能量多普勒显像与彩色多普勒显像显示血管内径准确性的实验比较
作者：王建宏 钱蕴秋 朱 霆 吴 琳
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；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；血管内径
中国超声医学杂志990801 摘 要 目的：比较能量多普勒显像(PDI)和彩色多普勒血流显像(CDFI)显示离体模拟血流血管内边界的准确性。方法：在0.4mm、3mm和8mm内径的硅胶管中模拟低速血流，分别用二维超声(2DUS)、CDFI及PDI进行显像，准确测量各显像模式中各血管的血管内径或彩色血流直径。结果：①、2DUS测量的各种血管内径与实际内径均无明显差别(P>0.05)；②、PDI在0.4mm内径血管的血流显示中，PDI血流直径比2DUS的血管内径大2.4倍(P<0.01)；在3mm和8mm内径血管，PDI血流直径与2DUS的血管内径无明显差异(P>0.05)；③、在三种内径血管显示中，CDFI血流直径均明显大小PDI血流直径(P<0.01)，且血流前后径明显大于血流横径(P<0.01)。结论：PDI用血流直径代表血管内径的准确性明显高于CDFI，尤其在较粗的血管中，PDI血流直径能准确反映血管内径。
, http://www.100md.com
Comparison Study of the Image Accuracy of Blood Vessel
Diagmeter between PDI and CDFI
Wang Jianhong,Qian Yunqiu,Zhu Ting,et al
Dept.Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University,Xis an 710032
ABSTRACT Objective:Comparision studying the image display accuracy of blood vessel internal diameter between PDI and CDFI by means of in vitro experimental model.Methods：The blood flows were simulated in the silicon tubes with 0.4,3 and 8mm in diameter respectively to compare the vessel diameters of two dimensional ultrasonography(2DUS)with the flow diameters of PDI and CDFI.Results:The flow diameters of PDI was 2.4 times larger than the vessel diameters of 2DUS in the blood displays of Φ 0.4mm blood vessels,and there was no significant difference(P>0.05)between the flow diameters of PDI and 2DUS in Φ 3mm and Φ 8mm blood vessels.Of the displays in the blood vessels with the three diameters,the diameter of CDFI blood flow was significantly larger than that PDI and 2DUS(P<0.01),and the anteroposterior diameters were obviously larger than the transverse diameter(P<0.01).Conclusion:Power Doppler imaging showed a better accuracy in the display of blood vessel diameters than color Doppler flowing imaging did,especially for the thick vessels,PDI blood flow diameter could accurately represent the real blood vessel diameter.
, 百拇医药
KEY WORDS Power Doppler imaging Color Doppler flow imaging Vessel diameter
能量多普勒显像(PDI)以多普勒的能量频谱积分为成像基础，与以平均多普勒频移为成像基础的CDFI明显不同，自1994年首次报道PDI应用于肾脏的血流显像以来，许多研究均表明该技术在显示血流的敏感性和连续性方面均优于CDFI，是一种评价组织血流灌注的好方法〔1～9〕。本研究在离体血流模型中，对比观察了PDI和CDFI显示血管内边界的准确性。
资料与方法
