血流动力学对能量多普勒显像的影响研究：血液浓度的影响
作者：王建宏 钱蕴秋 吴 琳 朱 霆 李志宏
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学；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；彩色多普勒血流显像；血液浓度
中国超声医学杂志/990901 摘 要 目的：观察在实验模型中不同血液浓度对PDI和CDFI的影响。方法：在3mm内径硅胶管中模拟不同血液浓度(1%～100%)的血流。分别记录PDI和CDFI血流图，用计算机分析各血流的彩色像素面积(CPA)和彩色亮度(CV)。结果：血液浓度与PDI血流的CV值相关性较好(r＝0.792，P<0.05)，而与CPA相关性较差(r＝0.692，P>0.05)；血液浓度与CDFI血流的CV无关(r＝0.072，P>0.05)。结论：血液浓度与PDI血流的彩色亮度有关，而对CDFI的彩色亮度无影响。
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The Effect of Hemodynamics on Power Doppler Imaging:The Effect of Blood Concentration
Wang Jianhong,Qian Yunqiu,Wu Lin,et al
Department of Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military medical University,Xian 710032
ABSTRACT Objective:To investigate the effect of various blood concentration on power Doppler imaging(PDI)and color Doppler flow imaging(CDFI).Methods：The blood flow models of varied concentrations 1% to 100% were created in 3mm-diameter silicon tubes.The recorded images of PDI and CDFI were compared by calculating and analysing the color pixel area(CPA)and the flow color values(CV).Results:There was a favorable correlation between blood concentration and PDI blood flow CV(r＝0.792，P<0.05)，but the correlation between blood concentartion and CPA was poor(r＝0.692，P>0.05).No correlation was found between blood concentration and CDFI blood flow CV (r＝0.072，P>0.05).Conclusion:The blood dynamic factors influencing PDI were complex.This experiment in vitro proved that blood concentration was closely related to the color value of PDI,did not affect the color value of CDFI.
, 百拇医药
KEY WORDS Power Doppler imaging Color Doppler flow imaging Blood concentration
本研究在实验模型中观察血液浓度与能量多普勒显像(PDI)和彩色多普勒血流显像(CDFI)血流的关系。
资料与方法
1.实验模型，同以前报道〔1〕。
2.模拟不同血液浓度的血流 模拟血管内径为3mm，调节血流泵流量为34ml/min，血管内估计的平均流速为8cm/sec,并在整个实验过程中保持不变。以全血作为100%的血液浓度，用经过除气处理的0.9%的氯化钠溶液分别稀释至75%，50%，25%，10%，5%，2.5%及1%的血液浓度。每次稀释前精确计算出从血流库中抽出的液量和需要注入生理盐水的液量，使每次稀释后的血流库中的血液容量与稀释前相同。每次稀释后开动血流泵并运行5分钟左右，使残留在血管内高浓度血液流回烧杯中，并与稀释的血液充分混匀，以减少实验误差。
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3.能量多普勒显像和彩色多普勒血流显像 使用仪器、设置、仪器条件及图像记录与第一部分研究相同。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。分别用PDI和CDFI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。
4.图像测量与分析 采用自制的计算机B超图像分析系统〔1〕计算出各种条件下PDI和CDFI彩色血流的彩色象素面积(CPA)及彩色亮度值(CV)。并进行比较。
5.统计分析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。并对血液浓度与PDI和CDFI图像的CPA和CV值分别进行线性相关分析。
结果
在相同的仪器条件和血流速度条件下，随着血液浓度(即血细胞数量)的不断降低，血管横切面上PDI血流的CPA和CV呈下降趋势(图1)。血液浓度与PDI血流的CV之间呈正相关(r＝0.792，P<0.05)，CV随着血液浓度的降低而降低(表1)。而血液浓度与CPA间的相关性较差(r＝0.692，P>0.05，见表1)。
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A-H图显示100%-1%血液浓度PDI彩色血流面积和亮度的变化
图1 不同血液浓度对PDI的影响
