siêu lý siêu âm doppler ts phạm minh thông

1
nguyªn lý siªu ©m doppler
PGS.TS Ph¹m Minh Th«ng
2
Nguyên lý chung hiệu ứng doppler

1842 Johan Christian Doppler ng ời áo phát hiện
hiệu ứng trên ánh sáng mang tên ông

Hiệu ứng này đúng trong môi tr ờng vật chất dạng
sóng( radio, âm thanh)

Trong sóng âm khi một chùm SÂ đ ợc phát đi gặp
một vật thì có hiện t ợng phản hồi âm, tần số của
chùm SÂ phản hồi về thay đổi so với chùm phát đi
nếu khoảng cách t ơng đối giữa nguồn phát và vật
thay đổi; tần số tăng nếu khoảng cách giảm và ng
ợc lại.
3
Nguyên lý chung hiệu ứng doppler

fo
f
C
f = f-fo = 2fo.V.cos / C
f: Thay đổi tần số
fo: Tần số phát
f: Tần số phản xạ
V: Tốc độ vật di chuyển
:Góc giữa chùm SÂ và
mạch máu

C: tốc độ của SÂ trong cơ
thể( 1540m/s)
4
∆f = f-fo = 2fo.V.cos θ/ C  V = ∆f x C
2Fo .Cos θ
θ = 0 th× Cos θ = 1 nªn ∆f tèi ®a , tÝn hiÖu cao nhÊt,
nÕu θ= 90®é th× Cos θ = 0 nªn kh«ng cã tÝn hiÖu
Doppler
Nguyªn lý chung hiÖu øng doppler
5
Siêu âm Doppler liên tục:
-Đầu có hai tinh thể gốm áp điện: một phát liên tục
sóng âm, mọt thu tín hiệu phản hồi
-So sánh tốc độ phát và thu để tính tốc độ di chuyển
vật thể( hồng cầu trong máu)
-Tín hiệu Doppler biểu diễn d ới dạng âm thanh và
phổ

Nguyên lý các kiểu siêu âm doppler
6

Siêu âm Doppler liên tục (tiếp)
-Ưu điểm: đơn giản, ghi đ ợc tốc độ cao không có
aliasing
-Nh ợc: không ghi chọn lọc một vùng, ghi toàn bộ tín
hiệu dòng chảy sóng đi qua
Nguyên lý chung hiệu ứng doppler
7
Nguyªn lý c¸c kiÓu siªu ©m doppler
Nguyªn lý siªu ©m Doppler

liªn tôc
1;§Çu dß
2:m¹ch m¸u
fo: tÇn sè ph¸t
f: tÇn sè thu
∆f: tÇn sè Doppler = f-fo
θ: gãc gi÷a chïm S¢ vµ m¹ch
m¸u
1
2
∆f
f
fo
8
Nguyên lý siêu âm Doppler xung
-Đầu dò chỉ có 1 tinh thể gốm áp điện, sóng âm phát
ngắt quãng( xung SÂ) khoảng nghỉ thu tín hiệu SÂ
phản hồi
Nguyên lý các kiểu siêu âm doppler
9
Nguyªn lý siªu ©m doppler xung
S¬ ®å siªu ©m Doppler
xung:
1: ®Çu dß
2: m¹ch m¸u
Fo: tÇn sè ph¸t
f: (fo+ ∆f) TÇn sè sãng
ph¶n håi
P: ®é s©u cöa sæ D
L: kÝch th íc cöa ghi

Doppler
1
2
fo
fo+∆f
(thu)
TÝn
hiÖu D
10
Nguyên lý siêu âm doppler xung
-Ghi tín hiệu dòng chảy ở vùng nhất định
-Vị trí và thể tích vùng ghi tín hiệu ( cửa Doppler) có thể
thay đổi.
-Vị trí cửa ghi D: xác định bằng thời gian từ khi phát
đến khi ghi phản hồi
-Kích th ớc: phụ thuộc chiều rộng chùm SÂ và thời gian
thu sóng phản hồi.
11
Nguyªn lý siªu ©m doppler xung
S¬ ®å ghi Doppler
1.§Çu dß; 2. Cöa ghi Doppler;
T.Thêi gian tõ lóc ph¸t tíi lóc thu sãng ph¶n håi
t. Kho¶ng thêi gian thu sãng ph¶n håi
12

Tốc độ sóng âm hằng định( 1540m/s) nên chiều sâu
vùng ghi Doppler d= T/2.1540(m)

Chiều dài cửa sổ: xác định bằng thời gian thu sóng
phản hồi t = LxC( L: rộng mạch; C tốc độ sóng SÂ)

