淺談多普勒頻譜超聲診斷法

趙瑞虹

（黑龍江省醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150036）

淺談多普勒頻譜超聲診斷法

趙瑞虹

（黑龍江省醫(yī)院，黑龍江 哈爾濱 150036）

多普勒頻譜超聲；診斷

1 原 理

多普勒頻譜分析是利用對(duì)運(yùn)動(dòng)物體所產(chǎn)生多普勒信號(hào)的頻譜分布進(jìn)行分析的超聲診斷法。目前采用的顯示方式主要有如下3種：

1.1 頻移(速度)-時(shí)間顯示譜圖

這是最常采用的譜圖。它的橫軸(水平方向)代表時(shí)間，即運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，單位為“s”；縱軸(垂直方向)代表多普勒頻移，即運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，單位為cm/s?！笆湛s峰”指在心動(dòng)周期內(nèi)達(dá)到收縮峰頻率(即峰值流速)的位置?！笆鎻埬┢凇笔菍⒁M(jìn)入下一收縮期的舒張期最末點(diǎn)?！按啊睘闊o(wú)頻率顯示區(qū)域。“中間水平線”(橫軸線)為零頻移線(基線)，在基線上面的譜圖為正向頻移，表示血流朝向探頭。在基線下面則為反向頻移，表示血流背離探頭?！邦l帶寬度”為頻移在垂直方向上的寬度，表示某一瞬間采樣血流中血細(xì)胞速度分布范圍的大小。頻帶寬，速度分布范圍大；頻帶窄，速度分布范圍小。“頻譜灰階”即頻譜圖的明暗度，表示信號(hào)強(qiáng)度的大小。它和該時(shí)刻采樣容積內(nèi)血流速度相同的血細(xì)胞數(shù)目多少有關(guān)，紅細(xì)胞數(shù)目多，后散射強(qiáng)，顯示較亮；反之顯示較暗。

1.2 功率譜圖顯示

在頻譜圖中，以橫坐標(biāo)表示頻率(速度)，以縱坐標(biāo)表示振幅(紅細(xì)胞數(shù)目)。由于頻率與振幅的乘積即頻譜曲線下的面積，它等于信號(hào)的功率，這種譜圖稱(chēng)為功率譜圖。在心臟和血管的多普勒檢測(cè)中，功率譜可看作是采樣容積或聲束內(nèi)的紅細(xì)胞流速與紅細(xì)胞數(shù)量之間的關(guān)系曲線。

2 診斷基礎(chǔ)

2.1 血液的成分及其流動(dòng)的特點(diǎn)

2.1.1 血液的成分很復(fù)雜，但作為超聲的散射體，主要是紅細(xì)胞。紅細(xì)胞的形狀一般為扁平的圓盤(pán)狀，直徑約8.5μm，中央下凹。以3.5MHz頻率的超聲為例，它在人體內(nèi)的波長(zhǎng)為0.44mm，為紅細(xì)胞直徑的50多倍，所以紅細(xì)胞是很好的超聲散射體。

Shung等的實(shí)驗(yàn)證明，在紅細(xì)胞容積低于10%的低濃度情況下，散射強(qiáng)度與紅細(xì)胞容積成線性關(guān)系；在高濃度時(shí)，散射強(qiáng)度與紅細(xì)胞容積呈非線性關(guān)系。在紅細(xì)胞容積約為26%時(shí)，出現(xiàn)最大的散射系數(shù)，當(dāng)濃度更高時(shí)，散射系數(shù)反而降低。因?yàn)椋诩t細(xì)胞容積小于10%時(shí)，紅細(xì)胞之間間距較大，每個(gè)紅細(xì)胞在超聲散射時(shí)，呈各向同性，即在所有方向上都同等地散射一部分入射超聲。因而，接收到的一組紅細(xì)胞的散射超聲總能量就是每個(gè)紅細(xì)胞散射超聲能量之和[1]。

紅細(xì)胞散射超聲的強(qiáng)度還與頻率有關(guān)，頻率越高，散射越強(qiáng)。Shung等人的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，反向散射的超聲強(qiáng)度與頻率成4次方關(guān)系。

2.1.2 人體血液流動(dòng)的特點(diǎn)

1883年，雷諾實(shí)驗(yàn)證明黏性流體的流動(dòng)有兩種基本流動(dòng)狀態(tài)：層流(片流)和湍流(紊流)。下面對(duì)血液在圓管中這兩種流動(dòng)狀態(tài)作簡(jiǎn)要分析。①層流：血液在血管中以單一方向運(yùn)動(dòng)，其橫截面上各點(diǎn)的流速分布不相同，軸心快，而靠管壁慢。②湍流：當(dāng)血流遇到阻塞時(shí)，障礙物對(duì)流體將產(chǎn)生加速度，甚至帶有瀑亂的旋渦噴射。這種血流方式為峰值流速增加，速度分布的分散和紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)加速。這種現(xiàn)象，常出現(xiàn)在血流從高壓管腔(或心腔)經(jīng)過(guò)窄孔進(jìn)入低壓管腔(或心腔)。窄孔可以是狹窄管腔或狹窄瓣口、反流瓣口、房室隔缺損或其他分流通道等。