在同等条件的研究中，CDFI血流的CV不随血液浓度的变化而变化(r＝0.072，P>0.05)，而CDFI血流的CPA与血液浓度间呈正相关(r＝0.751，P<0.05)。
讨论
彩色多普勒血流显像以平均多普勒频移为成像基础，其彩色血流的色彩和亮度与血流的方向和速度有关。目前使用的仪器都用红色和蓝色分别代表朝向和背离探头方向的血流，彩色的亮暗反映血流速度的快慢〔2〕。而PDI与CDFI有本质上的不同。PDI以多普勒频谱的能量为显像基础，其显示血流的色彩和亮度代表多普勒信号能量的大小，与血液中的散射体(主要是红细胞)的数目有关〔3～5〕。当血液中红细胞的空间浓度发生变化时，其背向散射信号的强度或能量也随之改变，血流的彩色亮度则会改变。有人认为这种关系相当复杂，并且依赖于血液切变力、血流速度及红细胞比容等多种因素的变化〔6〕。我们在实验模型上研究了不同的血液浓度对PDI彩色血流的面积(即彩色象素面积CPA)和彩色亮度(CV)的影响。发现PDI血流的彩色亮度值与血液浓度呈正相关关系(r＝0.792，P<0.05)，即彩色亮度随血液浓度的降低而减少，支持上述观点。但PDI血流的彩色亮度值在25%的血液浓度以下变化较明显，而在50%的血液浓度以上变化很小，说明二者之间并非单纯的线性关系。Rubin等的研究显示，PDI血流的彩色亮度与散射体浓度呈一完全线性关系〔7〕，与我们的结果有所不同。可能的原因是该作者用15%的甘油水溶液(即容积比为15%：85%)代替血液，用聚苯乙二烯微粒代替血细胞，该微粒体积大(平均直径44μm)，在溶液中的数目相对少，即散射体浓度相对低。当浓度改变时，散射体数目变化大，对PDI图像的色彩和亮度的影响就大。结果与我们在低血液浓度以下的影响是一致的。而我们的实验采用的是人全血，各种血流动力学参数与临床实际情况比较接近，结果是可信的。但体外实验结果并不能准确地反映人体的真实表现，所以血液浓度影响血流彩色亮度这一复杂关系有必要进一步研究明确。
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表1 不同血液浓度血流的CPA、CV值(
±s) 血液浓度
PDI
CDFI
CV
CPA
CV
CPA
100%
75%
50%
25%
, http://www.100md.com 10%
5%
2.5%
1%
91.5±3.7
89.4±4.0
86.3±5.5*
84.4±4.8*
78.1±2.5*
73.1±7.2**
65.4±3.4**
, http://www.100md.com
51.8±6.4**
7706±15
7684±34
7570±36**
7454±42**
7489±27**
7449±39**
7124±75**
6839±35**
124.1±7.4
, 百拇医药
128.1±8.9
125.2±6.7
131.8±10.8
129.4±9.7
124.8±6.4
117.6±8.2*
127.8±10.7
8128±29
8358±51
7999±37
7527±39**
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7968±45
7710±21**
7566±79**
7059±43**
注：**示与100%血液浓度组比较P<0.01，*表示P<0.05
在本研究中，PDI血流的彩色象素面积(CPA)代表血流面积，CPA的大小反映彩色血流的充盈程度。研究结果表明，和彩色亮度CV一样，CPA也具有随血液浓度降低而减小的趋势，同样在低血液浓度时的变化最明显，而在5%血液浓度以上的变化非常小，用肉眼不易观察到这种微小的变化。再者临床上也并不存在这种低血液浓度的情况，所以这种变化在实际的PDI显像的判断中没有什么意义。出现这种变化的原因是由于血细胞流动时，红细胞呈轴向集中，红细胞压积在管腔中央较大，而在管壁附近较小〔8〕。因此，当血液浓度很低时，红细胞数目较少，均相对集中在管腔中央，室壁附近无红细胞流动，没有背向散射发生，故PDI仅显示管腔中央的血流，导致其CPA值减小。
, 百拇医药
在同时进行的CDFI显像研究中，血流面积CPA的变化与PDI完全一致，原因是相同的。而CDFI血流的彩色亮度CV值并未随血液浓度的降低而改变，即彩色血流的亮度与红细胞的浓度无关，而是与血流速度(均为8cm/sec)有关。
综上所述，血液浓度对PDI血流的充盈程度和彩色亮度有影响，且均表现为非单纯的直线关系。若将其与血流速度结合起来，实质上就是血液中红细胞的流量与PDI图像的关系。如果今后的研究能进一步阐明PDI与这二者之间的确切关系，那么，应用PDI进行血流定量分析将成为可能。
参考文献
[1] 王建宏，钱蕴秋，朱 霆，等.血流动力学对能量多普勒显像的影响：血流速度的影响.中国超声医学杂志，1999，15(8)：564～566
[2] Merritt RB.Doppler color flow imaging.JCU 1987,15:591～597
, 百拇医药
[3] Bude RO,Rubin JM.Power Doppler sonography.Radiology 1996,200:21～23
[4] 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
[5] Chou YH.Application of amplitude ultrasonic angiography in the abdomen.J Med ultrasound 1994,2:5～15
[6] 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
[7] Rubin JM,Adler RS,Fowlkes JB,et al.Fractional moving blood volume:Estimation with power Doppler US.Radiology 1995,197:183～190
[8] 张 运,编著.多普勒超声心动图.青岛出版社，青岛，1988年9月第一版63
(1999-01-25收稿，1999-03-08修回), 百拇医药
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学；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；彩色多普勒血流显像；血液浓度
