Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Ф2. Непрерывноволновойдопппер. Схема и основные устройства системы излучения и обработки сигналов. остаются составляющие эхо-сигнала на частоте допплеровского сдвига, т.е. с частотами Г, = т — Г,. Одновременно определяется знак сдвига частоты: при положительном сдвиге кровоток принято называть прямым кровотоком, при отрицательном— обратным кровотоком. С выхода приемного устройства сигналы поступают на анализатор спектра частот, о котором подробнее будет сказано ниже, и на громкоговорители.
Обычно применяются два громкоговорителя: на один из них подаются допплеровские сигналы прямого кровотока, на другой — сигналы обратного кровотока. Выше было показано, что частоты допплеровского сдвига в основном лежат в диапазоне слышимых звуковых частот, поэтому они могут восприниматься человеческим ухом, будучи воспроизведены громкоговорителями. Наличие двух громкоговорителей дает возможность одновременно слышать из разных точек сигналы прямого и обратного кровотока.
Очевидно, что зто не имеет никакого отношения к стереозвучанию в аудиосистемах. Отметим также, что слышимые звуки частот допплеровского сдвига не имеют ничего общего с механическими шумами в сердце и сосудах, которые могут прослушиваться или записываться при фонокардиографии. Сигналы с допплеровским сдвигом частоты после обработки в спектральном анализаторе запоминаются в устройстве памяти и потом в виде спектра частот допплеровского сдвига отображаются на мониторе прибора (рис.
12). Отображение спектра частот допплеровского сдвига позволяет сделать видимой на экране совокупность колебаний с различными частотами, которые одновременно можно слышать через громкоговорители. рассмотрим более подробно, как выглядит спектр частот допплеровского сдвига и как его принято отображать.
На рис. 13 показаны излучаемый и принимаемый сигналы, а также частотные спектры излучаемого и принимаемого сигналов. Излучаемый сигнал (рис. 13а) представляет собой протяженную во времени синусоиду с частотой Г,. Его спектр (рис. 13б) имеет вид очень узкого пи- .а(616161161!ь. Глава 4 (б) Спектрб „(г) (в, Спектр С (Г) Рис. 13. Вид сигналов СУУ на временной оси и соответствующий вид спектра частот этих сигналов. а — излучаемый сигнал. б — спектр излучаемого сигнала.
в — принимаемый эхо- сигнал. г — спектр принимаемого эхо-сигнала. ка, центр которого расположен на аси частот в точке ~„. Такой вид спектра говорит о том, что в сигнале имеется практически только одна частотная составляющая. На рис. 13в изображен вид принимаемого эхо-сигнала, отраженного от движущихся элементов крови в сосуде. Если бы все элементы двигались с одной и той же скоростью, то эхо-сигнал имел бы вид синусоиды с частотой 1, отличной от г,. Вследствие того„ что элементы крови движутся с разными скоростями, отраженный сигнал имеет сложный вид, так как это сумма синусоид с разной частотой и разной амплитудой. Рисунок 13г иллюстрирует вид частотного спектра зтога сигнала. Спектр сигнала, отраженного неподвижными структурами, на рис.
13г показан пунктиром. Он аналогичен спектру излучаемого сигнала. Частотный спектр зхо-сигналов от движущихся элементов, или доппле- равский спектр, сдвинут относительно частоты Г„ вправо, если допплеровские сдвиги Р положительны (случай прямого кровотока), или влево, если допплеровские сдвиги частот отрицательны (случай обратного кровотока). На рис. 13г показано, как выглядит спектр зхо-сигнала на входе приемного устройства. На выходе приемного устройства выделяется допплеровский сдвиг частоты, те. вид спектра остается тем же, но начало координаты частот переносится в точку г,. На рис. 14 даны примеры спектров допплеравских сдвигов частоты. Изображены спектр излучаемага сигнала (рис.
14а), спектр зха-сигналов в случае движения отражателей с одной и той же скоростью, спектр эхо-сигналов в случае прямого кровотока в сосуде (элементы движутся с различными скоростями). На этом же рисунке показан вид спектров обратного и турбулентнога кровотоков. Глава 4 Уровень зхо-сигналов 144 Ультразвуковые диаггют гичегкие приборы Систолическая Диастолическая фаза фаза Рис.
