组织多普勒成像技术

组织多普勒成像技术（精选7篇）

组织多普勒成像技术 篇1

多普勒组织成像 (doppler tissue imaging, DTI) 是一种用于探测心肌运动的重要的超声心动图技术, 包括速度显示、加速度显示、能量显示、频谱显示和M型显示等5种工作模式, 其中的频谱显示模式又称为脉冲多普勒组织成像 (pulsed wave doppler tissue imaging, PW-DTI) 或多普勒组织频谱图, 该技术目前主要用于测量二尖瓣环收缩期及舒张期的运动速度, 以评估左心室整体及局部的收缩、舒张功能[1,2]。本研究通过运用PW-DTI技术观察尿毒症患者四个位点二尖瓣环的运动, 准确、客观地评价其左心室舒张功能受损情况, 旨在探讨PW-DTI技术在评价尿毒症患者左心室舒张功能的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2011年2月~2014年2月在长沙市第四医院肾内科门诊就诊及住院的尿毒症患者 (血肌酐>700μmo L) 102例。男性59例, 女性43例;年龄40~64岁, 平均 (52±12.2岁) 。

1.2 仪器与方法

采用德国西门子公司的Acuson Sequ Oia 512型彩色多普勒超声诊断仪, 配有DTI软件, 探头频率为1.8~3.6 MHz。嘱患者左侧卧位, 平静呼吸, 行常规超声心动图检查, 分别取心尖四腔及两腔切面观察, 获取清晰二维图像;脉冲波多普勒 (pulsed-wave doppler, PW) 模式获取二尖瓣口舒张早期峰值速度 (E) 和舒张晚期峰值速度 (A) , 计算E/A的比值;启动PW-DTI程序, 取样容积分别置于二尖瓣环四个位点 (侧壁、前壁、下壁、室间隔) , 测量二尖瓣环水平DTI参数———舒张早期峰值速度 (Em) 和舒张晚期峰值速度 (Am) , 计算Em/Am的比值, 二尖瓣四个位点取平均值;对比分析两种检测方法。

1.3 统计学方法

采用SPSS 10.0统计软件进行数据处理, 计量资料以均数±标准差 (±s) 表示, 组间数据比较用t检验, 计数资料用χ2检验, 以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

检测的102例尿毒症患者中, 用PW法测得二尖瓣血流频谱E/A比值正常 (1<E/A<2) 35例, 异常 (E/A<1) 67例, 异常检出率65%。启动PW-DTI测量程序后, 二尖瓣环运动频谱Em/Am比值正常 (Em/Am>1) 10例, 异常 (Em/Am<1) 92例, 异常检出率90%, 尿毒症患者左心室舒张功能异常检出率PW-DTI明显高于PW法, 差异有统计学意义 (χ2=21.59, P<0.01) 。见附表。

本研究35例尿毒症患者PW法测得E/A比值正常 (见图1) , 在启用PW-DTI功能后鉴定25例为假性正常 (见图2) , 提示PW-DTI提高了舒张功能受损的检测率。

3 讨论

尿毒症患者的心血管并发症非常多见, 包括高血压、心功能不全、心肌病、心包病及代谢异常所致的心脏病变等;患者心脏结构及功能的改变是引起心力衰竭及死亡率增加的主要原因, 其发生可能是多种因素共同作用的结果, 故早期评价尿毒症患者的心功能显得尤为重要。

当1<E/A<2或Em/Am的比值>1时表示心舒张功能正常, E/A或Em/Am的比值<1时表示心舒张功能受损。传统的超声心动图评价心功能主要靠心内膜位移和室壁增厚率及多普勒二尖瓣口血流频谱的测定, 受诸多因素影响, 结果的判定有一定的局限性, 甚至有假性正常化现象出现。而PW-DTI不同, 它将高速运动的血流信息滤掉, 保留低速的室壁运动信息, 实时定量地反映心肌运动的方向和速度, 从而客观、准确地评价左室舒张功能[3,4,5]。二尖瓣环是位于左心房、室之间的纤维组织环, 其运动频谱反映了左室的机械运动, 它通过瓣环运动速度、时相和位移的改变从另一角度反映了左室的舒张功能, 简单实用, 是近年来兴起的一种新的评价左室舒张功能的方法。由于DTI受左室机械运动影响大, 而受左室充盈状况和左房压的影响较小, 因此可以用于揭示二尖瓣血流图假性正常化的舒张功能异常。舒张功能减退表现为早期充盈波Em降低、延迟, Em/Am比值倒置。本研究中的尿毒症患者启用DTI后, 测得的Em、Am值降低, 且Em/Am倒置的比例明显增多, 说明尿毒症患者存在左室舒张功能受损, 结果表明DTI有助于鉴别二尖瓣口血流E/A的假性正常, 提高了舒张功能异常检测的准确性。

综上所述, PW-DTI可定量分析尿毒症患者左室舒张功能, 准确、客观地评价左心室舒张功能受损情况, 具有重要的临床意义。

摘要：目的 探讨脉冲多普勒组织成像 (PW-DTI) 技术在评价尿毒症患者左心室舒张功能中的价值。方法对102例尿毒症患者分别采用脉冲波多普勒法 (PW) 测量二尖瓣口前向血流速度参数:舒张早期峰值速度 (E) 、舒张晚期峰值速度 (A) , 计算E/A比值;采用PW-DTI技术测量左室侧壁、前壁、下壁、室间隔的二尖瓣环水平DTI参数:舒张早期峰值速度 (Em) 、舒张晚期峰值速度 (Am) , 计算Em/Am比值;对比分析两种检测方法。结果 102例尿毒症患者用PW法测得二尖瓣血流频谱E/A比值异常, 例数为67例, 异常例数检出率65%;启动PW-DTI测量程序后, 二尖瓣环运动频谱Em/Am比值异常例数增至92例, 异常例数检出率90%。PWDTI对尿毒症患者左心室舒张功能异常检出率明显高于PW法, 其差异有统计学意义 (χ2=21.59, P<0.01) 。结论PW-DTI技术可以实时定量地反映心肌运动的方向与速度, 客观评价左心室舒张功能, 有效避免频谱多普勒检查中存在的假性正常化现象。