中国超声医学杂志/990901 摘 要 目的：观察在实验模型中不同血液浓度对PDI和CDFI的影响。方法：在3mm内径硅胶管中模拟不同血液浓度(1%～100%)的血流。分别记录PDI和CDFI血流图，用计算机分析各血流的彩色像素面积(CPA)和彩色亮度(CV)。结果：血液浓度与PDI血流的CV值相关性较好(r＝0.792，P<0.05)，而与CPA相关性较差(r＝0.692，P>0.05)；血液浓度与CDFI血流的CV无关(r＝0.072，P>0.05)。结论：血液浓度与PDI血流的彩色亮度有关，而对CDFI的彩色亮度无影响。
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The Effect of Hemodynamics on Power Doppler Imaging:The Effect of Blood Concentration
Wang Jianhong,Qian Yunqiu,Wu Lin,et al
Department of Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military medical University,Xian 710032
ABSTRACT Objective:To investigate the effect of various blood concentration on power Doppler imaging(PDI)and color Doppler flow imaging(CDFI).Methods：The blood flow models of varied concentrations 1% to 100% were created in 3mm-diameter silicon tubes.The recorded images of PDI and CDFI were compared by calculating and analysing the color pixel area(CPA)and the flow color values(CV).Results:There was a favorable correlation between blood concentration and PDI blood flow CV(r＝0.792，P<0.05)，but the correlation between blood concentartion and CPA was poor(r＝0.692，P>0.05).No correlation was found between blood concentration and CDFI blood flow CV (r＝0.072，P>0.05).Conclusion:The blood dynamic factors influencing PDI were complex.This experiment in vitro proved that blood concentration was closely related to the color value of PDI,did not affect the color value of CDFI.
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KEY WORDS Power Doppler imaging Color Doppler flow imaging Blood concentration
本研究在实验模型中观察血液浓度与能量多普勒显像(PDI)和彩色多普勒血流显像(CDFI)血流的关系。
资料与方法
1.实验模型，同以前报道〔1〕。
2.模拟不同血液浓度的血流 模拟血管内径为3mm，调节血流泵流量为34ml/min，血管内估计的平均流速为8cm/sec,并在整个实验过程中保持不变。以全血作为100%的血液浓度，用经过除气处理的0.9%的氯化钠溶液分别稀释至75%，50%，25%，10%，5%，2.5%及1%的血液浓度。每次稀释前精确计算出从血流库中抽出的液量和需要注入生理盐水的液量，使每次稀释后的血流库中的血液容量与稀释前相同。每次稀释后开动血流泵并运行5分钟左右，使残留在血管内高浓度血液流回烧杯中，并与稀释的血液充分混匀，以减少实验误差。
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3.能量多普勒显像和彩色多普勒血流显像 使用仪器、设置、仪器条件及图像记录与第一部分研究相同。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。分别用PDI和CDFI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。
4.图像测量与分析 采用自制的计算机B超图像分析系统〔1〕计算出各种条件下PDI和CDFI彩色血流的彩色象素面积(CPA)及彩色亮度值(CV)。并进行比较。
5.统计分析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。并对血液浓度与PDI和CDFI图像的CPA和CV值分别进行线性相关分析。
结果
在相同的仪器条件和血流速度条件下，随着血液浓度(即血细胞数量)的不断降低，血管横切面上PDI血流的CPA和CV呈下降趋势(图1)。血液浓度与PDI血流的CV之间呈正相关(r＝0.792，P<0.05)，CV随着血液浓度的降低而降低(表1)。而血液浓度与CPA间的相关性较差(r＝0.692，P>0.05，见表1)。
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A-H图显示100%-1%血液浓度PDI彩色血流面积和亮度的变化
图1 不同血液浓度对PDI的影响
在同等条件的研究中，CDFI血流的CV不随血液浓度的变化而变化(r＝0.072，P>0.05)，而CDFI血流的CPA与血液浓度间呈正相关(r＝0.751，P<0.05)。
讨论
