Introducción al principio Doppler
El cambio de frecuencia producido por el efecto Doppler se denomina desplazamiento de frecuencia Doppler, que es directamente proporcional a la velocidad relativa V e inversamente proporcional a la frecuencia de vibración.
El principio de funcionamiento del radar Doppler de pulso se puede expresar como: cuando el radar emite una onda de pulso de frecuencia fija para escanear el aire, si encuentra un objetivo en movimiento, habrá una diferencia de frecuencia entre la frecuencia de la onda devuelta y la frecuencia de la onda transmitida, esta diferencia de frecuencia se llama frecuencia Doppler. Según la frecuencia Doppler, se puede medir la velocidad de movimiento radial relativa del objetivo con respecto al radar; según la diferencia de tiempo entre el pulso transmitido y el pulso recibido, se puede medir la distancia del objetivo. Al mismo tiempo, el método de filtrado de frecuencia se utiliza para detectar las líneas espectrales de frecuencia Doppler del objetivo y filtrar las líneas espectrales de interferencias, de modo que el radar pueda distinguir la señal del objetivo de un fuerte desorden. Por lo tanto, el radar Doppler de pulsos es más resistente a la interferencia de parásitos que el radar normal y puede detectar objetivos en movimiento ocultos en el fondo.
El radar Doppler de pulso se desarrolló y puso en funcionamiento con éxito en la década de 1960. Desde la década de 1970, con el desarrollo de circuitos integrados a gran escala y tecnología de procesamiento digital, el radar Doppler de pulsos se ha utilizado ampliamente en alerta temprana aerotransportada, navegación, guía de misiles, seguimiento de satélites, reconocimiento en el campo de batalla, medición de distancias, control de disparos de armas y detección meteorológica. Otros campos se han convertido en importantes equipos militares. Los aviones de alerta temprana equipados con radar Doppler de pulsos se han convertido en un equipo militar eficaz contra bombarderos de baja altitud y misiles de crucero. Además, este tipo de radar también se utiliza para observaciones meteorológicas. El eco meteorológico con resolución de velocidad Doppler puede obtener la distribución de diversos movimientos de turbulencia del aire en la atmósfera a diferentes altitudes.
El sistema de control de incendios aerotransportado es principalmente un radar Doppler de pulsos. Por ejemplo, el radar APG-68 equipado en aviones de combate estadounidenses representa el nivel avanzado de radar de control de fuego Doppler de pulso aerotransportado. Tiene 18 modos de trabajo y puede rastrear y buscar objetivos aéreos, terrestres y marítimos. Tiene un buen rendimiento antiinterferente cuando el avión vuela a baja altitud, también puede guiarlo para rastrear las ondulaciones del terreno para evitar colisiones. el suelo. Este tipo de radar es de tamaño pequeño, ligero y muy fiable.
El radar Doppler de pulso aerotransportado se compone principalmente de antena, transmisor, receptor, servosistema, procesador de señales digitales, procesador de datos de radar y bus de datos. El radar Doppler de pulso aerotransportado generalmente utiliza un sistema coherente con una estabilidad de frecuencia portadora y pureza espectral extremadamente altas, lóbulos laterales de antena extremadamente bajos y utiliza tecnología avanzada de procesamiento de señales digitales. El radar Doppler de pulso generalmente utiliza frecuencias de repetición altas y múltiples y formas de señales de emisión múltiples. Utiliza métodos algebraicos en el procesador de datos y aplica la teoría de filtrado en el procesador de datos para filtrar o predecir aún más los datos de coordenadas del objetivo.
El radar Doppler de pulso tiene las siguientes características: ① Utiliza un procesador de señal programable para aumentar la capacidad, velocidad y flexibilidad de procesamiento de la señal del radar, mejorar la reutilización del equipo y permitir que el radar realice tareas de seguimiento y búsqueda. Al mismo tiempo, el estado de funcionamiento del radar se puede cambiar o aumentar, de modo que el radar tenga la capacidad de hacer frente a diversas interferencias y la capacidad de identificar objetivos más allá del alcance visual utilizando un tubo de ondas progresivas programable controlado por una rejilla; el radar puede funcionar en diferentes frecuencias de repetición de pulsos, tiene la capacidad de adaptar formas de onda y puede seleccionar formas de onda de frecuencia de repetición de pulsos bajas, medias o altas según diferentes condiciones tácticas, y puede obtener el mejor rendimiento en diversas condiciones de trabajo. Puede obtener alta resolución, en aplicaciones aire-tierra, puede proporcionar mapeo de mapas de alta resolución y mapeo de ampliación local de alta resolución, y puede distinguir formaciones densas de objetivos grupales en el estado de juicio enemigo aire-aire.
