Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
ГоловнаМедицинаКардіологія
« Попередня Наступна »
Дипломна робота. Прилад для вимірювання швидкості кровотоку, 2010 - перейти до змісту підручника

Доплерівські методи і апарати, засновані на них

Основні етапи розвитку доплеровских методів

На першому етапі створення ультразвукових доплеровских приладів були розроблені найпростіші прилади з безперервним випромінюванням і представленням інформації доплерівського зсуву у вигляді звукових сигналів через вбудований в прилад динамік. Надалі вдосконалення елементної бази та нові методичні підходи дозволили менш ніж за два десятиліття досягти рівня технічних рішень, які найбільш повною мірою відповідають функціональним завданням споживача (див. табл. 1).



Таблиця 1

Основні досягнення в області створення ультразвукової допплерівської апаратури

Поява на початку 80-х років приладів з колірним картуванням потоків дозволило споживачеві успішно вирішувати завдання локалізації досліджуваного судини по напрямку і глибині, детектувати напрямок потоків за допомогою спеціальних світлових шкал, виробляти об'єктивну оцінку як інтегральних швидкостей потоків, так і розподілів в частотно-часовій області на основі спектрального аналізу, виконувати обчислення об'ємних показників швидкостей потоків в обраному перерізі судини.

На сьогоднішній день доплеровские методи стали невід'ємним елементом практично у всіх областях клінічного застосування ультразвукової діагностики.

Стосовно Росії, перші серійні зразки найпростіших приладів з безперервним випромінюванням «ІСКН» були створені в кінці 70-х років. Надалі з'явилися прилади «Диск» з виділенням напрямки потоків і найпростішої комп'ютерною обробкою.

На новий якісний рівень вивела вітчизняні розробки науково-виробнича корпорація ВНДІ медичного приладобудування і французької фірми DMS. З 1989 р. в рамках ліцензійної угоди було освоєно виробництво приладів «Ангіодоп», створено оригінальне програмне забезпечення, освоєна технологія виробництва ультразвукових доплеровских датчиків.

Значно розширити функціональні можливості приладів і підвищити їх експлуатаційні характеристики дозволило активне застосування сучасних комп'ютерних технологій, передової електронної елементної бази, єдиних уніфікованих рішень. У 1992-1994 роках було розроблено сімейство приладів «Сономед», яке на основі модульного принципу побудови дозволило реалізувати повний спектр доплеровских приладів - від найпростіших (з безперервним потоком) до приладів з візуалізацією потоків. Вітчизняні спектральні аналізатори доплерівських сигналів за своїми функціональними можливостями стали порівнянні із зарубіжними аналогами.

Передові технічні рішення були реалізовані в серії приладів «Біомед», які дозволили здійснити режим моніторингу при інтракраніальних обстеженнях, реалізували режим двоканальної візуалізації спектрів, розширили діапазон ультразвукових датчиків до 16 МГц, забезпечили можливість детектування емболів.

Для ефективного застосування апаратури необхідне знання основних принципів роботи доплерівського приладу, його режимів і функціональних можливостей.



1.3.2 Основні принципи побудови доплеровской апаратури

Розробниками послідовно були створені кілька поколінь ультразвукових доплеровских приладів: з безперервним випромінюванням без виділення напрямку кровотоку (найпростіші індикаторні прилади); з виділенням напрямки - поділом прямого і зворотного кровотоку і отриманням графічного відображення кривої (обвідної) усередненої за обсягом швидкості кровотоку; з імпульсним випромінюванням для локалізації по глибині дослідження; зі спектральним аналізом інформації - для отримання частотного і тимчасового розподілу швидкостей в досліджуваному об'єкті.

Для побудови приладів безперервного та імпульсного випромінювання використовується ряд відомих радіотехнічних електронних вузлів і блоків, розроблених з урахуванням специфіки взаємодії з електроакустичним елементом доплерівського приладу - ультразвуковим датчиком.

Блок-схема непреривноволнового доплерівського приладу приведена на рис. 1. Задає генератор 1 виробляє синусоїдальну хвилю, що надходить на підсилювач потужності 2 і далі на передавальний пьезоелемент 3, який створює безперервну ультразвукову хвилю 4.