1.实验模型 离体模拟血流模型：水槽底部安置锯齿形吸声橡胶板，槽内充满除气水。模拟血管为硅胶管，均水平固定于水槽内，管子两端分别与血流泵和血流库(烧杯)相连。血流库内为贮存人全血，底部安放磁力搅拌器，以便使血液混合均匀，血细胞不沉淀。血流泵为美国产体外循环用血泵，该血流泵可自动显示并可调节流量和转速，流量误差为0.1%。在各流量条件下，用跑表计时，量杯测量流量准确无误后开始实验。
, 百拇医药
2.血流模拟方法 模拟血管分别用0.4mm(十根成捆)、3mm及8mm内径的硅胶管，模拟各血管内平均血流速度均为8cm/sec。
3.能量多普勒显像和彩色多普勒血流显像使用美国ATL Ultramark-9 HDI型彩色多普勒成像系统。探头为10-5MHz宽频带线阵探头，其彩色多普勒频率5MHz。选用小器官设置。彩色增益调至背景中刚刚出现噪声之前为止，脉冲重复频率(PRF)1000Hz，壁滤波(WF)100Hz，要求上述及其它仪器条件在整个实验过程中保持不变。首先用二维超声(2DUS)进行显像，通过调节灰阶增益和聚焦深度使血管内壁显示清楚，准确测量血管的横向和前后内径。然后，分别用PDI和CDFI进行显像，在彩色血流充盈完全时冻结图像，测量血流束直径，包括血流的前后径和横径。在各种模式显像时，均分别取6幅图像进行测量。
4.统计分析 各组数据均以平均数±标准差表示，用方差分析和t检验进行检验，统计学差异定为P<0.05。
, 百拇医药
结 果
由表1中可见，2DUS测量的各种血管内径与实际内径均无明显差别(P>0.05)。PDI在0.4mm内径血管显示的血流束横径比2DUS测量的内径大2.4倍，差别非常显著(P<0.01)。而在3mm和8mm内径血管显示的血流束横径与血管的实际内径和2DUS所测的血管内径无明显差别(P>0.05)。三种内径血管均显示血流束的前后径比横径及实际内径明显增宽(P<0.05)。
在三种内径管的显示中，CDFI和PDI的血流束宽度均有明显差异(P<0.01)，PDI血流宽度更接近2DUS及血管实际内径，而CDFI血流宽度则明显高估血管内径(图1)。
表1 2DUS、PDI和CDFI显示血管横径和前后径值(
±s) 血管内径
, http://www.100md.com (mm)
血管横径(mm)
2DUS
PDI
CDFI
0.4
3.0
8.0
0.34±0.01
2.93±0.04
7.92±0.03
0.83±0.11**
, http://www.100md.com
2.96±0.03
7.93±0.04
0.95±0.11##
3.66±0.12##
8.38±0.07##
血管前后径(mm)
0.4
3.0
8.0
0.37±0.01
2.92±0.02
, 百拇医药
7.97±0.02
0.96±0.11**
3.44±0.08**
8.11±0.02
1.35±0.15##
3.61±0.05##
8.43±0.02##
注：##、**表示与其余二组及实际内径比较P<0.01
讨 论
能量多普勒显像没有血流速度和方向等血流动力学信息〔1～3〕，所以，PDI的准确性意味着PDI显示血管形态学结构的准确程度。它有两层含义：一是PDI显示血流的真实性如何?在临床应用中，许多操作者都有这样的体会，即PDI显示的血流信号，尤其是那些低能量的、呈深蓝色或紫色的血流信号的真实性如何?是确实存在的一些血流信号，还是噪声或伪像，需要明确判断。本实验由于条件限制，未对此问题进行进一步研究。第二层含义是PDI显示血管内边界的准确性，即血流束宽度能否真实地反映血管内径。这对于某些部位血管的血流定量分析非常有用。
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图1 A、B图分别为0.4mm内径管PDI和CDFI血流束宽度比较。
C和D、E和F图分别为3mm和8mm内径管PDI和CDFI血流束宽度。
关于PDI显示血管内边界的准确性，尚未见文献报道。本研究表明：在本实验条件下，PDI显示细小血管(0.4mm)内边界的准确性不佳，不能以血流束直径来反映血管内径。而在较粗血管(3mm和8mm)的血流显示中，PDI的准确性较高，可准确反映血管内径。而血流横径的准确性相对较高。因此，在实际应用中测量血管内径时应首选2DUS，其次是PDI血流束的横向宽度。
CDFI显示血管内边界的准确性明显低于PDI，其血流束直径明显高估血管内径。造成二者准确性不同的原因主要是二者的空间分辨力不同。CDFI的空间分辨力一般较其叠加之上的2DUS低，其大小取决于超声波声束宽度和距离选通(采样容积)的大小，如果通过减小采样容积和缩窄声束来提高空间分辨率，势必降低多普勒的敏感性与多普勒频移的准确性〔10〕。对于这种矛盾的妥协使CDFI的空间分辨力相对较低。低空间分辨力可造成在多普勒频移区域以外部位的彩色编码〔10〕，从而造成CDFI血流束宽度明显大于血管实际内径。例如，肝硬化的肝静脉彩色多普勒血流明显“溢出”血管外等现象。而PDI采用斑点示踪技术(Speckle tracking)进行成像，其空间分辨率取决于示踪点Kernel区的大小。Kernel区越大，准确性越高，但空间分辨力越低，所以Kernel区大小的选择也应在二者间权衡，Kernel区的大小大约等于1～2个B型声像图分辨力容积大小〔11〕，因此可以认为，PDI的空间分辨力相对较高，因而具有比CDFI显示血管内边界准确性高的优点。
