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目前,国内常用的模拟人体血流的方法主要是弦线法和仿血流法,本文将简单介绍两种方法的特点及区别。

 

一、弦线法

1.方法原理

弦线法模体(见图1)由水槽、弦线、匀速步进电机、数字控制器等部件组成,槽底铺有吸声内衬,用以降低超声回波和散射。弦线法模体操作简单,流速测量误差小,且可根据用户的要求进行编程。除了模拟匀速血流外,一般还提供正弦波、三角波以及一些常见的生理波形。

 

图1弦线法模体示意图

弦线法模体可以用来检测评价彩色多普勒超声诊断仪、经颅多普勒超声诊断仪等超声设备的性能,可以评价的参数包括血液流速准确度、血流方向识别和血流探测深度等。

2.血液流速准确度的评价

血液流速的变化能够直接反映人体心脏或者血管是否有病变,例如心脏瓣膜狭窄时,瓣膜的血液流速会变大超过正常值,同样血管发生病变有狭窄时血液流速也会变大。准确掌握血液流速的变化程度可以指导医生采取何种治疗方式,减轻患者痛苦甚至挽救生命。

检测时,将水槽置于固定的平台上并在底面铺上吸声材料,在水槽中注水至刻度线,将超声探头的表面轻轻浸入水中,用夹子固定好探头对准水中的弦线。连接电源,并设置合适的速度。

操作彩色多普勒超声诊断仪,将诊断仪处于血液流速测量状态。微动探头对准运动的弦线,尽量使超声束的方向和弦线成锐角,将测量的“取样容积”减到最小并置于弦线上,即可得到血液流速测量的频谱图。带有自动测量功能的诊断仪此时会显示“峰值流速”、“平均流速”等信息;如果没有自动测量功能,将测量游标移动到谱图的上下中心位置,按“测量”键,此时诊断仪会显示“平均流速”等信息。将测得的“平均流速”与设置标准值进行比较,并计算得出彩色多普勒超声诊断仪血液流速的测量误差。

3.血流探测深度的评价

在评价诊断仪对血流的最大探测深度时,标准器仍置于“血液流速测量”模式,将超声诊断仪处于“能量图”显示状态,将探头对准运动的弦线,弦线会显示成彩色的血管(如果弦线向探头方向移动,显示为红色;如果弦线背向探头移动,则显示为蓝色)。缓慢将探头向较深的模拟血管(弦线)移动,直到彩色信号消失,此后将探头回退到彩色消失前的位置,将图像冻结后以电子游标测量此时弦线远端的深度,即为血流探测深度。

4.血流方向识别能力的评价

模体一般使用两根并行的运动方向相反的弦线来模拟人体并行的动静脉。检测时,微动探头对准两根并行且方向相反的弦线,观察血流图上是否出现红、蓝两个彩色圆点,并要求两个圆点完全分开。

将探头以声束线为轴旋转180度,对准并行的弦线观察是否能显示红、蓝两个彩色圆点,并要求两个圆点完全分开。

常规条件下,超声在水中的传播速度是1480米/秒,在人体内是1540米/秒。所以在测量时,可以使用水和乙二醇的混合物,将声速修正到1540米/秒。

 

二、仿血流法

1.方法原理

这种模体由仿组织体模(内含超声仿组织材料、管道和仿血液)、仿血流驱动器、储液器、缓冲器、转子流量计以及连接这些组件的管道组成(见图2)。检测前,需连接各组件并将管道内的气泡排出,并运行一段时间使得仿血液中的悬浮颗粒分布均匀。

图2仿血流法模体示意图

2.血液流速准确度的评价

检查血流多普勒试件各部件应完好无损。在平整、固定的检查床上,将血流多普勒试件、驱动器、储液器、流量计等各部分连接成一个闭合的通道(见图1),在测量过程中要确保这个闭合的通道内没有气泡出现。

将探头置于涂有耦合剂的扫描平面上,调节被校仪器的总增益、对比度和亮度,使模拟血管在图像上清晰显示。将彩色多普勒超声诊断仪置于血流速度测量状态,在血管内选择适当的取样区,并使用多普勒角度校正功能,测量并计算得出彩色多普勒超声诊断仪血液流速的测量误差。

3.血流探测深度的评价

在彩色血流模式下,将探头通过耦合剂或除气水耦合于斜置管道的声窗表面,超声波束轴与声窗表面垂直,使彩超显示模拟血管的图像,调节彩超的相关控制键以获得清晰的血流图。

测量时,将探头向较深的模拟血管移动,直到彩色信号消失,此后将探头回退到彩色消失前的位置,将图像冻结后以电子游标测量此时模拟血管内壁最远端的深度,即为血流探测深度。在频谱多普勒模式下,测量方法同上,将探头向较深的模拟血管移动,直到频谱信号刚消失时,冻结以电子游标测量此时模拟血管内壁最远端的深度。

4.血流方向识别能力的评价

接好血流多普勒试件,将探头置于涂有耦合剂的扫描平面上,调节被校仪器的总增益、对比度和亮度,使模拟血管在图像上清晰显示。微动探头,在图像上观察是否能清晰显示两个距离为2mm的颜色不同的血液流向。

改变相对于探头的血流方向,观察血流图是否变为另一种颜色(红变蓝或蓝变红)。

 

三、两种方法的比较

仿血流法的管道中充满仿血液,比较接近临床的实际应用,对操作人员要求很高。人体血液在血管中流动时,根据流体力学的原理,血管中心部位的血液流动速度比较快,而靠近血管壁的血液流动速度较慢,频谱图显示很宽(见图2),较难选择测量点。在实际检测过程中,需要准确选择取样点的位置和大小,否则很难检测出真实的血液流速。另外,旋钮式的流速调节、转子流量计自身的误差等因素给测量结果带来了很大的不确定度。因此,这种方法一般适用于医疗卫生机构进行临床技能培训、示范教学以及临床研究等。

弦线法用运动的弦线代替血管中流动的血液,弦线各部分的运动速度基本一致,测量时比较容易确定取样点的位置,对血液流速的评价准确度高。这种方法一般适用于注册检验、验收检测、计量检定。

使用前的准备时,仿血流法较复杂,要用管道将各部件连接起来,排除管道中的空气,运行一段时间使得仿血液中的悬浮颗粒充分混匀。而弦线法直接开机,运行正常后即可用于检测。

在流速的计算时,仿血流法需将转子流量计显示的流量除以血管的截面积,得到流速,计算中又引入了血管直径误差带来的不确定度。弦线法中弦线运动的速度可以直接和彩超测量的流速进行比较,计算血液流速测量的误差。