Principios de la ecografía médica
La obtención de imágenes por ultrasonido requiere tres pasos: emitir ondas sonoras, recibir ondas sonoras reflejadas y analizar y procesar señales para obtener imágenes.
Las sondas ultrasónicas emiten ondas ultrasónicas a través de transductores cerámicos piezoeléctricos. Diferentes sondas pueden emitir diferentes ondas sonoras a diferentes frecuencias. La frecuencia de la ecografía médica es generalmente de 2 a 13 MHz. Cuanto mayor es la frecuencia de las ondas sonoras, más débil es la difracción y mayor es la resolución de la imagen. Pero al mismo tiempo, cuanto mayor es la frecuencia, más rápido se atenúa la onda sonora y menor es la profundidad de penetración. Por lo tanto, cuando detectamos el corazón, solo podemos usar ondas sonoras de baja frecuencia; de lo contrario, la profundidad de detección no es suficiente, aunque el efecto de imagen es deficiente al detectar vasos sanguíneos subcutáneos como la arteria carótida y la arteria femoral, de alta frecuencia; Se utilizan ondas sonoras y la imagen es mucho más clara. En el experimento utilizamos una sonda cardíaca de 2-4MHz y una sonda vascular de 10MHz.
La onda reflejada sigue siendo recibida por la misma sonda ultrasónica. Los transductores cerámicos piezoeléctricos convierten señales acústicas en señales eléctricas, que luego son procesadas y representadas por un sistema informático.
La ecografía en modo B muestra una imagen bidimensional en escala de grises de una sección de tejido frente a la sonda. Sabemos que determinar cada punto en una imagen bidimensional en escala de grises requiere tres datos: la abscisa, la ordenada y la escala de grises. ¿Cómo conseguiste esto? Debido a que las ondas ultrasónicas se reflejarán cuando golpeen los tejidos del cuerpo humano, y diferentes tejidos tienen diferentes impedancias acústicas, la impedancia acústica se puede calcular en función de la reflectividad del eco recibido, que corresponde a la escala de grises en la imagen (como la señal acústica del tejido). impedancia de la pared del vaso sanguíneo). La impedancia es similar y la escala de grises en la imagen también es similar y se puede ver la forma del vaso sanguíneo). Suponiendo que la sonda es unidimensional, la posición de cada sonda en la sonda corresponde a una abscisa. La ordenada está determinada por la diferencia de tiempo entre la transmisión y la recepción de ondas sonoras. Suponiendo que las ondas sonoras se propagan a la misma velocidad en el cuerpo humano, cuanto más tiempo, más profunda es la ubicación del tejido reflectante. Finalmente podemos ver el contorno del tejido y medirlo, como el diámetro y área de los vasos sanguíneos.
Por supuesto, el proceso de obtención de imágenes específico es mucho más complicado que esto, porque la ecografía B es en tiempo real. Cómo distinguir las ondas transmitidas y las reflejadas, y cómo eliminar el ruido y amplificar las señales es muy complicado y no lo sé. Pero la simple descripción anterior es suficiente para darnos una comprensión general del proceso de obtención de imágenes.
Todos hemos aprendido sobre el efecto Doppler en física en la escuela secundaria. Ya sea que el transmisor o el receptor se mueva en relación con el medio de propagación de la onda sonora, provocará cambios en la frecuencia de la onda sonora observada.
El efecto Doppler se utiliza para medir la velocidad del flujo sanguíneo, como se muestra en la siguiente figura. El ángulo entre la dirección de la onda sonora emitida por la sonda y la dirección del flujo sanguíneo es \θ, la frecuencia de la onda sonora emitida es f_0, la frecuencia de la onda sonora reflejada es f', la frecuencia Doppler es f_D, la velocidad de propagación de la onda sonora en el tejido humano es c, y la velocidad del flujo sanguíneo es v.
La velocidad del flujo sanguíneo se puede calcular a partir de la frecuencia Doppler, la fórmula es la siguiente
El proceso de derivación es principalmente un conjunto de dos fórmulas del efecto Doppler. Al transmitir, se considera que el receptor (sangre) se mueve en relación con el medio sonoro (tejido humano), y al recuperarse, se considera que el transmisor (ondas sonoras reflejadas por la sangre) se mueve en relación con el medio. Entonces, el término sumatorio es aproximadamente constante en ambas frecuencias para obtener 2f_0 para el denominador.
