眼血流的彩色多普勒成像
作者：岳爱环 王鸿 陈田源
单位：山东省立医院,250021
关键词：
山东医大基础医学院学报990321 超声多普勒成像是利用多普勒效应探测运动的脏器反射回的超声频率变化以及测定血流速的一种方法。近年,随着双功能和彩色多普勒的发展,使临床上各器官血管性疾病的诊断在原有基础上又前进了一步,和以往的血管造影相比,它是一种无创的新技术,为研究血流动力学提供了新的方法。80年代末90年代初多普勒彩色血液显像开始在眼科应用[1]。双功能电脑超声技术的发展及高频超声血管探头的出现,可用以观测眼眶及眼球的微细血管。它不仅能根据血流色彩分辨动脉、静脉,观测血流方向、血流速度、提供血流时间和空间信息,而且能揭示活体眼部血流的生理及病变动力学情况,较形态描述为主的检查方法更为直接和准确,对临床诊断眼底血管病变,评价疗效以及研究某些疾病所致的眼动静脉 血流变化起到了重要的作用。
, http://www.100md.com
1 彩色多普勒成像(color Doppler imaging,CDI)的基本原理
多普勒效应发生的基本条件是声源和接受器发生相对运动,此时接收到的信号频率与声源频率有差别,这种效应称为多普勒效应[2]。当发射超声波目标向着声源运动时,反射波的波长压缩,频率增加;如目标背离声源运动时,反射的波长则变长,频率减少。即接受到的频率与发射的频率之间有频率移动即频移。频移的大小与运动速度成正比,与介质中的声速成反比。与声速轴线与目标之间的夹角余弦成正比。由此可以计算出血流速度,搏动指数及阻力指数等,从而定量地分析血流动力学变化。
2 CDI的基本原理与检查技术
检查时,患者取平卧位,眼睑闭合,眼睑表面涂少量耦合剂,超声探头轻触患者上睑。探头发射的超声波遇到血管内的血流时,被血细胞反射,产生多普勒频移,可在灰色图象背景上产生彩色血流特征。检查时,通常将流向探头的血流定为红色, 将背向探头的血流定为蓝色。因此, 眼眶内的血流红色代表动脉血流,蓝色代表静脉血流。采用最小取样容积 ( acuson 128 为 1.5mm × 1.5mm, siements 为 1.2mm × 1.2mm)指向某一血管,测得此处的血流速度波形[3，4]。
, 百拇医药
血流的频移信号经计算机处理后以灰阶频谱的方式在二维图象上显示出来。频谱图上横坐标代表血流,持续时间以s为单位。纵坐标代表速度(或频率)大小,以m/s或cm/s为单位。动脉由于受心脏泵血的影响,表现出的波形分为收缩期峰和舒张期末。收缩期峰速度(peak systolic velocity,PSV)指在心动周期内达收缩峰频率和峰速的位置,为最大流速;舒张期末速度(end diastloic velocity.EDV)指将要进入下一个收缩期的舒张期最末点。但这两种速度值不能说明波形的形状。为此,采用另外两种指标:阻力指数(resistance index,RI)及搏动指数(pulse index,PI)[5,6],阻力指数及搏动指数用百分数或小数表示。0 表示无阻力或无搏动,100%或1表示最高阻力或最大的搏动性。血流速度用多普勒方程计算:
,式中V代表血流速度,Df代表被血细胞反射回来的超声波多普勒频移,C代表超声波在组织中的传播频率,F0代表超声探头的发射频率,A代表超声束与血流方向的入射角。多普勒频移与入射角有关,当超声束与血流方向平行时,所测多普勒频移最大;当超声速与血流方向不一致时,多普勒频移变小;当超声束与血流方向垂直时,无多普勒频移。多普勒频移越大,表示血流速度越大。所以,超声探头所发出的超声波束与血流方向所成的入射角A,从根本上影响通过多普勒方程 所计算的血流速度。当A大于450时,将引起大的偏差。供应眼球及眼附属器的血管,一般都是前后走向,因此入射角较小,而且如果血管成像有一定长度,在用多普勒方程计算血流速度时,可利用角度矫正来校正计算的偏差。但角度矫正只限于线形扫描的二维平面,通常是水平面的。但在垂直面,如果有一个较大的A角,则可能发生不可预见的偏差。因此,在眼眶血流的研究中,阻力指数较单纯的速度值更具有参考意义。任何血管上取样门的偏差将会使平均速度值出现偏差,但只要中央血流在取样门内,峰值速度出现偏差的机会就较小。
