1、1彩色多普勒超声诊断仪主要技术评述彩色多普勒超声诊断仪主要技术评述 中国医学科学院中国医学科学院 基础医学研究所基础医学研究所 袁光华袁光华2 组组 成成 1、彩色监视器：、彩色监视器：1417 高分辨、逐行扫描、无闪烁高分辨、逐行扫描、无闪烁 2、高分辨力的二维灰阶成像单元、高分辨力的二维灰阶成像单元 3、频谱多普勒系统（、频谱多普勒系统（PW、CW）4、彩色多普勒血流成像系统（、彩色多普勒血流成像系统（CDFI、CDE、CCD、TDI）5、谐波成像单元（自然组织谐波、造影剂谐波）、谐波成像单元（自然组织谐波、造影剂谐波）6、三维成像功能单元、三维成像功能单元 7、心功能、心功能/外周血管外
2、周血管/产科的测算分析产科的测算分析及定量、半定量功能及定量、半定量功能 8、图像存档、图像存档/病案管理及通讯系统（病案管理及通讯系统（PACS DICOM 3.0）3 一一、二维灰阶成像二维灰阶成像及及主要技术主要技术 1.探头探头-决定图像质量的关健部件决定图像质量的关健部件 1）探头频率）探头频率：宽频带或变频探头 宽频带低端频率2MHz、高端频率12MHz 变频探头中心频率可选 多普勒与二维可选取不同频率 常规探头的标称频率，如3.5MHz，5.0MHz，即单一频率，发射时标称频率的振幅最强，即声强最强。接收回声信号也是标称频率。宽频带探头在发射时有一很宽的频带范围，如212MHz。
3、(图1-1)图1-1 宽频/变频探头 4 变频探头在接收时，可选择频率数变频探头在接收时，可选择频率数3个个(3.5M、5.0M、7.5M)宽频带探头在接收时，可分两种选择方式：宽频带探头在接收时，可分两种选择方式：选频接收选频接收 在接收回声中选择不同特定的中心频率，保证能达到所要在接收回声中选择不同特定的中心频率，保证能达到所要求的诊断深度，尽可能选择较高频率的回声，以获得最佳的图像质量求的诊断深度，尽可能选择较高频率的回声，以获得最佳的图像质量（图（图1-2）。）。动态接收动态接收：在接收回声时，随深度变化选取不同的频率，近场取高：在接收回声时，随深度变化选取不同的频率，近场取高频，中场
4、取中频，远场只保留低频，达到好的分辩力与好的穿透力的要频，中场取中频，远场只保留低频，达到好的分辩力与好的穿透力的要求（图求（图1-3）。）。图图1-2 选择接收频率选择接收频率 图图1-3 动态频率接收动态频率接收5 2)2)超声换能器材料超声换能器材料:压电陶瓷压电陶瓷，高分子复合材料高分子复合材料 陶瓷复合材料陶瓷复合材料，新型高效的电容式换能器新型高效的电容式换能器 现在用于超声仪器的换能器具有频带宽、易加工、机电耦合系数高,探头前端集成信号放大器等优点。宽频带使临床诊断可选多种频率及谐波成像变得十分方便有效。6 3）探头阵元探头阵元 线阵、凸阵探头有效阵元数线阵、凸阵探头有效阵元数2
5、56阵元 （512/1024阵元）相控阵探头有效阵元相控阵探头有效阵元96阵元、128阵元 图1-4 1024 阵元探头 随着微电子工艺的发展，超声探头的阵元（振子）数向着提高密度、减小曲率半径、二维面阵方面发展。常规探头阵元数有：80阵元，96阵元，128阵元。高密集探头阵元有：256阵元，512阵元。1，5维探头：1288阵元，即1024阵元 如图1-4所示。二维面阵探头已达到：60 60 即3600阵元，80 80 即6400阵元 二维面阵探头，可在短轴方向聚焦，可改善侧向方面的分辨力 多阵元探头使声束扫描线密度提高，多方向同时接收回声信号，不需要进行插补处理，图像细腻，分辨力好。7 2
6、.数字式声束形成器数字式声束形成器 (1)数字化数字化“彩超彩超”关键技术是数字声束形成器关键技术是数字声束形成器:1）数字式全程动态聚焦）数字式全程动态聚焦:发射声束聚焦发射声束聚焦8段，接收连续动段，接收连续动态聚焦（每个像素即态聚焦（每个像素即 一个焦点）。一个焦点）。2）数字式可变孔径及动态变迹）数字式可变孔径及动态变迹：改善声束主瓣与副瓣的相对改善声束主瓣与副瓣的相对大小，抑制副瓣（旁瓣），消除副瓣伪象大小，抑制副瓣（旁瓣），消除副瓣伪象 发射声波：改变阵孔径上各阵元的激励电压；发射声波：改变阵孔径上各阵元的激励电压；接收声波：改变各阵元信号相加前的加权系数。接收声波：改变各阵元信号
