目前，國(guó)內(nèi)常用的模擬人體血流的方法主要是弦線法和仿血流法，本文將簡(jiǎn)單介紹兩種方法的特點(diǎn)及區(qū)別。
一、弦線法
1.方法原理
弦線法模體(見圖1)由水槽、弦線、勻速步進(jìn)電機(jī)、數(shù)字控制器等部件組成，槽底鋪有吸聲內(nèi)襯，用以降低超聲回波和散射。弦線法模體操作簡(jiǎn)單，流速測(cè)量誤差小，且可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行編程。除了模擬勻速血流外，一般還提供正弦波、三角波以及一些常見的生理波形。
圖1弦線法模體示意圖
弦線法模體可以用來檢測(cè)評(píng)價(jià)彩色多普勒超聲診斷儀、經(jīng)顱多普勒超聲診斷儀等超聲設(shè)備的性能，可以評(píng)價(jià)的參數(shù)包括血液流速準(zhǔn)確度、血流方向識(shí)別和血流探測(cè)深度等。
2.血液流速準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)
血液流速的變化能夠直接反映人體心臟或者血管是否有病變，例如心臟瓣膜狹窄時(shí)，瓣膜的血液流速會(huì)變大超過正常值，同樣血管發(fā)生病變有狹窄時(shí)血液流速也會(huì)變大。準(zhǔn)確掌握血液流速的變化程度可以指導(dǎo)醫(yī)生采取何種治療方式，減輕患者痛苦甚至挽救生命。
檢測(cè)時(shí)，將水槽置于固定的平臺(tái)上并在底面鋪上吸聲材料，在水槽中注水至刻度線，將超聲探頭的表面輕輕浸入水中，用夾子固定好探頭對(duì)準(zhǔn)水中的弦線。連接電源，并設(shè)置合適的速度。
操作彩色多普勒超聲診斷儀，將診斷儀處于血液流速測(cè)量狀態(tài)。微動(dòng)探頭對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的弦線，盡量使超聲束的方向和弦線成銳角，將測(cè)量的“取樣容積”減到最小并置于弦線上，即可得到血液流速測(cè)量的頻譜圖。帶有自動(dòng)測(cè)量功能的診斷儀此時(shí)會(huì)顯示“峰值流速”、“平均流速”等信息；如果沒有自動(dòng)測(cè)量功能，將測(cè)量游標(biāo)移動(dòng)到譜圖的上下中心位置，按“測(cè)量”鍵，此時(shí)診斷儀會(huì)顯示“平均流速”等信息。將測(cè)得的“平均流速”與設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并計(jì)算得出彩色多普勒超聲診斷儀血液流速的測(cè)量誤差。
3.血流探測(cè)深度的評(píng)價(jià)
在評(píng)價(jià)診斷儀對(duì)血流的最大探測(cè)深度時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)器仍置于“血液流速測(cè)量”模式，將超聲診斷儀處于“能量圖”顯示狀態(tài)，將探頭對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的弦線，弦線會(huì)顯示成彩色的血管(如果弦線向探頭方向移動(dòng)，顯示為紅色；如果弦線背向探頭移動(dòng)，則顯示為藍(lán)色)。緩慢將探頭向較深的模擬血管(弦線)移動(dòng)，直到彩色信號(hào)消失，此后將探頭回退到彩色消失前的位置，將圖像凍結(jié)后以電子游標(biāo)測(cè)量此時(shí)弦線遠(yuǎn)端的深度，即為血流探測(cè)深度。
4.血流方向識(shí)別能力的評(píng)價(jià)
模體一般使用兩根并行的運(yùn)動(dòng)方向相反的弦線來模擬人體并行的動(dòng)靜脈。檢測(cè)時(shí)，微動(dòng)探頭對(duì)準(zhǔn)兩根并行且方向相反的弦線，觀察血流圖上是否出現(xiàn)紅、藍(lán)兩個(gè)彩色圓點(diǎn)，并要求兩個(gè)圓點(diǎn)完全分開。
將探頭以聲束線為軸旋轉(zhuǎn)180度，對(duì)準(zhǔn)并行的弦線觀察是否能顯示紅、藍(lán)兩個(gè)彩色圓點(diǎn)，并要求兩個(gè)圓點(diǎn)完全分開。
常規(guī)條件下，超聲在水中的傳播速度是1480米/秒，在人體內(nèi)是1540米/秒。所以在測(cè)量時(shí)，可以使用水和乙二醇的混合物，將聲速修正到1540米/秒。
二、仿血流法
1.方法原理
