彩色流速成像法超声流量测定的离体实验研究

1、    彩色流速成像法超声流量测定的离体实验研究        【摘要】目的研究彩色流速流量定量(CVIQ)流量测定准确性的影响因素。 方法采用离体装置产生稳流， 比较不同条件下CVIQ测值差别， 比较一定条件下不同流量CVIQ测值与容器收集法结果。 结果 聚焦、 彩标、 彩色充盈度对测值影响较大； 取样框大小稍有影响； 彩标基线位置调节(以不产生混迭伪差为限)、 取样框位置、 M型取样线位置、 血流方向校正线位置、 壁滤波、 余辉、 彩色采样次数、 平滑度等无明显影响。 C

2、VIQ测值变异系数在7.3%以内。 一定条件下， 不同流量(88300 ml/min)CVIQ测值的相对误差为-0.1%+3.6%。 结论CVIQ流量测定重复性好； 测值与仪器调节有关； 合理调节仪器， 能较准确测量流量。 【关键词】超声检查彩色流速成像血流量测定Volume flow measurement using color velocity imaging： in vitro study ZHANG Yunhua, XU Zhizhang, LIU Limin， et al. Department of Ultrasound Diagnosis, Zhongshan Hospital

3、, Shanghai Medical University, Shanghai 200032【Abstract】 Objective To study factors that affect color velocity imaging quantification (CVIQ) volume flow measurement, in vitro experiment was performed. Methods Steady flow was simulated, comparison of CVIQ measurement under different equipment set was

4、 made. Under different volume flow, comparison of two volume flow estimation techniques, timed-collection and CVIQ was made. Results Focusing, scale, color-gain correlated with CVIQ measurement greatly. Size of sample frame had weak correlation with CVIQ measurement. While position of scale baseline

5、, position of sample frame, M-mode sample line or beam-flow angle line, wall filter, persistence, color packet, smoothing had no correlation with CVIQ measurement. Coefficient of variation of CVIQ calculation was within 7.3%. Under proper condition, relative error of CVIQ was -0.1%+3.6% from volume

6、flow 88300 ml/min. Conclusions Repeatability of CVIQ measurement is good; CVIQ measurement correlate with equipment adjustment; Under proper condition, accuracy of CVIQ measurement is high. 【Key words】 Ultrasonography Color velocity imaging Volumetric blood flow measurement血流量是血流动力学的重要参数， 血透用动-静脉瘘流量

7、、 脑血流量监测等具重要临床意义。 创伤性血流量测定如容器收集法、 电磁流量计、 超声流量计、 气泡流量计等临床应用价值有限。 彩色流速流量定量(color velocity imaging quantification, CVIQ)是九十年代推出的无创伤流量测定超声软件， 理论上较多普勒超声获得更准确的流量。文献认为CVIQ测定准确性与流量大小、血管内径、操作者有关1-5。操作者依赖的重要方面是仪器调节，如何调节仪器才能获得较准确流量， 文献报道较简单， 本实验对此进行研究。 资料和方法一、 实验装置装置如1。 水槽2水位恒定， 与输液管道2相对高度固定。 1实验装置示意将琼脂和淀粉混合物(

8、3%琼脂+少量淀粉)制成管径6 mm测量管。 混合物可衰减超声， 无壁测量管无多重反射伪差。 流体为0.12%淀粉悬浮液， 可产生良好彩色信号6。 实验中间断搅拌水槽1中液体。 二、 仪器HP 8500GP彩色超声仪， 具CVIQ软件， 线阵探头， 频率5.57.5 MHz。 三、 实验方法1.不同条件下CVIQ测值：清晰显示测量管最大径长轴切面，固定探头，叠加彩色流速成像，偏转彩色取样框，声束-血流夹角为30°70°，每次改变一个条件，记录流量。重复测量510次。实验时保持流量恒定。(1) 改变聚焦相对于取样位置高度。(2) 以脉冲多普勒测得的最大流速Vmax为中心改变彩

