超快多普勒血流成像

通过超声对血流进行定量评估是医学中用于多种器官功能判断的一项极为有用的参数。超快多普勒超声具有优异的时间相干性，可显著提高对微小血流速度的检测灵敏度。实现对微循环灌注的观测，为更精确地理解肿瘤或脑、心脏等器官的灌注情况提供了可能。

设置多普勒体模时，首先使用塑料管将蠕动泵、模拟血液流体储液器、脉冲减震器和多普勒血流体模连接起来。选择直径为4毫米的通道，将泵程序设置为在0.3秒内以每分钟720毫升的流速泵出液体，随后在0.7秒内以每分钟50毫升的流速泵出液体，以分别模拟心脏的收缩期和舒张期。然后启动泵，并轻轻摇动管道以排出可能存在的气泡。

设置超快超声扫描仪时，使用 PCI Express 连接线将支持超快成像的科研扫描仪连接到主机计算机，并更换扫描仪上的换能器适配器以匹配探头连接器。连接探头后，运行 MATLAB 以激活超声扫描仪的许可证。设置超声序列程序时，将成像深度设为 50 毫米，聚焦深度设为 35 毫米。

设计超快超声序列时，将成像深度设置为50毫米，编程三个倾斜平面波，角度分别为负3度、0度和3度，并将脉冲重复频率设置为12千赫兹。然后选择四次半周期作为超声波形，中心频率根据所用探头进行设置，并将总持续时间设为1秒。序列参数设置完成后，在探头透镜上涂抹超声耦合剂，并将探头放置于模体上。

启动B型超声序列，定位目标管腔。液体区域将比周围组织显示得更暗。切换至纵向视图。

在不改变探头位置的情况下，结束B模式序列并启动超快序列采集程序。序列结束后，保存原始数据，并使用超声系统默认软件启动图像重建程序。对于杂波滤波，使用MATLAB程序将三维IQ矩阵重塑为二维Casorati矩阵。

然后使用公式计算矩阵的奇异值分解，并利用空间奇异向量计算空间相似性矩阵 C，以识别血流子空间边界。利用血流空间边界阈值对 IQ 数据进行滤波。为计算功率多普勒图，使用公式沿时间维度对滤波后数据的包络进行积分，并以对数尺度显示功率多普勒图。

在图像中定义一个包含1至30个像素的圆形感兴趣区域，并对区域内各像素的滤波数据信号进行平均，以获得对应实验时间点数量的滤波数据向量。为计算并显示这些数据的多普勒频谱图，将短时傅里叶变换的窗函数设置为60个样本的汉宁窗，短时傅里叶变换的重叠长度设置为窗长度的90%。随后，叠加频谱图中每个时间点的中心频率，并利用多普勒公式将频率值转换为血液轴向速度。

如果获得了高质量的频谱图，则可以从图像内任意感兴趣区域提取血流速度。在此新生儿脑部图像中，可以观察到具有显著不同流动特征的血管，从小的皮层微静脉和微动脉到主要的胼周动脉。此处展示了超快多普勒技术从心肌等剧烈运动器官中提取血流信号的能力。

尽管我们展示了奇异值分解的应用，但也可使用其他类型的滤波器。超快多普勒技术有助于我们更深入地理解微灌注。这是医学成像领域的一场真正革命。