血流动力学对能量多普勒显像的影响：血流速度的影响
作者：王建宏 钱蕴秋 李志宏 朱 霆 吴 琳
单位：王建宏、钱蕴秋、朱 霆 710032 西安市第四军医大学西京医院超声诊断科；李志宏 第四军医大学计算机教研室；吴 琳 解放军沈阳空军医院B超室
关键词：能量多普勒显像；血流速度
中国超声医学杂志990802
摘 要 目的：在实验模型中观察血流速度对能量多普勒显像(PDI)的影响。方法：在3mm内径硅胶管中模拟不同血流速度(2.0～33.2cm/sec)的血流。记录PDI血流图，用计算机分析血流的彩色像素面积(CPA)和彩色亮度(CV)。结果：血流速度与PDI血流的CPA和CV呈正相关，其中CPA：r＝0.834，P<0.01；CV：r＝0.848，P<0.01，尤其在血流速度为8.3cm/sec以下时变化最明显。结论：血流速度对PDI血流的血流面积和亮度均有影响。
, 百拇医药
The Effect of Hemodynamics on Power Doppler Imaging：
The Effect of Blood Velocity
Wang Jianhong，Qian Yunqiu，Li Zhihong,et al
Department of Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University,Xian 710032
ABSTRACT Objective:To investigate the effect of different blood velocities on power Doppler imaging(PDI).Methods：The blood flow models of varied velocities of 2.0cm/sec to 33.2cm/sec were created in 3mm-diameter silicon tubes.The recorded PDI imagings were compared by calculating and analyzing the color pixel areas and the flow color values.Results:Positive correlations between the blood flow rate and the color pixel area(r＝0.843，P<0.01)and color value of PDI blood flow(r＝0.848，P<0.01)，and the changes especially obvious when the blood flow rate below 8.3cm/sec.Conclusion:The blood dynamic factors influencing PDI were complex.This experiment in vitro proved that blood velocity did affect the color value and the flow area of PDI.
, 百拇医药
KEY WORDS Power Doppler imaging Blood velocity
能量多普勒显像(PDI)是一种新的多普勒超声技术，其成像原理和血流显示方式与彩色多普勒血流显像(CDFI)明显不同，被誉为“无创性血管造影”〔1～3〕。本研究在实验模型中观察血流速度对PDI血流图的影响。
资料与方法
1.实验模型 见图1：一40cm×60cm×80cm大小的水槽，内底部安置锯齿形吸声橡胶板，槽内充满除气水。模拟血管为人体硅胶管，分别与血流泵和血流库(烧杯)相连。血流库内为人全血，底部安放磁力搅拌器，以便在整个实验过程中使血液混合均匀，血细胞不沉淀。血流泵为美国产体外循环用循环血泵，可调节流量和转速，流量输出误差为0.1%。在实验中各流量条件下，均用跑表计时，量杯测量准确无误后开始实验。
, 百拇医药
图1 离体血流模型示意图
2.模拟不同血流速度血流 选用3mm内径的硅胶管模拟血管，通过调节循环泵流量，分别输出1000ml,750ml,500ml,250ml,100ml及60ml的每分血流量，分别获得血管内平均流速约为33.2、24.9、16.6、8.3、3.3及2.0cm/sec的血流模型。
3.能量多普勒显像 使用ATL Ultramark-9HDI型超声诊断仪，10-5MHz宽频带线阵探头，彩色多普勒频率5.0MHz。选用小器官设置。彩色增益调至背景中刚刚出现噪声之前为止，脉冲重复频率(PRF)1000Hz，壁滤波(WF)100Hz，要求所有仪器条件在整个实验过程中保持不变。所有图像均录像记录，供回放分析和计算机图像分析。具体显像方法如下：用探头作血管的横断面扫查，并倾斜探头在垂直方向上与血管呈50°夹角，以保证合适的多普勒角度。用PDI显示每种模拟血流条件下血流图像，要求记录3幅彩色血流充盈完全、色彩最亮的图像供分析用。
, 百拇医药
4.图像测量与分析 采用自制计算机B超图像分析系统(图2)。该系统操作平台建立在Windows环境操作平台上。主要功能有：①计算出样本区域的像素面积和面积百分比；②除了可以直接显示图像中各点的RGB值外，还可显示出该点的彩色亮度值(彩色亮度CV＝0.587G+0.229R+0.114B)〔4〕。使用上述系统测量在各种条件下PDI和CDFI彩色血流的彩色像素面积(Color Pixel Area,CPA)及彩色亮度值(ColorValue,CV)。
, 百拇医药
图2 计算机B超图像分析系统。图中面积为彩色血流(黄色)像素面积；
R、G、B分别为红、绿、兰色的色度值