关键词：脉冲多普勒组织成像 (PW-DTI) ,尿毒症, 左心室舒张功能

参考文献

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组织多普勒成像技术 篇2

关键词：组织多普勒成像术,尿毒症,单次透析,左室功能

行透析治疗的尿毒症患者普遍存在左心衰及冠状动脉疾病,常伴有高的心血管疾病病死率[1]。贫血、[作者简介]张秉宜(1980-),男,博士研究生;研究方向:超声高血压、钙磷代谢异常、尿毒素等诸多因素均与尿毒症心血管损害有关。透析治疗能改善患者心脏功能,表现在血容量、动脉压力、心电活动及交感神经-体液平衡等方面[2]。然而,透析对尿毒症患者左室舒张功能影响如何,目前的研究结论尚不统一[3]。为了进一步探究透析对左室功能的改变,本研究使用了组织多普勒成像技术(tissue Doppler imaging,TDI)对此进行研究。TDI被公认为是一种能有效用于早期检测左室功能障碍的诊断工具,并可用于评价左室功能的即刻变化。本研究旨在应用传统心脏超声及TDI评价单次透析对无心衰的尿毒症患者左室功能的急性影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2014年4～9月在三峡大学人民医院血液透析中心治疗的尿毒症患者33例,排除非肾源性心脏病、先天性心脏病、心脏瓣膜病或心肌病患者;严重高血压[收缩压>180 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)和/或舒张压>100 mm Hg];左室射血分数(LVEF)≤49%;近期有急性心梗或心衰发作者;妊娠、哺乳期妇女;超声心动图图像不清晰者。按标准排除2例患者,1例LVEF≤49%,1例图像质量差。最终纳入符合标准的研究对象共31例,男20例,女11例;年龄35～78岁,平均(59±11)岁;每次透析时间为210～240 min,1周行3次透析;透析史5～190个月(中位数36个月),使用高生物相容性透析膜。所有患者透析后均达到干体重,移除液量(2.0±0.9)L,透析剂量用每周尿毒清除指数(Kt/V)进行评价,Kt/V>1.3。所有患者均未出现临床过度脱水表现,即所有患者未出现双下肢水肿,呼吸困难或胸片显示有肺水肿等征象。本研究经医院伦理委员会通过,所有患者知情同意并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 临床资料收集

记录透析前后血压及心率变化,测定透析前体表面积(BSA),测定透析前后体重并记录透析移除液量(L)。

1.2.2 血生化检查

在透析开始及透析结束后即刻行血液采集取样。血肌酐、血红蛋白、钾、钠、钙均使用标准方法测得。

1.2.3 常规超声检查

在透析前后30 min内各行1次心脏超声检查,采用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪,M5S二维心脏探头(频率1.5～4.3 MHz),扫描角度<60°,帧频60～90帧/s。受检者取左侧卧位,平静呼吸,同步心电图显示。超声心动图评价遵循美国超声心动图指南进行[4]。常规超声测量左室舒张末期内径(LVDD)、左室收缩末期内径(LVDS)、室间隔舒张末期厚度(IVSD)、左室后壁舒张末期厚度(LVWPD),以椭圆形面积公式法计算左室短轴缩短率(FS),以改良Simpson法测量LVEF。根据Devereux公式计算左室心肌重量(LVM)、左室心肌重量指数(LVMI),LVMI=LVM×BSA-1,LVM=1.04×[(LVDD+IVSD+LVPWD)3-LVDd3]-13.6。使用脉冲多普勒超声测量二尖瓣口舒张期血流流速曲线E、A峰,并计算E/A。同时测量等容舒张时间(IVRT),测量方法是使用脉冲多普勒在左室流出道处同时显示二尖瓣口血流及主动脉瓣口血流的频谱得到。

1.2.4 TDI测量

TDI模式下,于心尖四腔观切面将取样容积置于二尖瓣环室间隔位点及左室侧壁位点,测量该处室壁运动速度。将TDI的脉冲多普勒取样容积调至4 mm,调整Niquist极限至15～20 cm/s,使用低通滤波调整至最适增益,将取样容积置于心肌中心部位,获取二尖瓣环收缩期峰值速度(S)、舒张早期峰值速度(Em)、舒张晚期峰值速度(Am),并计算Em/Am。

所有数据测量均采取连续5个心动周期测值取平均值得出。所有数值测量均由同一位操作者分析所得。

1.3 统计学方法

使用SPSS 18.0软件进行统计学分析,计量资料均用均值±标准差()表示,透析前后各结果比较采用配对样本t检验,相关性分析采用Pearson相关分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 透析前后患者一般临床参数及血清学结果比较

单次透析后患者的收缩压、舒张压、体重、Cr、K+显著下降(P<0.01),而心率、Na+、Ca2+则显著上升,差异有统计学意义(P<0.01或P<0.05)。见表1。

注:Cr:肌酐;Hb:血红蛋白;Na+:钠离子;K+:钾离子;Ca2+:钙离子;1 mm Hg=0.133 kPa

2.2 透析前后常规超声心动图结果比较

单次透析后,LVDD、LVMI显著降低(P<0.01),而IVS、LVWPD透析前后差异无统计学意义(P>0.05)。左室整体收缩功能(FS、LVEF)及舒张功能(E、A、E/A、IVRT)透析前后差异均无统计学意义(均P>0.05)。见表2。

注:LVDD:左室舒张末期内径;IVS:室间隔舒张末期厚度;LVWPD:左室后壁舒张末期厚度;LVMI:左室心肌质量指数;FS:左室短轴缩短率;LVEF:左室射血分数;E:二尖瓣口舒张期早期峰值速度;A:二尖瓣口舒张期晚期峰值速度;IVRT:等容舒张时间

2.3 透析前后心肌运动频谱结果及组织多普勒成像

TDI测量数据在透析前后发生显著变化:透析后患者呈现出较低的S值及Em值(P<0.01),此外Em/Am亦显著降低(P<0.01),上述结果同时出现在二尖瓣环室间隔及左室侧壁位点上,而Am值在透析前后差异无统计学意义(P>0.05),见表3～4、图1。

注:S:二尖瓣环收缩期峰值速度;Em:二尖瓣环舒张早期峰值速度;Am:二尖瓣环舒张晚期峰值速度

注:S:二尖瓣环收缩期峰值速度;Em:二尖瓣环舒张早期峰值速度;Am:二尖瓣环舒张晚期峰值速度

A:组织多普勒成像;B:组织多普勒示二尖瓣环左室侧壁位点运动频谱;C:组织多普勒示二尖瓣环室间隔位点运动频谱;S:二尖瓣环收缩期峰值速度;Em:二尖瓣环舒张早期峰值速度;Am:二尖瓣环舒张晚期峰值速度

2.4 二尖瓣环左室侧壁位点Em及Em/Am与移除液量的相关性

二尖瓣环左室侧壁位点Em及Em/Am与透析移除液量(透析率)呈显著负相关(rEm=-0.60,P<0.05;rEm/Am=-0.69,P<0.01)。见图2、3。

3 讨论

应用超声心动图评价左室舒张功能已普遍应用于临床,从舒张期二尖瓣血流频谱、肺静脉血流频谱检测到TDI对二尖瓣环运动速度的评价。研究证明TDI对二尖瓣环运动速度的检测是评价左室舒张功能最有效的指标之一[6]。本研究发现,单次透析后患者TDI参数的改变与左室舒张功能出现急性损害的改变是一致的。

既往应用TDI对尿毒症患者左室功能的研究发现,单次透析后患者左室的舒张功能可出现不同的改变。Dincer等[6]、Agmon等[7]学者发现,单次透析后由TDI测得的左室舒张功能指标出现显著下降,而Bauer等[8]却提出截然不同的观点,尿毒症患者的左室舒张功能并未受单次透析所影响。Hayshi等[9]指出,单次透析后患者的左室舒张功能出现了显著的改善。为何会出现这些不同的结论,笔者分析后认为,上述矛盾结论的得出可能与研究方法的不同,患者心率的变化,心脏前、后负荷的差异以及患者所处的临床状态(合并的临床疾病)不同有关。

