Introducción al principio Doppler
El cambio de frecuencia provocado 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 de la siguiente manera: cuando el radar emite una onda de pulso de frecuencia fija para escanear el aire, si encuentra un objetivo en movimiento, la frecuencia del eco será la misma. como la frecuencia de la onda transmitida. La diferencia 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 transmitir el pulso y recibirlo, 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 pulso tiene una mayor capacidad de interferencia anti-obstrucción 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 alcance, control de fuego de armas y detección meteorológica. Y otros aspectos, se ha convertido en un importante equipo militar. 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. Realiza resolución de velocidad Doppler en ecos meteorológicos y puede obtener la distribución de diversos movimientos turbulentos del aire en la atmósfera a diferentes altitudes.
El sistema de control de incendios aerotransportado utiliza principalmente un radar Doppler de pulso. 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 buscar y rastrear objetivos en el aire, en tierra y en el mar. Tiene un buen rendimiento antiinterferencias cuando el avión vuela a baja altitud, también puede guiarlo para rastrear las ondulaciones del terreno. para evitar colisiones con el suelo. Este 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 adopta un sistema coherente, tiene una estabilidad de frecuencia portadora y pureza espectral extremadamente altas, lóbulos laterales de antena extremadamente bajos y adopta tecnología avanzada de procesamiento de señales digitales. El radar Doppler de pulso generalmente utiliza frecuencias de repetición más altas y diversas y varias formas de señal de transmisión para utilizar métodos algebraicos en el procesador de datos, y puede aplicar la teoría de filtrado para filtrar aún más los datos de coordenadas del objetivo en el procesador de datos o predecir.
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, y mejorar la reutilización del equipo, de modo que el radar pueda buscar mientras rastrea y puede cambiar o aumentar el estado de funcionamiento del radar, de modo que el radar tenga la capacidad de lidiar con diversas interferencias y la capacidad de identificar objetivos más allá del alcance visual ② Utilice tubos de ondas viajeras programables controlados por rejilla para permitir que el radar funcione; la capacidad de adaptar formas de onda a diferentes frecuencias de repetición de pulso. Puede seleccionar formas de onda de frecuencia de repetición de pulso baja, media o alta según diferentes condiciones tácticas y puede obtener el mejor rendimiento en diversas condiciones de trabajo. ③ Utilice haces Doppler. La tecnología de afilado obtiene alta resolución. , que puede proporcionar levantamientos cartográficos de alta resolución y levantamientos de aumento local de alta resolución en aplicaciones aire-tierra. Puede distinguir objetivos grupales en formaciones densas en el estado de juicio de situación del enemigo aire-aire.
Ultrasonido Doppler, instrumento de diagnóstico por ultrasonido modo D). Se utiliza en diagnóstico clínico médico para el diagnóstico del corazón, los vasos sanguíneos, el flujo sanguíneo y la frecuencia cardíaca fetal.
Hay muchos tipos de instrumentos Doppler ultrasónicos según los diferentes métodos de visualización, se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: instrumentos Doppler espectrales e instrumentos de imágenes Doppler ultrasónico.
El Doppler espectral se divide en Doppler de espectro continuo y Doppler de pulso según la forma de generar las señales.
El equipo de imágenes por ultrasonido Doppler incluye equipos de imágenes vasculares Doppler ultrasónico y equipos de imágenes del flujo sanguíneo Doppler color.
En las últimas décadas, la investigación sobre la detección del flujo sanguíneo mediante Doppler espectral ultrasónico ha logrado grandes logros, y la aparición del Doppler color la ha hecho aún más perfecta. La detección del flujo sanguíneo mediante Doppler espectral no es intuitiva. Los cambios en el flujo sanguíneo se expresan a través de cambios en el espectro. Para la medición cuantitativa del flujo sanguíneo, el Doppler espectral es una herramienta esencial para la visualización del flujo sanguíneo. intuitivo, se ha convertido en el método más fiable de diagnóstico cualitativo.
Ámbito de aplicación clínica
1. Instrumento de diagnóstico Doppler ultrasónico continuo
El instrumento de diagnóstico Doppler ultrasónico continuo transmite y recibe señales Doppler continuas para obtener información sobre objetivos en movimiento. Este tipo de instrumento tiene una estructura simple y un precio bajo. Puede usarse para observar el estado del movimiento de la pared del corazón, las válvulas y el cuerpo fetal. La medición de este tipo de instrumento también tiene muchas limitaciones. Por ejemplo, no puede determinar la dirección del movimiento de un objeto ni detectar el estado del flujo sanguíneo. Como no tiene resolución de profundidad, no puede detectar la profundidad de objetos en movimiento. Por lo tanto, rara vez se usa clínicamente, excepto para la detección fetal.
2. Flujómetro sanguíneo Doppler ultrasónico continuo
Utilizando un flujómetro sanguíneo Doppler ultrasónico continuo, se puede detectar la magnitud y dirección de la velocidad del flujo sanguíneo, especialmente cuando se mide el flujo sanguíneo continuo de alta velocidad. El caudalímetro Doppler ultrasónico tiene sus ventajas únicas. Este tipo de instrumento todavía no puede 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, y es imposible entender el lugar donde se produce el flujo sanguíneo anormal.
3. Flujómetro sanguíneo Doppler ultrasónico de pulso
El flujómetro sanguíneo Doppler ultrasónico de pulso emite pulsos ultrasónicos y tiene un circuito de retardo para controlar el receptor, lo que hace que este instrumento tenga capacidad de control a 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. En la actualidad, el flujómetro Doppler de pulso se combina con la ecografía B. El primero se utiliza para comprobar el estado del flujo sanguíneo y el segundo para detectar estructuras anatómicas, por lo que puede diagnosticar orificios valvulares y estenosis vasculares, insuficiencia valvular y congénitas. defectos septales. La desviación resultante logró buenos resultados. Este tipo de instrumento también tiene sus desventajas. El tamaño de la velocidad del flujo sanguíneo que mide, es decir, el tamaño del cambio de frecuencia Doppler, está limitado por la frecuencia de repetición del pulso. Cuando el valor del cambio de frecuencia excede la frecuencia de Nyquist, la porción máxima del flujo sanguíneo con alta velocidad no se puede mostrar normalmente y aparece una inversión de frecuencia. Además, dado que el rango del volumen de muestreo es muy pequeño, es necesario moverlo repetidamente en la sección transversal y el tiempo de detección es largo.
4. Instrumento de obtención de imágenes de flujo sanguíneo Doppler color
El instrumento de obtención de imágenes de flujo sanguíneo Doppler color realiza detección de fase en información eco Doppler dispersa y realiza procesamiento de autocorrelación, codificación en escala de grises en color y clasificación de la sangre promedio. velocidad del flujo y mostrarla en color, que combinada con imágenes en modo B y ecocardiografía en modo M, puede proporcionar información temporal y espacial del flujo sanguíneo en el corazón y los vasos grandes. Puede mostrar simultáneamente la distribución y el número de todos los haces de flujo sanguíneo, la forma y el tamaño de la cámara en una determinada sección del corazón; mostrar la ruta y la dirección del flujo sanguíneo; identificar el flujo laminar, el flujo turbulento o el flujo en remolino, medir el área y delinear la longitud; y ancho de los haces de flujo sanguíneo. Se sugiere claramente la relación entre la estructura vascular anormal y las anomalías hemodinámicas. Se utiliza clínicamente para el diagnóstico no invasivo de enfermedades de las válvulas cardíacas, enfermedades cardíacas congénitas, miocardiopatías y tumores cardíacos. Las imágenes del flujo sanguíneo Doppler color son intuitivas, vívidas y rápidas para la detección. Por supuesto, las imágenes del flujo sanguíneo Doppler color también tienen sus limitaciones. Es más un método de diagnóstico cualitativo y el análisis cuantitativo de la hemodinámica requiere el uso de Doppler espectral 1. Instrumento de ultrasonido Doppler de pulso Principio de funcionamiento
Doppler de pulso. El instrumento ultrasónico emite ondas 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 de rango de uso común actualmente consta de un transductor, un generador de pulsos de alta frecuencia, un oscilador maestro, un divisor de frecuencia, un generador de pulsos de muestreo, un amplificador receptor, un detector de fase, un filtro de paso bajo y Consta de convertidor f-v y otros componentes. El transductor (sonda) adopta un tipo de transmisión y retracción, y el cristal piezoeléctrico transmisor se excita mediante un pulso de alta frecuencia de muy corta duración para emitir pulsos ultrasónicos. El cristal piezoeléctrico receptor recibe el eco de alta frecuencia dispersado por los glóbulos rojos y, 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 sean diferentes. profundidades para pasar.
Al ajustar el tiempo de retardo entre el pulso de muestreo y el pulso de emisión de alta frecuencia, se puede controlar y muestrear la señal de eco de una cierta profundidad, detectando así 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 2 veces el cambio de frecuencia Doppler máximo. El tiempo de retardo entre el pulso de muestreo y el pulso de transmisión puede generarse mediante un circuito de retardo monoestable simple. El dial que indica la distancia de activación está montado directamente en el eje del potenciómetro para ajustar el tiempo de retardo. Cada vez que el tiempo de retardo cambia en 13 μs, la escala de distancia en el dial de distancia cambia 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 a f-v y se convierte en una salida de voltaje.
2.Características y limitaciones del Doppler de onda de pulso y del ultrasonido Doppler de onda continua
El Doppler de onda de pulso emite y recibe ondas ultrasónicas desde un mismo chip (o grupo). Pasa menos tiempo transmitiendo y más tiempo recibiendo. Debido al uso de la tecnología de activación de profundidad (o de distancia), se puede realizar una medición del flujo sanguíneo de punto fijo, por lo que tiene una alta resolución de distancia y también puede realizar un análisis preciso de las propiedades del flujo sanguíneo de un punto ruidoso. Dado que la frecuencia máxima de visualización del Doppler de onda 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 muy desfavorable para el examen de enfermedades como la estenosis de la válvula mitral y la estenosis de la válvula aórtica.