深圳大学Doppler谱分析

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1、超声多普勒血流检测的原理原理:当超声波生源与反射或散射目标之间存在相对运动时，接收到的回波信号将产生多普勒频移，它的幅值大小及符号与相对运动速度大小和方向有关。大多数应用运动结构反射回来的超声波束，检测出其中的多普勒频移，作为探查目标的运动速度信息，然后通过监听、用仪器去分析、用图像去显示或者用影像去显现人体内部器官的运动状态。例如:当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散射的声频将发生改变，这种频移可指示血流的方向和速度；如红细胞朝向探头，发射的声频将提高；反之，声频降低；当通过大血管时，若血流正常，红细胞平移，邻近的红细胞血流方

2、向相同且速度相近；检测出多普勒频移信号，从而可以求出速度，血流速度估计就是一个谱估计问题。人体内的运动目标：1.运动器官；2.大量的血红细胞颗粒。探测的主要目标是：大量血细胞颗粒散射形成的血流速度。运动器官的诊断用M型超声诊断仪完成。在被测定部位，原来为层流信号血管处的，发生紊流或湍流变异，流速信号变大，就表明此处有病变存在，如有血栓。血流方向的定义：当血流朝向探头时，称为正向流；当血流方向顺着离开探头的方向时，称为反向流。血流方向信息的提取采用的方法通常有三种：1.单边带直接分离法；2.外差式检测法；3.正交相位检测法。正交相

3、位检测法是最普遍使用的方法。血流速度幅值信息的提取和流速波形再处理有以下方法：1.过零检测方法2.平均频率解调器3.频谱分析法Doppler谱分析在血管的横截面方向,距离中心不同半径处的红细胞以不同的速度运动,因此采集到的Dopplersignal是所有频移叠加的结果。。谱分析:是在混合的频率中提取各个频率分量并分析个频率分量的过程.在谱分析中常用FFT分析.region1region2region3region3region1region2complexdoppler信号频谱分析将时间波形S(t)做傅里叶变换的频谱S(w)频谱

4、分析法是对生物体产生的多普勒信号的频谱分布进行分析，目前显示多普勒频移信号的方式主要有如下三种：（一）频移（速度）——时间显示谱图最常用的谱图，横轴代表时间（S），纵轴代表多普勒频移，即运动目标的运动速度（cm/s）。频谱幅值，表示血流速度。frequencyTimesegmentfrequencymagnitudemagnitudefrequencymagnitudefrequency频移（速度）——时间显示谱图中间的水平轴线代表零频移线（基线），上方为正，表示血流方向迎着换能器而来；下方为负，表示学历方向远离换能器而去。频谱

5、灰度即亮度，表示某一时刻取样容积内，速度相同的红细胞的多少，速度相同的红细胞多，则散射回声强，灰度亮；反之则灰度暗。频谱宽度，频移在垂直方向上的宽度，表示某一时刻取样血流中红细胞速度分布范围的大小。速度分布范围大，频谱宽；速度分布范围小，频谱窄。人体正常的是层流，速度梯度小，频谱窄；病变下血流呈湍流，频谱宽。从超声多普勒实时谱上，可以得到很多有用的血流动力学资料。如：平均流速；阻力指数；搏动指数。平均速度：一个心动周期内的平均血流速度Vmean。阻力指数（RI）：（收缩期峰值速度-舒张末期速度）/平均血流速度搏动指数（PI）：（

6、收缩期峰值速度-舒张末期速度）/收缩期峰值速度（二）功率谱图显示在频谱图上，横轴表示频率（速度），纵轴表示振幅（红细胞数目）。由于频率和振幅的乘积即频谱曲线下的面积，等于信号的功率，故称这种谱图为功率图，如图所示。在心脏和血管的多普勒检测中，功率谱可以看作是取样容积或声束内的红细胞流速与红细胞数量之间的关系曲线。颈总动脉彩色超声多普勒声像图颈总动脉彩色超声多普勒声像图频谱分析和显示的局限性（一）CW法的局限性cw无距离选通能力，凡声束遇到的运动目标都能产生多普勒频移信息，因而不能用作定位诊断，并且声束遇到各种运动目标时还会产生伪

7、差，灵敏度稍低，对弱回声的检测能力较差，而且对采用单晶片探头检测B超时不能同时显示CW。（二）PW法的重复频率对最大测量速度的限制脉冲重复频率是两个相邻超声脉冲期间td的倒数，即PRF=1/td。根据采样定理，要准确显示频移的大小和方向，PRF必须大于fd的2倍，即fd<1/2PRF。1/2PRF称为奈奎斯特频率极限，如果fd超过这一极限，频谱就会出现方向和大小的伪差，产生频率失真，也成为频率混叠。Doppler发射信号在脉冲doppler血流仪中常用的波形信号是单载频脉冲选通信号S（t）=P(t)cos（2πf0t）P(t)是

8、幅度为A周期T，脉宽为tc的脉冲信号。各种差生误差或伪像的原因★混叠(Aliasing)★频谱多普勒镜像伪差(Spectralmirrorartifact)★时间分辨力伪差（需要一定的脉宽）★壁运动幻影(wall-motionghost)★旁瓣伪差(Spectr