Ie等[4]比较了10例尿毒症患者透析前、后左室舒张功能后发现,透析前如果患者的容量负荷过大可能会低估其左室舒张功能受损的程度。因此,左室舒张功能在测量的时候必须保持一个相对正常的体液平衡状态,也就是说在透析后测量左室舒张功能会比较准确一些。本研究结论与此一致,因为单次透析后,过量的体液移除可致左室舒张功能受损加剧。本研究发现即便患者并未出现任何心衰的临床症状及体征,单次透析仍可导致患者左室舒张功能受损加剧。TDI参数可作为尿毒症患者心肌功能障碍的指标之一,其他指标还有心肌细胞胶原蛋白含量、心肌细胞组织水容量、心肌细胞的大小、心肌细胞的排列状态等[10]。

单次透析后,TDI参数为何会出现急剧的变化,对此笔者认为可能存在如下机制,正是因为这些机制的存在决定了由左室结构改变而产生的舒张功能受损:机制一:透析中患者的血清离子化钙浓度出现变化,血清钙离子浓度升高,心肌细胞内可利用的钙离子浓度降低,两者共同作用可致左室心肌细胞的收缩及舒张功能受损[11]。机制二:可能与透析过程中患者交感神经兴奋性过高有关。这种过高且不平衡的交感神经兴奋性可能与透析中过量的体液移除有关,并和透析移除液量的多少(透析率)密切相关。体液代谢及神经-激素调节机制可解释肾上腺素激活的出现,而激活的肾上腺素则可以进一步促进心血管系统的异常[12]。机制三:可能与透析患者冠脉储备量下降有关,其原因可能因冠脉循环中阻力血管病变所致。冠脉循环的阻力主要来源于小血管病变,例如心外膜下冠状动脉的狭窄,且这种狭窄尚未引发心肌缺血。除非当冠脉狭窄非常严重以致出现心肌氧需求量的急剧增加,而冠脉储血量的急剧耗竭[13]当冠脉循环中小的阻力血管大面积病变时,冠脉血流的储备量可能会急剧下降。

本研究中,左室心内膜下心肌可能会首先出现缺血表现。因内膜下心肌呈纵向分布,且该处心肌对缺血非常敏感[14],加之左室心肌的纵向功能是左室整体功能的主要贡献者。上述机制可解释本研究中左室长轴方向上心肌运动速度下降的结论。这些机制也可以用来解释与多普勒测得心肌运动速度下降相关的心肌重构,心肌重构是因心肌间质纤维化所导致的。TDI测得的心肌运动速度与心肌间质纤维化之间存在强烈的相关性,这是被以往的研究所证实了的,该研究包含左室局部受损心肌活检及TDI相关性分析[15]。

组织多普勒成像技术 篇3

1 资料与方法

1.1 一般资料

分析本院于2016年2月~2016年10月收治的87例高血压患者资料, 其中男性57例, 女性30例, 年龄43~65岁, 平均 (51.62±14.69) 岁, 空腹血糖不高于7 mmol/L, 且血肌酐不高于106 mmol/L, 本组均无脑卒中、心力衰竭、心肌梗死及心痛等一系列并发症。

1.2 方法

本组均行TDI评价, 超声心动图仪选用美国通用电气公司生产的vivid7型, 设置M3S探头频率为1.7~3.4 MHz, 设置帧频数位140~160帧/s;通过双平面改良法对左心室射血分数 (LEVF) 予以检测, 取心尖切面, 记录3个心动周期心室运动, 并于工作站予以后处理;然后把左心室共分为16节段, 并对收缩期心肌收缩的最大位移时TT (组织追踪) 值予以记录, TTSI (组织追踪积分) =各节段的TT值总和/16, 同时对各节段心肌运动的速度予以准确测量。Strain (心肌应变) =△/L0= (L-L0) /L0, 其中L0表初长度, 当应变为正值即拉长, 负值即缩短。SR (应变率) =S/△t=△V/L0。

1.3 统计学方法

采用SPSS 21.0统计学软件处理, 计量资料以“±s”表示, 采用t检验;以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 本组超声心动图检测结果

本组87例左室舒张期末 (47.52±6.32) mm, 左房内径 (4.68±5.22) mm, 室间隔厚度 (13.65±3.24) mm, 左室后壁的厚度 (13.65±3.23) mm, 二尖瓣A峰速度为 (80.56±16.71) cm/s, 二尖瓣E峰速度为 (74.65±15.28) c m/s, 二心率为 (6 8.5 2±1 2.3 2) 次/m i n, L E V F (62.32±4.75) %。

2.2 本组TT与SR情况

本组女性T I S I (6.6 4±2.4 3) m m, 较之男性 (8.16±1.63) mm显著更低 (P<0.05) ;SR基底部 (1.23±0.51) s-1较之心尖部 (0.95±0.53) s-1及中部 (0.92±0.53) s-1均显著更大, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。

3 讨论

高血压为常见的一种病, 此病患者的心血管结构变化主要与肾素-血管紧张素-醛固酮系统基因遗传性密切相关, 其不仅促使心肌细胞肥大, 提高心肌质量, 而且其可促使心肌间质细胞不断增殖, 导致室壁增厚、左心室的形态出现变化及心肌僵的硬度提高, 进而降低左室收缩功能[2]。TDI属于新型探查心肌运动的一种技术, 其能够通过监测二尖瓣环的运动情况而清楚的反映出左心室功能变化, 进而有效反映出左心室收缩功能[3]。

本研究通过心肌16节段TTSI作为对左室纵向收缩的幅度予以评估的指标, 且操作过程较为简单。研究结果显示, 高血压患者随着年龄的不断增长, 其左室纵向收缩随之减少, 此种情况与年龄对LEVF影响作用一致性较高, 由此可知, 高血压患者年龄为心脏整体、纵向、环向及局部等收缩功能独立因素。本研究中心肌节段的SR皆是负值, 说明高血压患者的中心肌收缩运动皆为主动;此外, 从心尖到心底, SR绝对值均不断增加, 且不同切面室壁SR表现大多相同[4]。但本研究未显示SR与超声心动图基本参数、血压及心率、等存在相关性, 可知SR为检测心肌变形指标, 且与收缩速率及纵向收缩实位移无关[5]。本研究因多种因素限制, 未将冠状动脉造影结果作为研究佐证, 待进一步研究再作改善。

总结上文, TDI技术可定量、准确、实时、重复分析左心室整体与局部心肌收缩功能, 进而为临床检测高血压患者的左心室收缩功能变化提供无创性检查手段。

摘要：目的 观察组织多普勒成像评价高血压患者左心室纵向收缩功能的价值。方法 分析本院于2016年2月2016年10月收治的87例高血压患者资料, 本组均行组织多普勒成像评价, 观察本组超声心动图检测值及一般情况、超声心动图指标与SR/TTS相关性分析。结果 本组87例左室舒张期末 (47.52±6.32) mm, 左房内径 (4.68±5.22) mm, 室间隔厚度 (13.65±3.24) mm, 左室后壁的厚度 (13.65±3.23) m m, 二尖瓣A峰速度为 (8 0.5 6±1 6.7 1) c m/s, 二尖瓣E峰速度为 (7 4.6 5±1 5.2 8) c m/s, 二心率为 (68.52±12.32) 次/min, LEVF (62.32±4.75) %。本组女性TISI较之男性更低, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;SR基底部较之心尖部及中部均更大, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。结论 高血压患者行TDI技术检查, 可帮助临床医师对左心室纵向收缩功能予以全面评估, 具临床实际应用价值。

