超声多普勒测量血流的方法及仪器技术

现有利用连续波超声多普勒效应测量血流的方法或仪器对兼有双向、定量功能的一般均采用对两束超声束分别产生的正反向多普勒平均频移进行运算实现．本发明专利技术双向、定量功能的实现由新建立的“角度提取法”实现，其双向、定量功能仅由流速测量声束回波信号与流速测量声束和辅助测量声束与血管轴向流速的夹角比ｃｏｓｇ－［２］／ｃｏｓｇ－［１］运算得到，它实为“等效的单声束”双向、定量血流速度测量，本发明专利技术还利用管径测量声束测出血管截面积可同时方便地得到了双向，定量血流流量值．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声医用检测 利用连续波超声多普勒效应来测量血流，其基本出发点是用超声发射探头发出超声束照射到需检测的血管，并由接收探头接收经血流散射后的回波信号，经处理可在其回波信号中得到一与血流速度成比例的多普勒平均频移Fd(t)，其值为 Fd(t)= (2f0cosθ)/(C)V(t)(1) 上式中f0为超声发射频率，C为超声在介质中的传播速度，为常数，V(t)为需要检测的血流剖面平均速度，θ为超声束和血流轴向速度之间的夹角，一般θ为未知，它受到操作人员手法的影响。 为了消除上述θ角对测量血流速度的影响，目前最常用的是采用双超声束来测量。如1984年经国家科委专利技术评选委员会审批的复旦大学王威琪等人提出的“用相互独立的双超声束多普勒效应定量测定血流速度”专利技术(见附1)。 介绍一种双声束定量测定血流速度方法，它发射两超声照射被测血流区，对接收到的两路回波信号，经过简单运算后，能消除θ角的影响。但该方法主要缺点在于 (1)由于实际得到的血流速度值是取两独立的超声束各自照射点的回波信号经运算得到的，所以，如该两点实际血流速度不相等时将带来较大的误差。 (2)该方法具有方向性的输出，即在某一时刻的输出为当时占优势流动方向的血流速度。但并非双向血流速度同时输出。 此外，复旦大学叶国凡在1984年4月1日向中国专利局递交的专利技术专利申请“一种双向，定量测量血流绝对速度的超声多普勒方法与仪器”。(申请日84年4月1日，申请号85100528)介绍了一种设计方法，它兼有双向，定量基本功能，克服了上述2)所述的不足，但该方法没有能克服上述1)所述的不足，而且整个仪器的电路需要两个双向多普勒分离通道，即需要四个方向分离通道，还需要较为难实现高精度的平方开方电路。总之，系统较为复杂，成本相对较高。 本专利技术提出一种新的设计思想，克服了上述的不足之处。它虽然采用两束超声(流速测量声束与辅助测量声束)，但辅助测量声束的作用只在于提取两声束与血管轴向流速的夹角比值 (cosθ2)/(cosθ1) ，其双向定量流速值仅由流速测量声束产生的正、反向多普勒平均频移Fd1f(t)及Fd1r(t)与上述的夹角比值 (cosθ2)/(cosθ1) 运算得到它，实质上是“等效单声束”双向血流速度的定量测量方法。在电路结构上，本专利技术避免使用了两个双向多普勒分离通道，而仅需一个双向多普勒分离通道及一个简单的夹角比提取通道(不必使用成本较高的分离滤波器)，且使用了简便的运算方法及电路，因此结构简单，制作方便。 同时，本专利技术还可利用管径测量声束测出血管直径经计算得出血管截面积再乘上双向血流速度值，方便地得到正、反向血流流量值。 本专利技术的原理及根据此原理设计的仪器可由图1、图2、图3及图4来表示。 图1为双向多普勒分离通道 图2为夹角比提取通道 图3为角度提取法运算电路框图 图4为最佳测量位置指示电路 图5为血管截面积测量电路框图 图1中由振荡电路5发出频率为f01的振荡信号激励流速测量声束发射/接收探头1的发射晶片产生流速测量波束射入需检测的血管，由探头1的接收晶片接收其回波信号输入高放电路4放大后同时输入上，下边带滤波器6及6′分别输出f01+Fd1f(t)及f01-Fd1r(t)，这里Fd1f(t)及Fd1r(t)分别是流速测量声束照射的正、反向血流成份的多普勒频移上，下边带滤波器6和6′及振荡电路5的输出分别同时输入两个解调电路7即可分离出对应的Fd1f(t)及Fd1r(t)，该两个信号经过两个频率-电压(速度)转换电路8后即可输出与频移对应的电压信号 