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        超聲多普勒血流儀工作原理初探

        2016-12-03 09:20:27郝國防
        求知導(dǎo)刊 2016年30期
        關(guān)鍵詞:超聲波

        郝國防

        摘 要:超聲多普勒血流儀是測量血液流速和流量的儀器,位置固定的超聲探頭發(fā)射超聲波,被血液中的紅細(xì)胞接收,然后把紅細(xì)胞作為波源,超聲探頭接收紅細(xì)胞的反射波,利用超聲波的發(fā)射波和反射波的頻率差,根據(jù)多普勒效應(yīng)公式即可計(jì)算血液的流速。因其具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于頸部、顱腔和肢體外周血管的血液流動檢查。

        關(guān)鍵詞:超聲波;多普勒效應(yīng);血流儀;血液流速

        一、工作原理

        利用超聲多普勒血流儀測量血液流速時(shí),使血流儀的探頭處于固定位置,且保持靜止?fàn)顟B(tài),如下圖所示,超聲探頭向血液中發(fā)射超聲波束,血液中的紅細(xì)胞接收超聲波,并在紅細(xì)胞的表面產(chǎn)生一定量的反射,超聲探頭接收被血流反射回來的超聲波,通過測量反射波和發(fā)射波的頻率差就可以計(jì)算血管內(nèi)血液的流速。

        利用超聲波多普勒血流儀測量血液速度的技術(shù)可以分解為超聲波的發(fā)射和反射波的接收兩個(gè)過程。

        先把探頭和紅細(xì)胞分別作為波源和觀測者,接著求解紅細(xì)胞接收到的超聲波頻率,再把紅細(xì)胞作為反射波的 波源,把探頭作為觀測者,計(jì)算探頭 接收到的反射波的頻率,最后就可以 求出發(fā)射波和探頭接收到的反射波的頻率差。

        二、血液流速的計(jì)算

        假設(shè)探頭發(fā)射的超聲波的頻率為V,血液的流速為v,超聲波在血液中傳播的速度為u,血液流動的方向與超聲波入射方向之間的夾角為θ。

        1.計(jì)算紅細(xì)胞接收到的超聲波頻率V1

        因探頭固定不動,可以看作為靜止的波源,而紅細(xì)胞運(yùn)動的速度等于血液的流速v,故紅細(xì)胞為運(yùn)動的觀察者,根據(jù)多普勒效應(yīng)公式得:

        2.計(jì)算探頭接收到的反射波的頻率V2

        此時(shí)探頭相當(dāng)于處于靜止?fàn)顟B(tài)的觀測者,而運(yùn)動速度為v的紅細(xì)胞相當(dāng)于發(fā)射頻率為V1的超聲波的波源,根據(jù)多普勒效應(yīng)公式得:

        只要測出超聲波的頻率V和在血液中傳播的波速u、頻差△V以及血流方向和超聲波傳播方向的夾角θ,就可利用上式計(jì)算出血管內(nèi)血液的流速。

        三、超聲多普勒血流儀的分類

        超聲多普勒血流儀按照超聲波的發(fā)射規(guī)律可分為連續(xù)超聲多普勒血流儀和脈沖超聲多普勒血流儀。連續(xù)超聲多普勒血流儀是利用超聲探頭連續(xù)發(fā)射超聲波,并計(jì)算發(fā)射波和反射波的差頻,從而獲得血液流動的信息。這種類型的儀器可以測量血液的流動速度大小和流動方向,尤其是對高速流動的血液測量更為準(zhǔn)確。但其測量結(jié)果受超聲波發(fā)射方向與超聲探頭運(yùn)動方向之間夾角的影響較大,無法測量超聲探頭和運(yùn)動物體之間的距離,因此,其使用范圍存在較大的局限性。脈沖超聲波多普勒血流儀的超聲探頭發(fā)射的是間斷的脈沖超聲波,并在反射波的接收器中添加了延遲電路,這樣就可以測量出運(yùn)動目標(biāo)的實(shí)際距離。如果在延遲電路中設(shè)計(jì)不同的延遲時(shí)間,就可以測得沿超聲波束方向不同深度處的血液流動速度,從而在顯示器上形成血液流動剖面圖像。

        目前醫(yī)院所使用的多普勒血流儀大部分為2MHz(脈沖波)、4MHz(連續(xù)波)的超聲探頭,其靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng),可以對頸、顱腔和肢體外周血管的血液流動情況進(jìn)行檢查。醫(yī)生可以利用先進(jìn)的數(shù)字存儲技術(shù)隨意調(diào)節(jié)增益、超聲強(qiáng)度、血流方向、取樣深度、標(biāo)尺和掃描速度等。聯(lián)機(jī)狀態(tài)時(shí)醫(yī)生可以獲得舒張末期流速、收縮期峰流速、平均流速、RI指數(shù)、PI指數(shù)等多個(gè)檢測參數(shù)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]馬孔阜.超聲多普勒血流測定儀的設(shè)計(jì)原理及其臨床應(yīng)用[J].浙江醫(yī)學(xué),1985(2).

        [2]李光勛,王云創(chuàng).醫(yī)用物理學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2013.

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