Durch Dopplerverfahren auch Analyse des Strömungsprofile möglich (PW).
Wichtig: Bei akustischem Dopplerverfahren ist die Bewegung des Senders und des Empfängers relativ zum Medium zu berücksichtigen. Folgende Zusammenhänge existieren:
Tabelle 5.1:
Dopplerbedingte Frequenzverschiebungen bei unterschiedlichen relativen Bewegungen
Sender
Empfänger
Zusammenhang
steht
steht
steht
mit auf Sender zu
steht
mit vom Sender weg
mit auf Empfänger zu
steht
mit von Empfänger weg
steht
Abbildung 5.9:
Blutflussmessung mit Ultraschall nach dem Dopplerprinzip
Hierbei kann Geschwindigkeit des Blutes mit
beschrieben werden. Wenn gilt:
(5.6)
lässt sich in der klinischen Anwendung nicht bestimmen.
Abbildung:
Prinzipieller Aufbau einer Stereo-Messonde zur Messung des Einstrahlwinkels . Sie besteht aus einem US-Sender und zwei Empfängern, die jeweils um einen bekannten Einstrahlwinkel zum Sender geneigt sind.
Hierfür werden zwei US-Empfänger und ein US-Sender eingesetzt. Wichtig: Symmetrieachse des Sensors muss senkrecht zur Strömungsrichtung sein, sonst kann nicht korrekt ermittelt werden. Zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit mittels Doppler-Verfahren eignen sich CW (damit kann man in Echtzeit messen!) und PW (mit Tiefenauflösung für Strömungsprofilanalyse)
Abbildung:
Blockschaltbild eines CW-Doppler-Flussmessgerätes
Werden Gleichanteil sowie Frequenzanteile bei herausgefiltert, so ist das Ausgangssignal proportional zum Cosinus der gesuchten Frequenzverschiebung bzw. zu . (Da es sich um viele Blutkörperchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten handelt, wird ein Frequenzspektrum gemessen).
Abbildung:
Schematischer Aufbau eines PW-Dopplergerätes
Ortsauflösung lässt sich durch zusätzliche Messung der Laufzeit erreichen. Tor1 lässt kurze Wellenpakete der Länge
zum Sender durch. Die Wiederholzeit ist so gewählt, dass sich keine Echos im Empfänger überschneiden. Mit Tor 2 wird aus Echosignal bestimmte Abschnitte herausgeschnitten und wie beim CW-Verfahren analysiert. Aus zwischen Tor 1 und Tor 2 wird die Tiefe bestimmt, aus der das Echosignal stammt. Bei Wahl der übrigen Zeiten (Impulsdauer
, Pulswiederholzeit zwischen zwei Pulsen T) muss der Zusammenhang zwischen Eindringtiefe und Strömungsgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Dabei ist das Abtasttheorem wichtig. Es bestimmt die obere Grenze von T. Ausserdem ist T nach unten durch die Laufzeit begrenzt.
Wenn man T so wählt, dass obere und untere Grenze zusammenfallen erzielt man optimale Ergebnisse. Es ergebt sich folgender Zusammenhang:
(5.7)
Nachteil ist, dass bei einfachen Mischung von Sende- und Empfangssignal die Richtungsinformation verloren geht. (da cos-Anteil um 0 symmetrisch ist). Dies lässt sich durch das Verwenden eines Quadratur-Phasendetektors vermeiden. (Empfängersignal wird um 90°verschoben, so dass das Mischen auf einen Sinus-Term führt, der vom Vorzeichen von abhängt.
Hier wird das Strömungsprofil in einem Blutgefäß gemessen, welches Aussagen über Herzklappen- und Gefäßveränderungen beinhaltet. Prinzipiell auch mit dem PW-Verfahren möglich (durch ``Schritt-für-Schritt-Abtastung''), jedoch nicht exakt, daStrömung sich während Messung des Strömungsprofils ändert. Beim Farb-Doppler-Verfahren entstehen nach dem Mischen ein Realteil und ein Imaginärteil (durch Einsetzen von Quadratur-Phasendetektor). Der Einstrahlwinkel, um den sich der Zeiger (re + im) während einer Pulswiederholzeit dreht, ist proportional zum gesuchten Mittelwert des Blutflusses. Wenn man an mehreren Orten nun misst, kann über bildgebende Verfahren die Strömungsgeschwindigkeit farbcodiert dargestellt werden.
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Michael Aschke
2000-04-14