关键词：组织多普勒成像,高血压,左心室纵向收缩功能

参考文献

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组织多普勒成像技术 篇4

1 对象和方法

1.1 对象

心力衰竭患者26例, 其中男20例, 女6例, 年龄 (69±10) 岁。入选标准:临床诊断为心力衰竭的患者, NHYA心功能分级Ⅱ～Ⅳ, 超声心动图检查左心室射血分数≤50%。排除标准:植入永久型心脏起搏器及房颤患者。其中冠心病10例, 扩张型心肌病8例, 高血压心脏病8例。心功能正常组30例, 其中男18例, 女12例, 年龄 (65±7) 岁。两组年龄、性别差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性。

1.2 仪器

采用Vivid7彩色多普勒超声诊断仪, M3S心脏探头, 探头频率1.7～3.4MHz。

1.3 检查方法

受检者取左侧卧位, 平静呼吸, 常规二维超声心动图测量左心房内径 (LAD) 、左心室舒张末期内径 (LVDd) 、左心室收缩末期内径 (LVDs) 、左心室射血分数 (LVEF, Simpson法) , 计算左心室质量指数 (LVMI) 。脉冲多普勒法检测Tei指数:取心尖四腔切面, 将脉冲多普勒取样容积置于二尖瓣瓣口, 采集该瓣口血流频谱;在五腔心切面将脉冲多普勒取样容积置于主动脉瓣下, 采集主动脉瓣口血流频谱。操作时尽量使多普勒声束与瓣口血流平行。测量下列时间间期参数:二尖瓣瓣口血流A峰终止处至下一心动周期E峰起始处的时间间隔 (a) , 即等容收缩期 (ICT) 、等容舒张期 (IRT) 与主动脉射血时间 (ET) 之和。b为主动脉射血时间 (ET) , 按公式Tei指数= (ICT+IRT) /ET= (a-b) /b计算出左心室的Tei指数。所测时间间期取3个心动周期的平均值。QTVI法检测Tei指数:取心尖四腔切面, 在定量组织多普勒成像条件下, 取二尖瓣环清晰的动态图像存入仪器内置的Echo Pac工作站中, 将QTVI取样点置于侧壁的二尖瓣环处, 分别测量该处的a和b。a为房室瓣环舒张期运动频谱结束到开始的时间, b为房室瓣环收缩期开始到结束的时间。按公式Tei指数= (ICT+IRT) /ET= (a-b) /b计算出左心室的Tei指数。所测时间间期取3个心动周期的平均值。

1.4 统计学处理

采用Excel统计软件, 所有计量资料以undefined表示, 组间比较采用t检验, 两种方法测量的ICT+IRT、ET及Tei指数的相关性采用直线相关分析。P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 超声一般测值比较

与正常组比较, 心力衰竭组的LAd、LVDd、LVDs、LVMI明显增大, LVEF明显减低, 差异均有统计学意义 (均P<0.01) 。见表1。

2.2 Tei指数比较

与正常组比较, 心力衰竭组的ICT+IRT明显延长, ET明显缩短, Tei指数明显增加 (P<0.05或P<0.01) 。两种方法测量的Tei指数无明显差异 (P>0.05) , 且具有良好的相关性 (P<0.01) 。见表2。

与正常组比较, *P<0.05, ** P<0.01

3 讨论

应用常规超声心动图的方法评价左心功能已得到肯定, 如计算LVEF、短轴缩短率 (FS) 、房室瓣口血流频谱、肺静脉血流频谱等。LVEF、FS仅仅反映的是心室收缩功能, 心力衰竭常常伴有左心室形态的改变, 应用受到限制;房室瓣口血流频谱测量的E/A、DT、IRT及肺静脉血流频谱测量的S/D等指标在临床多用于评价左室舒张功能, 但易受心率、呼吸、左房顺应性、二尖瓣严重反流、左心室收缩功能下降、透声条件等因素的影响, 且这些参数的应用价值尚存在一些争论[3]。

心脏收缩功能及舒张功能异常多合并存在, 因此, 需用一个能综合评价心脏收缩、舒张功能的指标来判断心脏功能。Tei指数即心肌作功指数, 为ICT与IRT之和与ET的比值, 是一个综合评价心脏收缩与舒张整体功能的超声指标[2,4]。心脏收缩功能障碍时, ICT延长、ET缩短;舒张功能障碍时IRT延长、ET缩短, 因此Tei指数增加[5]。与上述评价心脏舒缩功能的指标相比, Tei指数评价左心功能所受的影响小, 测量简单, 与金标准心导管检测的心脏收缩、舒张功能显著相关[5]。

目前报道的检测Tei指数的方法多为脉冲多普勒法, 即应用脉冲多普勒超声分别测量房室瓣口和动脉瓣口血流间期来进行计算, 该方法的主要不足在于:不能在同一心动周期测量房室瓣口和动脉瓣口血流间期, 因此在检查过程中心率变化可能会影响检测结果的准确性。QTVI为超高帧组织速度显像技术, 具有很高的时间和速度分辨力。与传统的脉冲多普勒法相比, QTVI法可获得更为精确的时间及速度变化, 其结果不受房室瓣膜反流等因素影响, 还可在同一心动周期中测量IRT、ICT及ET, 对于心率较快且变化大的患者来说不失为一种理想的方法, 为Tei指数评价心功能提供了一种可靠的检测方法[6]。

本研究结果显示, 与正常组相比, 心力衰竭组的LVEF明显降低、ET明显缩短, Tei指数明显增加、ICT+IRT明显延长, 表明Tei指数可综合评价心脏的舒缩功能。两种方法检测的ICT+IRT、Tei指数无显著性差异, 呈良好的正相关, 说明QTVI法检测Tei指数的结果是可靠的, 不但避免了脉冲多普勒法的不足, 而且操作方法简便, 灵敏度高, 重复性强。

QTVI技术的基础仍为多普勒原理, 因此心肌运动方向与声束间夹角、心脏在心动周期中的整体运动及仪器增益等均可影响测量结果。笔者相信, 随着经验的不断积累及研究的深入, QTVI法在检测心脏功能方面会有更广阔的前景。

参考文献

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组织多普勒成像技术 篇5

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2008-2013年笔者所在医院进行超声心动图检查的原发性高血压病患者126例, 其中男86例, 女40例, 年龄38~85岁, 平均50.2岁, 患者出现左室肥厚92例, 室壁厚度大小等于12 mm;非左室增厚34例, 室壁厚度小于等于11 mm。对所有患者进行询问与体检, 如患者的病史、体格。126例患者中没有继发性高血压病患者并且患者没有肺动脉高压、风湿性心脏病等会影响左心室舒张功能检测的心肺疾病, 随后患者的临床治疗资料具有可比性, 具有实际意义。

1.2 方法

对126例患者进行两种不用的检测方式进行检测, 随后统计所有患者的检测资料。

1.3 诊断与仪器

笔者所在医院采用仪器型号为GEVivid E9超声诊断仪;首先对患者使用组织多普勒成像技术检查二尖瓣环舒张期运动速度, 常规测量患者的舒张早期运动峰值速度Ea峰, 舒张晚期运动峰值速度Aa峰, 以及测量Ea/Aa值;随后对患者进行脉冲多普勒检测二尖瓣口舒张期血流频谱, 对其E峰值、A峰值及E/A值进行测量。每位患者均测3~5个心动周期, 将患者测量资料统计后进行对照分析。