Рис. 1. Блок-схема непреривноволнового доплерівського приладу. 1 - задає генератор; 2 - підсилювач

потужності; 3 - передавальний пьезоелемент; 4 - ультразвукова хвиля; 5 - кровоносну судину; 6 - еритроцити; 7 - приймальний пьезоелемент; 8 - передпідсилювач; 9 - демодулятор .



Відбиваючись від рухомих в кровоносній посудині 5 формених елементів крові 6, ультразвукова хвиля надходить на приймальний пьезоелемент 7 і далі на вихід передпідсилювача 8 з малим рівнем шуму, який посилює слабкі відбиті сигнали до рівня їх детектування демодулятором 9 . На виході демодулятора сигнал має форму доплеровской разностной хвилі з частотою.

Головним недоліком вимірювача потоку крові з безперервним випромінюванням ультразвуку є відсутність дозволу по дальності. Будь рухома ціль, яка потрапляє в зону діаграми спрямованості ультразвукового датчика, буде вносити вклад в остаточний вихідний доплеровській сигнал. В результаті під час клінічного використання таких приладів не завжди представляється можливим виділити потоки крові в сусідніх судинах. А селективність по дальності іноді може бути головною вимогою в доплеровских дослідженнях.

Найбільш простим методом кодування ультразвукової хвилі є амплітудна модуляція безперервнихколивань. У приладі, відомому як імпульсний доплеровській аналізатор швидкості кровотоку, короткі імпульси ультразвуку передаються з регулярними інтервалами на рухому ціль, а відбиті сигнали досліджуються для визначення доплерівських зсувів частоти.


Імпульсний доплеровский прилад об'єднує можливості дозволу по дальності і детектування доплеровских луна-сигналів. Як і у будь луна-імпульсної системи, в основу роботи приладу покладено принцип передачі коротких імпульсів хвиль на ціль і подальшого очікування повернення відображених сигналів. Так як звукові хвилі проходять через людську тканину з приблизно постійною швидкістю, затримка часу між передачею імпульсу і прийомом відбитих сигналів залежить від дальності мети. Коли відбиті сигнали обробляються для отримання доплерівських зсувів, результуючий доплеровській сигнал може виникати тільки від цілей, що рухаються всередині «обсягу вибірки», відповідної обраної затримки часу. У будь-який момент після передачі імпульсу обсяг вибірки може бути визначений як область, розташована перед перетворювачем, в якій повинні виникати всі повертаються відбиті сигнали. Розміри обсягу вибірки визначаються в осьовому напрямку тривалістю імпульсу, що приймається приймачем, а в поперечному - шириною пучка об'єднаної системи передавач-приймач. Використовуючи вибірку тих доплеровских компонентів, які після передачі повертаються з існуючою постійної затримкою, можливо визначити положення фіксованого обсягу вибірки і, таким чином, опитати тільки цілі, що рухаються на певній дальності від перетворювача.

На рис. 2 представлені основні вузли луна-імпульсної доплеровской системи.



Рис. 2. Блок-схема імпульсного доплерівського приладу. 1 - задає генератор; 2 - селектор передачі; 3 - підсилювач потужності; 4 - генератор імпульсів; 5 - передпідсилювач; 6 - селектор по дальності; 7 - когерентний демодулятор; 8 - селектор затримки; 9 - схема вибірки зберігання; 10 - смуговий фільтр ; 11 - датчик; 12 - вибрана дальність; 13 - обсяг вибірки.



Запросах генератор виробляє синусоїдальну хвилю на резонансній частоті перетворювача. Один раз за кожен період повторення імпульсу кілька періодів задає коливання проходять через селектор передачі і підсилювач для перетворення. Селектор затримки виробляє тимчасову затримку, яка дозволяє пачці переданих ультразвукових коливань проходити на задану дальність і повертатися назад. Потім повертаються відбиті сигнали дискретизируются допомогою відкриття селектора по дальності і подачі на когерентний демодулятор, який управляється задає генератором. Кожен Відселектовано за часом відбитий сигнал викликає короткий вихідний імпульс демодулятора, який формує частину відрахував вихідного сигналу доплерівського приладу. У разі необхідності ці відліки можуть збиратися (наприклад, у схемі вибірки-зберігання) до приходу наступного переданого імпульсу. Це так званий метод «із запам'ятовуванням відліку» дозволяє отримувати вихідний сигнал більш згладженої форми, який потім може бути відфільтрований для усунення будь-яких компонентів, які відстають від частоти повторення імпульсів, а також для усунення заважають низькочастотних луна-сигналів. До недоліків луна-імпульсних доплерівських приладів слід віднести:

- дально-швидкісні обмеження;

- велике відхилення максимальної від середньої випромінюваної потужності (інтенсивності).

