UltrasoundPhysicsandEquipment
SarahB.Murthi,MaryFerguson,andAmyC.Sisley
锈刀十一编译
超声的模式
超声的模式主要有三种︰二维(2D)、M型超声及多普勒。每种模式都提供了重要的临床信息，具有独特的临床应用(表4-2)。
---------2D超声---------
若要生成一个移动（目标）的2D图像，需要多个压电晶体同时工作。64-个晶体的阵列用于产生的超声束。要观察随着时间变化的运动（目标），就必须对目标区域进行反复地扫查。
每个声束都是许多扫描线扫的集合，一个晶体产生一个扫描线。扫描线越多，提供的数据就越多和图像的分辨率就越高。
扫描线密度越高，向目标区域发射声束耗费的时间越长。
描述单位时间内扫查（次数）的是帧速率（帧频）。帧速率和扫描线数量成反比。
运动的器官如心脏，形成一个顺畅的移动图像需要高帧频（帧速率）。这就是所谓的时间分辨率，反映精确跟踪运动的器官的能力。为了说明这一概念，举例如主动脉瓣可以在0.04s从全封闭到完全打开。如果帧速率是每秒30帧，则每次扫描耗时0.03s。瓣膜很有可能在这一帧打开，而在下一帧关闭。而瓣叶的运动细节将会疏漏。所有超声的事情，都是一种权衡。在这种情况下，高帧速率的代价是减少扫描线密度和较差的图像分辨率。
---------M型超声---------
M型超声，最早的方法之一沿狭窄的区域发射一个信号，有时被称为冰锥图像(图4-3)。因为扫查区域非常小，所有短时或即时的分辨率有很大地提高。扫查靶目标虽小，但是连续地扫查。
M型超声可以精确地测量室壁厚度的变化和瓣膜功能，是ICU中有用的工具
例子，在心包积液引起的心包填塞时，M超是最佳评估方法之一
如果舒张期右心室壁出现塌陷时，它可以证实心包积液阻碍了心脏回流，确认存在心包填塞
M型超声也可用于定量测量下腔静脉随呼吸的变化，这将有助于判断患者是否存在可以增加患者CO的液体反应性(Fig.4-3)
M-型在刚开始时似乎很难理解，因为它不像二维超声那样直观。然而，在ICU中的应用相对简单明了，可以比较容易地掌握。
Figure4-3.左图的虚线（光标）称为“冰锥”，右侧为M型图像。
数字1和2表示下腔静脉（IVC）直径的测量。请注意在吸气时有＞50%的塌陷率，提示低血容量（见下文）
---------多普勒超声---------
2D超声中显示的是返回信号的振幅，类似于声响。不同的是，多普勒超声显示的是多普勒频移（Dopplershift，fdop)，它可用于测量血流速。
频移就像是倾听正在接近的高速行驶火车的熟悉的音调（频率）变化：当火车接近时，发动机的声音越来越响亮，而当火车远离时，则越来越低。
静止的物体会发射相同频率的原始信号。此时，f0=fr,，f0是指原始信号的频率，而fr是指反射波信号的频率。探头的频率是f0
当物体相对于是运动的的时候，反射回探头的将是不同的频率
因为f0是已知的，是探头自身的特性，而fr是可以测量的，所有二者相减就很容易得到fdop
fdop的范围比f0小很多，在5–10kHz范围内，人耳很容易就听到了。
示例：一个发射5MHz声波的探头，血流朝向探头时fr,是5.01MHz，而背离探头时是4.09MHz。那么，fdop是0.01MHz或10kHz.