5.统计分析 采用美国微软公司提供在Microsoft Excel 6.0上的统计软件包。CPA和CV数据均以平均数±标准差表示，用方差分析和t检验，统计学差异定为P<0.05。并对血流速度与PDI图像的CPA和CV值分别进行线性相关分析。
结 果
在相同仪器条件下，随着血流速度的逐渐降低，血管横切面上PDI血流的CPA和CV均呈递减趋势(见图3)。以CPA变化较明显，血流速度与CPA呈线性正相关(r＝0.834，P<0.01)。CPA在8.3cm/sec以下的血流速度中变化明显，均与高速血流(33.2cm/sec)的CPA有明显差异(P<0.01，详见表1)。血流速度对CV值的影响规律与CPA相同(r＝0.848，P<0.01)，尤以8.3cm/sec以下的血流CV值变化明显。
, 百拇医药
图3 A-F图显示血流速度为33.2cm/sec-2cm/sec
PDI血流面积和亮度的变化
表1 不同流速血流PDI的CPA和CV(
±s) 血流速度(cm/sec)
CPA
CV
33.2
24.9
16.6
8.3
3.3
, 百拇医药
2.0
5800±34
721±61
5768±30
5143±51**
4233±85**
3181±53**
123.5±4.1
122.4±4.4
123.1±4.7
116.7±4.8*
, http://www.100md.com
112.7±6.5*
107.1±9.7**
注：**示与33.2cm/sec组比较P<0.01
*示与33.2cm/sec组比较P<0.05
讨 论
目前，实时显示组织结构和血流动力学的超声诊断方法主要有两种，一种是彩色多普勒显像(CDI)，另一种是最新的能量多普勒显像(PDI)。PDI是以多普勒的能量频谱积分为成像基础的一种新方法，与以平均多普勒频移为成像基础的CDI明显不同，它具有对低速血流的敏感性高、对角度依赖性小及无混叠等优点〔1～3〕。PDI的成像基础是提取和显示多普勒信号的第三种参数：能量，亦即多普勒信号强度或振幅。它采用斑点跟踪技术利用血流中红细胞的密度、散射强度或能量分布，亦即单位面积下红细胞通过的数量及信号振幅大小进行成像，也就是说PDI选用的成像参数是与血流中散射体所对应的能量信号。在PDI中，彩色血流信号的色彩和亮度代表着多普勒信号能量的大小，其能量大小与红细胞的数目有关，它们之间依赖于一种很复杂的非线性关系，影响的因素也很多，例如血流速度、切变率和红细胞比容等〔5～7〕。然而，PDI毕竟刚刚起步，有关的基础研究和临床应用研究仍然很不够，本研究在实验模型中观察不同血流速度对PDI图像的影响。
, 百拇医药
本研究结果显示：当血流速度由33.2cm/sec逐渐降至2.0cm/sec时，PDI的CPA和CV均呈下降趋势(见图1～3)，与血流速度呈正相关关系。血流速度对PDI血流的影响与血液浓度相似，且CPA、CV的变化曲线的形状亦非常相似(详见本研究第二部分)。血流速度对血流面积的影响可能是由于PDI在本实验采用的仪器条件(PRF 1000Hz,WF 100Hz)对低速血流的显示较差，尤其是血管附近更低流速的血流显示较差的缘故。而对彩色亮度的影响可能与单位时间内通过血管截面积的红细胞数量有关。因为血流速度降低，使得单位时间内流过多普勒取样切面(血管截面积)的红细胞数目减少，导致PDI血流的彩色亮度降低。
综上所述，血流速度对PDI血流的充盈程度和彩色亮度有影响，并且表现为非单纯的线性关系。今后的研究需进一步将其与血液浓度结合起来，以阐明PDI进行血流定量分析的可能性。
参考文献
1 Bude RO,Rubin JM.Power Doppler sonography.Radiology 1996,200:21～23
, http://www.100md.com
2 Rubin JM,Bude RO,Carson RL,et al.Power Doppler US:A potential useful alternative to mean frequency-based color Doppler US.Radiology 1994,190:853～856
3 Chou YH.Application of amplitude ultrasonic angiography in the abdomen.J Med Ultrasound 1994,2:5～15
4 王中平主编.计算机多媒体实用技术.陕西电子杂志社,西安，1993年6月，第一版,P195
5 Dymling SO,Persson HW,Hertz Ch.Measurement of blood perfusion in tissue using Doppler ultrasound.Ultrasound Med Biol 1991,17:433～444
, 百拇医药
6 Shung KK,Scattering of ultrasound by blood.IEEE Trans Biomed Eng 1976,23:460～467
7 Shung KK.In vitro experimental results on ultrasonic scattering in biological tissues.In:Shung KK,Thieme GA,eds.Ultrasonic scattering in biological tissues.Boca Raton,Fla:CRC Press,1993,291～312
(1999-01-25收稿，1999-03-08修回), http://www.100md.com
单位：王建宏、钱蕴秋、朱 霆 710032 西安市第四军医大学西京医院超声诊断科；李志宏 第四军医大学计算机教研室；吴 琳 解放军沈阳空军医院B超室
关键词：能量多普勒显像；血流速度
中国超声医学杂志990802