Ultrasonido Doppler (ultrasonido D)
El instrumento de diagnóstico ultrasónico elaborado en base al efecto Doppler se llama ultrasonido Doppler (ultrasonido D). Se utiliza en el diagnóstico clínico médico para diagnosticar el corazón, los vasos sanguíneos, el flujo sanguíneo y la frecuencia cardíaca fetal.
Hay muchos tipos de instrumentos Doppler ultrasónicos, que se pueden dividir aproximadamente en dos categorías según los diferentes modos de visualización: instrumentos Doppler espectrales e instrumentos de imágenes Doppler ultrasónicos.
El Doppler espectral se divide en Doppler de espectro continuo y Doppler de pulso según el método de generación de señal.
La ecografía Doppler incluye la angiografía Doppler ultrasónica y la medición del flujo sanguíneo Doppler color.
En las últimas décadas, la investigación del Doppler espectral ultrasónico en la detección del flujo sanguíneo ha logrado grandes logros, y la aparición del Doppler color ha hecho que esta investigación sea más completa.
La detección del flujo sanguíneo mediante Doppler espectral no es intuitiva, pero los cambios en el flujo sanguíneo se expresan a través de cambios en el espectro, que es una herramienta necesaria para la medición cuantitativa del flujo sanguíneo. Las imágenes del flujo sanguíneo Doppler color son muy intuitivas para mostrar el flujo sanguíneo. Se ha convertido en el método más utilizado para el diagnóstico cualitativo.
Aplicación clínica
1. Instrumento de diagnóstico Doppler ultrasónico continuo
El instrumento de diagnóstico Doppler ultrasónico continuo adquiere datos transmitiendo y recibiendo señales Doppler continuas sobre objetivos en movimiento. Estos instrumentos son sencillos, económicos y pueden utilizarse para observar los movimientos de las paredes del corazón, las válvulas y el cuerpo fetal. También existen limitaciones para las mediciones realizadas por estos instrumentos. Por ejemplo, no puede determinar la dirección del movimiento de un objeto ni detectar el estado del flujo sanguíneo. Debido a la falta de resolución de profundidad, no puede detectar la profundidad de objetos en movimiento. Por lo tanto, rara vez se usa en aplicaciones clínicas, excepto para detectar fetos.
2. Flujómetro sanguíneo Doppler ultrasónico continuo
El uso del flujómetro sanguíneo Doppler ultrasónico continuo puede detectar la magnitud y la dirección de la velocidad del flujo sanguíneo, especialmente cuando se mide alta velocidad. En términos de flujo sanguíneo, continuo El medidor de flujo sanguíneo Doppler ultrasónico tiene sus ventajas únicas. Sin embargo, estos instrumentos aún no pueden distinguir la distancia entre la sonda y el objetivo en movimiento. Los resultados de la medición se ven muy afectados por el ángulo entre el haz de sonido y la dirección del movimiento, lo que hace imposible comprender la ubicación del flujo sanguíneo anormal.
3. Medidor de flujo sanguíneo Doppler ultrasónico pulsado
El medidor de flujo sanguíneo Doppler ultrasónico pulsado emite pulsos ultrasónicos y controla el receptor a través de un circuito de retardo, lo que lo convierte en selectividad de distancia. Si se utilizan diferentes tiempos de retardo, se puede obtener la velocidad del flujo sanguíneo a diferentes profundidades a lo largo de la dirección del haz de sonido para formar un perfil de flujo sanguíneo. Actualmente, los medidores de flujo sanguíneo Doppler de pulso se utilizan en combinación con máquinas de imágenes por ultrasonido. Los primeros pueden verificar el estado del flujo sanguíneo y los segundos pueden detectar estructuras anatómicas. Por lo tanto, es útil para diagnosticar derivaciones causadas por estenosis de orificios y vasos, insuficiencia valvular. y el tabique auricular congénito se pueden lograr buenos resultados con respecto a los defectos. Este instrumento también tiene sus desventajas. El tamaño de la velocidad del flujo sanguíneo medido, es decir, el tamaño del desplazamiento Doppler, está limitado por la frecuencia de repetición del pulso. Cuando el cambio de frecuencia excede la frecuencia de Nyquist, el valor máximo del flujo sanguíneo de alta velocidad no se puede mostrar normalmente y se produce una inversión de frecuencia. Además, debido al pequeño rango de volumen de muestreo, se requieren movimientos repetidos en el corte y el tiempo de detección es largo.