彩色多普勒血流显像以平均多普勒频移为成像基础，其彩色血流的色彩和亮度与血流的方向和速度有关。目前使用的仪器都用红色和蓝色分别代表朝向和背离探头方向的血流，彩色的亮暗反映血流速度的快慢〔2〕。而PDI与CDFI有本质上的不同。PDI以多普勒频谱的能量为显像基础，其显示血流的色彩和亮度代表多普勒信号能量的大小，与血液中的散射体(主要是红细胞)的数目有关〔3～5〕。当血液中红细胞的空间浓度发生变化时，其背向散射信号的强度或能量也随之改变，血流的彩色亮度则会改变。有人认为这种关系相当复杂，并且依赖于血液切变力、血流速度及红细胞比容等多种因素的变化〔6〕。我们在实验模型上研究了不同的血液浓度对PDI彩色血流的面积(即彩色象素面积CPA)和彩色亮度(CV)的影响。发现PDI血流的彩色亮度值与血液浓度呈正相关关系(r＝0.792，P<0.05)，即彩色亮度随血液浓度的降低而减少，支持上述观点。但PDI血流的彩色亮度值在25%的血液浓度以下变化较明显，而在50%的血液浓度以上变化很小，说明二者之间并非单纯的线性关系。Rubin等的研究显示，PDI血流的彩色亮度与散射体浓度呈一完全线性关系〔7〕，与我们的结果有所不同。可能的原因是该作者用15%的甘油水溶液(即容积比为15%：85%)代替血液，用聚苯乙二烯微粒代替血细胞，该微粒体积大(平均直径44μm)，在溶液中的数目相对少，即散射体浓度相对低。当浓度改变时，散射体数目变化大，对PDI图像的色彩和亮度的影响就大。结果与我们在低血液浓度以下的影响是一致的。而我们的实验采用的是人全血，各种血流动力学参数与临床实际情况比较接近，结果是可信的。但体外实验结果并不能准确地反映人体的真实表现，所以血液浓度影响血流彩色亮度这一复杂关系有必要进一步研究明确。
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表1 不同血液浓度血流的CPA、CV值(
±s) 血液浓度PDI
CDFI
CV
CPA
CV
CPA
100%
75%
50%
25%
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5%
2.5%
1%
91.5±3.7
89.4±4.0
86.3±5.5*
84.4±4.8*
78.1±2.5*
73.1±7.2**
65.4±3.4**
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51.8±6.4**
7706±15
7684±34
7570±36**
7454±42**
7489±27**
7449±39**
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6839±35**
124.1±7.4
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128.1±8.9
125.2±6.7
131.8±10.8
129.4±9.7
124.8±6.4
117.6±8.2*
127.8±10.7
8128±29
8358±51
7999±37
7527±39**
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7710±21**
7566±79**
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注：**示与100%血液浓度组比较P<0.01，*表示P<0.05
在本研究中，PDI血流的彩色象素面积(CPA)代表血流面积，CPA的大小反映彩色血流的充盈程度。研究结果表明，和彩色亮度CV一样，CPA也具有随血液浓度降低而减小的趋势，同样在低血液浓度时的变化最明显，而在5%血液浓度以上的变化非常小，用肉眼不易观察到这种微小的变化。再者临床上也并不存在这种低血液浓度的情况，所以这种变化在实际的PDI显像的判断中没有什么意义。出现这种变化的原因是由于血细胞流动时，红细胞呈轴向集中，红细胞压积在管腔中央较大，而在管壁附近较小〔8〕。因此，当血液浓度很低时，红细胞数目较少，均相对集中在管腔中央，室壁附近无红细胞流动，没有背向散射发生，故PDI仅显示管腔中央的血流，导致其CPA值减小。
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在同时进行的CDFI显像研究中，血流面积CPA的变化与PDI完全一致，原因是相同的。而CDFI血流的彩色亮度CV值并未随血液浓度的降低而改变，即彩色血流的亮度与红细胞的浓度无关，而是与血流速度(均为8cm/sec)有关。
综上所述，血液浓度对PDI血流的充盈程度和彩色亮度有影响，且均表现为非单纯的直线关系。若将其与血流速度结合起来，实质上就是血液中红细胞的流量与PDI图像的关系。如果今后的研究能进一步阐明PDI与这二者之间的确切关系，那么，应用PDI进行血流定量分析将成为可能。
参考文献
[1] 王建宏，钱蕴秋，朱 霆，等.血流动力学对能量多普勒显像的影响：血流速度的影响.中国超声医学杂志，1999，15(8)：564～566
[2] Merritt RB.Doppler color flow imaging.JCU 1987,15:591～597
, 百拇医药
[3] Bude RO,Rubin JM.Power Doppler sonography.Radiology 1996,200:21～23
[4] 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
[5] Chou YH.Application of amplitude ultrasonic angiography in the abdomen.J Med ultrasound 1994,2:5～15
[6] 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
[7] Rubin JM,Adler RS,Fowlkes JB,et al.Fractional moving blood volume:Estimation with power Doppler US.Radiology 1995,197:183～190
[8] 张 运,编著.多普勒超声心动图.青岛出版社，青岛，1988年9月第一版63
(1999-01-25收稿，1999-03-08修回), 百拇医药