淺談多普勒頻譜超聲診斷法

趙瑞虹

（黑龍江省醫院，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運動物體所產生多普勒信號的頻譜分布進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)代表時間，即運動目標的運動時間，單位為“s”；縱軸(垂直方向)代表多普勒頻移，即運動目標的運動速度，單位為cm/s。“收縮峰”指在心動周期內達到收縮峰頻率(即峰值流速)的位置。“舒張末期”是將要進入下一收縮期的舒張期最末點。“窗”為無頻率顯示區域。“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。“頻帶寬度”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，表示信號強度的大小。它和該時刻采樣容積內血流速度相同的血細胞數目多少有關，紅細胞數目多，后散射強，顯示較亮；反之顯示較暗。

1.2 功率譜圖顯示

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

2 診斷基礎

2.1 血液的成分及其流動的特點

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

Shung等的實驗證明，在紅細胞容積低于10%的低濃度情況下，散射強度與紅細胞容積成線性關系；在高濃度時，散射強度與紅細胞容積呈非線性關系。在紅細胞容積約為26%時，出現最大的散射系數，當濃度更高時，散射系數反而降低。因為，在紅細胞容積小于10%時，紅細胞之間間距較大，每個紅細胞在超聲散射時，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，接收到的一組紅細胞的散射超聲總能量就是每個紅細胞散射超聲能量之和[1]。

紅細胞散射超聲的強度還與頻率有關，頻率越高，散射越強。Shung等人的實驗說明，反向散射的超聲強度與頻率成4次方關系。

2.1.2 人體血液流動的特點

1883年，雷諾實驗證明黏性流體的流動有兩種基本流動狀態：層流(片流)和湍流(紊流)。下面對血液在圓管中這兩種流動狀態作簡要分析。①層流：血液在血管中以單一方向運動，其橫截面上各點的流速分布不相同，軸心快，而靠管壁慢。②湍流：當血流遇到阻塞時，障礙物對流體將產生加速度，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胞運動加速。這種現象，常出現在血流從高壓管腔(或心腔)經過窄孔進入低壓管腔(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，速度梯度小，頻譜窄。頻譜光點密集，包絡比較光滑，頻譜與基線之間一般有明顯的空窗。正常情況下，人體心血管內血流為層流。

2.1.4 湍流的頻譜特性

湍流時，速度梯度大，頻譜增寬。頻譜光點疏散，包絡不光滑，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，狹窄瓣口的射血或瓣膜關閉不全時的反流及房室間隔缺損時經缺損口的分流等。

2.2 探測方法

2.2.1 二尖瓣血流頻譜的探測

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，可記錄到正常二尖瓣口血流頻譜圖。對竇性心律者，舒張期譜圖呈雙峰圖形；房顫時，第二峰可以消失。各峰的頻帶寬度很窄，波形多數呈三角形，有時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還與取樣容積的位置有關。當血流從左心房經二尖瓣口流入左心室時，在左心房和左心室之間的壓差作用下，血流呈加速運動，在瓣口附近血流速度達到最高點，隨后由于左心室血流的黏滯阻力，使血流速度下降。因此，若取樣容積在左房內，頻譜幅度低；若在二尖瓣口時，頻譜幅度高；若正好置于瓣膜開口處，則在舒張早期血流速度信號之前，可聽(見)到短促的瓣膜開放音(波)；若再往左房側移動1～2cm，則有瓣膜在舒張末期的關閉音。

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，可記錄到類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，血流速度增加；呼氣時，血流速度減低。取樣容積進入右心房后，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，置取樣容積于主動脈瓣下的左心室流出道內，記錄到收縮期幅度稍高，頻譜較窄的血流圖形，由于此時血流方向遠離探頭，故頻譜方向向下。后者在顯示主動脈長軸后，置取樣容積于主動脈內。此時血流方向朝向探頭，故血流頻譜向上。此部位檢查時，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有輕度湍流，即頻帶寬度增寬；舒張期瓣膜關閉，沒有血流。有少數正常人，其主動脈血流也會出現收縮期輕度湍流，尤其在劇烈運動以后，呈湍流的可能性更大。但這種現象與瓣膜狹窄時高速血流噴射的湍流頻譜是可以區別的。主要差異有：①頻譜增寬較輕；②發生的時間較短，且主要在收縮末期[2]。

2.2.4 肺動脈血流頻譜

探頭置于胸骨旁，獲取右心室流出道長軸圖后，置取樣容積于右心室流出道內，錄到肺動脈血流頻譜。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。肺動脈與主動脈頻譜相似的地方是：血流加速時頻譜很窄，減速時頻譜稍增寬。

3 超聲多普勒頻譜法的血流定量測定

通常只要對血流多普勒頻譜的知識及正常和各種心臟疾病血流頻譜的區別弄清了，就可對心臟分流、瓣膜反流和狹窄等疾病作出定性診斷。但臨床上，更需要對人體血流作定量的計算和分析。多普勒頻譜技術為在生理條件下進行血流定量的無創傷研究提供了有效的手段。

血流速度測定：超聲多普勒頻譜圖，實際上就是速度譜，它反映流經取樣容積的紅細胞的速度分布。利用它可以測定下述幾種血流速度：①瞬時速度(Vt)：即心動周期中某一時刻的速度。它由實時頻譜計算，只要在時間軸上相應的時刻作一條垂線，垂線與頻譜相交的交點所對應的速度值，即此刻的瞬時速度Vt。②峰值速度(Vp)：即心動周期中頻譜最高值所對應的速度，它可在實時頻譜圖上讀出。

峰值速度對臨床診斷有直接意義，如血管或瓣口狹窄時峰值速度明顯增加，狹窄愈嚴重，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無距離選通能力，凡聲束遇到的運動目標都能檢測到多普勒頻移信息，不僅不能進行定位診斷，而且聲束遇到多個運動目標時，還會產生偽差。CW的檢測靈敏度稍低，對弱回聲的檢測能力較差，而且對采用單晶片探頭檢測B超時不能同時顯示CW。這時要采用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，多譜勒頻譜占據的區間也愈寬，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采樣的局限性

單點固定采樣無法取得準確的血流參數，特別是運動器官。例如心臟二尖瓣口采樣，若收縮期時取樣容積在二尖瓣口左室側，則在舒張期時有可能在二尖瓣口左房側。這種采樣方法對檢測小的動脈血管更是困難。所以，要采用實時采樣，使采樣容積可跟隨心臟運動。

此外，單點采樣不能測定血管內血流速度的輪廓線，不能同時測定幾部位的血流信息。所以要采用多點采樣方法。

4.4 頻譜分析和顯示的偽差

現時采用的FFT方法存在時間效應引起的頻譜增寬和幅度失真。

紅細胞通過采樣容積的時間稱為通過時間。通過時間短暫所引起的頻譜增寬稱為通過時間效應。這種效應還引起振幅失真，表現為頻譜增寬部分的多余灰階。此外，這種效應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子宮內膜對鑒別宮內外早早孕的價值[J].包頭醫學院學報,2005,21(2):136.

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

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1671-8194（2013）20-0388-02