4. Flujómetro sanguíneo Doppler color
El flujómetro sanguíneo Doppler color realiza análisis en escala de grises mediante detección de fase y procesamiento de autocorrelación en información de grados de eco Doppler disperso, que muestra la clasificación del flujo sanguíneo medio. en color, se combina con imágenes en modo B y ecocardiografía en modo M para proporcionar información espaciotemporal sobre el flujo sanguíneo dentro del corazón y los vasos grandes. Puede mostrar simultáneamente la distribución y el número de todos los chorros de flujo sanguíneo en una sección específica del corazón, así como la forma y el tamaño de las cámaras del corazón; mostrar la trayectoria y la dirección del flujo sanguíneo, identificar el flujo laminar, el flujo turbulento o los remolinos; flujo; medir el área y la longitud del chorro de flujo sanguíneo y su ancho, lo que sugiere claramente una relación entre la estructura vascular anormal y las anomalías hemodinámicas. Puede utilizarse para el diagnóstico no invasivo de valvulopatías, cardiopatías congénitas, miocardiopatías y tumores cardíacos. Las imágenes del flujo sanguíneo Doppler color son intuitivas, vívidas, rápidas y tienen una alta sensibilidad y precisión diagnóstica. Por supuesto, las imágenes del flujo sanguíneo con Doppler en color también tienen sus limitaciones. Es más un método de diagnóstico cualitativo. El análisis cuantitativo de la hemodinámica debe basarse en el Doppler espectral 1. El principio de funcionamiento de la ecografía Doppler pulsada es la ecografía Doppler pulsada. una onda de pulso emitida por un dispositivo de ultrasonido Doppler de pulso. El número de pulsos ultrasónicos emitidos por segundo se llama frecuencia de repetición de pulso (PRF), que generalmente es de 5 a 10 kHz. El instrumento de ultrasonido Doppler de pulso selectivo de rango utilizado actualmente consta de un transductor, un generador de pulsos de alta frecuencia, un oscilador principal, un divisor de frecuencia, un generador de pulsos de muestreo, un amplificador receptor, un detector de fase, un filtro de paso bajo y un convertidor f-v compuesto por otras partes. El transductor (sonda) adopta una estructura separada de transmisor y receptor. El cristal piezoeléctrico transmisor se excita mediante pulsos de alta frecuencia de duración extremadamente corta y emite pulsos ultrasónicos. El cristal piezoeléctrico receptor recibe el eco de alta frecuencia dispersado por los glóbulos rojos. Después de la amplificación, se ingresa al detector de fase para su demodulación. El filtro de paso bajo filtra la onda portadora alta y permite que las señales de eco Doppler de diferentes profundidades. aprobar. Al ajustar el tiempo de retardo entre el pulso de muestreo y el pulso de emisión de alta frecuencia, se puede muestrear selectivamente la señal de eco a una determinada profundidad para detectar el flujo sanguíneo en el vaso sanguíneo a esa profundidad.
Según el teorema de muestreo, la frecuencia de repetición del pulso de muestreo debe ser mayor que el doble del desplazamiento de frecuencia Doppler máximo. El tiempo de retardo entre el pulso de muestra y el pulso de transmisión puede generarse mediante un circuito de retardo monoestable simple. Un dial marcado con la distancia selectiva está montado directamente en el eje del potenciómetro y se usa para ajustar el tiempo de retardo, siendo cada cambio del tiempo de retardo de 13 μs, cambiando la escala de distancia en el dial de distancia exactamente 1 cm. La señal de salida del circuito de muestreo y retención contiene un componente de señal de pulso de control. Después de ser filtrada por un filtro de paso bajo, se envía al convertidor f-v y se convierte en una salida de voltaje.
2.Características y limitaciones de la ecografía Doppler de onda pulsada y la ecografía Doppler de onda continua
La ecografía Doppler de onda pulsada utiliza el mismo (o un grupo de) chips para transmitir y recibir ondas ultrasónicas. . Tiene un tiempo de transmisión más corto y un tiempo de recepción más largo. Las mediciones del flujo sanguíneo de punto fijo son posibles gracias a la tecnología selectiva en profundidad (o selectiva en distancia), que proporciona una resolución de alta distancia y un análisis preciso de las propiedades del flujo sanguíneo en los puntos de mayor afluencia. Dado que la frecuencia máxima de visualización del Doppler de pulso está limitada por la frecuencia de repetición del pulso, es probable que se produzca aliasing al detectar un flujo sanguíneo de alta velocidad. Esto es perjudicial para la detección de afecciones como la estenosis mitral y la estenosis aórtica.