9、标； 固定彩标， 改变基线位置。 (3) 改变彩色增益、 功率输出。 (4) 改变彩色取样框宽度、 高度及相对于测量管的高度。 (5) 在取样框范围内改变M型取样线相对于取样框的左右位置。 (6) M型取样时，改变血流方向校正线相对于测量管的上下位置(计算流量时， 将其移至管腔内)； 冻结后， 改变其在管腔中位置； 将其移至管壁附近， 调整声束-血流夹角，观察视觉误差。 (7) 改变壁滤波、 余辉、 彩色采样次数、 平滑度。 2. 不同流量CVIQ测值准确性： 调节控制开关， 产生不同流量。 每一流量水平， 采用双盲法， 2位操作者同时行CVIQ法和容器收集法测定。 容器收集法根据一段时间(秒

10、表测量)内量筒收集的流体体积计算流量。 量筒量程为50 ml， 收集时间1020秒。 CVIQ法测定时如下调节仪器(2)： 放大像， 清晰显示管腔最大径；叠加彩色流速成像， 偏转彩色取样框， 使声束-血流夹角为30°70°， 缩小取样框； 调节彩标在脉冲多普勒显示的最大流速附近； M型取样线置管腔中， 聚焦与取样位置在同一水平； 调节彩色增益和功率输出， 使彩色刚好充满管腔；像稳定后冻结， 将血流方向校正线移至管壁附近， 调节声束-血流夹角； 计算流量。 2合适条件： 取样框较小， 聚焦与取样位置在同一水平，彩标设在Vmax附近，彩色充盈适度。 VOL为流量测值， 左下角显

11、示流速剖面3，4彩标影响： 出现彩色混迭时(3)测值较无混迭时(4)小5，6彩色增益影响： 管腔彩色充盈不佳时(5)测值较充盈良好时(6)小四、 数据统计1. 条件固定时， CVIQ测值均数、 变异系数。 2. 不同条件设置时CVIQ测值差别行方差分析， =0.05； 以其中一个设置测值为参照， 计算相对误差(CVIQ测值-参照)/参照。 3. 不同流量时， CVIQ法与容积收集法的相对误差(CVIQ测值-容积收集法)/容积收集法)。结果一、 聚集、 彩标、 彩色增益、 取样框大小不同，CVIQ测值有显著性差异(P<0.05)(表1， 36)； 基线调节不引起彩色混迭时， 测值无显著性差

12、异(P>0.05)； 反之， 有显著性差异(P<0.05)(表2)。 二、 彩色取样框位置、 M型取样线位置、 取样时血流方向校正线位置、 壁滤波、 余辉、 彩色取样次数、 平滑度不同测值差异无显著性(P>0.05)； 冻结后， 血流方向校正线在管腔中上下位置不改变测值(表1)。 以管壁为参照， 调整声束-血流夹角， 可分辨±2°的角度差别。 三、 取样框宽度为最小值的1、2、3倍时， 帧频分别为17、13、9 Hz。 四、 输出功率越高， 充盈度越好。 五、 不同流量时CVIQ测值准确性见表3。 表1不同条件下CVIQ测值比较条件设置测值均数相对误差(%

13、)聚焦等深254.1参照高215.7-15.1低244.7-3.7*彩标32*218.8-23.432251.0-12.264286.0参照101266.2-6.9127236.8-17.2彩色增益21171.7-42.533298.4参照40398.4+33.5取样框宽度最小(1倍)291.8参照2倍289.6-0.83倍297.3+1.9高度最小291.0参照增高290.9-0.03更高285.3-2.0取样框位置中259.4参照下258.8-0.2上257.4-0.8取样线位置正中292.3参照左291.0-0.4右296.3+1.4取样时血流方中282.5参照向校正线位置高283.2+

14、0.2低280.5-0.7冻结后血流方中280参照向校正线位置近前壁2800近后壁2800壁滤波0292.8参照5291.0-0.6余辉0290.5参照5290.2-0.1彩色采样次数S291.5参照L294.0+0.9平滑度1289.4参照5289.8+0.1     注： 表13中流量单位ml/min;*Vmax为48 cm/s；*Vmax为41 cm/s;*有混迭表2基线改变对CVIQ测值的影响彩标基线位置血流方向量程测值均数相对误差(%)32*居中32290.9参照上移45291.3+0.1上移57292.3+0.5下移20*7.5-97.4&#

