卢广文 南方医科大学
12
经过解调后
Va [A cos2 ( f0 f )t A cos2 ( f0 f)t]sin 2f0t Vb [A cos2 ( f0 f )t A cos2 ( f0 f)t]cos2f
滤波后
VA
1 2
A
sin
2ft
1 2
A
sin
2ft
VB
1 2
A
c os 2f t
fdPSV
2
f0vPSV c
c os
4870(Hz )
fdEDV
2
f0vEDV c
c os
974(Hz )
频移按血流搏 动的有节律地 变化
音频范围为约20Hz～ 20kHz
卢广文 南方医科大学
8
多普勒胎儿心率监护
卢广文 南方医科大学
9
血流方向信息的提取
1.单边带直接分离法
是分别用一个高通滤波器和一个低通滤波器把上 下频带直接分离的方法，它是无线电雷达通讯设备的 一种原理。
20
我们知道 F () f (t)e jtdt
把VC代入
F()
(
A
e j (t1)
A
e j(t2 ) )e jt dt
2
2
1 2
( Ae j1
e
dt j( )t
Ae
j2
e j( )t dt)
Ae j1 ( ) Ae j2 ( )
式中，+=2f+, +=2f+。
1 2
A
c os 2f t
卢广文 南方医科大学
13
正反血流信号的分离
(1) 时域处理
设在只有正向血流时， A- = 0。
VA
1 2
A
sin
2ft
VB
1 2
A
c os2f t
此时，VA在时间上领先VB。逻辑电 路判断为正向， KA合上， KB断 开， VA通过。同理只有反向流存在 时候， VB通过。
正反向血流都存在时，时域处理方法不合适。
卢广文 南方医科大学
14
正反血流信号的分离 (2) 相域处理★
VB 经过 90° 相移后变为 V'B
VB
1 2
A
sin
2ft
1 2
A
sin
2ft
VVAA
VB VB
A sin 2ft A cos2ft
卢广文 南方医科大学
15
正反血流信号的分离 (3) 频域处理
2ft
1 2
A
sin
2ft
VB
1 2
A
c os 2f t
1 2
A
c os 2f t
微分得 VA fA sin 2ft fA sin 2ft
1 2
(2f
A2
2f
A2
)
1 2
A2
1 2
Байду номын сангаас
A2
f
( f A2 f A2 ) A2 A2
卢广文 南方医科大学
19
3. 频谱分析法
设 VC VB jVA
f 2P( f )df
N 2
0
(1)，
f P( f )df
f
0
(2)
二阶矩
0 P( f )df
一阶矩
0 P( f )df
式中，P(f)是信号的功率谱， f 为平均频率。
N 2 ( f 2 2) 2 f 2 为功率谱的方差
卢广文 南方医科大学
18
2.平均频率解调器
由
VA
1 2
A
sin
fd )t
]
1 2
cos(2f
d
t
)
低通滤波和音频放大 cos(2fdt )
卢广文 南方医科大学
7
设超声在人体内的速度为1540m/s，超声的工作
频率为2.5MHz，颈动脉收缩期血流峰值速度(PSV)、 约为 300cm/s，舒张末期血流速度(EDV)约为60cm/s， 多普勒角为60度。则这时多普勒频移为：
上述算法采用FFT实现。
卢广文 南方医科大学
21
卢广文 南方医科大学
22
4.自相关方法
血流流速信号是大量血红细胞（直径 d << λ 声波 波长）产生散射运动的一个统计结果，因此它具有近 似平稳随机信号的特性。它的速度值是一个统计分 布，因此它具有数学期望平均频率值 ω 和方差分布值 σ2。
A 2
c os (2f t
1)
A 2
c os (2f t
2)
j[
A 2
sin(2ft
1)
A 2
sin(2ft
2)]
A 2
c os (2f t
1)
j
A 2
sin(2ft
1 )
A 2
c os (2f t
2)
j
A 2
sin(2ft
2)
A e A e j(2ft1)
j (2ft2 )
2
2
卢广文 南方医科大学
卢广文 南方医科大学
16
血流速度的提取
从前面处理过的多普勒血流信号中提取速度信号， 即是频率-电压转换的问题。
f P( f )df
f
0
0 P( f )df
v c
2 f0 cos
f P( f )df
0
P( f )df
0
卢广文 南方医科大学
17
1.过零检测方法
基本原理是统计波形在单位时间里过零的次数 N， 用它来近似表示血流的平均速度V。
医学超声仪器原理
第8讲 超声多普勒原理与仪器
Ultrasound Doppler
Principle and Instrument
卢广文 南方医科大学
2
本讲内容
1. Hemodynamics 2. Doppler Effect 3. Spectral Doppler Displays 4. Color-Doppler Displays 5. Coded Excitation
卢广文 南方医科大学
3
超声多普勒血流测量
多普勒血流信号频谱示意图
卢广文 南方医科大学
4
血流速度测量与成像中所要获知的信息是： 1. 流速方向； 2. 流速幅度； 3. 流速在血管中的分布； 4. 被测血管离人体表皮的深度和角度； 5. 血管内径大小； 6. 血流动态速度谱。
卢广文 南方医科大学
5
卢广文 南方医科大学
10
2. 外差式检测法
是把信号的整个频谱从射频段平移到音频范围或 中频范围，然后进行边带分离的方法。
卢广文 南方医科大学
11
3. 正交相位检测法 发射信号
VT cos 2f0t
接收信号
VR A cos 2 ( f0 f )t A cos 2 ( f0 f )t
式中：A+ 和 f + 分别是正向流产生的幅度和频移； A- 和 f- 分别是正向流产生的幅度和频移。
VO VA VA
VA sin 2f pt VB sin 2f pt
1 2 [ A
cos2 (
fp
f )t
A sin 2 (
fp
f )t]
经过频域处理，把信号频谱移到 fp 的两边。f > fp 的 信号相当于正向流； f < fp 的信号相当于反向流。
和外差式检测方法相比，正交检测方法滤除了血管 壁运动产生的强回波信号。
连续波式超声多普勒
Continuous Wave Doppler, CW
连续波式超声多普勒成像仪原理示意图
卢广文 南方医科大学
6
发射信号 cos 2f0t
接收信号 cos[2 ( f0 fd )t ]
乘法器解调 cos[2 ( f0 fd )t ]cos 2f0t
1 cos 2[(2
2
f0