тб. Изменение спектра частотдопп- леровского сдвига во времени. Рис. 16. Обычно используемое отображе- ние меняющегося во времени спектра допплеровского сдвига в виде вертикаль- ных полос с модуляцией яркости. Рис. т 7. Средняя и максимальная скорости кровотока и изменение их во времени. ния производятся в приборе автоматически после выставления соответствующих маркерных линий по оси луча датчика и вдоль оси сосуда. По- этому в таких приборах на временном графике спектра отображаются значения истинных скоростей кровотока.
Выше говорилось об отрицательном влиянии пульсаций стенок сердца и сосудов на наблюдаемый спектр скоростей кровоюка. Эю влияние проявляешься в области малых скоростей кровотока (низких частот допплеровского сдвига). Для исключения из картины спектра составляющих, порождаемых пульсациями, применяются специальные фильтры пульсаций стенок сосудов (ва(! 1))тег), которые не пропускают частоты допплеровского сдвига от 0 до некоторой максимальной частоты„равной, например, 80 или 120 Гц.
Частота эта может изменяться в зависимости от того, какая частота датчика применяется, или в зависимости от типа наблюдаемого сосуда. При наблюдении кровотока в венах этот фильтр может вообще отключаться. Когда фильтр включен, это хорошо видно на экране, так как в области малых скоростей (частот) возле линии нулевых скоростей имеют место темные полосы с обеих сюрон (спектр не отображается). Помимо пульсаций стенок сосудов дополнительное влияние на спектр частот эхо-сигналов оказывают физические причины. В силу очень малого размера отражающих элементов крови (эритроцитов) уровень отражаемых ими УЗ сигналов тем больше, чем выше рабочая частота сигналов, излучаемых датчиком.
Это приводит к некоторому смещению спектра частот эхо-сигналов (даже в отсутствие допплеровского сдвига) в сторону более высоких частот. С другой стороны„вследствие частотнозависимого характера затухания УЗ колебаний эхо-сигналы с большими частотами затухают силь- Ультразвуковые сканеры со спектральным допплером Ультразвуковые диагностические приборы нее, чем эхо-сигналы с малыми частотами.
Это приводит к тому, что наблюдаемый спектр частот сдвигается в сторону несколько более низких значений скорости тем больше„чем с большей глубины получены эхо-сигналы. По временным спектральным характеристикам можно определить изменение во времени среднего значения скорости, а также максимального значения и изобразить их на экране (рис. 17).
В заключение рассмотрения метода непрерывноволнового допплера укажем его основные достоинства: — хорошая чувствительность; — возможность получить количественные характеристики кровотока, имеющие большую диагностическую информативность; — высокая точность оценки спектра частот дол плеровского сдвига и спектра скоростей кровотока; — однозначность измерения допплеровских сдвигов частоты и, следовательно, спектра скоростей кровотока во всем диапазоне их возможных значений; — относительная простотатехнической реализации. Недостатками метода являются: — получение суммарной информации во всем диапазоне глубин без возможности выделения отдельных учаспсов, те. отсутствие разрешающей способности по глубине (большой по глубине контрольный объем); — зависимость точности оценки спектра скоростей, а иногда и самой возможности оценки спектра от угла а между осью УЗ луча и направлением кровотока (например, в случае а = 90' и в пределах критических углов оценка спектра невозможна); — сложность работы для врача ввиду необходимости манипулирования датчиком и его ориентацией для того, чтобы в УЗ луч датчика попал только один наблюдаемый сосуд и был выбран нужный угол наблюдения.
Области применения метода непрерывноволнового допплера — исследование кровотока в периферических сосудах, анализ атриовентрикулярного и аортального кровотока. 4.5. Импульсноволновой допплер Основной недостаток метода непрерывноволнового допплера — отсутствие разрешающей способности по глубине — исключается в методе импульсноволнового допплера (раве ьуаче Оорр(ег — РЩ. Импульсные, те. короткие по времени, сигналы дают возможность наблюдать отдельные участки по глубине. Так, для получения двухмерного акустического изображения (В-эхограммы) в УЗ сканерах используется излучение импульсных сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