1.4 统计学处理

采用SPSS 16.0软件对所得数据进行统计分析, 计量资料用均数±标准差 (±s) 表示, 比较采用t检验, 计数资料采用x2检验, P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

通过对患者的测量检测发现, 患者在进行组织多普勒成像技术检查后, 患者的Ea/Aa值均小于1, 但是对患者进行脉冲多普勒检测二尖瓣口舒张期血流时, 其中有10例患者的E/A值出现大于1的现象, 详见表1。

3 讨论

在最近几年中笔者所在科室对高血压患者进行统计后发现, 在高血压患者中原发性高血压病患者的数量占所有高血压患者的90%以上[5]。在临床治疗中, 由于高血压病属于慢性疾病, 在对患者进行临床治疗中发现, 患者在确诊患病后早期治疗是最能控制疾病发展, 当该病发展到后期时会对治疗造成严重的影响, 在早期治疗通过多普勒技术对患者的左心室舒张功能进行检测, 能让医生能快速准确的了解到患者的病情, 并且根据患者的病情发展合理开药, 对患者的病情进行扩展。但是通过临床诊断显示, 前期使用脉冲多普勒技术对患者的左心室进行检测其峰值在患者身体状态不稳定时很容易出现问题, 随病变进一步发展, 即出现左室顺应性也下降时, 左室的充盈压开始增高, 二尖瓣血流图可表现为假性正常化[6]。与正常二尖瓣血流图无差别。识别二尖瓣血流图假性正常化, 其意义不仅在于从表现正常的二尖瓣血流图中择出表示左室舒张功能受损病例, 更重要的是能够进一步表明患者的左室舒张功能受损已经到了中晚期, 严重影响患者的后期治疗, 需要引起临床足够重视。通过最近几年的发展, 应用组织多普勒技术 (DTI) 检测二尖瓣环运动频谱评价左室舒张功能是一种简便实用的新方法, 二尖瓣环运动反映了左室的机械运动并通过瓣环速度、时相和位移的改变来显示左室的舒张功能。由于DTI受左室机械运动影响较大, 而受左室充盈状况和左房压的影响小, 因此可以显示一些多普勒法假性正常的舒张功能异常。若多普勒测定二尖瓣血流频谱中E>A, DTI测得的二尖瓣环运动频谱中Ea>Aa, 则表明左室舒张功能正常;若E<A且Ea<Aa, 则提示左室舒张功能明显受损;若E>A且Ea<Aa, 则为左室舒张功能减退受血流充盈和左房压的影响而出现的假性正常化[7,8,9]。因此, 在使用组织多普勒成像技术检测时选择正确的测量角度及减少吸气的影, 很少由于患者的身体因素造成检测值不准确的现象, 为医生提供更具有参考价值数据, 对患者后期治疗的作用有明显的效果, 特别对于高血压等慢性疾病, 患者患病后长期受到该病的影响, 造成严重的心理负担, 患者对药物的依从性差, 治疗效果受到严重影响。因此, 提高该病的临床治疗效果的最好办法是从对患者的检测开始, 测出病患对其心脏的早期影响, 从而取得患者对医生的信任, 不仅仅提高了患者的确诊率也能提高患者的药物依从性, 早期治疗, 减少心脏并发症的发生, 对该病的治疗有更深层次的临床治疗意义。

摘要：目的:探讨应用组织多普勒成像对原发性高血压病患者左室舒张功能的评价。方法:回顾2008年1月-2014年3月笔者所在科室超声心动图检查的126例原发性高血压病患者资料, 均采用GE公司Vivid E9超声诊断仪进行检测, 分别使用组织多普勒成像技术检查二尖瓣环舒张期运动速度 (舒张早期运动峰值速度Ea峰, 舒张晚期运动峰值速度Aa峰及Ea/Aa值) 和脉冲多普勒检测二尖瓣口舒张期血流频谱 (E峰、A峰及E/A值) 对左室舒张功能进行评价。对其检测结果, 根据患者的临床诊断资料进行分析与探讨。结果:在126例患者中, 检测中全部患者的Ea/Aa值均小于1, 但是有116例E/A值小于1, 10例E/A值大于1 (假性正常现象) 。结论:DTI是检测原发性高血压病患者早期舒张功能是否受损的可靠指标, 从检测结果看来, 优于脉冲多普勒检测二尖瓣口血流法。高血压病患者在早期发病中就会出现舒张功能异常的现象, 当发展到合并左心室肥厚时左室舒张功能降低更明显。

关键词：原发性高血压病,左心室舒张功能,组织多普勒成像技术

参考文献

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组织多普勒成像技术 篇6

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2009年5月~2012年7月于我院住院治疗的83例剖宫产瘢痕妊娠患者作为观察组, 年龄24~43岁, 平均 (33±5.6) 岁;均有闭经史, 闭经时间37~120 d, 平均57 d;大多都有不同程度的阴道出血史, 仅1例阴性;大多数无下腹痛, 仅4例下腹隐痛、坠痛;血中人绒毛膜促性腺激素 (Human Chorionic Gonadotropin, HCG) 最高55000 m IU/m L, 最低4300 m IU/m L, 平均 (23200±2342.3) m IU/m L;其中17例因在外院行人工流产或药物流产后出血过多而急诊入我院。对照组为20例宫内正常早孕者, 既往均有剖宫产史;年龄22~38岁, 平均 (25±4.3) 岁;闭经时间40~100 d, 平均52 d;阴道少量出血3例, 均无下腹不适;血HCG值最高48000 m IU/m L, 最低6000 m IU/m L, 平均 (25200±1130.2) m IU/m L。

1.2 仪器与方法

采用Voluson-GE730及E8型彩色多普勒超声诊断仪, 腹部探头频率为3.5~5.0 MHz, 阴道探头频率为5.5~7.5 MHz。行常规经腹或经阴道检查。二维超声重点观察子宫大小、形态及宫腔, 仔细观察妊娠物着床的位置, 尤其与剖宫产切口间的肌层厚度及宫腔、宫颈的情况, 并进一步观察妊娠物的大小、形态。之后应用彩色多普勒血流显像 (Color Doppler Flow Imaging, CDFI) 及血流能量图 (Color Doppler Energy, CDE) 结合3D玻璃体 (Glass Body) 及彩色 (Color) 模式成像, 观察子宫内胎囊及团块血流, 滋养血管与子宫肌层、浆膜层的位置关系, 并测量阻力指数 (Resistance Index, RI) 。根据超声检查及诊断结果, 对患者分别进行宫腔手术、甲氨蝶呤 (MTX) 药物治疗或介入手术。最后将患者的手术结果、病理结果及超声诊断结果进行对照分析。

2 结果

观察组83例患者经腹或经阴道超声检查, 其中82例诊断为子宫剖腹产瘢痕妊娠, 诊断准确率为98.8%;误诊1例, 超声误诊为子宫颈妊娠。对照组宫内早孕诊断率为100%, 孕囊下缘距内口 (8±3.8) mm, 既往剖宫产切口处未见明显突出及丰富的血流信号。根据彩色多普勒超声声像学特征, 可将观察到的剖宫产瘢痕妊娠分为两种类型。