2.1.3 層流的頻譜特征

層流時(shí)，速度梯度小，頻譜窄。頻譜光點(diǎn)密集，包絡(luò)比較光滑，頻譜與基線之間一般有明顯的空窗。正常情況下，人體心血管內(nèi)血流為層流。

2.1.4 湍流的頻譜特性

湍流時(shí)，速度梯度大，頻譜增寬。頻譜光點(diǎn)疏散，包絡(luò)不光滑，呈毛刺狀，頻譜與基線之間的空窗消失。

異常情況下的血流一般為湍流，如瓣膜病變時(shí)，狹窄瓣口的射血或瓣膜關(guān)閉不全時(shí)的反流及房室間隔缺損時(shí)經(jīng)缺損口的分流等。

2.2 探測(cè)方法

2.2.1 二尖瓣血流頻譜的探測(cè)

將探頭置于被檢者的心尖部，顯示心尖四腔圖或二腔圖，取樣容積置于二尖瓣口左心室側(cè)，可記錄到正常二尖瓣口血流頻譜圖。對(duì)竇性心律者，舒張期譜圖呈雙峰圖形；房顫時(shí)，第二峰可以消失。各峰的頻帶寬度很窄，波形多數(shù)呈三角形，有時(shí)也呈速度陡直上升的拋物線狀，是層流譜圖，表示正常血流。

正常二尖瓣的血流頻譜圖形態(tài)還與取樣容積的位置有關(guān)。當(dāng)血流從左心房經(jīng)二尖瓣口流入左心室時(shí)，在左心房和左心室之間的壓差作用下，血流呈加速運(yùn)動(dòng)，在瓣口附近血流速度達(dá)到最高點(diǎn)，隨后由于左心室血流的黏滯阻力，使血流速度下降。因此，若取樣容積在左房?jī)?nèi)，頻譜幅度低；若在二尖瓣口時(shí)，頻譜幅度高；若正好置于瓣膜開(kāi)口處，則在舒張?jiān)缙谘魉俣刃盘?hào)之前，可聽(tīng)(見(jiàn))到短促的瓣膜開(kāi)放音(波)；若再往左房側(cè)移動(dòng)1～2cm，則有瓣膜在舒張末期的關(guān)閉音。

2.2.2 三尖瓣血流頻譜

仍取心尖四腔圖，取樣容積置于三尖瓣口右心室側(cè)，可記錄到類(lèi)似二尖瓣的頻譜圖形，但流速較低、幅度小，且隨呼吸周期變化。吸氣時(shí)，血流速度增加；呼氣時(shí)，血流速度減低。取樣容積進(jìn)入右心房后，三尖瓣血流圖形消失。此外，三尖瓣血流圖形也可在胸骨左緣和肋下記錄到，但由于聲束與血流速度矢量的夾角太大，圖形不及心尖部的理想。

2.2.3 主動(dòng)脈血流速度頻譜

常在心尖部或胸骨上窩處探查。前者在顯示心尖四腔圖后，置取樣容積于主動(dòng)脈瓣下的左心室流出道內(nèi)，記錄到收縮期幅度稍高，頻譜較窄的血流圖形，由于此時(shí)血流方向遠(yuǎn)離探頭，故頻譜方向向下。后者在顯示主動(dòng)脈長(zhǎng)軸后，置取樣容積于主動(dòng)脈內(nèi)。此時(shí)血流方向朝向探頭，故血流頻譜向上。此部位檢查時(shí)，血流方向和聲束軸線接近平行，故得到的頻譜幅度較心尖部高。

正常主動(dòng)脈瓣的瓣口血流為收縮期的層流，其頻帶寬度很窄，但在血流峰值和減速期會(huì)有輕度湍流，即頻帶寬度增寬；舒張期瓣膜關(guān)閉，沒(méi)有血流。有少數(shù)正常人，其主動(dòng)脈血流也會(huì)出現(xiàn)收縮期輕度湍流，尤其在劇烈運(yùn)動(dòng)以后，呈湍流的可能性更大。但這種現(xiàn)象與瓣膜狹窄時(shí)高速血流噴射的湍流頻譜是可以區(qū)別的。主要差異有：①頻譜增寬較輕；②發(fā)生的時(shí)間較短，且主要在收縮末期[2]。

