将Fd=C/4R代人多普勒频移公式得下式：

RV=C2/8f0

从上式可知：发射超声频率f与能检测的最大深度（R）及最大速度（V）成反比，即超声频率越高，能检测的最大深度及速度都降低。因此，检测深部的血管需用较低的超声频率，例如：2.0～3.5 MHz，检测高速血流也需用较低的超声频率，成人心血管常用2.0～3.5 MHz的探头，表浅部位或探头距病变部位距离近，例如甲状腺、乳腺及经直肠检测前列腺、经阴道检测子宫及附件时，可用高至6.0～7.0 MHz的超声频率，对低速血流在能达到被检测血流的深度的前提下，也应使用尽可能高的超声频率。

参考文献

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