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眼与眼眶血管的定位:显示视神经的B型超声图象作为探测眶血管的标志,利用解剖位置探测眶内各血管。眼动脉由颈动脉发出后,在视神经的下方行于视神经硬膜下间隙或硬膜鞘内,通过视神经管后,穿出硬膜鞘入眶[7]。在眶后部位于视神经上方或下方,后前行位于鼻侧偏上,视网膜中央动脉和中央静脉位于视神经内,在筛板后约10mm,动、静脉紧密相邻,动脉在鼻侧,静脉在颞侧,与前后子午线约成150角。睫状后动脉干开始在球后10～20mm处,随后形成多条分支围绕在球后视神经周围,可在视神经的鼻侧和颞侧检测,距眼球较近时,要仔细分辨,勿与脉络膜混淆。
3 正常人眼血流的CDI特征
眼动脉:眼动脉血流速度的波形与颈动脉相似,主要区别是最大收缩期速度不同,眼动脉呈典型的三峰双切迹状。其速度值随个体、年龄、系统血压、是否吸烟以及可能随被检者的体位而变化[8]。不同的研究者,利用不同型号的仪器,对不同的抽样样本进行测量,其值也不尽一致。1995年Willam Son用Acuson-128型彩色多普勒超声成像仪测量正常人眼动脉,结 果 是: PSV = 35.0 ± 10.11cm/s, EDV = 9.76 ± 2.91cm/s[10]。眼动脉为眶内的最大动脉,血流速度较快。在眼球后部,其弯曲程度较大并有许多分支会影响测量的结果,理想的结果可能是在视神经鼻侧血管较直的部位,但此处的流速用来评价眼球的血流已不甚恰当,因为在此之前供应眼球的睫状后动脉及视网膜中央动脉已从眼动脉分了出来。
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视网膜中央动脉及静脉:视网膜中央动脉为眼动脉的分支,其波形较眼动脉低平,根据Willamson用Acuson-128型彩超仪测量,视网膜中央动脉:PSV=10.20±2.8cm/s,EDV=3.1±1.1cm/s,RⅠ=69.3%;静脉最大流速:Vmax=5.7±1.4cm/s,最小流速Vmin=3.8±0.8cm/s,搏动指数PⅠ=33%。视网膜中央动脉及中央静脉通过视神经中央,行程直,最易检查。其血流受系统血压及体位的影响较小,受眼内压的影响较大[11]。
睫状后动脉:睫状后动脉亦为眼动脉的分支,其血流速度波形与视网膜中央动脉相似。Wiliamson用Acuson-100型彩超仪测量,其值为PSV=12.3±4.2cm/s,EDV=4.9±2.0cm/s,RⅠ= 60%[9];睫状后动脉可在球后视神经周围及筛板处的视神经内侧测到,这些血管多而且数量有变异,所以多不能准确地进行角度矫正。所测参数精确度差,而且此处血流受眼压影响明显,所以检查时应使施加在眼球上的压力减到最小。
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4 眼球血管性疾病的CDI特征
4.1 视网膜中央动脉阻塞 在急性发作期,CDI显示视网膜中央动脉血流消失,视神经周围可见正常的睫状后动脉血流。眼动脉血流阻力指数可有增高。视网膜中央动脉血流可在1周内恢复,3周后恢复正常[11]。由动脉痉挛引起的一过性阻塞,血流恢复很快。
4.2 视网膜中央静脉阻塞 CDI显示视网膜中央静脉血流速度降低或消失。静脉搏动指数降低,视网膜中央动脉血流速度也下降且阻力指数升高。由于视网膜中央静脉血流受阻塞的程度不同,或分为缺血型和非缺血型2种,它们的CDI表现也不尽相同,缺血型患眼CDI显示中央静脉血流消失或Vmin小于3.0 cm/s,非缺血型患眼CDI显示中央静脉血流Vmin大于30cm/s[12，13]。
4.3 青光眼 青光眼视功能损害的机理中血管因素学说占有一定的位置。青光眼视功能损害是视神经组织消失、变性和萎缩所致。这些变化又是由高眼压压迫视乳头血管使血流减缓,逐步造成视神经营养不良所致,视乳头萎缩其中一个因素是血供因素。视乳头表层为视神经最内层,主要由视网膜中央动脉的返支供应,整个眼球除了视网膜内层及部分视神经由视网膜中央动脉供应外,其他部分由睫状后动脉供应。王守镜[14]认为,青光眼患者,测量其视网膜中央动脉的频谱形态改变最为敏感,其血流速度较正常者慢。傅宁华等[15]测量结果表明,眼动脉、视网膜中央动脉和睫状后动脉 的PI、RI值在青光眼组与正常组之间差异无显著性。因此,CDI测量青光眼球后眼部小动脉的临床价值需要进一步探讨。
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4.4 前部缺血性视神经病变 急性发病期睫状后动脉血流消失,视网膜中央动脉血流正常,眼动脉血流阻力指数增高,睫状后动脉血流可在1周内恢复,3周后恢复正常。