(1) 胎囊型 (40例) :超声特点为子宫峡部宫腔内可见胎囊及宫腔内胎囊下缘达峡部 (图1) , 下缘达峡部者可检测到明确的血流信号自峡部延至胎囊。3D玻璃体 (Glass Body) 能清晰显示滋养血管的走形、侵蚀肌层的范围及与浆膜层的密切关系 (图2) , 彩色模式对血管分布密度成像更为优越。本组包括25例有活胎芽, 15例无胎芽或胎芽停育。其中38例超声表现为胎囊较小、胎芽小或无, 进行MTX及介入治疗;2例行子宫半切术, 均为闭经2个月者, 胎囊较大, 峡部明显突出膨大, 肌壁菲薄, 前壁切口处血流丰富, 滋养层血流RI为0.26~0.40, 超声提示胎盘植入, 术后经病理证实为子宫下截剖腹产切口处早期胎盘组织。

(2) 团块型 (42例) , 其中25例患者行MTX及介入治疗, 全子宫切除者7例, 10例保守治疗。其超声均表现为子宫峡部中等大小团块突出 (图3~5) 。子宫切除者均为外院清宫术后大出血, 子宫峡部伸展较长突出明显, 平均直径为73.3 mm, 肌壁菲薄并有丰富的血流信号, 经保守治疗不能控制出血而行子宫切除术。

误诊1例主要因为患者于外院人流后子宫形态改变, 宫颈内积存有较多团块, 宫腔条件复杂, 图像不典型, 超声诊断为宫颈妊娠。

3 讨论

3.1 瘢痕妊娠的发病原因

瘢痕妊娠的发生原因尚不清楚, 可能与受精卵运行过快或发育迟缓、人工流产、剖宫产、多产及慢性子宫内膜炎等因素有关[3,4]。剖宫产是异位妊娠和妊娠发生胎盘病理的一个危险因素, 因子宫切口通常位于伸展的子宫下截处, 产后子宫复旧后子宫下截恢复为正常的子宫峡部, 可能会发生子宫峡部妊娠。子宫峡部妊娠是指孕卵在子宫颈组织学内口和解剖学内口之间的子宫峡部着床和发育, 是临床罕见而危险的异位妊娠。该部分在非妊娠状态下长约1 cm, 峡部内膜和肌层均较子宫体部薄, 孕卵着床后不利于胚胎生长发育, 容易发生早期流产, 出现不规则阴道流血, 胎盘绒毛往往植入肌层。在诊断不明的情况下, 若误以为是宫内早期妊娠而行人工流产或药物流产, 则胚胎不能完全剥离, 局部开放的血窦因子宫峡部肌层收缩力差而不能完全关闭, 可能发生难以控制的大出血, 危及患者的生命, 故临床医生应高度重视子宫峡部妊娠。剖宫产瘢痕位于子宫峡部, 非孕子宫经阴道超声能清晰地显示子宫前壁瘢痕处较肌壁组织略增强的细线样回声, 此处肌壁较周边肌壁略薄, 当形成切口憩室时肌层进一步变薄。所谓剖宫产瘢痕妊娠, 首先是峡部妊娠与剖宫产史, 其次绒毛种植部位位于前壁切口处, 绒毛种植于后壁的只能称为峡部妊娠。

3.2 3D玻璃体成像技术

玻璃体成像技术在三维成像模式下叠加彩色血流信号, 重点显示血管在剖腹产瘢痕组织中的位置、走形及分布密度。滋养层血流实质为腔隙血流循环, 即妊娠卵着床周围区域内膜发育为蜕膜, 血管扩张为血窦, 母体动脉血流入滋养层间隙后, 阻力明显减低, 形成特异性滋养层血流[5]。3D-Glassbody基于玻璃体成像技术可更加明确地显示血管在组织中的位置、走形及分布密度, 应用此技术能更完美地显示剖腹产瘢痕妊娠内滋养血流的立体形态及血管侵蚀包块的深度, 对判定包块的血管分布、侵蚀组织程度提供了定量直观的依据, 对临床治疗具有重要的指导意义。本研究诊断准确率为98.8%, 与国内外文献报道[6,7,8]基本一致。

3.3 CSP组及对照组超声图像特征

CSP组超声声像图特点为: (1) 宫腔上段形态正常或有胎囊, 胎囊下缘达内口; (2) 子宫峡部瘢痕处伸展膨大成局限性包块, 肌层明显变薄; (3) 峡部膨大内有妊娠物, 可见妊娠囊, 有时可见胚芽及原始心管搏动; (4) 妊娠物周边绒毛区血流非常丰富, 3D玻璃体及彩色成像呈彩团征; (5) 宫颈正常, 宫内口可闭合或开大, 宫颈外口关闭。

对照组超声声像图特点为:宫内早期妊娠胎囊下缘距内口 (8±3.8) mm, 仅1例妊娠囊下缘达近内口, 绒毛附着于前壁上段, 因胎囊张力不佳及局部宫缩造成, 3D-Glassbody检查未检查到彩团征。

3.4 CSP与宫颈妊娠、宫内孕流产的鉴别诊断

宫颈妊娠超声图像特点为: (1) 子宫外形呈烧瓶状; (2) 子宫体大小正常, 可见宫波; (3) 宫内口关闭; (4) 宫颈肥大, 内可见胎囊等妊娠物 (小月份宫颈不大) ; (5) 胎物与宫腔不相通; (6) 宫颈团块内绒毛着床部位可检测到滋养血流。

宫内孕流产超声图像特点:当胎囊脱落于子宫下段近宫内口处时, 峡部无膨大, 下段肌壁无滋养血流, 胎囊张力不佳, 无胎心搏动。

综上所述, 超声检查可对子宫剖腹产瘢痕妊娠的定位及定性诊断提供较准确的信息, 有助于临床选择合适的治疗方案、估计病程及转归。

参考文献

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组织多普勒成像技术 篇7

FMCW SAR是调频连续波技术与合成孔径雷达技术的结合, 具有体积小、重量轻、分辨率高[1]、功耗低和低截获[2]等优点, 易于安装在小型无人机, 甚至航模飞机上实现对目标成像[3]。

FMCW SAR连续发射信号, 信号持续时间占据整个重复周期, 传统脉冲SAR的“stop-go”工作模式和信号模型不再适用[4]。本文首先建立了去调频FMCW SAR的信号模型, 通过目标回波仿真模拟, 获得点目标的回波信号;根据信号模型, 对FMCW SAR在不同成像环境下的距离—多普勒成像过程进行推导和分析;最后, 通过仿真成像实验证明了算法的正确性与可行性。

1去调频FMCW SAR信号模型

FMCW SAR连续发射线性调频信号, 具体的收发关系如图1所示。

对一个固定的点目标, 在正侧视成像的情形下, 回波信号延迟为:

τ (tr, ta;$R{}_0,x{}_0)=\frac{2}{\text{c}}\sqrt{R{}_0^2+[v{}_{\text{a}}(t{}_{\text{r}}+t{}_{\text{a}})-x{}_0]{}^2}$。 (1)