Оскільки середня інтенсивність суворо визначає чутливість системи і є підтвердження того, що ультразвук високої інтенсивності може чинити певний вплив на людську тканину, то характеристика сигнал / шум, а отже, чутливість імпульсної доплеровской системи строго обмежується умовами безпеки пацієнта.

Відповідно з ефектом Доплера кожної швидкості руху елементів кровотоку відповідає доплеровській сигнал певної частоти, тому формування розподілу доплеровских швидкостей елементів кровотоку зводиться до виявлення набору частотних складових у сигналі, тобто до спектрального аналізу сигналу. При виконанні спектрального аналізу формується розподіл доплеровских швидкостей елементів кровотоку. Спектральний аналіз здійснюється шляхом використання набору фільтрів, рівномірно що поділяють частотний діапазон сигналу. При цьому кожен фільтр виділяє вузьку ділянку спектра сигналу, і чим вже частотна характеристика фільтра, тим вже дозвіл по частоті. Для отримання прийнятного спектрального дозволу доплерівських сигналів число фільтрів має бути достатньо велике. Тому використання спектрального аналізу в доплеровских приладах стало можливо тільки з появою малогабаритних пристроїв цифрової обробки сигналів - цифрових спектроаналізаторів.

У цифровому спектроаналізаторів формування спектральних складових сигналу виконується цифровим способом на основі реалізації ефективного в обчислювальному відношенні алгоритму швидкого перетворення Фур'є (ШПФ). Перед виконанням спектрального аналізу сигналу в цифровій формі здійснюється перетворення вихідного сигналу приймального тракту в послідовність цифрових кодів за допомогою аналого-цифрового перетворювача. Далі відліки сигналу накопичуються в буферній пам'яті.

Після накопичення послідовності відліків сигналу виконується обчислення спектра сигналу за допомогою алгоритму ШПФ.

Сучасна доплеровская система зі спектральним аналізом виконує такі основні функції:

- формування зондирующих сигналів;

- прийом луна-сигналу і виділення доплеровських зсувів;

- формування звукових сигналів прямого і зворотного кровотоку;

- формування доплерограмми і відображення її в реально масштабі часу на екрані монітора;

- обчислення параметрів та індексів кровотоку.

Реалізацію вищеперелічених функцій розглянемо на прикладі доплеровской системи «Сономед-300», блок-схема якої наведена на рис.
3.

Доплеровская система включає в себе: ультразвуковий датчик імпульсного випромінювання 2МГц; ультразвукові датчики безперервного випромінювання 4 і 8 МГц; передавач; приймач; цифровий спектроаналізатор; керуючий комп'ютер (сумісний з персональним РС).



Рис.3. Блок-схема доплерівського приладу зі спектральним аналізом.



Передавач генерує електричний сигнал збудження датчиків. У датчику електричний сигнал перетвориться в механічні коливання п'єзоелектричної пластини, які і передаються на тіло пацієнта.

Ехо-сигнали від внутрішніх структур тканин, що надходять на датчик, перетворюються за допомогою п'єзоелектричної пластини датчика в електричні коливання.

Приймач шляхом змішування сигналу збудження з луна-сигналом і подальшої фільтрації виділяє доплеровській сигнал кровотоку, який надходить потім на цифровий спектроаналізатор. Після додаткової обробки за допомогою фазосдвигающих ланцюгів, що виконують поділ сигналів прямого і зворотного кровотоку, та посилення цей сигнал видається на гучномовці для звукового відтворення.

У цифровому спектроаналізаторів виконується перетворення доплерівського сигналу в цифрову форму, після чого виробляється обчислення спектру доплерівського сигналу.

Сформовані спектральні лінії накопичуються у відеопам'яті керуючого комп'ютера і видаються на екран монітора. Крім формування зображення керуючий комп'ютер забезпечує інтерфейс з користувачем для створення режимів роботи приладу, виконує розрахунок параметрів кровотоку, накопичення результатів вимірювань на магнітних носіях, реєстрацію результатів за допомогою зовнішніх друкуючих пристроїв.