Chiều rộng cửa: phụ thuộc kích th ớc chùm SÂ
Nguyên lý siêu âm doppler xung
13

Tần số nhắc lại xung (pulse repetition frequency-
PRF): số lần/ 1s sóng âm đi đến đích quay về

Đơn vị KHz nh ng ghi K tránh nhầm tần số Doppler

PRF = C/ 2d ( d: chiều sâu mạch, C tốc độ SÂ
1540)

Theo ph ơng trình Shannon: f PRF/2, nếu
f > PRF/2 thì có hiện t ợng cắt cụt đỉnh( aliasing)
Nguyên lý siêu âm doppler xung
14

Tránh aliasing:
-Chuyển đ ờng 0 xuống thấp
-Giảm f bằng giảm Fo( tần số phát)
-Tăng góc để Cos : nh ng góc phải luôn > 60
-Giảm đọ sâu d ( ép BN) để tăng PRF
- Sử dụng máy có PRF cao
Nguyên lý siêu âm doppler xung
15

Ưu điểm:
Lựa chọn chính xác và thay đổi kích th ớc vùng cần
ghi tín hiệu.

Nh ợc : Hạn chế về tốc độ , độ sâu, góc đo
Nguyên lý siêu âm doppler xung
16

Tín hiệu Doppler đ ợc phân tích; âm thanh hay đ
ờng ghi, hay dạng phổ

Tần số Doppler nằm trong khoảng nghe thấy, chẩn
đoán bằng nghe

Biểu thị tín hiệu Doppler bằng đ ờng ghi: kỹ thuật
đếm só lần tín hiệu quá đ ờng 0.
-Đ ờng tốc độ thể hiện tốc độ chung dòng chảy sóng
âm đi qua
Nguyên lý siêu âm doppler
phân tích phổ doppler
17

Phổ Doppler : là KQ của phân tích các tín hiệu Doppler
bằng phép biến đổi nhanh của Fourier (Fast Fourỉe
Transform -FFT)
Hợp âm sol,si,rê đ ợc phân
tích bằng FFT thành 3 âm cơ bản
Tín hiệu Doppler chứa nhiều tần số
khác nhau qua FFT nhận biết các tần số
18

Phép biến đổi FFT cho phép phân tích trong 5 à
giâytần số Doppler thành các tần số thành phần; c

ờng độ biểu hiện độ sáng của của phổ

Phổ Doppler đ ợc coi nh đ ờng ghi theo không gian
3 chiều: trục thời gian, trục tần số( tôc độ) và c ờng
độ

Đ ờng phổ Doppler đã loại bởt TS thấp của thành
mạch và cả dàng chảy thấp sát thành

ĐM: tần số cao nhiều hơn thấp thì tâm thu nên có
cửa sổ ít tín hiệu tâm thu
Nguyên lý siêu âm doppler
phân tích phổ doppler
19
Nguyªn lý siªu ©m doppler
ph©n tÝch phæ doppler
Phæ Doppler ®éng m¹ch
c¶nh gèc
BiÓu diÔn phæ Doppler trong kh«ng
gian ba chiÒu sau khi ph©n tÝch FFT
20

Siêu âm Doppler xung kết hợp SÂ cắt
lớp( Duplex).
-Hệ thống mạch máu thấy rõ để đặt cửa sổ ghi
Doppler có độ rộng thích hợp
-PRF đ ợc tự điều chỉnh hay điều chỉnh tuỳ ý thích
hợp
-Hình phổ Doppler ghi cùng hình 2D hay riêng biệt
Nguyên lý siêu âm doppler

phân tích phổ doppler
21
-áp dụng nguyên lý SA Doppler xung nhiều cửa thu
tín hiệu một vùng
-Tín hiệu từ các cửa đ ợc mã hoá màu chồng lên SA
2D tạo thành bản đồ dòng chảy (Color Flow
Mapping-CFM)
Nguyên lý siêu âm doppler màu
22
Nguyªn lý siªu ©m doppler mµu
S¬ ®å siªu ©m Doppler mµu
( siªu ©m Doppler xung nhiÒu cöa)
23
Nguyên tắc mã hoá màu:
-Màu đỏ cho dòng chảy về đầu dò, xanh ng ợc lại
-Tốc độ càng lớn màu càng sáng
-Aliasing màu khi tốc độ quá lớn: Chỗ tăng tốc
chuyển thành màu đối diện nh ng nhạt
-Dòng rối có hiện t ợng khảm màu.
Nguyên lý siêu âm doppler màu
24
Nguyªn lý siªu ©m doppler mµu
§éng m¹ch c¶nh trong cã dßng rèi
25
Nguyªn lý siªu ©m doppler mµu
HÑp khÝt ®éng m¹ch thËn ph¶i