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既然在理论和技术上不能将PDI、CDFI的空间分辨力提高许多，但是否可以在实际应用中通过改变仪器条件来解决PDI和CDFI的这种准确性呢?结论是否定的。从理论上讲，彩色血流“溢出”血管外可以通过降低彩色增益和彩色对灰阶的优先显示权来解决。但是，在临床实际应用中，上述仪器条件的调节没有标准可依据，在很大程度上依赖于操作者的经验、习惯及主观偏向等，所以调节的重复性很差，达不到准确显示血管内径的目的。如果在某些诊断或研究中要求获得精确的血管内径而2DUS显示血管不佳时，只好用PDI或CDFI的血流束来代表内径，但必须时刻牢记血流束宽度可能高估该血管的内径，所获得的血流量也可能是高估的，不能用于血管和血流的精确定量，只能用于某些对比研究中。此外，PDI不显示血流的方向和速度，因此PDI不容易将伴行的动静脉分开，PDI的血流束会明显高估所显示的动脉或静脉的内径。所以，PDI显示血管内边界准确性在某些脏器的应用受到限制。
总之，在显示血管内径时，2DUS是首选方法，而PDI显示较粗血管的准确性较高，CDFI准确性较差，只能在某些对照研究中应用。
, 百拇医药
参考文献
1 Bude RO,Rubin JM.Power Doppler sonography.Radiology,1996,200:21～23
2 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
3 Chou YH.Application of amplitude ultrasonic angiography in the abdomen.J Med Ultrasound,1994,2:5～15
4 Bude RO,Rubin JM,Adler RS.Power versus conventional color Doppler:Comparison in the detection of normal intrarenal vasculature.Radiology,1994,192:777～780
, 百拇医药
5 Allen CM,Balen F,Kessel D,et al.Comparison of power Doppler and contrast material enhanced Doppler in detection of renal artery stenosis.Radiology,1994,193(RSNA,Suppl):203
6 Luker GD,Siegel MJ.Scrotal US in pediatric patients:Comparison of power and standard color Doppler US.Radiology,1996,198:381～385
7 Choi BI,Kim TK,Han JK,et al.Power versus conventional color Doppler sonography:Comparison in the depiction of vasculature in liver tumors.Radiology,1996,200:55～58
, 百拇医药
8 Maestro C,Bruneton JN,Marcy PY.Comparative study of power Doppler and color Doppler in breast diseases.J Radiol,1995,76:1075～1078
9 Spiezia S,Colao A,Assanti AP,et al.Usefulness of color echo Doppler with power Doppler in the diagnosis of hypoechoic thyroid nodules:Work in progress.Radiol Med Torino,1996,91:616～621
10 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
11 Bohs LN，Friemel BH,McDermott BA,et al.Real-time system for angle-independent US of blood flow in two dimensions:Initial results.Radiology,1993,186:259～261
(1999-01-25收稿，1999-03-08修回), http://www.100md.com
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；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；血管内径