  1.3.3 Електроакустичні принципи побудови доплерівських приладів

  Основні критерії оцінки доплеровской інформації.

  Ультразвуковий доплеровській прилад являє собою локаційне пристрій, принцип роботи якого полягає у випромінюванні зондирующих сигналів в тіло пацієнта, приймання та обробки луна-сигналів, відбитих від рухомих елементів кровотоку в судинах. Функціонування доплерівського приладу аналогічно роботі будь-якого іншого локаційного пристрої рухомих об'єктів для самих різних застосувань.

  Особливість ультразвукового приладу полягає у використанні як зондуючого сигналу механічних коливань, що передаються у тіло людини.

  Збудження ультразвукових коливань і прийом луна-сигналів при роботі доплерівського приладу виконується датчиком, до складу якого входить один або кілька ультразвукових перетворювачів. Ультразвуковий перетворювач являє собою пластину з п'єзоелектричного матеріалу і призначений для перетворення вступників на нього електричних сигналів в ультразвукові хвилі при випромінюванні зондуючого сигналу, і, відповідно, для зворотного перетворення ультразвукових хвиль в електричні сигнали в процесі прийому луна-сигналів.

  Стан кровотоку оцінюють як за якісними, так і за кількісними характеристиками.

  До якісних показників відносять: характер звукового доплерівського сигналу; форму доплерограмми; розподіл частот у доплерограмме; напрямок кровотоку.

  Вид доплерограмми дозволяє більш точно оцінити стан кровотоку, оскільки при порушеннях кровотоку форма спектра зазнає істотні зміни.

  Кількісна оцінка кровотоку проводиться як на підставі безпосередньо вимірюваних параметрів, так і за допомогою розраховуються на їх основі індексів. До безпосередньо вимірюється параметрами кровотоку відносяться: максимальна систолічна швидкість; швидкість наприкінці діастолічного циклу; середня швидкість за один серцевих цикл.

  Однак необхідно пам'ятати, що зазначені параметри залежать від кута нахилу датчика по відношенню до напрямку кровотоку. На практиці нахил датчика виставляють таким чином, щоб отримати максимальну насиченість зображення спектра, яка досягається при значенні кута близько 45 °.

  Щоб отримати кількісні параметри кровотоку, не залежні від кута нахилу датчика, широко застосовують спеціальні індекси: індекс опору, систоло-діастолічний індекс, індекс пульсації, відсоток стенозу.

  Експлуатаційні параметри доплеровской системи.

  Експлуатаційні параметри доплеровской системи визначаються способами реалізації основних етапів формування, обробки і відображення сигналів.

  Якість експлуатаційних характеристик ультразвукової допплерівської системи безпосередньо пов'язане з поняттям просторового дозволу, дозволу за часом і швидкості (доплеровской частоті).

  Параметри зондирующих сигналів і способи обробки луна-сигналів визначають наступні характеристики доплеровской системи: просторовий дозвіл, глибина зондування, вид доплерограмми.

  Для отримання якісної діагностичної інформації в доплеровской системі передбачають управління параметрами тракту формування зондуючого сигналу, приймального тракту і тракту формування доплерограмми.