7、相加前的加权系数。3）数字声束形成物理通道数字声束形成物理通道,接收信号通道接收信号通道 256通道通道 A/D12bit 4）多倍信号并行处理，超声信号动态范围）多倍信号并行处理，超声信号动态范围120dB 由于微电子技术迅速发展，数字波束形成器可集成为一个可独立灵活使用的模块。8 (2)真实信号是图像处理的高端技术，真实信号是图像处理的高端技术，包括:多通道组合，多通道组合，多波束扫描，多波束扫描，复合波束微角扫描复合波束微角扫描,振幅信号、相位信号、频移信号检测振幅信号、相位信号、频移信号检测，消除斑点噪声，消除斑点噪声，以提高整体图像的显示效果。9 (3)二维图像分辨力二维图像分辨力
8、1)二维图像空间分辨力二维图像空间分辨力 图像中像素的数目图像中像素的数目:在一确定的图像显示区域，其像素越多，图像信息越密集，其空间分辨力越好（如512512，512256像素）。图像中像素数目与探头阵元数目（阵元数越多形成声束图像中像素数目与探头阵元数目（阵元数越多形成声束密度愈高）及密度愈高）及A/D的采样速率有关，在一条声束上，采样速度的采样速率有关，在一条声束上，采样速度越快，越快，则采样点越密集，愈能逼近真实的模拟信号。则采样点越密集，愈能逼近真实的模拟信号。声束特性声束特性:纵向半波长度越短（超声频率越高）其轴其轴（纵）向分辨力（纵）向分辨力越好；侧(横)向声束（长轴、短轴或直径
9、越细），其侧向分辨力侧向分辨力越好。进行声束聚焦，采用数字式延时聚焦，可由软件控制，进行声束聚焦，采用数字式延时聚焦，可由软件控制，延迟量可分级变换，可达到很好的聚焦效果。延迟量可分级变换，可达到很好的聚焦效果。10 2)二维图像的对比分辨力二维图像的对比分辨力 对比分辨力对比分辨力：图像的灰阶级数越多，其对比分辨力越好，常用的64级、256级灰阶。灰阶的级数与灰阶的级数与A/D的位数（的位数（bit）有关，位数越高）有关，位数越高（如（如10bit，12bit，）灰阶级差（梯度）越小，愈能）灰阶级差（梯度）越小，愈能反映脏器细微回声的变化。反映脏器细微回声的变化。11 3)二维图像的时间分辨
10、力二维图像的时间分辨力 时间分辨力时间分辨力:单位时间成像速度（即帧频率）越高，其时间分辨力越好，越能真实地反映运动脏器的瞬间变化情况,成像帧速率与接收通道的多倍信号处理有关。物理扫描通道物理扫描通道:在数字声束行成器中，每个阵元对应一个A/D和数字存储器及延迟线，即构成一个物理扫描通道,声束快速扫描，物理扫描通道也随着快速更换。数字声束扫描通道数字声束扫描通道:若发射一次超声后，接收回声可采用24组多倍信号并行处理技术（各有一微小角偏差），24组声束行成通道同时接收回声信号，这就是数字声束扫描通道。采用一发多收，每帧线密度一定时，可以提高帧速率；当帧速率一定时，可以提高每帧的线密度。12 （
11、4）四倍信号处理技术四倍信号处理技术 对4个相位同时接受回声信号，可提高帧频率：90显示视角，可达79帧/s，45显示视角，可达158帧/s；彩色血流显示帧速率可提高3倍，即提高时间分辨力。如图1-7所示。图图1-7 四相位信号同时接收四相位信号同时接收13 (5)多参数接收，同步高速处理多参数接收，同步高速处理 人体声束特性的差别通过高速接收信号参数的高速运算处理，提取多普勒频谱参数及二维图像的全部重要参数，可提高彩色多普勒图像的灵敏度、多普勒频谱及B型图像的分辨力实现了高分辨力与灵敏度的共存。（图1-8）图图1-8 多参数接收同步处理多参数接收同步处理 14 二二、频谱多普勒血流检测及局限
12、性频谱多普勒血流检测及局限性 1.包括包括：脉冲波多普勒：PWD 连续波多普勒：CWD（扇形探头或笔式探头）1）频率范围 电子扇形：PWD、CWD：3种频率 2.53.75MHz 凸阵探头：PWD：2种频率3.756.0MHz 线阵探头：PWD：1种频率7.5MHz CW笔式：CWD：1种频率1.9MHz 2）测量速度：最大 PWD 2.5MHz 可测血流最大速度7.5m/s 最低可测血流最低速度 2mm/s(非噪声信号)3）显示方式：B/D M/D D 电影回放30秒 零位移动6级 及转显示（左/右、上、下）回放及移位 4）滤波器：高通滤波及低通滤波两种，分级选择15 2.提高脉冲多普勒测量
13、精度提高脉冲多普勒测量精度 由于检测血流速度受cos的影响,所以检测的血流速度值是相对值,而要得到真实的血流速度，(真实血流速度是与入射声束角度无关的)。将血流方向与超声束之间的夹角称为多普勒角(Doppler angle)，测量到的血流速度v是真实血流速度(带方向的血流速度矢量 )的分量，如图2-1所示：图2-1 检测血流速度与实际流速的关系 所以v，在-30+30的60弧内,检测速度是实际血流速度的0.871.00倍，而在60时为实际血流速度的1/2。通常把频移fd 经多普勒方程转换成速度量，以cm/s为单位或m/s为单位。16 3.探测血流速度的误差分析探测血流速度的误差分析 由于多普勒
