ржевкин (1035744)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХХАРАКТЕРИСТИК УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ СКОРОСТИКРОВОТОКАЦель работы - изучение метода ультразвуковой доплеровской локации для определенияскорости кровотока в кровеносных сосудах.5.1. Эффект ДоплераМетод ультразвуковой доплеровской локации для определения скорости кровотоканачал применяться в клинических условиях более двадцати лет тому назад и получилширокое распространение благодаря своей простоте и безболезненности.Пусть имеется ультразвуковой поршневой излучатель 1 (рис. 1а), непрерывноизлучающий плоскую ультразвуковую волну в заданном направлении с частотой f0 так,что давление вблизи поверхности излучателя (при x = х0) меняется по гармоническомузакону:p (t , x0 ) = p0 exp( j (2πf 0t + kx0 )) ,где p0 – амплитуда давления; t – время; K = 2πf 0 / C волновое число; С – скоростьультразвука в среде.Если на пути распространения плоской волны находится некоторый объект 3,движущийся со скоростью V(t)? то частота отраженного от этого объекта сигнала f(ультразвуковой волны) будет отлична от частоты f, и ее можно определить по формуле:f = f0где1 − [V (t ) / C ]cosθ1 + [V (t ) / C ]cosθ 0(1)θ 0 и θ – углы между волновым вектором соответствующей волны и нормальнойсоставлявшей скорости отражающей поверхности Vn.Если на пути распространения отраженного сигнала расположить акустическийприемник 2, то можно регистрировать частоту f отраженного сигнала.

После чего приизвестных f0 , C, θ 0 и θ по формуле (1) нетрудно вычислить и значение скорости V(t).В медицинских исследованиях излучатель 1 и приемник ультразвука 2 располагают внекоторой близости друг от друга (рис. 1б), тогда углыθ 0 и θ оказываются малыми, иформулу (1) можно преобразовать к виду:74f = f01 − Vn (t ) / C1 + Vn (t ) / C(2)абРис. 1При малых числах Маха, т.е. при[Vn (t ) / C ]2 << 1 ,выражение (2) можноупростить:f = f01 − 2Vn / C + Vn 2 / C 21 − Vn 2 / C 2≅ f 0 (1 − 2Vn / C )(3)Для определения доплеровского сдвига Δf = f 0 − f из левой и правой частейсоотношения (3) вычтем f 0 :f − f 0 = f 0 (1 − 2Vn / C ) − f 0 = − f 0 ⋅ 2Vn / C ,т.е.Δf = 2 f 0Vn / C(4)Таким образом, доплеровский сдвиг Δf с точностью доя константы 2Vn / Cхарактеризует нормальную составляющую скорости объекта.

При неравномерномдвижении объекта не требуется каких-либо дополнительных вычислений, что упрощаетсхемотехнические решения приборов ультразвуковой доплеровской диагностики.5.2. Рассеяние ультразвука на эритроцитахКакимдоплеровскогоприэтомжеобразомметодадолжныможнорегистрироватьскоростьвыполняться?скровотокаВо-первых,помощьюиультразвуковогокакиеультразвуковаяусловияволна75должна достигать русла кровеносного сосуда, во-вторых, отражаться от движущейсякрови, в третьих, интенсивность отраженной волны должна быть достаточной длярегистрации приемником ультразвука.Первое и последнее условия осуществляются соответствующим расположениемприемопередающей системы (излучатель + приемник) на поверхности пациента. При этомна пути ультразвуковой волны не встречаются среды со значительным разбросомволновых сопротивлений: костные ткани ( ρC = 6,3·103 кг/(м2/с)) или воздушные полости( ρC = 430 кг/(м2/с)), для которых наблюдается практически 100%-ное отражениеультразвуковых волн от границ раздела сред с существенно отличающимися волновымисопротивлениями, поэтому локация кровеносного сосуда не может быть осуществлена.Второе условие – отражение ультразвуковой волны от движущейся жидкости –выполнимо лишь для гетерогенных жидкостей, в частности, для крови, представляющейсобой плазму (4,5% объема) с модулем объемной упругостиχ =2,445·109 Н/м2 иформенные элементы (55% объема ).

В 1 мм3 цельной крови содержится около 5·106эритроцитов, т.е. 90% от всех форменных элементов, 9 000…10 000 лейкоцитов и~300 000 тромбоцитов.Теория, описывающая рассеяние ультразвука на малой мишени, которой, вчастности, являются и эритроциты, была развита С.Н. Ржевкиным (1963г.), которыйполучил зависимость амплитуды давления p s в ультразвуковой волне, отраженной отточечной мишени, как функцию амплитуды давления pi в падающей волне, площадимишени F, адиабатических модулей объемной упругости мишениплотностей мишениp s = piχ и среды χ ,ρ и среды ρ , угла рассеяния θ s (рис.

