彩色多普勒成像(一)概述
1原理简单来说就是从回波信号中提取出血流信号进行处理得到所需参数血流、方差、功率等等在进行彩色编码叠加到B超图像上形成B超灰度图血流图的技术。2.1流程彩色多普勒血流成像技术是将多次的超声脉冲回波进行调制解调然后滤波提取血流的信息再通过一系列方法获得的速度和方差信息并处理为彩色图叠加在B超图像上形成彩色血流成像的技术。2彩色多普勒成像系统流程大多数系统采用阵列进行多普勒成像通过控制发射时间间隔、组合产生回波获得所需区域的波形波形会通过TGC补偿衰减。通过正交解调获得多普勒信号的IQ分量同相位以及正交。通过对IQ分量进行滤波处理并计算对应信息。2.1.1波束合成以及信号解调与B超成像垂直探测目标进行发射接收时能获得最佳波形不同多普勒成像技术需要旋转一定角度。获得rfdata方法与B超一致。因为血流信号的前度一般会比组织信号低40~100dB滤除组织信号后才能得到血流信号。一般在硬件上会加一个正交解调低通滤波电路用来滤除固定不动的组织信号提取出两路IQ信号。调制解调方式有蛮多种在这里不做赘述。虽然从理论上讲仅通过两次脉冲传输就可以计算出速度但在实际操作中要得到一个良好的估计只有正交解调是不够的这是因为血管回声是随机的正交解调只能滤掉大部分固定的组织信号无法滤除低速运动的组织或血管壁信号所以这个正交解调的结果并不好。为了滤除运动的组织或血管壁信号还得通过MTI滤波。正交解调是在对快时信号进行处理一条回波空间域没有利用同一信号多次采样的特征当对一个位置进行多次的脉冲传输4~16次可以得到时间上的关系这个组合起来的信号被称为慢时信号。利用这种关系可以滤除运动的组织或血管壁以及静止不动的位置并可以用来提取需要的信息时间、方差以及功率等。编码发射技术、多点聚焦技术2.1.2 MTI滤波滤波是分别在在IQ的慢时信号上实现的目的是滤除静止或接近静止组织的回波。比如直接让信号与信号相减或者进行一波高通滤波因为组织信号的频率一般远远低于血流信号。常见的滤波方式有单一回波抵消器、FIR滤波器、IIR滤波器、回归滤波器和特征分解滤波器等等。【22】 Bjærum S., Torp H., Kristoffersen H. 2002. Clutter filter design for ultrasound colour flow imaging. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 49, 204–209 10.1109/58.985705 (doi:10.1109/58.985705) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]【11】. Jensen J. A. 1993. Stationary echo canceling in velocity estimation by time-domain cross-correlation. IEEE Trans. Med. Imag. 12, 471–477 10.1109/42.241874 (doi:10.1109/42.241874) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]【12】 Brands P. J., Hoeks A. P. G., Hofstra L., Reneman R. S. 1995. A noninvasive method to estimate wall shear rate using ultrasound. Ultrasound Med. Biol. 21, 171–185 10.1016/S0301-5629(94)00111-1 (doi:10.1016/S0301-5629(94)00111-1) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]【13】Heimdal A., Torp H. 1997. Ultrasound Doppler measurements of low velocity blood flow: limitations due to clutter signals from vibrating muscles. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 44, 873–881 10.1109/58.655202 (doi:10.1109/58.655202) [CrossRef] [Google Scholar]2.1.3信息提取通过正交解调以及MTI滤波之后就可以获得IQ血流信息啦然后就需要进行速度方差功率的提取。常用的方法比如自相关方法提相位转化为频移比较常用、互相关技术类似目标跟踪做每小段波形跟踪提取出t来等等。自相关技术【】 Loupas T., Powers J. T., Gill R. W. 1995. An axial velocity estimator for ultrasound blood flow imaging, based on a full evaluation of the Doppler equation by means of a two-dimensional autocorrelation approach. IEEE Trans. Ultrason., Ferroelec., Freq. Contr. 42, 672–688 [Google Scholar] [Ref list]【30】 Evans D. H., McDicken W. N. 2000. Doppler ultrasound, physics, instrumentation, and signal processing. New York, NY: John Wiley Sons [Google Scholar] [Ref list]互相关技术36. Foster S. G. 1985. A pulsed ultrasonic flowmeter employing time domain methods. PhD thesis, Department of Electrical Engineering, University of Illinois, Urbana, IL [Google Scholar] [Ref list]37.去相关技术43. Li W., van der Steen A. F. W., Lancée C. T., Céspedes I., Bom N. 1998. Blood flow imaging and volume flow quantitation with intravascular ultrasound. Ultrasound Med. Biol. 24, 203–214 10.1016/S0301-5629(97)00275-5 (doi:10.1016/S0301-5629(97)00275-5) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] [Ref list]在内窥血管超声中2.1.4后处理平滑图像防止图像快速波动。数据进一步处理、时间、空间平均等等。2.1.5成像成像方式有很多种比如彩色血流成像利用血流流速与方差功率多普勒成像利用提取出来的功率矢量多普勒成像多角度彩色血流成像两幅图叠加得到血流方向成像之后的结果需要与B超图像进行一个融合与编码。