脉冲多普勒（）

连续多普勒较差的空间分辨率可以通过使用脉冲超声来克服。脉冲发出后只需要接收指定时间的回声。所以，只要知道了组织中的声速就可以用与脉冲回声成像同样的方法（公式2.3）计算出信号返回处的深度。因为压电晶片只在短时间内发射超声波，所以可以用同一晶片来接收回声信号。图3-9显示了同一晶片如何发射超声波脉冲并且在需要获取信号前等待一定的时间。虽然系统不需要更深处的信号，但必须等待最深处的回声回来后方可发射下一个脉冲。需要获取信号的这段时间被称为距离选通（range gate），操作者可以改变距离选通来决定取样门的大小。取样门就是回声信号可以被探测到的区域。取样门的大小不仅取决于距离选通的大小，也取决于发射脉冲的形状和超声声束的形状，有时被描述为“泪滴状”（图3-10）。取样门的深度是由超声系统在接收需要的信号之前等待的时间决定的，可以由操作者控制。取样门的大小对多普勒频谱有重要影响。如果操作者需要检查血管中心高速的血流和靠近血管壁处低速的血流，就需要用较大的取样门。这将在第6章中进一步讨论。

图3-8　多普勒信号频谱分析仪可以使信号内的频率按照连续的频谱显示出来。显示了血流速度随时间的变化

图3-9　脉冲多普勒超声
系统发射一个脉冲（A），等待一定时间（B），然后只接收给定深度的信号（C），之后又进入等待状态，在发射下一个脉冲之前，接收器关闭（D），不接收更深距离的回声

每秒钟将发射上千次脉冲来测量血流内的频率。这些脉冲的发射频率称为脉冲重复频率（PRF），一般在kHz范围内。PRF的上限是由于系统必须等待前一个脉冲的所有回声回到探头才能发射下一个脉冲。事实上，脉冲多普勒和连续多普勒不同，它实际上并不能真实测量多普勒频移。但是探测到的信号形状与连续多普勒系统获得的频移形状相似，所以可以用多普勒公式来描述并且通常被称为多普勒信号。超声脉冲可以检测到取样门内血流速度的变化，通过快速傅立叶转换（FFT）分析信号就可以得到信号频谱。使用FFT一条频谱线需要64或128个连续脉冲，并且多普勒系统可以快速处理数据从而产生实时多普勒频谱图。

图3-10　单晶片脉冲多普勒系统的取样门（或称探测区）呈泪滴状

多普勒声束的路径、取样门的大小和位置都显示在脉冲回声图像中。PRF值、取样门大小及深度通常显示在图像的一侧，如图3-11所示。脉冲多普勒有较好的空间分辨力，其缺点是当频率超过最大可探测频率时会产生混迭伪像。

【混迭】

混迭是由于对信号的取样不完全导致对信号频率的错误计算。试想有一仅有分针的时钟，你想计算指针移动的速度。如果从整点开始，每隔45分钟观察一次（图3-12），则指针最开始指向12，45min后，指针指向9，之后是分别指向6、3和12。这会给你一个指针在缓慢逆时针方向移动的印象。指针的速度似乎是3h才转完一整圈，而不是我们所希望的1h转一圈。为正确计算出指针的速度，一个周期必须至少观察2次（即至少2次/h）。

图3-13实线表示的是一简谐波，当信号取样少于每个周期2次时，其频率将被低估。小圆点表示的是取样点，而符合取样数据的最低频率正弦波如虚线所示。如果每个周期至少取样2次，如十字线所示，则不可能用低频率正弦波来拟合取样数据，就可以计算出正确的频率了。当取样频率小于检查频率的2倍时，将发生混迭现象，这一频率称为Nyquist极限频率。

图3-11　多普勒声束路径，取样门大小及位置都显示在图像中
beam path声束路径；sample volume取样门；angle correction cursor角度校正光标

图3-12　混迭
如果每45分钟观察一次分针的运动，则指针似乎是逆时针方向缓慢移动的

图3-13　混迭
当信号取样少于每周期2次时，简谐波（实线）的频率可能被低估（虚线）

图3-14
A.混迭导致信号中较高的频率被低估并显示于频谱图的基线下方；B.可以通过提高脉冲重复频率（速度标尺从图A中的60cm/s提高到图B中的100cm/s）来克服

图3-14A为多普勒信号混迭伪像的一个例子，收缩期峰值被低估并显示于频谱图基线下方。混迭伪像可以通过提高取样频率（即提高PRF或者scale）来克服。但是由于系统在发射下一个脉冲前必须等待前一个脉冲的所有回声被接收，以免混淆回声信号产生的位置，因此PRF有上限限制。所以，可以检测到的多普勒频移有最大值极限。可探测的最大多普勒频率（fdmax）和速度（Vmax）如下：也即：

对于感兴趣区深度d，声速c，有

公式中的2是因为发射脉冲需要从目标返回。则：

所以，可检测到的没有混迭伪像的最大速度取决于血管的深度。当需要检测非常高速的血流速度，特别是在较深的深度时，一些探头有高“PRF”模式可供选择。即在特定的时间内不止发射一个脉冲。越高的PRF可检测到的血流速度越快，但是会导致空间分辨率下降（即对多普勒信号的定位不明确）。在该模式下，一条扫描线通常会显示多个取样门。使用较低的发射频率会产生较低的多普勒频移。在较低发射频率下，不需要太高的PRF来避免混迭伪像。所以，降低发射频率将会提高可检测的血流速度。