14、角度不同，其估计误差所导致的血流速度估计误差并不由于多普勒角度不同，其估计误差所导致的血流速度估计误差并不同。图同。图2-2显示了不同多普勒角度情况下，每度多普勒角估计误差所造成显示了不同多普勒角度情况下，每度多普勒角估计误差所造成的流速估计误差。的流速估计误差。图图21 21 不同多普勒角的速度估计误差不同多普勒角的速度估计误差 图2-2 不同多普勒角度情况下，流速估计误差 血流速度估计误差与多普勒角度呈函数关系。多普勒角愈小时，误血流速度估计误差与多普勒角度呈函数关系。多普勒角愈小时，误差愈小，当多普勒角差愈小，当多普勒角60时时,误差迅速增加。小角度探查，测得的血流误差迅速增加。小角度探
15、查，测得的血流速度相对准确速度相对准确,多普勒角度在多普勒角度在7090时，几乎不可能测得准确结果，所时，几乎不可能测得准确结果，所以在临床诊断时，尽量使多普勒角度小于以在临床诊断时，尽量使多普勒角度小于60，这是一项基本操作。，这是一项基本操作。17 4.4.局限性局限性 1)1)尼奎斯特频率极限尼奎斯特频率极限 采用脉冲波多普勒超声测量血流速度受到脉冲重复频率（pulsed repetition frequency,PRF）的限制。为了准确显示频移大小和方向，根据采样定理，脉重复频率（PRF）必须大于多普勒频移（fd）的两倍，即：PRF2fd,或写成 f fd d1/2PRF1/2PRF
16、(2-1)(2-1)1/2PRF 1/2PRF 称为尼奎斯特频率极限称为尼奎斯特频率极限(NyqusitNyqusit frequency limit),frequency limit),如果多普勒频移如果多普勒频移(或换算成血流速度或换算成血流速度)超过这一极限超过这一极限,脉冲多普勒所脉冲多普勒所测量的频率改变就会出现大小和方向伪差测量的频率改变就会出现大小和方向伪差,即频率失真即频率失真(frequency frequency aliasingaliasing),),或称为频谱混叠或称为频谱混叠.尼奎斯特极限时尼奎斯特极限时,峰部分被削峰部分被削当血流速度超过峰值限度当血流速度超过峰值限
17、度,即超过即超过顶，而剔除的部分转移到另一方向频谱图底线上显示。这一现象即顶，而剔除的部分转移到另一方向频谱图底线上显示。这一现象即称为混叠。称为混叠。意指剔除的频谱与另一方向真实频谱的叠加扰乱了频谱图。18 性频率失真性频率失真（simple aliasing）或单纯混叠或单纯混叠，如图2-3 所示。这时，频移信号未充满整个频谱显示范围（1/2PRF），从谱图中仍可判断出频移的方向，将正负方向的频移绝对值相加，仍可得到真实的频移值。(b)(b)复合性混叠复合性混叠 f fd dPRF,PRF,这时频移信号在充满频谱的这时频移信号在充满频谱的1/2PRF 1/2PRF 范围之后，再次折叠到范围
18、之后，再次折叠到 1/2PRF1/2PRF部分，表现为正负方向的多次折叠，称为复合性频率失真部分，表现为正负方向的多次折叠，称为复合性频率失真（complex aliasing）或复合性混叠，或复合性混叠，从频谱中不能判断频移信号的方向和大小，无 法确定真实的多普勒频移,如图2-4所示。对高速血流频谱显示为双向的频谱 充填，若被解释为“双向湍流和涡流”，那就是错误的判断。(a)(a)单纯混叠单纯混叠 f fd d1/2PRF1/2PRF，但，但f fd dPRFPRF，即，即PRFPRFf fd d1/2PRF,1/2PRF,则频移信号在充满频谱则频移信号在充满频谱1/2PRF1/2PRF时又
19、反折叠到时又反折叠到-1/2PRF-1/2PRF的部分，表现为正负双向的单次折叠，称为单纯的部分，表现为正负双向的单次折叠，称为单纯图2-3单纯混叠单纯混叠 图 2-4复合性混叠复合性混叠19 2)2)脉冲重复频率与最大采样深度脉冲重复频率与最大采样深度 脉冲多普勒超声检测的最大采样深度dmax取决于脉冲重复频率，即二个发射 脉冲的时间间隔，最大采样深度为：dmax=c/2PRF (2-2)如脉冲重复频率愈高，两个脉冲的间隔时间愈短，采样深度也如脉冲重复频率愈高，两个脉冲的间隔时间愈短，采样深度也愈小。反之，则采样深度愈大。愈小。反之，则采样深度愈大。这样，为了获得深部的血流信息，就要以减小采