2):⎤Fk 2 ⎡ χ − χ 3( ρ − ρ )+cosθs⎥,4π ⎢⎣ χ2ρ + ρ⎦(5)где k – волновое число среды.76ПадающаяволнаPs = f (θ )θPiРис. 2В частном случае при рассеянии ультразвуковой волны в направлении,противоположном направлению падающей волны pi (θ s = 0) , коэффициент рассеяния:Fk 2 ⎡ χ − χ 3( ρ − ρ ) ⎤+.As =4π ⎢⎣ χ2 ρ + ρ ⎥⎦(6)Считаем, что распределение эритроцитов в плазме достаточно равномерное,и давление в падающей волне pi в произвольной точке i в цилиндрических координатах( R , z ) выбранных таким образом, что ось z направлена в сторону распространенияволны возбуждения, является функцией времени t , продольной координаты z ирасстояния R :pi ( R, z , t ) = p0 a[t − ( z / C )]exp[ j (kz − ωt )]b( R − R0 ) ,(7)где a (t ) exp( jωt ) – функция, описывающая изменение давления вблизи (при z =0)излучателя;b( R − R0 )–некотораясимметричнаяфункцияотносительноz,показывающая распределение давления в поперечном сечении волны.Рассмотрим эритроцит, расположенный на расстоянии ri ( Ri , z ) (рис.3) Давление вотраженной этим эритроцитом волне1~pi (t , R0 ) = p0 As a[t − (2 zi / C )]b( Ri − R0 ) exp[ j (2kz − ωt )]ziСуммируя (8) по всему объему, от которого получено отражение, можно получитьследующее выражение для давления [5]:exp[2 jkzi ]⎡ 2z ⎤,pс (t , R0 ) = As p0 exp(− jωt )∑ a ⎢t − i )⎥b( Ri − R0 )zC⎦⎣ii(9)и после преобразований – усредненное значение давления77<pc2где2∞∞4π ⎛ p0 As ⎞22>=⎜⎟ n(1 − αn) ∫ a (t )dt ∫ Rb ( R)dRC ⎝ t ⎠−∞0(10)α – объем лоцируемой плазмы; n – количество эритроцитов в единице объема.i-йэритроцитR0Преобразователь0zizРис.

3Тогда интенсивность отраженной от множества эритроцитов ультразвуковойволны может быть легко подсчитана:I =< pc2 > W −1где W – удельный акустический импеданс плазмы.Рис. 4785.3. Исследование основных эксплуатационных свойств ультразвуковых диагностическихприборов Д-типа с непрерывным излучениемОсновнымиэксплуатационнымихарактеристикамиультразвуковых,диагностических приборов (УЗД), использующих принцип ультразвуковой локации иэффект Доплера (приборы Д-типа), являются:чувствительность приемного тракта;радиальная разрешающая способность;точность определения мгновенной скорости движения эритроцитов;диапазон измеряемых значений скорости кровотока с учетом направлениядвижения (знака скорости);максимальная глубина зондирования.Рассмотрим более подробно эти характеристики.Радиальная разрешающая способность r (рис.4)* определяется минимальнымрасстоянием в плоскости, перпендикулярной направлению зондирования между двумямалыми, движущимися с разными скоростями V1, и V2 объектами, при котором скоростиэтих объектов могут быть еще достоверно зарегистрированы (отдельно для каждого изобъектов).Максимальная глубина зондирования ограничена и определяется рядом факторов:затуханием ультразвуковой волны в биологических тканях, возрастающим с увеличениемчастоты; рассеянием ультразвука на акустических микронеоднородностях; мощностьюизлучаемой в биообъект ультразвуковой волны; чувствительностью премного тракта УЗДприбора.Диапазонизмеряемыхзначенийскоростикровотокаопределяетсядвумяфакторами: полосой пропускания р акустоэлектрического преобразователя (АЭП) иполосой линейного преобразования частотного детектора.Известно, что максимальная скорость кровотока у человека достигается ввосходящей части аорты и в норме составляет 0,6...1,5 м/с.

При интенсивной физическойнагрузке или патологиях этот параметр может достигать 2,5 м/с. Тогда максимальныйдоплеровский сдвиг в соответствии с (4) Δf = 2 f 0Vn / C .Добротность Q АЭПQ=где2πψ=f 0'Δf 0.707ψ – коэффициент поглощения в АЭП из пьезокерамики; f 0' – собственнаярезонансная частота АЭП;Δf 0.707 – ширина резонансного пика АЭП на уровне790,707 Am ( Am – амплитуда АЭП на частоте f 0' ).'Следовательно, полоса пропускания АЭП B = f 0 / Q , или B = Δf 0.707 .

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы