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关于超声无创伤测量血流速度和流量的分析 余建国 王威琪 汪源源 本文作者余建国先生 复旦大学教授 医学电子学教研室主任 王威琪先生 中国工程院院士 复旦大学首席教授 博士生导师 国家医疗器械评审专家委员 会委员 汪源源先生 复旦大学教授 英国Weles 大学博士后 关键词: 超声 血流速度 血流量 测量 误差源 一 引言 医学超声在临床上应用的一个重要方面是检测人体的血流速度和血流流量 它们使超声诊断从形态学转向形态 血流动力学的特征分析 超声血流速度测量 的基本原理有两大类: (1) 利用超声多普勒原理; (2) 非多普勒原理的直接测量方法 目前广泛应用的是前者 它是通过发射脉冲超声波(或连续超声波) 照射目 标(血管) 并接收其散射回波信号 通过解调 得到回波的多普勒频率(频移) fd 即可求出相应的血流流速n, 即: 2f 0v fd= cosα c 式中 f0 超声发射频率; c 血流中声速; α 超声束和血流之间的夹 角 n 是应用位移 S 除以时间t 得到 原理虽然经典 技术却新颖 例如 将位 移固定 用相关技术检测出流过 S 的时间t 就可以得出速度n 再如 在固定时 间间隔t 内 跟踪血流中某个特征走过的位移 S 从而得出速度 这些都是目前 血流速度检测中的新方法 关于血流量的检测 除了血流速度外 还需要测量血 管(腔)截面积 应该指出 目前各种测量流量的超声方法都存在一定的误差 必须认真考虑 误差来源 本文对超声血流速度和流量测量的有关问题进行分析 为医学临床的 正确测量和鉴别仪器性能提供参考 二 血流速度和血流(流)量 医学上用的速度 流量都是物理量 为此 应弄清其物理概念 1. 流速: 为流体在单位时间内通过的距离 以n 表示 单位为cm/s 2. 流量(质量速率): 流体在单位时间内流过管道的某一截面的质量称该流体 在该管道中的流量 单位为g/s 以Q 表示 3. 体积速率: 流体在单位时间内流过管道某一截面的体积称该流体在该管 3 道中的体积速率 单位为cm /s mL/s 等 通常以V 表示 c 上述物理量之间有关系式: Q=Vc ρ 式中 ρ 流体的密度 4. 医学上的血流量: 医学上血流量的单位是mL/s 实质上是物理学中的体积 速率 为此 国外文献上有时对流量用Volume Rate 一词 目前 医学上血流量 Q 等于单位时间内某血管截面通过的血液体积 而不是血液质量 不像工业上流 动的各种液体 血管中流动的都是血液 为简便起见 认为人类血液密度为常数 3 (ρ=1g/cm ) 而不管其如地域 人种 性别 年龄或正常与病变等等引起的血液 密度的差别 考虑到流量随时间变化 记为Q(t) 同时 医学上还有用在某段时间内的血流量的概念 例如 每搏心输出量 每分钟心输出量等 这时 所考虑的血流量 QT 是相应时间段中流过血管(或某个 截面)血流的总体积 即Q(t)对时间T 的积分 记为: Q = ∫ Q(t )dt T F 式中 T 需要计算的那段时间 例如 每搏所需的时间或1min 三 医学上的血流量Q(t) (体积速度Vc) 的计算 由定义可知 Q(t)或V 计算有两大要素 截面S 和该截面上血流速度的分布 c 分布与位置有关 随时间变化 利用极坐标系 考虑血管的某一截面S 该