20、样的频率为 代价。最大深度示意图如图2-4-3。脉冲重复频率与深度的关系如表2-4-1所示。图2-5 最大深度示意图表 2-1 脉冲重复频率与深度的关系脉冲重复频率 近似的深度距离 最大可检出fd (KHz)(cm)(KHz)25 3 12.9 18 4.3 9 12.5 6 6.25203)3)探测深度与速度测量探测深度与速度测量 可见当可见当f ft t一定时一定时,d,dmaxmax,v,vmaxmax乘积固定，乘积固定，探测的深度越深，可测得的速度值探测的深度越深，可测得的速度值便越小，两者互相制约，便越小，两者互相制约，如图2-6所示。为了避免距离模糊和频谱混叠，最大探测距离dmax
21、和最大可测流速的关系为:：(2-3)图2-6 速度与深度的关系曲线 深度（cm)速度m/stfcvd82maxmax 21 (2-4-5）由式fd PRF可知，增加脉冲重复频率增加脉冲重复频率PRFPRF则则f fd d也随之增，也随之增，而fd与血流速度是对应 5.如何提高脉冲多普勒检测的流速值如何提高脉冲多普勒检测的流速值 1）选择超声频率较低的探头选择超声频率较低的探头 当探测深度当探测深度d d一定时，最大可测血流速度一定时，最大可测血流速度V Vmaxmax与与f ft t（探头频率）成反比，也就是说（探头频率）成反比，也就是说 f ft t越低，流速速可测值愈高。越低，流速速可测值
22、愈高。如表2-4-2所示。表2-4-2 探头频率与最大多普勒速度的关系（cm/s）探头超声频率 深度（cm）25MHz 3.5MHz 5MHz 4 382 273 191 8 231 165 116 12 166 119 83 16 129 92 65 从表中可知，在12cm深度时，2.5MHz检测流速是5MHz的一倍。2 2）增加脉冲重复频率（）增加脉冲重复频率（PRFPRF）由变化的。所以可采用高脉冲重复频率多普勒方式来增加血流速度可测值所以可采用高脉冲重复频率多普勒方式来增加血流速度可测值.tfcvd82maxmax 223 3）减小取样深度）减小取样深度 由表2-1-3可知，对同一频率
23、的探头（即fo不变）探测距离短时，可测流速就大，即即最大可测流速最大可测流速v vmaxmax与采样深度与采样深度d d成反比。在探查高速血流时，应尽量选取距探头近的采样容成反比。在探查高速血流时，应尽量选取距探头近的采样容积，以防止采样过深时发生的频率混叠。积，以防止采样过深时发生的频率混叠。4 4）移动零位线）移动零位线 采用单向测量方式进行检查采用单向测量方式进行检查显示显示0 0PRFPRF之间的频移之间的频移f fd d，使单方向的频移值增大一，使单方向的频移值增大一倍，即流速可测值增大一倍，从而防止单纯混叠发生，倍，即流速可测值增大一倍，从而防止单纯混叠发生，但是零位线向F移动后，
24、正向频移的折返部分得到连续显示，而反向血流的频移信号仍然存在于屏幕上方，与正向频移的尖峰部分相互混杂，反之亦然。这点是必须注意的。所以移动零位线仅在不伴有负向（向下）所以移动零位线仅在不伴有负向（向下）或正向（向上）血流频移信号时才能增大流速可测值并防止频谱的混叠。或正向（向上）血流频移信号时才能增大流速可测值并防止频谱的混叠。如图2-7所示：图2-7 零位线移动扩大测速范围23 三、彩色多普勒血流成像系统三、彩色多普勒血流成像系统 1.彩色多普勒包括：彩色多普勒包括：1)彩色血流显示：速度彩色血流显示：速度分散显示，速度显示、分散显示、分散显示，速度显示、分散显示、彩色多普勒能量图，方向性能
25、量图显示，组织多普勒图（彩色多普勒能量图，方向性能量图显示，组织多普勒图（TDI）2)彩色血流显示帧频：彩色血流显示帧频：80角，角，18cm深度时，彩色显示帧频深度时，彩色显示帧频12帧帧/s。线阵扫描感兴趣的图像范围：线阵扫描感兴趣的图像范围：-20+20 3)彩色血流显示控制：零位线移动分彩色血流显示控制：零位线移动分15级级,黑黑/白与彩色白与彩色比较比较,彩色对比彩色对比.4)彩色血流速度：平均最低血流测量速度彩色血流速度：平均最低血流测量速度5mm/s (非噪声信号非噪声信号)24 2.彩色显示主要模式有如下几种彩色显示主要模式有如下几种：彩色多普勒血流图彩色多普勒血流图(CDI)