中国超声医学杂志990801 摘 要 目的：比较能量多普勒显像(PDI)和彩色多普勒血流显像(CDFI)显示离体模拟血流血管内边界的准确性。方法：在0.4mm、3mm和8mm内径的硅胶管中模拟低速血流，分别用二维超声(2DUS)、CDFI及PDI进行显像，准确测量各显像模式中各血管的血管内径或彩色血流直径。结果：①、2DUS测量的各种血管内径与实际内径均无明显差别(P>0.05)；②、PDI在0.4mm内径血管的血流显示中，PDI血流直径比2DUS的血管内径大2.4倍(P<0.01)；在3mm和8mm内径血管，PDI血流直径与2DUS的血管内径无明显差异(P>0.05)；③、在三种内径血管显示中，CDFI血流直径均明显大小PDI血流直径(P<0.01)，且血流前后径明显大于血流横径(P<0.01)。结论：PDI用血流直径代表血管内径的准确性明显高于CDFI，尤其在较粗的血管中，PDI血流直径能准确反映血管内径。
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Comparison Study of the Image Accuracy of Blood Vessel
Diagmeter between PDI and CDFI
Wang Jianhong,Qian Yunqiu,Zhu Ting,et al
Dept.Ultrasound,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University,Xis an 710032
ABSTRACT Objective:Comparision studying the image display accuracy of blood vessel internal diameter between PDI and CDFI by means of in vitro experimental model.Methods：The blood flows were simulated in the silicon tubes with 0.4,3 and 8mm in diameter respectively to compare the vessel diameters of two dimensional ultrasonography(2DUS)with the flow diameters of PDI and CDFI.Results:The flow diameters of PDI was 2.4 times larger than the vessel diameters of 2DUS in the blood displays of Φ 0.4mm blood vessels,and there was no significant difference(P>0.05)between the flow diameters of PDI and 2DUS in Φ 3mm and Φ 8mm blood vessels.Of the displays in the blood vessels with the three diameters,the diameter of CDFI blood flow was significantly larger than that PDI and 2DUS(P<0.01),and the anteroposterior diameters were obviously larger than the transverse diameter(P<0.01).Conclusion:Power Doppler imaging showed a better accuracy in the display of blood vessel diameters than color Doppler flowing imaging did,especially for the thick vessels,PDI blood flow diameter could accurately represent the real blood vessel diameter.
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KEY WORDS Power Doppler imaging Color Doppler flow imaging Vessel diameter
能量多普勒显像(PDI)以多普勒的能量频谱积分为成像基础，与以平均多普勒频移为成像基础的CDFI明显不同，自1994年首次报道PDI应用于肾脏的血流显像以来，许多研究均表明该技术在显示血流的敏感性和连续性方面均优于CDFI，是一种评价组织血流灌注的好方法〔1～9〕。本研究在离体血流模型中，对比观察了PDI和CDFI显示血管内边界的准确性。
资料与方法