這種模體由仿組織體模(內(nèi)含超聲仿組織材料、管道和仿血液)、仿血流驅(qū)動(dòng)器、儲(chǔ)液器、緩沖器、轉(zhuǎn)子流量計(jì)以及連接這些組件的管道組成(見圖2)。檢測(cè)前，需連接各組件并將管道內(nèi)的氣泡排出，并運(yùn)行一段時(shí)間使得仿血液中的懸浮顆粒分布均勻。
圖2仿血流法模體示意圖
2.血液流速準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)
檢查血流多普勒試件各部件應(yīng)完好無損。在平整、固定的檢查床上，將血流多普勒試件、驅(qū)動(dòng)器、儲(chǔ)液器、流量計(jì)等各部分連接成一個(gè)閉合的通道(見圖1)，在測(cè)量過程中要確保這個(gè)閉合的通道內(nèi)沒有氣泡出現(xiàn)。
將探頭置于涂有耦合劑的掃描平面上，調(diào)節(jié)被校儀器的總增益、對(duì)比度和亮度，使模擬血管在圖像上清晰顯示。將彩色多普勒超聲診斷儀置于血流速度測(cè)量狀態(tài)，在血管內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)娜訁^(qū)，并使用多普勒角度校正功能，測(cè)量并計(jì)算得出彩色多普勒超聲診斷儀血液流速的測(cè)量誤差。
3.血流探測(cè)深度的評(píng)價(jià)
在彩色血流模式下，將探頭通過耦合劑或除氣水耦合于斜置管道的聲窗表面，超聲波束軸與聲窗表面垂直，使彩超顯示模擬血管的圖像，調(diào)節(jié)彩超的相關(guān)控制鍵以獲得清晰的血流圖。
測(cè)量時(shí)，將探頭向較深的模擬血管移動(dòng)，直到彩色信號(hào)消失，此后將探頭回退到彩色消失前的位置，將圖像凍結(jié)后以電子游標(biāo)測(cè)量此時(shí)模擬血管內(nèi)壁最遠(yuǎn)端的深度，即為血流探測(cè)深度。在頻譜多普勒模式下，測(cè)量方法同上，將探頭向較深的模擬血管移動(dòng)，直到頻譜信號(hào)剛消失時(shí)，凍結(jié)以電子游標(biāo)測(cè)量此時(shí)模擬血管內(nèi)壁最遠(yuǎn)端的深度。
4.血流方向識(shí)別能力的評(píng)價(jià)
接好血流多普勒試件，將探頭置于涂有耦合劑的掃描平面上，調(diào)節(jié)被校儀器的總增益、對(duì)比度和亮度，使模擬血管在圖像上清晰顯示。微動(dòng)探頭，在圖像上觀察是否能清晰顯示兩個(gè)距離為2mm的顏色不同的血液流向。
改變相對(duì)于探頭的血流方向，觀察血流圖是否變?yōu)榱硪环N顏色(紅變藍(lán)或藍(lán)變紅)。
三、兩種方法的比較
仿血流法的管道中充滿仿血液，比較接近臨床的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)操作人員要求很高。人體血液在血管中流動(dòng)時(shí)，根據(jù)流體力學(xué)的原理，血管中心部位的血液流動(dòng)速度比較快，而靠近血管壁的血液流動(dòng)速度較慢，頻譜圖顯示很寬(見圖2)，較難選擇測(cè)量點(diǎn)。在實(shí)際檢測(cè)過程中，需要準(zhǔn)確選擇取樣點(diǎn)的位置和大小，否則很難檢測(cè)出真實(shí)的血液流速。另外，旋鈕式的流速調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)自身的誤差等因素給測(cè)量結(jié)果帶來了很大的不確定度。因此，這種方法一般適用于醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行臨床技能培訓(xùn)、示范教學(xué)以及臨床研究等。
弦線法用運(yùn)動(dòng)的弦線代替血管中流動(dòng)的血液，弦線各部分的運(yùn)動(dòng)速度基本一致，測(cè)量時(shí)比較容易確定取樣點(diǎn)的位置，對(duì)血液流速的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度高。這種方法一般適用于注冊(cè)檢驗(yàn)、驗(yàn)收檢測(cè)、計(jì)量檢定。
使用前的準(zhǔn)備時(shí)，仿血流法較復(fù)雜，要用管道將各部件連接起來，排除管道中的空氣，運(yùn)行一段時(shí)間使得仿血液中的懸浮顆粒充分混勻。而弦線法直接開機(jī)，運(yùn)行正常后即可用于檢測(cè)。
在流速的計(jì)算時(shí)，仿血流法需將轉(zhuǎn)子流量計(jì)顯示的流量除以血管的截面積，得到流速，計(jì)算中又引入了血管直徑誤差帶來的不確定度。弦線法中弦線運(yùn)動(dòng)的速度可以直接和彩超測(cè)量的流速進(jìn)行比較，計(jì)算血液流速測(cè)量的誤差。