26、(彩色血流、彩色透视、彩色余辉、彩色捕捉彩色血流、彩色透视、彩色余辉、彩色捕捉)彩色多普勒能量图彩色多普勒能量图(CDE)彩色多普勒方向性能量图彩色多普勒方向性能量图(DCA)彩色多普勒组织成像图（彩色多普勒组织成像图（TDI)25 1)滤波器的性能滤波器的性能 血流显像的质量主要取决于MTI的特性。一般分为24级可调节选择（图3-2）高通滤波高通滤波可截止起点高的频率，将低速血流频率滤去或除去来自胸腔等不必要的信号,用以显示高速血流，免受低速血流干扰 低通滤波低通滤波，截止起点频率较低，用以显示较低速血流。图3-2 可变彩色滤波器 一个实际的彩色血流显像系统都精心设置高性能的MTI滤波器。如
27、果滤波器的性能不佳，就会显现其它成分（如心壁、瓣膜等）信号，或出现整个图像带红色或兰色的伪象。26 2)血流分散血流分散 血流分散（flow scatter）是表示血流的紊乱情况。层流血流，层流血流，一个像素内的红细胞都以基本相同的速度朝大致一样的方向移动，因此，所显示出来的一个像素内的平均速度、方向和各个红细胞的移动基本一致。湍流血流（分散），湍流血流（分散），血流方向不一致，一个像素（PW采样容积）内的各个红细胞的运动速度、方向皆不相同，仅靠显示速度和方向便无法搞清楚其当血流处于乱流状态时,这样就有必要显示“分散”，即显示一个像素内的红细胞速度、方向的分散情况。当血流速度范围超过仪器所规定
28、的限度或血流方向紊乱不规则时，血流当血流速度范围超过仪器所规定的限度或血流方向紊乱不规则时，血流图像中出现附加的绿色斑点，即表示湍流。图像中出现附加的绿色斑点，即表示湍流。所以朝向探头的湍流出现黄色，背离探头的湍流产生湖蓝色。在明显的所以朝向探头的湍流出现黄色，背离探头的湍流产生湖蓝色。在明显的血流紊乱时，可出现红、蓝、绿、黄、青、白等多彩斑点的血流图像，称为血流紊乱时，可出现红、蓝、绿、黄、青、白等多彩斑点的血流图像，称为镶嵌状图形镶嵌状图形。27 3)彩色显示彩色显示 通常将朝向超声探头方向流来的血流用红色表示，离超声探头远去的血流用蓝色表示。通过改变表示方向的红色或蓝色显示的辉度（彩色的
29、深浅）来表示速度的大小，即流速越快的血流色彩也就越明亮。当出现湍流时（血流分散），血流方向不一致，则以红、蓝混合的杂乱彩色或以绿色表示，并根据血流紊乱程度，来改变其亮度（图3-3）图3-3 血流颜色显示示意图 28 4)彩色血流速度标尺彩色血流速度标尺 用于标识最大速度显示范围、高速标尺适用高流速显示，用于标识最大速度显示范围、高速标尺适用高流速显示，低速标尺适用于低流速显示低速标尺适用于低流速显示。红蓝两色的最大亮度代表彩色血流的的尼奎斯特频率极限。一般将红、兰两色分为16个色阶或亮度等级调节速度标尺。可调节显示血流的流速范围。当高速血流超过最大显示频率范围时（当高速血流超过最大显示频率范围
30、时（Nyquist频率范围的频率范围的层流）将出折返现象层流）将出折返现象。在彩色血流显像中，折返现象表现为几在彩色血流显像中，折返现象表现为几种色彩套叠，如同烛光的光焰色种色彩套叠，如同烛光的光焰色。以红、绿、蓝三基色调配的不同色彩和辉度代表着血流不同方向、速度和性质。并和二维灰阶图像叠加构成了彩色血流图像。29 5)彩色血流显示方式彩色血流显示方式速度速度方差显示方差显示（VT）显示血流速度及方向，同时显示湍流（变化 程度）多用于心脏高速血流检查：速度显示（速度显示（V）显示血流速度及方向，彩色（色调）表示方 向，颜色的饱和度表示平均速度范围。用于 腹部及低速血流检查方差显示（方差显示（T
31、）显示血流分散，彩色的饱和度显示湍流的大 小，彩色（色调）表示血流存在率乱。用 于高速湍流血流检查。能量显示（能量显示（P）用彩色的饱和度显示血流能量强度，多用于中 低速血流检查。30 6)零电平位移零电平位移：当测量的血流速度很大，超出尼奎斯特频率极限（Nyqusit frequency limit），多普勒频率变化会出现大小和方向的伪差，即频率混淆，正向血流（或负向血流）会出折返现象颜色反转。这时可以将零电平线向下（或向上）移动，可把单一方向的最大血流测量速度扩大两倍，以避免高速血流的颜色返叠（图3-4）。图3-4 零电平位移 在彩色多普勒血流成像中，当零电平向负向移动达7个色阶时，扩大了