1.实验模型 离体模拟血流模型：水槽底部安置锯齿形吸声橡胶板，槽内充满除气水。模拟血管为硅胶管，均水平固定于水槽内，管子两端分别与血流泵和血流库(烧杯)相连。血流库内为贮存人全血，底部安放磁力搅拌器，以便使血液混合均匀，血细胞不沉淀。血流泵为美国产体外循环用血泵，该血流泵可自动显示并可调节流量和转速，流量误差为0.1%。在各流量条件下，用跑表计时，量杯测量流量准确无误后开始实验。
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2.血流模拟方法 模拟血管分别用0.4mm(十根成捆)、3mm及8mm内径的硅胶管，模拟各血管内平均血流速度均为8cm/sec。
3.能量多普勒显像和彩色多普勒血流显像使用美国ATL Ultramark-9 HDI型彩色多普勒成像系统。探头为10-5MHz宽频带线阵探头，其彩色多普勒频率5MHz。选用小器官设置。彩色增益调至背景中刚刚出现噪声之前为止，脉冲重复频率(PRF)1000Hz，壁滤波(WF)100Hz，要求上述及其它仪器条件在整个实验过程中保持不变。首先用二维超声(2DUS)进行显像，通过调节灰阶增益和聚焦深度使血管内壁显示清楚，准确测量血管的横向和前后内径。然后，分别用PDI和CDFI进行显像，在彩色血流充盈完全时冻结图像，测量血流束直径，包括血流的前后径和横径。在各种模式显像时，均分别取6幅图像进行测量。
4.统计分析 各组数据均以平均数±标准差表示，用方差分析和t检验进行检验，统计学差异定为P<0.05。
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结 果
由表1中可见，2DUS测量的各种血管内径与实际内径均无明显差别(P>0.05)。PDI在0.4mm内径血管显示的血流束横径比2DUS测量的内径大2.4倍，差别非常显著(P<0.01)。而在3mm和8mm内径血管显示的血流束横径与血管的实际内径和2DUS所测的血管内径无明显差别(P>0.05)。三种内径血管均显示血流束的前后径比横径及实际内径明显增宽(P<0.05)。
在三种内径管的显示中，CDFI和PDI的血流束宽度均有明显差异(P<0.01)，PDI血流宽度更接近2DUS及血管实际内径，而CDFI血流宽度则明显高估血管内径(图1)。
表1 2DUS、PDI和CDFI显示血管横径和前后径值(
±s) 血管内径, http://www.100md.com (mm)
血管横径(mm)
2DUS
PDI
CDFI
0.4
3.0
8.0
0.34±0.01
2.93±0.04
7.92±0.03
0.83±0.11**
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2.96±0.03
7.93±0.04
0.95±0.11##
3.66±0.12##
8.38±0.07##
血管前后径(mm)
0.4
3.0
8.0
0.37±0.01
2.92±0.02
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7.97±0.02
0.96±0.11**
3.44±0.08**
8.11±0.02
1.35±0.15##
3.61±0.05##
8.43±0.02##
注：##、**表示与其余二组及实际内径比较P<0.01
讨 论
能量多普勒显像没有血流速度和方向等血流动力学信息〔1～3〕，所以，PDI的准确性意味着PDI显示血管形态学结构的准确程度。它有两层含义：一是PDI显示血流的真实性如何?在临床应用中，许多操作者都有这样的体会，即PDI显示的血流信号，尤其是那些低能量的、呈深蓝色或紫色的血流信号的真实性如何?是确实存在的一些血流信号，还是噪声或伪像，需要明确判断。本实验由于条件限制，未对此问题进行进一步研究。第二层含义是PDI显示血管内边界的准确性，即血流束宽度能否真实地反映血管内径。这对于某些部位血管的血流定量分析非常有用。
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图1 A、B图分别为0.4mm内径管PDI和CDFI血流束宽度比较。
C和D、E和F图分别为3mm和8mm内径管PDI和CDFI血流束宽度。
关于PDI显示血管内边界的准确性，尚未见文献报道。本研究表明：在本实验条件下，PDI显示细小血管(0.4mm)内边界的准确性不佳，不能以血流束直径来反映血管内径。而在较粗血管(3mm和8mm)的血流显示中，PDI的准确性较高，可准确反映血管内径。而血流横径的准确性相对较高。因此，在实际应用中测量血管内径时应首选2DUS，其次是PDI血流束的横向宽度。
CDFI显示血管内边界的准确性明显低于PDI，其血流束直径明显高估血管内径。造成二者准确性不同的原因主要是二者的空间分辨力不同。CDFI的空间分辨力一般较其叠加之上的2DUS低，其大小取决于超声波声束宽度和距离选通(采样容积)的大小，如果通过减小采样容积和缩窄声束来提高空间分辨率，势必降低多普勒的敏感性与多普勒频移的准确性〔10〕。对于这种矛盾的妥协使CDFI的空间分辨力相对较低。低空间分辨力可造成在多普勒频移区域以外部位的彩色编码〔10〕，从而造成CDFI血流束宽度明显大于血管实际内径。例如，肝硬化的肝静脉彩色多普勒血流明显“溢出”血管外等现象。而PDI采用斑点示踪技术(Speckle tracking)进行成像，其空间分辨率取决于示踪点Kernel区的大小。Kernel区越大，准确性越高，但空间分辨力越低，所以Kernel区大小的选择也应在二者间权衡，Kernel区的大小大约等于1～2个B型声像图分辨力容积大小〔11〕，因此可以认为，PDI的空间分辨力相对较高，因而具有比CDFI显示血管内边界准确性高的优点。