15、160;    表3不同流量时CVIQ测值准确性容器收集法CVIQ法相对误差(%)300303.2+1.1250249.7-0.18891.2+3.6     六、 条件固定时， CVIQ流量测值变异系数为-0.2%+7.3%. 讨论脉冲多普勒超声能准确测量流速， 但从理论上分析目前临床使用的多普勒超声仪不能获得准确的流量7。 CVIQ技术核心为多道选通门法获得瞬时流速剖面， 同时将血管腔分成多个同心圆环， 分割圆环宽度与多道选通门一致。 仪器自动将多道选通门流速与相应圆环面积相乘， 计算每个圆环瞬时流量， 累加相继圆环瞬时

16、流量得到血管腔流量8。 测速原理为彩色流速成像法， 通过距离与时间关系计算流速。 用彩色M型像显示流道宽度。 实验装置形成稳定静水压， 保证实验中流量恒定。 探头固定可避免管腔内径显示不一造成的误差。 CVIQ法流速及截面积测值与声束-血流夹角有关3，4。 声束-血流夹角宜取30°70°3。 视觉引起的±2°误差， 造成CVIQ测值误差达10%4。 M型取样后， 血流方向校正线在管腔中上下移动， 流量测值相同； 移至管壁附近， 以管壁为参照， 调整声束-血流夹角， 误差在±1°以内， 可减少此误差。 放大像亦可减少此误差。 聚焦对CV

17、IQ测值有明显影响，与焦点位置像分辨力最佳有关。 彩标对CVIQ测值有明显影响。 彩标设置过高， 对低速血流不敏感， 造成低估； 彩标设置过低， 产生混迭， 红蓝两色误作相反方向血流相互抵销， 造成低估。 以脉冲多普勒测得的最大流速为标准调节彩标， 可减少误差。 彩标固定， 调整基线位置， 改变单一方向血流量程， 不影响CVIQ测值， 可能与同一彩标设置， 彩色敏感性相同有关。 彩色增益对CVIQ测值有明显影响。 因为彩色M型外包络线代表流道宽度， 彩色溢出和充盈不足均不能反映真实流道宽度。 功率输出也会影响彩色充盈度， 但不如彩色增益明显。 彩色取样框宽度对测值稍有影响的原因是宽度与帧频负相

18、关。 M型取样时， 宜取小取样框。 容器收集法是最准确的流量测定方法， 本实验以它作金标准。 实验中收集时间视流量大小而定， 减少测量误差。 一定条件下， CVIQ法测值与容器收集法相对误差小， 准确性较高。 CVIQ法测值变异系数小， 重复性好。 结论CVIQ法流量测定准确性受仪器调节影响， 聚焦、 彩标、 彩色充盈度影响较大； 取样框大小稍有影响； 彩标基线位置(以不产生混迭为限)、 取样框位置、 M型取样线位置、 取样时血流方向校正线位置、 壁滤波、 余辉、 彩色采样次数、 平滑度等无明显影响； 取样冻结后， 血流方向校正线在管腔中位置不改变流量测值。 合理调节仪器， CVIQ法流量测定

19、具相当准确性。 本实验在稳流、 测量管内径不变的状态下进行， 脉动流、 弹性管中有待进一步研究。 作者单位：200032上海医科大学中山医院超声诊断科(张韵华、徐智章、刘利民)； 进修医师(冯岚、温玲兰)参考文献1Harrington K, Deane C, Campbell S. Measurement of volume flow with time domain and M-mode imaging: in vitro and in vivo validation studies. J Ultrasound Med, 1996,15：715-720.2Westra SJ, Levy DJ, Chalonpka JC, et al. Carotid artery volume flow: in vivo measurement with time-domain processing US. Radiology, 1997,202：725-729.3Forsberg F, Liu JB, Russell KM, et al. Volume flow estimation using ti