32、正向血流显示范围。反之，零电平向正向移动，可使兰色的反向血流显像扩展至正的范围内。扩大了负向血流的显示范围。31 7)提高彩色显示帧频提高彩色显示帧频 确保高帧数的几种方法是确保高帧数的几种方法是 缩短诊查部位距离：缩短诊查部位距离：超声波发射出来并反射回去的时间也超声波发射出来并反射回去的时间也就缩短，从而能提高帧数。就缩短，从而能提高帧数。缩小扫描角度缩小扫描角度：缩小扫描角度到缩小扫描角度到30度，度，效果相当显著。效果相当显著。通过角度变化可提高帧数通过角度变化可提高帧数。提高彩色运算装置的性能，采用多相位同步接收处理的新提高彩色运算装置的性能，采用多相位同步接收处理的新技术可以大大提
33、高帧速率技术可以大大提高帧速率。32 8)彩超品质评价彩超品质评价 彩超质量取决于彩超质量取决于：空间分辨力是指对血管特定点瞬时速度的检测，与采样容积有关空间分辨力是指对血管特定点瞬时速度的检测，与采样容积有关。采样容积越小，越能反映特定点细微血流的瞬时真实血流速度。速度分辨力是指对血流速度快速变化的对比分辨能力速度分辨力是指对血流速度快速变化的对比分辨能力。在检测高速血流时还有低速血流信号，或在高速血流后即出现低速血流，均可适应其变化得于清晰显像。这与壁滤器的自适应能力有关。动态分辨力指彩色成像的速率动态分辨力指彩色成像的速率帧速率帧速率。当彩色显示角度变大，深度增加时，帧频会降低，时间分辨
34、能力变差，便无法观察细小的异常血流。要处理好角度、深度与帧速率的关系。敏感度是指对低速血流检测的能力及瞬时高速血流准确捕捉的能力敏感度是指对低速血流检测的能力及瞬时高速血流准确捕捉的能力。现已可检测到直径为0.2mm 血管内的血流信号，可测到0.18cm/s的低速血流，并有良好的信噪比。均匀性是指全程声场均匀一致，它与有效声束直径、发射脉冲的脉宽有关均匀性是指全程声场均匀一致，它与有效声束直径、发射脉冲的脉宽有关。在全图像区域图像的细微分辨都均匀一致（近场、中场、远场）以及在彩色显示方式时图像中部及两侧边缘高质量的二维灰阶图像。穿透力是指彩色血流显像可达到的最大深度穿透力是指彩色血流显像可达到
35、的最大深度。彩色显示效果是指彩色的色彩、彩色充盈度、色彩连续性、彩色颗粒粗细、方差显彩色显示效果是指彩色的色彩、彩色充盈度、色彩连续性、彩色颗粒粗细、方差显示能力等。其图像效果可直接观察到示能力等。其图像效果可直接观察到。33 9)9)彩色多普勒血流成像的局限性彩色多普勒血流成像的局限性 正常的较高流速：PW的频谱不出现频率失真。而CDFI可出现彩色逆转，易误为血流紊乱。CDFI显示的是平均血流速度，而非最大流速。CDFI不能用于血流速度的定量分析。采用零线位移方法，可使奎尼斯特频率极限增大1倍，但只能观察单一方向的血流。而不能同时观察正、反两种方向的血流。湍流显示不确定性,当湍流存在时，定会
36、出现绿点斑点，但出现绿点斑点并不一定就是湍流的存在。34 四四、自然组织谐波及造影剂谐波成像、自然组织谐波及造影剂谐波成像 随着非线性学论理的发展，对超声波在人体组织传播的研究表明：超声波与人体组织（介质）作用，其传播、反射（和散射）时都具有非线性效应。这种非线性效应使发射的基波频率f0会出现n f0频率的谐波(n=1/2,2,3 )。这种传播和反射非线性效应所产生的谐波频率决定了谐波成像的不同应用。谐波成像分自然组织谐波成像及造影剂谐波成像的基波频率个数2。35 1.二次谐波成像的几个相关问题二次谐波成像的几个相关问题 传播时传播时 发射超声波的中心频率为发射超声波的中心频率为f0，其能量比
37、较高，在弹，其能量比较高，在弹性介质中非线性传播时，不仅含有性介质中非线性传播时，不仅含有f0的基波，而且有的基波，而且有2 f0的谐波，的谐波，如图如图4-1所示。所示。图4-1 超声波传播的非线性效应 反射时反射时 在超声造影成像时声波冲击造影剂微泡，微泡可在超声造影成像时声波冲击造影剂微泡，微泡可能在能在2倍或更高倍数的声波频率上振动，作为新的声源而发射倍或更高倍数的声波频率上振动，作为新的声源而发射2f0的谐波反回到探头。接收造影剂的这种二次谐波就能很好地的谐波反回到探头。接收造影剂的这种二次谐波就能很好地显示造影剂回声信号。这种非线性现象主要表现有三个方面：显示造影剂回声信号。这种非
38、线性现象主要表现有三个方面：36 1).声波速度的非线性改变声波速度的非线性改变谐波的产生谐波的产生 超声波在弹性介质中传播时，使介质在压力大的区域，分子紧密排列，而在压力低的区域，分子排列疏松，图超声波在弹性介质中传播时，使介质在压力大的区域，分子紧密排列，而在压力低的区域，分子排列疏松，图4-2。介质这一密度上的变化使声波的速度处于压缩区要比疏松区稍快，若介质这一密度上的变化使声波的速度处于压缩区要比疏松区稍快，若c0为同一介质中的传播速度，为同一介质中的传播速度，c1为压缩区为压缩区的声速，的声速，c2为疏松区的速度则为疏松区的速度则c1c0c2。介质中各点传播的声速不同而导致声波传播过