  До основних параметрів доплеровской системи, які можуть змінюватися оператором, відносять: параметри зондуючого сигналу - тип випромінювання, потужність, частота і тривалість випромінювання; параметри обробки луна-сигналів - посилення, характеристики фільтрів шумів і заважають віддзеркалень; параметри формування доплерограмми. 
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
 Інформація, релевантна "Доплерівські методи і апарати, засновані на них"
  1.  ГЛОМЕРУЛОНЕФРИТ
      Гломерулонефрит є основною проблемою сучасної клінічної нефрології, найчастішою причиною розвитку хронічної ниркової недостатності. За даними статистики, саме хворі на гломерулонефрит становлять основний контингент відділень хронічного гемодіалізу та трансплантації нирок. Термін "гломерулонефрит" вперше запропонував Klebs, який застосував його в "Керівництві по
  2.  СІСГЕМНАЯ ЧЕРВОНА ВІВЧАК
      Відповідно до сучасних уявлень системний червоний вовчак (ВКВ) є хронічне рецидивуюче полісиндромне захворювання переважно молодих жінок і дівчат, що розвивається на тлі генетично зумовленої недосконалості імунорегуляторних процесів, що призводить до неконтрольованої продукції антитіл до власних клітин і їх компонентів, з розвитком
  3.  ХРОНІЧНИЙ ПІЄЛОНЕФРИТ
      У більшості випадків хронічний пієлонефрит є наслідком неизлеченного гострого і може виявлятися різноманітною клінікою. У одних хворих він протікає латентно, супроводжується лише помірним болем і лейкоцитурією. У інших же пацієнтів захворювання періодично загострюється, і процес поширюється на нові ділянки паренхіми нирки, викликаючи склероз не тільки канальців, але і клубочків.
  4.  Набутих вад серця
      Набуті вади серця є одним з найбільш поширених захворювань. Вражаючи людей різних вікових груп, вони призводять до стійкої втрати працездатності та представляють серйозну соціальну проблему. Незважаючи на достатню вивченість клінічної картини, помилки в діагностиці цих вад зустрічаються досить часто. Тим часом вимоги до правильної діагностики надзвичайно
  5.  Плацентарна недостатність Гіпоксія плоду І асфіксія немовляти
      ХРОНІЧНА фетоплацентарної недостатності Фетоплацентарна недостатність (ФПН) складає в структурі причин перинатальної смертності більше 20%. Багаторічні спостереження багатьох авторів за розвитком дітей, народжених матерями з діагностованою ФПН, дозволили прийти до висновку, що вказана патологія зумовлює не тільки різке збільшення перинатальної смертності, а й численні
  6.  Гнійно-запальні післяпологові ЗАХВОРЮВАННЯ
      Післяпологові інфекційні захворювання - захворювання, які спостерігаються у породіль, безпосередньо пов'язані з вагітністю та пологами і обумовлені бактеріальною інфекцією. Інфекційні захворювання, виявлені в післяпологовому періоді, але патогенетично не зв'язані з вагітністю та пологами (грип, дізентірея та ін), до групи післяпологових захворювань не відносять. ЕТІОЛОГІЯ І ПАТОГЕНЕЗ
  7.  Пневмоконіози
      ПНЕВМОКОНІОЗ (від грец. Pneumon - легкі, konis-пил) - група хронічних професійних захворювань легенів, обумовлених попаданням в легені великої кількості пилових частинок протягом тривалого часу. Етіологія і патогенез. Пневмоконіози зустрічаються у робітників гірничорудної, вугільної, азбестового, машинобудівної і деяких інших галузей промисловості, які вдихають різні
  8.  24.МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ. ВИЗНАЧЕННЯ хвилинний об'єм серця. СЕРДЕЧНИЙ ІНДЕКС. ФРАКЦІЯ ВИКИДУ. МАСА циркулюючої крові. Гематокрит. ДІАГНОСТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ.
      Опред скор кровотоку. Опред t, протягом якого кров прох опред відрізок сссістеми; залежить в основному від таких факт-в, як сократ-ная спосіб міокарда і стан периф сос. Допол-ную роль відіграють кількість циркулир кр, її вязкость.Для опред скор дах-ка прим вещ-ва, викликаючи-яку фізіолог реакц (наприклад, розширення судин, зміна дихання) або легко визна в крові (радіоактивні ізотопи,
  9.  Репродуктивні органи репродуктивної системи
      1.3.1. Анатомо-фізіологічна і гістофізіологіческая характеристика статевих органів жінки в репродуктивному періоді 1.3.1.1. Яєчники Яєчники статевозрілої жінки розташовані в малому тазу (рис. 1.6), кілька асиметрично на задньому листку широкої зв'язки. Положення яєчників в порожнині малого таза в цьому віці відносно непорушне. Зсув їх у черевну порожнину спостерігається
  10.  Нейрогуморальна регуляція і стан репродуктивної системи в період її становлення
      Відомо, що реалізація репродуктивної функції може бути здійснена тільки при досягненні організмом статевої зрілості. Для правильного уявлення про функціонування зрілої репродуктивної системи необхідно знати, які процеси відбуваються в репродуктивній системі на етапі її становлення, які особливості характеризують функціональну активність її структурних елементів, якими є
© medbib.in.ua - Медична Бібліотека