摘 要 目的：在实验模型中观察血流速度对能量多普勒显像(PDI)的影响。方法：在3mm内径硅胶管中模拟不同血流速度(2.0～33.2cm/sec)的血流。记录PDI血流图，用计算机分析血流的彩色像素面积(CPA)和彩色亮度(CV)。结果：血流速度与PDI血流的CPA和CV呈正相关，其中CPA：r＝0.834，P<0.01；CV：r＝0.848，P<0.01，尤其在血流速度为8.3cm/sec以下时变化最明显。结论：血流速度对PDI血流的血流面积和亮度均有影响。
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The Effect of Hemodynamics on Power Doppler Imaging：
The Effect of Blood Velocity
Wang Jianhong，Qian Yunqiu，Li Zhihong,et al
Department of Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University,Xian 710032
ABSTRACT Objective:To investigate the effect of different blood velocities on power Doppler imaging(PDI).Methods：The blood flow models of varied velocities of 2.0cm/sec to 33.2cm/sec were created in 3mm-diameter silicon tubes.The recorded PDI imagings were compared by calculating and analyzing the color pixel areas and the flow color values.Results:Positive correlations between the blood flow rate and the color pixel area(r＝0.843，P<0.01)and color value of PDI blood flow(r＝0.848，P<0.01)，and the changes especially obvious when the blood flow rate below 8.3cm/sec.Conclusion:The blood dynamic factors influencing PDI were complex.This experiment in vitro proved that blood velocity did affect the color value and the flow area of PDI.
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KEY WORDS Power Doppler imaging Blood velocity
能量多普勒显像(PDI)是一种新的多普勒超声技术，其成像原理和血流显示方式与彩色多普勒血流显像(CDFI)明显不同，被誉为“无创性血管造影”〔1～3〕。本研究在实验模型中观察血流速度对PDI血流图的影响。
资料与方法
1.实验模型 见图1：一40cm×60cm×80cm大小的水槽，内底部安置锯齿形吸声橡胶板，槽内充满除气水。模拟血管为人体硅胶管，分别与血流泵和血流库(烧杯)相连。血流库内为人全血，底部安放磁力搅拌器，以便在整个实验过程中使血液混合均匀，血细胞不沉淀。血流泵为美国产体外循环用循环血泵，可调节流量和转速，流量输出误差为0.1%。在实验中各流量条件下，均用跑表计时，量杯测量准确无误后开始实验。
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图1 离体血流模型示意图
2.模拟不同血流速度血流 选用3mm内径的硅胶管模拟血管，通过调节循环泵流量，分别输出1000ml,750ml,500ml,250ml,100ml及60ml的每分血流量，分别获得血管内平均流速约为33.2、24.9、16.6、8.3、3.3及2.0cm/sec的血流模型。
3.能量多普勒显像 使用ATL Ultramark-9HDI型超声诊断仪，10-5MHz宽频带线阵探头，彩色多普勒频率5.0MHz。选用小器官设置。彩色增益调至背景中刚刚出现噪声之前为止，脉冲重复频率(PRF)1000Hz，壁滤波(WF)100Hz，要求所有仪器条件在整个实验过程中保持不变。所有图像均录像记录，供回放分析和计算机图像分析。具体显像方法如下：用探头作血管的横断面扫查，并倾斜探头在垂直方向上与血管呈50°夹角，以保证合适的多普勒角度。用PDI显示每种模拟血流条件下血流图像，要求记录3幅彩色血流充盈完全、色彩最亮的图像供分析用。
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4.图像测量与分析 采用自制计算机B超图像分析系统(图2)。该系统操作平台建立在Windows环境操作平台上。主要功能有：①计算出样本区域的像素面积和面积百分比；②除了可以直接显示图像中各点的RGB值外，还可显示出该点的彩色亮度值(彩色亮度CV＝0.587G+0.229R+0.114B)〔4〕。使用上述系统测量在各种条件下PDI和CDFI彩色血流的彩色像素面积(Color Pixel Area,CPA)及彩色亮度值(ColorValue,CV)。
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图2 计算机B超图像分析系统。图中面积为彩色血流(黄色)像素面积；
R、G、B分别为红、绿、兰色的色度值