39、程中形态上发生轻微变化，。介质中各点传播的声速不同而导致声波传播过程中形态上发生轻微变化，即产生畸变。图即产生畸变。图11波峰变尖，这就意味着谐波频率的产生，这种尖峰特征比波的圆饨的波谷传播更快。波峰变尖，这就意味着谐波频率的产生，这种尖峰特征比波的圆饨的波谷传播更快。此种现象与海浪涌向岸边时逐渐演变为尖而陡的波浪类似，浪尖峰代表较高的谐波频率，而近海岸边的则代表此种现象与海浪涌向岸边时逐渐演变为尖而陡的波浪类似，浪尖峰代表较高的谐波频率，而近海岸边的则代表基波频率。基波频率。图图4-2 介质的压缩与疏松介质的压缩与疏松图图4-3 脉冲波传播过程中产生谐波示意图脉冲波传播过程中产生谐波示意图3
40、7 2).谐波能量的非线性改变：谐波能量的非线性改变：超波在弹性介质中传播时，不仅产生谐波频率，而且谐波频率能量随超波在弹性介质中传播时，不仅产生谐波频率，而且谐波频率能量随传播距离而呈非线性改变。图传播距离而呈非线性改变。图4-4 在近场表浅处，超声波仅由基波频率在近场表浅处，超声波仅由基波频率组成。但传播后，能量会在二次谐波频率处产生。组成。但传播后，能量会在二次谐波频率处产生。其基波强度随传播距离而减少，但谐波强度呈非线性改变。在表浅处其基波强度随传播距离而减少，但谐波强度呈非线性改变。在表浅处谐波能量较低，采用谐波成像，可克眼来原于腹壁和接近腹壁的反射和谐波能量较低，采用谐波成像，可克
41、眼来原于腹壁和接近腹壁的反射和散射的基波伪象，而传播数厘米后，谐波能量明显增加，产生具有一定散射的基波伪象，而传播数厘米后，谐波能量明显增加，产生具有一定强度的谐波频率。强度的谐波频率。图图4-4 谐波能量变化示意图谐波能量变化示意图38 3)基波能量与谐波能量的非线性改变基波能量与谐波能量的非线性改变 谐波频率能量的高低与基波频率能量有关，弱的基波频谐波频率能量的高低与基波频率能量有关，弱的基波频率几乎不产生谐波频率能量，而强的基波产生较大的谐波能率几乎不产生谐波频率能量，而强的基波产生较大的谐波能量（图量（图4-5）。）。这种非线性改变对于基波能量弱的旁瓣产生的谐波，则这种非线性改变对于基
42、波能量弱的旁瓣产生的谐波，则极少会使谐波成像产生旁瓣伪像影响。极少会使谐波成像产生旁瓣伪像影响。图图4-5 基波能量与谐波能量关系示意图基波能量与谐波能量关系示意图39 2.二次谐波的接收二次谐波的接收 1)二次谐波接收是提取2f0的谐波回声信号，包括自然组织与造影剂的谐波信号。(图4-6)。图图4-6 谐波信号的接收示意图谐波信号的接收示意图40 现在已在彩超中采取多种技术措施使二次谐波与基波相现在已在彩超中采取多种技术措施使二次谐波与基波相分离，而提取纯净的二次谐波成像，它可以是一个仅使谐波分离，而提取纯净的二次谐波成像，它可以是一个仅使谐波频率能通过的锐利接收滤波器。（图频率能通过的锐利
43、接收滤波器。（图4-7）。同时，接收系）。同时，接收系统应具有很宽的动态范围，才能更好地接收非常弱的谐波信统应具有很宽的动态范围，才能更好地接收非常弱的谐波信号成像。号成像。图图4-7 锐利滤波器的过滤作用锐利滤波器的过滤作用 若是宽带滤波，使基波和谐波混合，而窄带滤波时，只若是宽带滤波，使基波和谐波混合，而窄带滤波时，只有谐波能量通过。有谐波能量通过。41 3.谐波成像与图像质量谐波成像与图像质量 谐波成像可以明显改变超声图像质量，表现在：1).消除近场伪像干扰消除近场伪像干扰 表层腹壁或接近腹壁的反射和散射会产生超声伪像，但这些伪像基波能量强，而谐波能量极少，当采用谐波成像时，则近场的伪像
44、将大部分被消除。基波声束旁瓣会产生明显的旁瓣伪像，而二次谐波声束旁瓣能量与中心声束能量相比呈反比例降低，即使二次谐波信号强度放大与基波的信号强度相当时，二次谐波的旁瓣仍比基波旁瓣低很多。在二次谐波成像时，就能明显地消除声束旁瓣伪像并使主瓣变细（图4-9）。图4-9 基波二次谐波声束轮廓示意图42 2)消除近场混响消除近场混响 声束在表浅组织内表层与肋骨之间产生混响,对图像显示常出现模糊雾状改变。因此时，尚未形成明显的谐波能量，这些混响是由基波频率的能量形成，当声束穿过表浅层进入组织后，谐波信号能量明显。在接收时，消除基波后，二次谐波成像使紊乱和模糊影像被消除，得到了更为清晰的图像。43 自然组
