血流向量成像技术

第二节　血流向量成像技术

超声血流向量成像技术原理是基于彩色多普勒成像基础，通过收集心腔内彩色多普勒血流的信号，并借助流体力学和流函数方法计算出心脏与血管腔内流场的分布，从而获得观测平面内任一质点的速度向量的大小与方向。与传统血流彩色多普勒技术相比，其优点在于获得与声束平行方向上的血流速度同时，通过流函数的运算得到与声束垂直方向上的血流速度，为研究心脏血流动力学提供了一种定性与定量分析模式。

一、血流向量成像技术的原理

血流向量成像技术的设计是基于将心脏三维流场根据声束扫描平面分解成二维平面流，并将二维平面流场看成是层流与涡流的叠加；它将真实的层流速度和涡流速度分别沿着声束方向和垂直声束方向进行矢量分解，根据声束方向的速度信息，计算出各速度的分量。根据已知基本流的流线之切线方向为速度矢量方向，获得流线后即可得到任意一点的切线方向的原理，获得了基本流的速度矢量，利用各速度分量可计算出真实流场的速度矢量。

二、血流向量成像的基本参数及成像方法

血流向量成像技术可以通过速度矢量模式、流线模式、涡流模式等显示心腔内的血流信息。速度矢量模式可以定量描述血流速度的大小和方向，通过脱机软件对心脏某一点的流速以及某一平面的流量进行测量。流线模式及涡流模式可以较好地观察心腔内的涡流情况，更具体的反映心腔内血流的流体力学变化。血流向量成像是基于观测面为一个平面，血液质点的运动是三维的方向的，观测平面上沿声束方向的速度从以下公式测得：

按照心血管血流由涡流与基本流两种组成，对速度进行分解，并且按照以下公式求解：

对于平面运动（二维流动）微分形式的质量连续方程为：

数学上这是使其成为流函数（ψ）全微分的主要条件，即

（一）流线图

流线图显示血流中血液质点在观测平面内的流入及流出轨迹，为数条平行但走形迂曲的等流线。流线是某瞬时的一条空间几何曲线，该曲线上任何一点的切线都和该点的微团速度方向一致。

流线图由多条血流线条图构成，显示血液质点在观测平面内的流入及流出轨迹，为数条平行但走形迂曲的等流线，红色为起始点，黄色为终止点。在流线图像显示为一端有小红点的黄色短线群图，黄色短线倾斜方向代表血液质点方向，黄色短线长度代表血液质点的流速（图18-2）。

图18-2　心尖四腔观，显示左心室腔内为数条平行但走形迂曲的等流线

（二）二维速度向量分布图

显示血液质点在观测平面内的二维向量速度分布情况，通常在血流向量成像的实时速度向量图像上用动态变幻的线条显示（图18-3），线条的长度表示血流的速率；线条走向表示血流的方向，综合一起显示血流的速度与方向，称为血流的速度向量图。

图18-3　显示左心室腔内血液质点在观测平面内的二维向量速度分布情况

（三）局部线速度分布图

在二维彩色多普勒图像的任意部分标记取样线，得到该取样线上的血液质点的向量速度及方向。可分别显示为声束方向的速度、垂直声束方向的速度和综合向量速度。图184（见插页）为左心室流出道的综合向量速度分布，可见该时相（舒张早期）自心尖至左心室流出道为递增的速度曲线。

（四）流率时间曲线

在二维彩色多普勒图像的任意部分标记取样线，得到该取样线上的血液质点流率时间变化曲线。图185（见插页）显示左心腔内经过取样线的流率随时间变化的曲线，图中可见收缩期朝向左心室流出道（向下）的波形和舒张期朝向心尖（向上）的波形，并可见自心尖至心底部的递增规律。用像素作为基本平面，此法可用于计算流率。