5 结束语
彩色多普勒超声技术从应用于眼科以来,已深入到眼科的各个领域,因刚起步,尚在探索中,是否介于某些眼科疾病的检测尚有争议,一些常规数据也有待进一步标准化和需在临床中进一步验证。由于CDI具有可重复性和无损伤性等优点,作为眼球及眼眶部血流动力学的研究工具精确、可靠用作眼科临床的辅助检查诊断工具,将具有广泛的应用前景。
参考文献
1 焦明德.临床多普勒超声波学.北京:北京医科大学.中国协和医科大学联合出版社
2 王炼.临床彩色多普勒超声诊断.北京:航空工业出版社
, http://www.100md.com
3 Erickon SJ,Hendrix LE,Massaro BM,et al.Color Doppler flow imaging of the normal and abnormal orbit.Radiology,1989;173:511
4 Flaharty PM,Lieb WE,Sergott RC,et al.Color Doppler imaging.A new noninvasive technique to diagnose and monitor carotid cavernous sinus fistulas.Arch Ophthalmol,1991;109:522,5 Gosling RG,King DH.Arterial assessment by Dopplershift ultrasound.Proc R Soc Med,1971;67:447
6 Pourcelot L.Applications cliniques del′ examinen Doppler transcutane.INSERM,1974;34:213
, http://www.100md.com
7 张丰菊.眼动脉血流的超声多普勒研究现状.实用眼科杂志,1991;9:706
8 Williamson TH,Baxter GM,Lowe GDO.The influence of age,systolic blood pressure,smoking and blood viscosity on orbital blood velocities. Br J Ophthalmol,1995;79:17
9 Baxter CM,Willamso TH.Color Doppler imaging of the eye:Normal ranges,reproducibility and observer variation,Ⅰ Ultrasound Med,1995 14:91
10 侯勤英,等.彩色多普勒超声对正常人眼动脉血流速度的测定.中华眼科杂志,1995;(4):288
, 百拇医药
11 Guthoff RF,Berger RW.Wiakler P,et al.Doppler ultrasonography of the ophthalmic and cetral retinal vessels.Arch Ophthalmol,1991;7:532
12 Williamson TH,Baxter GM.Dutton GM:Color Doppler velocimetry of the arterial vasculature of the optic nerve head and orbit.Eye,1993;7:74
13 Williamson TH,Barter GM. Central retinal vein occlusion, an investigation by color Doppler imaging:Blood velocity characteristics and prediction of iris neovascularisation.Ophthalmology, 1994;101:1362
14 王守镜,唐维强.二维超声和脉冲波多普勒对青光眼血流动力学研究.眼科新进展,1992;12:11
15 傅宁华,杨斌,王烁,等.彩色多普勒对糖尿病眼、青光眼血流动力学研究.中国超声医学杂志,1995;11:731
(收稿日期 1999-04-17), http://www.100md.com
单位：山东省立医院,250021
