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经颅多普勒诊断血管定标系统的研究
张文锋
(信息工程学院计算机科学与技术专业)

一引言
医学的发展及工程技术在医学领域的应用,促使在本世纪 50 年代初兴起并形成了一门
生物医学工程(Bio-Medical Engineering, BME)学科。它广泛涉及医学、电子学、计算技术、
生物材料、生物力学、生物控制和医疗器械等领域。,它综合运用了现代自然科学和工程技
术方面的成就,从工程角度深入研究人体结构、机能及相互之间的关系,以解决医学上存在
的问题,它是一门医学与工程技术相互交错、相互渗透的学科。医学仪器是其重要组成部分。
医学仪器的广泛应用,改变了过去医生只能用感官去收集诊断信息的状况,提供更为
客观、更为精确、更为有效的诊断和治疗手段。随着医学水平的提高,临床检验的精度要求
越来越高,对检验仪提出了“微量、正确、快速、自动”的要求。计算机与临床仪器的结合,
不但使仪器本身的操作实现自动化,而且提高了分析速度,分析精度,扩大了仪器的测定功
能和应用范围。
颈颅多普勒诊断系统为无创伤性超声颅脑检查仪器,它能准确地提供人体脑部血管血
流动力学资料。该系统由计算机与超声探头(超声换能器)的结合,实现血管血流的测量。
理邦精密仪器公司研制的颈颅多普勒诊断系统 CBS-900 II 投放市场以来,一方面受到用户
的热烈欢迎,另一方面用户也反映该系统在使用中存在着某些不足的方面,其中主要是用户
在使用的过程中无法知道当前被检测血管的名称以及不能判断对指定被检测血管的位置和
深度是否正确等。为此,公司决定为下一代的多普勒诊断系统新增一个血管定位子系统,作
者承担了研究开发该子系统的任务,本文将对该子系统作较详细的介绍。
二超声检测原理
超声波
超声波是在弹性媒质中传输的一种机械波,是一种听不到的高频声波。通常把 2 X
104 — 1010Hz 的声波称为超声波。超声波与声波一样,是振动在弹性媒质中的传播,需要
有高频振动源。机械振动源和弹性媒质是超声波形成的基本条件。弹性媒质可以由气体、液
体、固体和等离子体构成。超声波频率高,波长短,成束传播,能量集中于束内,指向性好,
具有类似于光线的物理特性。超声波在空中很快被衰减吸收,而在固体和液体中传输能力很
强,适用于与固体和液体媒质中进行探测。
超声波在人体组织器官中穿透性强,即使声强为几 mW/cm2,甚至于数μW/cm2,也能
对人体组织进行有效探测,为超声诊断提供了条件。W/cm2 级声强的超声波,能与人体组织
器官产生机械、化学和温热效应,为超声理疗提供了物理基础。超声波来源于高频机械振动,
人体应用超声波检查和治疗均无剂量积累。在诊断剂量内使用,不产生可检出的超声生物效
应,对人体是安全无损的。
超声多普勒效应的基本原理
1842 年奥地利物理学家 Doppler 研究了一种物理现象,即振动源与接收仪器在弹性媒质
中做相对运动时,所接收到的频率不同于振动源辐射频率,其频率相差与相对运动的速度有
关。这种现象称为多普勒效应。
各种波动传播过程都能产生多普勒效应。医学超声多普勒技术就是利用超声波的多普勒
效应原理,来实现医学检测的技术。最近 20 多年来医学超声多普勒技术获得了迅速发展