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既然在理论和技术上不能将PDI、CDFI的空间分辨力提高许多，但是否可以在实际应用中通过改变仪器条件来解决PDI和CDFI的这种准确性呢?结论是否定的。从理论上讲，彩色血流“溢出”血管外可以通过降低彩色增益和彩色对灰阶的优先显示权来解决。但是，在临床实际应用中，上述仪器条件的调节没有标准可依据，在很大程度上依赖于操作者的经验、习惯及主观偏向等，所以调节的重复性很差，达不到准确显示血管内径的目的。如果在某些诊断或研究中要求获得精确的血管内径而2DUS显示血管不佳时，只好用PDI或CDFI的血流束来代表内径，但必须时刻牢记血流束宽度可能高估该血管的内径，所获得的血流量也可能是高估的，不能用于血管和血流的精确定量，只能用于某些对比研究中。此外，PDI不显示血流的方向和速度，因此PDI不容易将伴行的动静脉分开，PDI的血流束会明显高估所显示的动脉或静脉的内径。所以，PDI显示血管内边界准确性在某些脏器的应用受到限制。
总之，在显示血管内径时，2DUS是首选方法，而PDI显示较粗血管的准确性较高，CDFI准确性较差，只能在某些对照研究中应用。
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参考文献
1 Bude RO,Rubin JM.Power Doppler sonography.Radiology,1996,200:21～23
2 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
3 Chou YH.Application of amplitude ultrasonic angiography in the abdomen.J Med Ultrasound,1994,2:5～15
4 Bude RO,Rubin JM,Adler RS.Power versus conventional color Doppler:Comparison in the detection of normal intrarenal vasculature.Radiology,1994,192:777～780
, 百拇医药
5 Allen CM,Balen F,Kessel D,et al.Comparison of power Doppler and contrast material enhanced Doppler in detection of renal artery stenosis.Radiology,1994,193(RSNA,Suppl):203
6 Luker GD,Siegel MJ.Scrotal US in pediatric patients:Comparison of power and standard color Doppler US.Radiology,1996,198:381～385
7 Choi BI,Kim TK,Han JK,et al.Power versus conventional color Doppler sonography:Comparison in the depiction of vasculature in liver tumors.Radiology,1996,200:55～58
, 百拇医药
8 Maestro C,Bruneton JN,Marcy PY.Comparative study of power Doppler and color Doppler in breast diseases.J Radiol,1995,76:1075～1078
9 Spiezia S,Colao A,Assanti AP,et al.Usefulness of color echo Doppler with power Doppler in the diagnosis of hypoechoic thyroid nodules:Work in progress.Radiol Med Torino,1996,91:616～621
10 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
11 Bohs LN，Friemel BH,McDermott BA,et al.Real-time system for angle-independent US of blood flow in two dimensions:Initial results.Radiology,1993,186:259～261
(1999-01-25收稿，1999-03-08修回), http://www.100md.com