关键词：
山东医大基础医学院学报990321 超声多普勒成像是利用多普勒效应探测运动的脏器反射回的超声频率变化以及测定血流速的一种方法。近年,随着双功能和彩色多普勒的发展,使临床上各器官血管性疾病的诊断在原有基础上又前进了一步,和以往的血管造影相比,它是一种无创的新技术,为研究血流动力学提供了新的方法。80年代末90年代初多普勒彩色血液显像开始在眼科应用[1]。双功能电脑超声技术的发展及高频超声血管探头的出现,可用以观测眼眶及眼球的微细血管。它不仅能根据血流色彩分辨动脉、静脉,观测血流方向、血流速度、提供血流时间和空间信息,而且能揭示活体眼部血流的生理及病变动力学情况,较形态描述为主的检查方法更为直接和准确,对临床诊断眼底血管病变,评价疗效以及研究某些疾病所致的眼动静脉 血流变化起到了重要的作用。
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1 彩色多普勒成像(color Doppler imaging,CDI)的基本原理
多普勒效应发生的基本条件是声源和接受器发生相对运动,此时接收到的信号频率与声源频率有差别,这种效应称为多普勒效应[2]。当发射超声波目标向着声源运动时,反射波的波长压缩,频率增加;如目标背离声源运动时,反射的波长则变长,频率减少。即接受到的频率与发射的频率之间有频率移动即频移。频移的大小与运动速度成正比,与介质中的声速成反比。与声速轴线与目标之间的夹角余弦成正比。由此可以计算出血流速度,搏动指数及阻力指数等,从而定量地分析血流动力学变化。
2 CDI的基本原理与检查技术
检查时,患者取平卧位,眼睑闭合,眼睑表面涂少量耦合剂,超声探头轻触患者上睑。探头发射的超声波遇到血管内的血流时,被血细胞反射,产生多普勒频移,可在灰色图象背景上产生彩色血流特征。检查时,通常将流向探头的血流定为红色, 将背向探头的血流定为蓝色。因此, 眼眶内的血流红色代表动脉血流,蓝色代表静脉血流。采用最小取样容积 ( acuson 128 为 1.5mm × 1.5mm, siements 为 1.2mm × 1.2mm)指向某一血管,测得此处的血流速度波形[3，4]。
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血流的频移信号经计算机处理后以灰阶频谱的方式在二维图象上显示出来。频谱图上横坐标代表血流,持续时间以s为单位。纵坐标代表速度(或频率)大小,以m/s或cm/s为单位。动脉由于受心脏泵血的影响,表现出的波形分为收缩期峰和舒张期末。收缩期峰速度(peak systolic velocity,PSV)指在心动周期内达收缩峰频率和峰速的位置,为最大流速;舒张期末速度(end diastloic velocity.EDV)指将要进入下一个收缩期的舒张期最末点。但这两种速度值不能说明波形的形状。为此,采用另外两种指标:阻力指数(resistance index,RI)及搏动指数(pulse index,PI)[5,6],阻力指数及搏动指数用百分数或小数表示。0 表示无阻力或无搏动,100%或1表示最高阻力或最大的搏动性。血流速度用多普勒方程计算:
,式中V代表血流速度,Df代表被血细胞反射回来的超声波多普勒频移,C代表超声波在组织中的传播频率,F0代表超声探头的发射频率,A代表超声束与血流方向的入射角。多普勒频移与入射角有关,当超声束与血流方向平行时,所测多普勒频移最大;当超声速与血流方向不一致时,多普勒频移变小;当超声束与血流方向垂直时,无多普勒频移。多普勒频移越大,表示血流速度越大。所以,超声探头所发出的超声波束与血流方向所成的入射角A,从根本上影响通过多普勒方程 所计算的血流速度。当A大于450时,将引起大的偏差。供应眼球及眼附属器的血管,一般都是前后走向,因此入射角较小,而且如果血管成像有一定长度,在用多普勒方程计算血流速度时,可利用角度矫正来校正计算的偏差。但角度矫正只限于线形扫描的二维平面,通常是水平面的。但在垂直面,如果有一个较大的A角,则可能发生不可预见的偏差。因此,在眼眶血流的研究中,阻力指数较单纯的速度值更具有参考意义。任何血管上取样门的偏差将会使平均速度值出现偏差,但只要中央血流在取样门内,峰值速度出现偏差的机会就较小。, 百拇医药