45、织谐波成像不需要注入造影剂，而需要高灵敏度的接收系统。包括探头的灵敏度和大的动态范围及信号处理技术（提高信/噪比及接收微弱谐波信号的能力）。44 4.超声造影剂（超声造影剂（utrasound contrast agent，UCA）谐波）谐波成像，它包括：成像，它包括：1)声速非线性而产生的谐波成分，它是声波在组织中传播而产生的；2)基波与谐波冲击UCA微气泡产生反射与散射的增强信号，即UCA微泡的反射非线性又产生入射信号的基波和谐波，但接收时，只接取2f0的谐波信号，但它是二种效果的综合。即：频率为2f0的入射谐波和微气泡对此反射的二次谐波。频率为f0 的入射基波和微气泡界面对比的非线性反射
46、产生的2f0的谐波。对于自然组织谐波成像，它包括：声速非线性而产生的谐波即2f0；基波与非线性界面反射而产生频率为2f0的谐波信号。两种谐波信号在谐波成像系统中被接收处理及显示。45 5.增强造影谐波成像的技术增强造影谐波成像的技术 超声造影剂的散射回声增强了血液的回声强度，但由于造超声造影剂的散射回声增强了血液的回声强度，但由于造影剂浓度偏低、造影剂在血液循环的持续时间短、造影剂散射影剂浓度偏低、造影剂在血液循环的持续时间短、造影剂散射回声强度低等原因，需要采用回声强度低等原因，需要采用 1）第二次谐波成像）第二次谐波成像；2）间歇）间歇式超声成像；式超声成像；3）能量多普勒谐波成像）能量多
47、普勒谐波成像；4）反向脉冲谐波成）反向脉冲谐波成像；像；5）受激声波发射成像等技术增强造影剂散射回声）受激声波发射成像等技术增强造影剂散射回声。造影谐波成像需要造影谐波成像需要:超声设备技术的提高，超声设备技术的提高，临床研究的深化，临床研究的深化，造影剂性能的改进造影剂性能的改进，46 6.谐波成像的应用选择谐波成像的应用选择 谐波成像主要视被检测目标的回波信号的信噪谐波成像主要视被检测目标的回波信号的信噪比比比较被测目标回声信号的基波与谐波的信噪比，比较被测目标回声信号的基波与谐波的信噪比，谐波的信噪比大于基波的信噪声比，采用谐波成谐波的信噪比大于基波的信噪声比，采用谐波成像会使图像更为清
48、晰，像会使图像更为清晰，若相反就不必采用谐波了若相反就不必采用谐波了。477.局限性：局限性：1)造影剂价格十分昂贵，不利广泛应用；造影剂价格十分昂贵，不利广泛应用；2)增强效果受注射剂量和掖注时间的影响；增强效果受注射剂量和掖注时间的影响；3)增强持续时间有限，不利全面充分观察分析病变情况增强持续时间有限，不利全面充分观察分析病变情况。48 五五、三维显像与、三维显像与 三维显像包括：探头自由扫描，软件重建三维图像；探头自由扫描，软件重建三维图像；容积探头三维成像；容积探头三维成像；实时三维成像。实时三维成像。1、实时三维超声波扫描、实时三维超声波扫描 观察心脏图像观察心脏图像 形似开扇窗子
49、，观察病人体内器官。实时观察整个跳动的心脏。选择任何部位，任何角度观察心脏 的前面、侧面和横切面49 2.三维超声图像重建三维超声图像重建 观察非活动赃器的静态三维超声图象，所重建图象无时相之分。图像像重建步骤：（l）三维超声回声信息的提取。(2）图像处理及三维重建。(3）显示有立体感的图像。50 l)三维超声扫描及回声信号提取 二维超声探头二维超声探头 凸阵探头弧形切割/扇形扫描探头平移。多平面食道探头旋转扫描,扫描受检脏器一个容积。对心脏扫描采用心电图同步,呼吸周期门控,控制图象的时间空回定位。二维容积超声探头二维容积超声探头 在一容积内，依次发收超声信息。所采集接收到的回声图象信息均被数
50、字化,存储到有大容量高速计算机中 51 2)图像处理及三维重建 显示有立体感的图像。52三维超声成像在妇科的应用三维超声成像在妇科的应用 三维超声成像在妇产科的应用已进入临用阶段，且应用广泛 产科由于独特的生理及病理条件，组织结构间的灰阶 差异较大，非常适合作三维超声成像 53 三维超声成像既存在很多优点，如图像直观、信息量丰富、可增强操作者信心、任意角度观察感兴趣结构、定量研究更准确等。但目前的技术也存在一些发展过程中出现的问题。54 随着这些技术的改进，三维超声成像技术终将作为二维超声有益的补充，在临床上发挥更为重要的作用。55 、医学图像存储医学图像存储,传送传送,病案管理系统病案管理系