多普勒频移和血流速之间的关系可表述为：
fdop=[f(2f0v)/c]×(cosθ)
这里v是指血流速，c是常数，?是超声波声束与血流的夹角，称为投射角度。因为f0是探头自身固定不变的，c是常数，因此公式可以简化为：
fdop∝v(cosq)
请注意，多普勒频移与血流速呈正比
多普勒波形的峰值是该时间点血流速的测量值
在精确测量血流速时，投射角度非常重要
当超声束与血流平行时，投射角度为0°，请注意，0°的正弦值是1
当投射角度从0°增加到90°时，正弦值从1降到0
如果多普勒声束从任何大于0°而不是近似平行的角度投射时，都可能明显地低估血流速。重复测量中最大的血流速可能是最准确的
有趣的是，与高频探头相比，低频探头可以更好的评估血流
不同于2D超声，(2D)高频探头的分辨率更好
多普勒超声时，最好的是探头平行血流
2D超声则相反，最好的是探头垂直于靶目标
---------多普勒超声的种类---------
多普勒超声有三种︰脉冲(PW)、连续(CW)和彩色血流(CF)。在PW和连续多普勒，像素值表示的是围绕基线的回波信号的频率。如fdop是正值时，血流朝向探头，图像在基线上方，而如果是负值则在基线下方显示(图4-4)。
Figure4-4.，左侧的虚线（光标），在右侧显示为多普勒图像。
光标垂直地穿过主动脉瓣（AV）,与血流平行，投射角度为0°(cosq=1)。主动脉瓣血流向探头反方向运动，图像在基线下方显示。峰值（P）是通过瓣口最高的血流速(mm/s)。曲线下面积为总血流量。
连续多普勒（CW）
连续多普勒是使用2套晶体同时发射和接收信号
连续多普勒可以精确地测量采样区的高速血流
优点：在评估反流型和狭窄型心脏瓣膜病变时，CW是很有用的，因为病变时的血流速非常快
缺点：因为没有停顿时间，CW不能确认测量的深度
在ICU中，CW多普勒常用于估测肺动脉压
因为大多数患者存在一些三尖瓣反流的表现，所有测量多普勒峰值可用于估算肺动脉收缩压
与所有类型的多普勒一样，重要的是探头应尽可能地平行血流，否则会造成血流速的低估
检查者常通过几个声窗测量三尖瓣反流束，并选取最高值作为最准确的数值
脉冲多普勒（PW）
脉冲多普勒仅使用一套晶体间断地发射和接收信号
优点：PW可以随着时间精确地评估血流
缺点：对于血流速的最大值范围，PW评估是有限制
这是一个很大的问题，在反流或狭窄型心脏瓣膜病变是，PW不能准确地测量高速血流
在ICU中，PW常用于以下测量:
通过主动脉瓣的总流量
可用于计算CO和CI
也可使用CW
二尖瓣瓣尖的血流
准确地评估舒展功能
彩色血流多普勒（CF）
彩色血流多普勒（CF）是脉冲信号加上对反射信号进行的彩色编码，即彩色加上2D图像
朝向探头的高速血流表现为红色，而背离探头的低速血流表现为绿色
颜色的方案和静脉或动脉血流没有任何关系
CF对于评估经瓣口的总血流量非常有用，也常用于穿刺引导时的血管评估
CF可用于诊断2个解剖结构之间的异常血流，如室间隔缺损（VSD）,房间隔缺损，主动脉静脉瘘（图.4-5）
Figure4-5.上图为VSD的2D图像，一位室间隔远端损伤的车祸患者。
下图为CF多普勒发现通过破口的异常血流
---------混淆（或失真，Aliasing）---------
混淆是一种伪像，尤其是多普勒超声。脉冲式的信号，包括CW和彩色血流，对于高速血流的成像存在明显的不足。当血流速超过测量的最大血流速时，产生混淆。
混淆的阈值可以用奈奎斯特（Nyquist）方程式进行计算：fdop=PRF/2.
如果血流速很高，产生的fdop超过了PRF的一半，则会出现混淆。这是因为PRF决定了能取样的fdop有多大，如果取样速率太低，就会出现取样错误
同样的现象可以出现在电影中，前进的车轮看上去像是在后方转动。此时电影的帧频低于车轮自转的2倍，所以无法捕捉车轮的整个转动。
这将导致反流或狭窄束的测量更加复杂(图.4-6).
连续多普勒（CW）不会如此，这就是为什么CW可以测量高速血流的原因
混淆对于2D超声不是问题，因为2D超声测量的是振幅而不是频率
Figure4-6.二尖瓣水平的经食道脉冲多普勒超声。舒张期血流背离食道探头，表现为基线下图像。分别标记了E波和A波。二尖瓣关闭瞬间，出现了一个朝向探头的高速血流束。因为PRF低于2倍的fdop，所以在基线下可以看见混淆。
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