眼与眼眶血管的定位:显示视神经的B型超声图象作为探测眶血管的标志,利用解剖位置探测眶内各血管。眼动脉由颈动脉发出后,在视神经的下方行于视神经硬膜下间隙或硬膜鞘内,通过视神经管后,穿出硬膜鞘入眶[7]。在眶后部位于视神经上方或下方,后前行位于鼻侧偏上,视网膜中央动脉和中央静脉位于视神经内,在筛板后约10mm,动、静脉紧密相邻,动脉在鼻侧,静脉在颞侧,与前后子午线约成150角。睫状后动脉干开始在球后10～20mm处,随后形成多条分支围绕在球后视神经周围,可在视神经的鼻侧和颞侧检测,距眼球较近时,要仔细分辨,勿与脉络膜混淆。
3 正常人眼血流的CDI特征
眼动脉:眼动脉血流速度的波形与颈动脉相似,主要区别是最大收缩期速度不同,眼动脉呈典型的三峰双切迹状。其速度值随个体、年龄、系统血压、是否吸烟以及可能随被检者的体位而变化[8]。不同的研究者,利用不同型号的仪器,对不同的抽样样本进行测量,其值也不尽一致。1995年Willam Son用Acuson-128型彩色多普勒超声成像仪测量正常人眼动脉,结 果 是: PSV = 35.0 ± 10.11cm/s, EDV = 9.76 ± 2.91cm/s[10]。眼动脉为眶内的最大动脉,血流速度较快。在眼球后部,其弯曲程度较大并有许多分支会影响测量的结果,理想的结果可能是在视神经鼻侧血管较直的部位,但此处的流速用来评价眼球的血流已不甚恰当,因为在此之前供应眼球的睫状后动脉及视网膜中央动脉已从眼动脉分了出来。
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视网膜中央动脉及静脉:视网膜中央动脉为眼动脉的分支,其波形较眼动脉低平,根据Willamson用Acuson-128型彩超仪测量,视网膜中央动脉:PSV=10.20±2.8cm/s,EDV=3.1±1.1cm/s,RⅠ=69.3%;静脉最大流速:Vmax=5.7±1.4cm/s,最小流速Vmin=3.8±0.8cm/s,搏动指数PⅠ=33%。视网膜中央动脉及中央静脉通过视神经中央,行程直,最易检查。其血流受系统血压及体位的影响较小,受眼内压的影响较大[11]。
睫状后动脉:睫状后动脉亦为眼动脉的分支,其血流速度波形与视网膜中央动脉相似。Wiliamson用Acuson-100型彩超仪测量,其值为PSV=12.3±4.2cm/s,EDV=4.9±2.0cm/s,RⅠ= 60%[9];睫状后动脉可在球后视神经周围及筛板处的视神经内侧测到,这些血管多而且数量有变异,所以多不能准确地进行角度矫正。所测参数精确度差,而且此处血流受眼压影响明显,所以检查时应使施加在眼球上的压力减到最小。
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4 眼球血管性疾病的CDI特征
4.1 视网膜中央动脉阻塞 在急性发作期,CDI显示视网膜中央动脉血流消失,视神经周围可见正常的睫状后动脉血流。眼动脉血流阻力指数可有增高。视网膜中央动脉血流可在1周内恢复,3周后恢复正常[11]。由动脉痉挛引起的一过性阻塞,血流恢复很快。
4.2 视网膜中央静脉阻塞 CDI显示视网膜中央静脉血流速度降低或消失。静脉搏动指数降低,视网膜中央动脉血流速度也下降且阻力指数升高。由于视网膜中央静脉血流受阻塞的程度不同,或分为缺血型和非缺血型2种,它们的CDI表现也不尽相同,缺血型患眼CDI显示中央静脉血流消失或Vmin小于3.0 cm/s,非缺血型患眼CDI显示中央静脉血流Vmin大于30cm/s[12，13]。
4.3 青光眼 青光眼视功能损害的机理中血管因素学说占有一定的位置。青光眼视功能损害是视神经组织消失、变性和萎缩所致。这些变化又是由高眼压压迫视乳头血管使血流减缓,逐步造成视神经营养不良所致,视乳头萎缩其中一个因素是血供因素。视乳头表层为视神经最内层,主要由视网膜中央动脉的返支供应,整个眼球除了视网膜内层及部分视神经由视网膜中央动脉供应外,其他部分由睫状后动脉供应。王守镜[14]认为,青光眼患者,测量其视网膜中央动脉的频谱形态改变最为敏感,其血流速度较正常者慢。傅宁华等[15]测量结果表明,眼动脉、视网膜中央动脉和睫状后动脉 的PI、RI值在青光眼组与正常组之间差异无显著性。因此,CDI测量青光眼球后眼部小动脉的临床价值需要进一步探讨。
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4.4 前部缺血性视神经病变 急性发病期睫状后动脉血流消失,视网膜中央动脉血流正常,眼动脉血流阻力指数增高,睫状后动脉血流可在1周内恢复,3周后恢复正常。