U1f(t)=K·Fd1f(t)=K· (2f01)/(C) cosθ1·V1f(t)(2) U1r(t)=K·Fd1r(t)=K· (2f01)/(C) cosθ1·V1r(t)(3) 其中K为频率-电压(速度)转换系数 U1f(t)为时间为t时刻所有红血球的正向平均速度 U1r(t)为时间为t时刻所有红血球的反向平均速度 图2中由振荡电路5′发出的频率为f02的振荡信号激励辅助测量声束发射/接收探头2的发射晶片产生辅助测量波束射入需检测的血管，由探头2的接收晶片接收其回波信号输入高放电路4′放大后与振荡电路5′的输出信号f02及图1中高放电路4的输出信号与振荡电路5的输出信号f01分别输入两个解调电路7′，其输出再分别输入两个频率-电压(速度)转换电路8′及8″后即可输出 U1(t)=JFd1(t)(4) U2(t)=J′Fd2(t)(5) 其中 Fd1(t)= (2f01)/(C) cosθ1·V(t)为流速测量声束照射区所有血流成份的多普勒平均频移; Fd2(t)= (2f02)/(C) cosθ1·V(t)为辅助测量声束照射区所有血流成份的多普勒平均频移; J为频率-电压(速度)转换电路8′的转换系数; J′=J (f01)/(f02) 为频率-电压(速度)转换电路8″的转换系数; U1(t)及U2(t)输入图3中除法电路15即可输出上述两声束与血管的夹角比值 (cosθ2)/(cosθ1) 。根据夹角比 (cosθ2)/(cosθ1) 及U1f(t)和U1f(t)三个参数，通过运算后即可输出准补偿的正、反向血流平均速度Uf(t)及Ur(t)，此即“角度提取法”的基本思想。 其运算过程可简述如下由图1中两个频率-电压转换电路8输出的U1f(t)、U1f(t)及图3中除法电路15输出的夹角比 (cosθ2)/(cosθ1) 分别同时输入图3中两个乘法电路9进行乘法运算，其输出分别为U1f(t)· (cosθ2)/(cosθ1) 及U1r(t)· (cosθ2)/(cosθ1) ，将电路9及8的输出信号分别输入图3中两个减法电路10其输出分别输入两个取绝对值电路11后分别得到输出U1f(t)|1- (cosθ2)/(cosθ1) |及U1r(t)|1- (cosθ2)/(cosθ1) |。由电路8输出的U1f(t)及U1r(t)，电路9输出的U1f(t)(cosθ2)/(cosθ1) |及U1r(t)| (cosθ2)/(cosθ1) |，电路11输出的U1f(t)|1- (cosθ2)/(cosθ1) |及U1r(t)|1- (cosθ2)/(cosθ1) |同时输入加法电路12，且分别乘上系数 1/(cosθ0) ， 1/(cosθ0) 及 (n)/(sinθ0) 后再相加，最后输出 正向血流速度值 反向血流速度值 上二式中系数A= (K)/(cosθ0) ;B= (nK)/(sinθ0) Fd1f(t)为流速测量声束照射的正向血流产生的多普勒平均频移; Fd1r(t)为流速测量声束照射的反向血流产生的多普勒平均频移; θ0为流速测量声束发射晶片与辅助测量声束发射晶片之间固定夹角的一半; θ1为流速测量声束与血管轴向流速之间的夹角; θ2为辅助测量声束与血管轴向流速之间的夹角; K为频率-电压速度转换常数。 补偿因子<math><mi>n = </mi><msq本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用超声多普勒效应，兼有双向流速定量功能及双向流量定量功能的测量血流的方法，其特征在于上述的双向流速定量功能由“角度提取法”（即仅由流速测量声束的回波信号中的流速成份和流速测量声束及辅助测量声束与血流速度轴向夹角的比值进行运算）实现，上述的双向流量定量功能由流速值乘上血管截面积得到，血管截面积由管径测量声束的脉冲回波信号经处理后得到。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵谦明，王威琪，童瑞庆，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]