式中, τ为回波延迟;c为光速, va为载机匀速直线运动的速度;tr和ta为自变量, tr为快时间, 表示每个信号重复周期内的时间变化, 取值范围为[0, Tp], Tp为信号重复周期;ta=nTp为慢时间, 表示不同信号重复周期之间的时间变化, n为整数, 取值范围为-Ts/2Tp～Ts/2Tp, Ts为合成孔径时间;R0和x0反映目标位置, R0为目标与飞机的最短距离, x0为目标的方位向坐标。

不考虑信号幅度的影响, 回波信号与发射信号混频滤波后得到去调频的中频信号为[5]:

sIF (tr, ta;$R{}_0,x{}_0)=\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{r}}-\tau }{{\rm T}{}_{\text{e}}})\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\tau }\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}k\tau t{}_{\text{r}}}\text{e}{}^{\text{j}\text{π}k\tau {}^2}$。 (2)

式中, Te为有效信号持续时间, 当成像距离较近时, 近似有Te≈Tp; fc为载波中心频率; k为调频连续波信号的调频斜率。由于回波延迟τ的自变量为tr和ta, 并受到目标固定位置R0和x0的影响, 因此, 式 (2) 的实际自变量也是tr和ta。

对目标回波延迟τ以tr为变量进行泰勒展开并忽略高次项, 得到

$\tau =\tau {}_0-\frac{f{}_{\text{d}}}{f{}_{\text{c}}}t{}_{\text{r}}$。 (3)

式中, $\tau {}_0=2\sqrt{R{}_0^2+v{}_{\text{a}}^2(t{}_{\text{a}}-t{}_0){}^2}/\text{c}$, 表示目标对不同脉冲的回波延迟; fd=-2vasinθ/λ表示回波多普勒, λ为发射信号波长, θ为雷达对目标的入射角。可见, τ0相当于脉冲SAR在“stop-go”假设下的回波延迟。

将τ的泰勒展开式 (3) 代入式 (2) 并忽略较小的相位因子, 则中频差拍信号近似为:

sIF (tr, ta;$R{}_0,x{}_0)\approx \text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{r}}-\tau {}_0}{{\rm T}{}_{\text{e}}})\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}k\tau {}_{0}t{}_{\text{r}}}\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\tau {}_0}\text{e}{}^{\text{j}2\text{π}f{}_{\text{d}}t{}_{\text{r}}}\text{e}{}^{\text{j}\text{π}k\tau {}_{{}_0}^{{}^2}}$。 (4)

式中, 第1个指数项为距离维压缩所需要的相位项;第2个指数项为方位向多普勒信息;第3个指数项为载机在扫频周期内连续运动引起的距离走动项, 称为快时间距离走动;第4个指数项为残留视频相位 (RVP) 。

使用与文献[5,6]相似的方法, 对快时间tr进行傅里叶变换, 得到

SIF (fr, ta;R0, x0) =Tesinc

e-j2π (fr+fc-fd) τ0-jπkτ20e$[{\rm T}{}_{\text{e}}(f{}_{\text{r}}-f{}_{\text{d}}+k\tau {}_0)]\cdot$$\text{e}{}^{\text{j}\frac{\pi }{k}f{}_{{}_{\text{r}}}^{{}^2}}$。 (5)

式中, fr为快时间频率。

令F=fr-fd+kτ0, 对式 (5) 进行快时间域的逆傅里叶变换, 并忽略较小的相位项, 则

$\begin{array}{l}s{}_{\text{Ι}\text{F}}(t{}_{\text{r}},t{}_{\text{a}};R{}_0,x{}_0)\approx \text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{r}}}{{\rm T}{}_{\text{e}}})\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}k\tau {}_{0}t{}_r}\cdot \\ \text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\tau {}_0}\text{e}{}^{\text{j}2\text{π}f{}_{\text{d}}t{}_{\text{r}}}\text{e}{}^{\text{j}2\text{π}f{}_{\text{d}}\tau {}_0}\otimes \text{e}{}^{-\text{j}\text{π}kt{}_{{}_{\text{r}}}^{{}^2}}。(6)\end{array}$

式中, ⨂表示卷积。式 (6) 即为简化后完整的Dechirp FMCW SAR的回波信号模型。其中, 第1个指数项为距离维压缩所需要的相位项;第2个指数项为方位向多普勒信息;第3个指数项为快时间距离走动;第4个相位项为慢时间方位走动, 而RVP项已经转化为快时间域的一个卷积因子。不同斜距目标的回波延迟不同, 但可以由相同延迟的信号通过一个调频系统获得。

式 (6) 在不同的成像环境下可以进行不同程度的近似。

① 在va<ρa/ (4Tp) (ρa为方位向分辨率) 的慢速运动条件下, 式 (6) 第3个指数项引起的最大距离偏移为cfd/k=cva/ (2kρa) <ρr/4 (ρr为距离向分辨率) , 第4个指数项引起的最大方位偏移为vaτmax<ρa/ (4τmax) /Tp<ρa/4 (τmax表示目标与飞机的最大回波时延) , 因此第3个和第4个指数项均可忽略, 这时的回波信号模型与脉冲SAR完全相同;

② 在ρa/ (4Tp) <va<ρa/ (4τmax) 的中速运动条件下, 第4个指数项引起的最大方位偏移为vaτmax<ρa/4, 该项可以忽略, 但第3个指数项不能忽略, 这时的信号模型相比脉冲SAR增加了快时间距离走动;

③ 在va>ρa/4τmax的高速运动情形下, 第3个和第4个指数项均无法忽略, 成像需要同时考虑快时间距离走动和慢时间方位走动的影响。

2距离—多普勒成像算法

距离—多普勒成像算法把SAR成像等效为2个互不耦合的一维压缩过程, 即通过距离向压缩, 获得距离向高分辨率;通过距离多普勒域插值, 实现距离向与方位向解耦合, 校正距离徙动;通过方位向压缩, 获得方位向高分辨率, 实现目标成像。

2.1中速运动条件下的距离—多普勒成像算法

在ρa/ (4Tp) <va<ρa/ (4τmax) 的运动条件下, 考虑天线方位向波束角的限制, 式 (6) 可以表述为:

式 (7) 只需要一次距离向傅里叶变换就可以完成距离压缩, 获得目标的斜距信息为:

SIF (fr, ta;R0, x0) ≈sinc[Te (fr-fd+kτ0) ]·

$\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{a}}-t{}_0}{{\rm T}{}_{\text{s}}})\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\tau {}_0}\text{e}{}^{\text{j}\text{π}\frac{f{}_{\text{r}}^2}{k}}$。 (8)

然后进行RVP补偿, 令RVP补偿因子为:

${\rm H}{}_{\text{R}\text{V}\text{Ρ}\text{C}}(f{}_{\text{r}})=\text{e}{}^{-\text{j}\text{π}\frac{f{}_{\text{r}}^2}{k}}$。 (9)

式 (8) 和式 (9) 相乘去除RVP项后, 利用驻定相位原理变换到二维频域, 得到二维频域信号为:

SIF (fr, fa;$R{}_0,x{}_0)\approx \text{s}\text{i}\text{n}\text{c}[{\rm T}{}_{\text{e}}(f{}_{\text{r}}+\frac{2kR{}_0}{\text{c}\beta (f{}_{\text{a}})}-f{}_{\text{a}})]$·

$\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{f{}_{\text{a}}}{\beta B{}_{\text{a}}})\text{e}{}^{-\text{j}\frac{4\text{π}R{}_0}{\lambda }\beta (f{}_{\text{a}})-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{a}}t{}_0}$。 (10)

式中, fa为慢时间频率;$\beta (f{}_{\text{a}})=\sqrt{1-(\lambda f{}_{\text{a}}/2v{}_{\text{a}}){}^2}$为RCM尺度因子;Ba=2v2aTs/ (λR0) 为方位向信号带宽。

可见, 由于存在距离徙动现象, 方位向与距离向发生二维耦合, 如果直接进行方位向处理, 成像效果必然较差[5]。因此, 参考脉冲SAR距离—多普勒成像算法, 在距离—多普勒域通过插值完成频域距离徙动和距离弯曲较正, 校正后的信号为:

方位向参考函数为:

HAREF (fa;$R{}_0)=\text{e}{}^{\text{j}\frac{4\text{π}R{}_0}{\lambda }\beta (f{}_{\text{a}})}$。 (12)

式 (11) 和式 (12) 相乘完成方位向匹配滤波后, 进行方位向逆傅里叶变换即可得到成像结果为:

2.2高速运动条件下的距离—多普勒成像算法

在va>ρa/ (4τmax) 的高速运动情形下, 需要同时考虑快时间距离走动和慢时间方位走动的影响。考虑天线方位向波束角的限制, 中频信号为:

$\begin{array}{l}s{}_{\text{Ι}\text{F}}(t{}_{\text{r}},t{}_{\text{a}};R{}_0,x{}_0)=\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{r}}}{{\rm T}{}_{\text{e}}})\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{a}}-t{}_0}{{\rm T}{}_{\text{s}}})\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}k\tau {}_{0}t{}_{\text{r}}}\cdot \\ \text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\tau {}_0}\text{e}{}^{\text{j}2\text{π}f{}_{\text{d}}t{}_r}\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}\frac{4v{}_{\text{a}}^2}{\lambda \text{c}}(t{}_a-t{}_0)}\otimes \text{e}{}^{-\text{j}\text{π}kt{}_{{}_{\text{r}}}^{{}^2}}。(14)\end{array}$

可见, 式 (14) 第4个指数项表示慢时间域的固定频移, 只要在慢时间频域进行频移即可补偿。在补偿该项的情形下, 式 (14) 与式 (7) 完全相同, 可以用中速运动条件下的距离—多普勒算法成像。

2.3慢速运动条件下的距离—多普勒成像算法

在va<ρa/ (4Tp) 的慢速运动条件下, 中频信号回波模型与de-chirp脉冲SAR成像完全相同。考虑天线方位向波束角的限制, 中频信号为:

$\begin{array}{l}s{}_{\text{Ι}\text{F}}(t{}_{\text{r}},t{}_{\text{a}};R{}_0,x{}_0)\approx \text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{r}}}{{\rm T}{}_{\text{e}}})\text{r}\text{e}\text{c}\text{t}(\frac{t{}_{\text{a}}-t{}_0}{{\rm T}{}_{\text{s}}})\cdot \\ \text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}k\tau {}_{0}t{}_{\text{r}}}\text{e}{}^{-\text{j}2\text{π}f{}_{\text{c}}\tau {}_0}\otimes \text{e}{}^{-\text{j}\text{π}kt{}_{\text{r}}^2}。(15)\end{array}$

式 (15) 在距离向进行傅里叶变换完成距离压缩, 并通过RVP补偿后, 利用驻定相位原理得到二维频域波形为:

在距离—多普勒域插值完成频域距离徙动校正后的信号形式及后续的方位向压缩处理与中速运动条件下的相同。

2.4窄方位向波束角的成像情形

实际上, 上述讨论的成像情形均是基于宽方位向波束角进行的。当成像的方位向波束角较窄时, 式 (1) 可以进一步近似为:

$\tau \approx \frac{2}{c}R{}_0+\frac{v{}_{\text{a}}^2(t{}_{\text{a}}-t{}_0){}^2}{\text{c}R{}_0}+\frac{2v{}_{\text{a}}^2(t{}_{\text{a}}-t{}_0)}{\text{c}R{}_0}t{}_{\text{r}}$。 (17)

针对以上3种成像情形, 可以得到窄波束角成像情形下的RD成像算法, 只是距离徙动的表达式和方位向匹配滤波器略有不同。

综上, 可以总结出FMCW SAR RD成像算法的流程如图2所示。

3仿真试验

为了验证RD算法的正确性, 使用Matlab进行仿真实验, 仿真条件为:载波中心频率15 GHz, 线性调频信号带宽300 MHz, 脉冲重复时间4 ms, 载机速度100 m/s, 方位向波束宽度1.15°, 目标斜距1 km, 方位偏移0 m。在所设定的仿真条件下, 雷达的距离分辨率和方位分辨率均为0.5 m。

由于载机速度ρa/ (4Tp) <va<ρa/ (4τmax) , 不满足慢速运动条件, 因此使用中速运动条件下的RD算法成像。成像结果的距离向和方位向性能指标如图3所示。

从图3中可以看出, 距离向压缩结果的3 dB宽度约为0.5 m, PSLR (峰值旁瓣比) 约为-13 dB;方位向成像结果的3 dB宽度约为0.5 m, PSLR约为-13 dB, 均与理论分析相符, 证明了RD成像算法的正确性。

使用慢速运动条件的RD成像算法成像结果与中速运动条件成像结果的对比如图4所示。其中, 图4 (a) 是慢速运动条件的RD算法成像结果, 图4 (b) 是中速运动条件下的成像结果。

可见, 慢速运动的RD算法忽略了快时间距离走动, 导致方位压缩时方位向的信号能量无法完全集中, 其方位分辨率约为0.56 m, 比中速条件下的RD成像算法略差;而且其距离向和方位向旁瓣出现弥散, 旁瓣不如中速RD成像结果清晰。

4结束语

通过理论推导和分析, 建立了去调频FMCWSAR在不同成像条件下的信号模型, 依据该信号模型通过仿真获得点目标回波数据;理论推导了不同成像条件下的距离—多普勒成像算法, 给出了精确成像所需的方位向匹配滤波器;结合仿真获得的回波数据进行成像仿真实验, 证明了算法的正确性与可行性, 为FMCW SAR的进一步深入研究提供了理论参考依据。

参考文献

[1]耿淑敏, 皇甫堪.FM-CW SAR系统及其发展概况[J].电子对抗, 2007 (3) :39-44.

[2]曲长文, 王颖, 陈波涛, 等.调频连续波SAR发展综述[J].舰船电子工程, 2008 (11) :26-29.

[3]孙寒冰, 侯海平, 周强.改进的FMCW SAR距离—多普勒成像算法[J].电子对抗, 2010 (1) :26-31.

[4]耿淑敏, 江志红, 程翥, 等.FM-CW SAR距离—多普勒成像算法研究[J].电子与信息学报, 2007 (10) :2 346-2 349.

[5]耿淑敏.FM-CW SAR信号处理关键技术研究[D].长沙:国防科学技术大学, 2008:54-58.