5 结束语
彩色多普勒超声技术从应用于眼科以来,已深入到眼科的各个领域,因刚起步,尚在探索中,是否介于某些眼科疾病的检测尚有争议,一些常规数据也有待进一步标准化和需在临床中进一步验证。由于CDI具有可重复性和无损伤性等优点,作为眼球及眼眶部血流动力学的研究工具精确、可靠用作眼科临床的辅助检查诊断工具,将具有广泛的应用前景。
参考文献
1 焦明德.临床多普勒超声波学.北京:北京医科大学.中国协和医科大学联合出版社
2 王炼.临床彩色多普勒超声诊断.北京:航空工业出版社
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3 Erickon SJ,Hendrix LE,Massaro BM,et al.Color Doppler flow imaging of the normal and abnormal orbit.Radiology,1989;173:511
4 Flaharty PM,Lieb WE,Sergott RC,et al.Color Doppler imaging.A new noninvasive technique to diagnose and monitor carotid cavernous sinus fistulas.Arch Ophthalmol,1991;109:522,5 Gosling RG,King DH.Arterial assessment by Dopplershift ultrasound.Proc R Soc Med,1971;67:447
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7 张丰菊.眼动脉血流的超声多普勒研究现状.实用眼科杂志,1991;9:706
8 Williamson TH,Baxter GM,Lowe GDO.The influence of age,systolic blood pressure,smoking and blood viscosity on orbital blood velocities. Br J Ophthalmol,1995;79:17
9 Baxter CM,Willamso TH.Color Doppler imaging of the eye:Normal ranges,reproducibility and observer variation,Ⅰ Ultrasound Med,1995 14:91
10 侯勤英,等.彩色多普勒超声对正常人眼动脉血流速度的测定.中华眼科杂志,1995;(4):288
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11 Guthoff RF,Berger RW.Wiakler P,et al.Doppler ultrasonography of the ophthalmic and cetral retinal vessels.Arch Ophthalmol,1991;7:532
12 Williamson TH,Baxter GM.Dutton GM:Color Doppler velocimetry of the arterial vasculature of the optic nerve head and orbit.Eye,1993;7:74
13 Williamson TH,Barter GM. Central retinal vein occlusion, an investigation by color Doppler imaging:Blood velocity characteristics and prediction of iris neovascularisation.Ophthalmology, 1994;101:1362
14 王守镜,唐维强.二维超声和脉冲波多普勒对青光眼血流动力学研究.眼科新进展,1992;12:11
15 傅宁华,杨斌,王烁,等.彩色多普勒对糖尿病眼、青光眼血流动力学研究.中国超声医学杂志,1995;11:731
(收稿日期 1999-04-17), http://www.100md.com