5.统计分析 采用美国微软公司提供在Microsoft Excel 6.0上的统计软件包。CPA和CV数据均以平均数±标准差表示，用方差分析和t检验，统计学差异定为P<0.05。并对血流速度与PDI图像的CPA和CV值分别进行线性相关分析。
结 果
在相同仪器条件下，随着血流速度的逐渐降低，血管横切面上PDI血流的CPA和CV均呈递减趋势(见图3)。以CPA变化较明显，血流速度与CPA呈线性正相关(r＝0.834，P<0.01)。CPA在8.3cm/sec以下的血流速度中变化明显，均与高速血流(33.2cm/sec)的CPA有明显差异(P<0.01，详见表1)。血流速度对CV值的影响规律与CPA相同(r＝0.848，P<0.01)，尤以8.3cm/sec以下的血流CV值变化明显。
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图3 A-F图显示血流速度为33.2cm/sec-2cm/sec
PDI血流面积和亮度的变化
表1 不同流速血流PDI的CPA和CV(
±s) 血流速度(cm/sec)CPA
CV
33.2
24.9
16.6
8.3
3.3
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2.0
5800±34
721±61
5768±30
5143±51**
4233±85**
3181±53**
123.5±4.1
122.4±4.4
123.1±4.7
116.7±4.8*
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112.7±6.5*
107.1±9.7**
注：**示与33.2cm/sec组比较P<0.01
*示与33.2cm/sec组比较P<0.05
讨 论
目前，实时显示组织结构和血流动力学的超声诊断方法主要有两种，一种是彩色多普勒显像(CDI)，另一种是最新的能量多普勒显像(PDI)。PDI是以多普勒的能量频谱积分为成像基础的一种新方法，与以平均多普勒频移为成像基础的CDI明显不同，它具有对低速血流的敏感性高、对角度依赖性小及无混叠等优点〔1～3〕。PDI的成像基础是提取和显示多普勒信号的第三种参数：能量，亦即多普勒信号强度或振幅。它采用斑点跟踪技术利用血流中红细胞的密度、散射强度或能量分布，亦即单位面积下红细胞通过的数量及信号振幅大小进行成像，也就是说PDI选用的成像参数是与血流中散射体所对应的能量信号。在PDI中，彩色血流信号的色彩和亮度代表着多普勒信号能量的大小，其能量大小与红细胞的数目有关，它们之间依赖于一种很复杂的非线性关系，影响的因素也很多，例如血流速度、切变率和红细胞比容等〔5～7〕。然而，PDI毕竟刚刚起步，有关的基础研究和临床应用研究仍然很不够，本研究在实验模型中观察不同血流速度对PDI图像的影响。
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本研究结果显示：当血流速度由33.2cm/sec逐渐降至2.0cm/sec时，PDI的CPA和CV均呈下降趋势(见图1～3)，与血流速度呈正相关关系。血流速度对PDI血流的影响与血液浓度相似，且CPA、CV的变化曲线的形状亦非常相似(详见本研究第二部分)。血流速度对血流面积的影响可能是由于PDI在本实验采用的仪器条件(PRF 1000Hz,WF 100Hz)对低速血流的显示较差，尤其是血管附近更低流速的血流显示较差的缘故。而对彩色亮度的影响可能与单位时间内通过血管截面积的红细胞数量有关。因为血流速度降低，使得单位时间内流过多普勒取样切面(血管截面积)的红细胞数目减少，导致PDI血流的彩色亮度降低。
综上所述，血流速度对PDI血流的充盈程度和彩色亮度有影响，并且表现为非单纯的线性关系。今后的研究需进一步将其与血液浓度结合起来，以阐明PDI进行血流定量分析的可能性。
参考文献
1 Bude RO,Rubin JM.Power Doppler sonography.Radiology 1996,200:21～23
, http://www.100md.com
2 Rubin JM,Bude RO,Carson RL,et al.Power Doppler US:A potential useful alternative to mean frequency-based color Doppler US.Radiology 1994,190:853～856
3 Chou YH.Application of amplitude ultrasonic angiography in the abdomen.J Med Ultrasound 1994,2:5～15
4 王中平主编.计算机多媒体实用技术.陕西电子杂志社,西安，1993年6月，第一版,P195
5 Dymling SO,Persson HW,Hertz Ch.Measurement of blood perfusion in tissue using Doppler ultrasound.Ultrasound Med Biol 1991,17:433～444
, 百拇医药
6 Shung KK,Scattering of ultrasound by blood.IEEE Trans Biomed Eng 1976,23:460～467
7 Shung KK.In vitro experimental results on ultrasonic scattering in biological tissues.In:Shung KK,Thieme GA,eds.Ultrasonic scattering in biological tissues.Boca Raton,Fla:CRC Press,1993,291～312
(1999-01-25收稿，1999-03-08修回), http://www.100md.com