Antes de realizar el examen de ultrasonido en color del útero, le pregunté a la hermana enfermera qué era un ultrasonido en color, porque descubrí que los resultados del examen y la pantalla eran negros y no tenía idea de dónde estaba el color. .
En comparación con la ecografía B, la ecografía Doppler color mide la velocidad del flujo sanguíneo mediante el efecto Doppler, que se representa mediante el color en la imagen. Así que este color no refleja directamente el color del tejido humano, lo cual es bastante decepcionante. En términos generales, el rojo en la imagen indica que la dirección del flujo sanguíneo proviene de usted y el azul indica que la dirección del flujo sanguíneo se aleja de usted. Al mismo tiempo, cuanto más oscuro es el color, más rápido fluye la sangre.
No sé mucho sobre los principios del Doppler de pulso. Busqué en línea la diferencia entre Doppler color y Doppler de pulso. Probablemente, los métodos sean diferentes y cada uno tenga sus pros y sus contras. En el experimento, lo que obtuvimos a través del Doppler de pulso fue el espectro de la velocidad del flujo sanguíneo, es decir, el cambio de la velocidad del flujo sanguíneo con el tiempo (diagrama de forma de onda), no el diagrama de imágenes del tejido humano. Al medir la distancia horizontal (diferencia de tiempo) entre dos pulsos de velocidad del flujo sanguíneo, se puede calcular la frecuencia cardíaca. Si el diámetro del vaso sanguíneo se mide en la imagen Doppler en color (la imagen de ultrasonido B también es aceptable), se puede calcular el área del vaso sanguíneo y luego multiplicarla por el área (integral) debajo de la curva en uno ciclo de la forma de onda de velocidad del flujo sanguíneo, puede obtener Flujo sanguíneo (la cantidad de sangre que fluye durante un minuto).
La siguiente imagen es mi imagen Doppler color de la arteria carótida (imagen superior) y mi imagen Doppler de pulso (imagen inferior), que midieron la velocidad máxima del flujo sanguíneo, la frecuencia cardíaca (el doble de la frecuencia cardíaca) y los vasos sanguíneos. diámetro y flujo sanguíneo (VolFlow) y otra información.
Para resumir, los principios físicos de los instrumentos médicos de ultrasonido: transmitir y recibir ondas ultrasónicas a través de un transductor piezoeléctrico, obtener imágenes del contorno del tejido a través de la reflectividad, el tiempo de recepción y la posición de la sonda, y medir el flujo sanguíneo a través de la velocidad del efecto Doppler. . La ecografía B es una imagen bidimensional en escala de grises que refleja el contorno del tejido. La ecografía en color es una imagen bidimensional en escala de grises con información adicional sobre la velocidad del flujo sanguíneo, y el Doppler de pulso obtiene la forma de onda de la velocidad del flujo sanguíneo que cambia con el tiempo.
Me viene a la mente algo interesante: cuando se utiliza el Doppler de pulso, el instrumento emitirá un sonido de latido, ya sea midiendo los vasos sanguíneos o el corazón. No sé si este sonido es una amplificación de los latidos de mi corazón, el sonido de mi pulso sanguíneo o el sonido del instrumento mismo, que toca junto con los latidos de mi corazón.
Algunas preguntas y respuestas:
1. Cómo medir la velocidad del flujo sanguíneo: efecto Doppler
2. Cómo obtener el flujo sanguíneo: el área de los vasos sanguíneos multiplicada por la sangre. flujo Integral de la velocidad del flujo.
3. Cómo obtener la frecuencia cardíaca: En el Doppler de pulso, el intervalo entre dos flujos sanguíneos máximos es el período.
4. Cómo obtener el volumen cardíaco: rastrea automáticamente el área.
5. Cómo obtener el área del vaso sanguíneo: trazar o medir el radio del vaso sanguíneo.
6. Cómo obtener la función cardíaca: la relación entre los volúmenes sistólico y diastólico del ventrículo izquierdo.
7. La diferencia entre Doppler color y Doppler de pulso: uno es imagen bidimensional y el otro es espectro.
Referencias:
1. Wikipedia: Ultrasonido Médico
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②Principios de la ecografía médica
③Diseño experimental del impacto del ejercicio en la distribución del flujo sanguíneo.
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