2.2.4 肺動(dòng)脈血流頻譜

探頭置于胸骨旁，獲取右心室流出道長(zhǎng)軸圖后，置取樣容積于右心室流出道內(nèi)，錄到肺動(dòng)脈血流頻譜。其收縮期血流頻譜呈圓屋頂狀，頻帶寬度窄，因血流方向遠(yuǎn)離探頭，故頻譜向下；舒張期只有緩慢的血流，方向與收縮期相同。肺動(dòng)脈與主動(dòng)脈頻譜相似的地方是：血流加速時(shí)頻譜很窄，減速時(shí)頻譜稍增寬。

3 超聲多普勒頻譜法的血流定量測(cè)定

通常只要對(duì)血流多普勒頻譜的知識(shí)及正常和各種心臟疾病血流頻譜的區(qū)別弄清了，就可對(duì)心臟分流、瓣膜反流和狹窄等疾病作出定性診斷。但臨床上，更需要對(duì)人體血流作定量的計(jì)算和分析。多普勒頻譜技術(shù)為在生理?xiàng)l件下進(jìn)行血流定量的無(wú)創(chuàng)傷研究提供了有效的手段。

血流速度測(cè)定：超聲多普勒頻譜圖，實(shí)際上就是速度譜，它反映流經(jīng)取樣容積的紅細(xì)胞的速度分布。利用它可以測(cè)定下述幾種血流速度：①瞬時(shí)速度(Vt)：即心動(dòng)周期中某一時(shí)刻的速度。它由實(shí)時(shí)頻譜計(jì)算，只要在時(shí)間軸上相應(yīng)的時(shí)刻作一條垂線，垂線與頻譜相交的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速度值，即此刻的瞬時(shí)速度Vt。②峰值速度(Vp)：即心動(dòng)周期中頻譜最高值所對(duì)應(yīng)的速度，它可在實(shí)時(shí)頻譜圖上讀出。

峰值速度對(duì)臨床診斷有直接意義，如血管或瓣口狹窄時(shí)峰值速度明顯增加，狹窄愈嚴(yán)重，峰值速度愈大。

4 頻譜分析和顯示的局限性

4.1 CW法的局限性

CW無(wú)距離選通能力，凡聲束遇到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)都能檢測(cè)到多普勒頻移信息，不僅不能進(jìn)行定位診斷，而且聲束遇到多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生偽差。CW的檢測(cè)靈敏度稍低，對(duì)弱回聲的檢測(cè)能力較差，而且對(duì)采用單晶片探頭檢測(cè)B超時(shí)不能同時(shí)顯示CW。這時(shí)要采用HPRF法。

4.2 距離分辨力與速度分辨力的矛盾

距離分辨力通常由采樣容積即有效聲束直徑和發(fā)射脈沖的脈寬決定。距離分辨力愈高，采樣容積必須愈小，即脈寬愈窄。由于超聲脈沖的脈寬與頻寬之積為一有限值，所以脈寬愈窄，頻寬愈寬，多譜勒頻譜占據(jù)的區(qū)間也愈寬，不易確定明確的多普勒頻移。所以距離分辨力高，則速度分辨力便低；反之亦然。

4.3 采樣容積固定位置及單點(diǎn)采樣的局限性

單點(diǎn)固定采樣無(wú)法取得準(zhǔn)確的血流參數(shù)，特別是運(yùn)動(dòng)器官。例如心臟二尖瓣口采樣，若收縮期時(shí)取樣容積在二尖瓣口左室側(cè)，則在舒張期時(shí)有可能在二尖瓣口左房側(cè)。這種采樣方法對(duì)檢測(cè)小的動(dòng)脈血管更是困難。所以，要采用實(shí)時(shí)采樣，使采樣容積可跟隨心臟運(yùn)動(dòng)。

此外，單點(diǎn)采樣不能測(cè)定血管內(nèi)血流速度的輪廓線，不能同時(shí)測(cè)定幾部位的血流信息。所以要采用多點(diǎn)采樣方法。

4.4 頻譜分析和顯示的偽差

現(xiàn)時(shí)采用的FFT方法存在時(shí)間效應(yīng)引起的頻譜增寬和幅度失真。

紅細(xì)胞通過(guò)采樣容積的時(shí)間稱(chēng)為通過(guò)時(shí)間。通過(guò)時(shí)間短暫所引起的頻譜增寬稱(chēng)為通過(guò)時(shí)間效應(yīng)。這種效應(yīng)還引起振幅失真，表現(xiàn)為頻譜增寬部分的多余灰階。此外，這種效應(yīng)還造成頻率分辨力降低。

[1] 王鐵英,寧瑋.彩色多普勒能量圖檢測(cè)子宮內(nèi)膜對(duì)鑒別宮內(nèi)外早早孕的價(jià)值[J].包頭醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,21(2):136.

[2] 許偉,張改英,李曉君.彩色多普勒血流顯像對(duì)卵巢腫塊的診斷價(jià)值[J].中國(guó)超聲診斷雜志,2001,2(1):40-41.

R445

A

1671-8194（2013）20-0388-02