مدل سازی سیگنال های جریان خون داپلر اولتراسوند بدست آمده از گرفتگی عروق با استفاده از شبیه سازی رفتار جریان خون پالسی در عروق با درجه گرفتگی متفاوت

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

2 گروه مهندسی پرتو پزشکی، دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه، روشی برای مدل کردن سیگنال های داپلر اولتراسوند بدست آمده از جریان خون گذرنده از عروق دارای گرفتگی، با استفاده از شبیه سازی سیگنال های RF بدست آمده از پراکنده‌ساز، در زمان و عمق‌های متفاوت ارائه می‌شود. در این مدل فرض شده است تعدادی پراکنده‌ساز به صورت تصادفی در رگ توزیع شده‌اند و در هر زمان بر اساس سرعت حرکت خود در مکان جدید قرار می‌گیرند. اثر داپلر نیز بوسیله تغییر در شکل سیگنال دریافتی از پراکنده‌سازها، در هر زمان قابل مشاهده خواهد بود. به منظور یافتن مشخصه سرعت پراکنده‌سازها، رفتار جریان خون در عبور از شریان، مدل‌سازی گردید و مشخصه سرعت بدست آمده به عنوان ورودی مدل سیگنال‌های داپلر، به منظور بدست آوردن طیف داپلر سیگنال‌های اولتراسوند، مورد استفاده قرار گرفت. شکل گرفتگی بکار برده شده برای شریان خون بصورت کسینوسی با استفاده از مدل Tu & Devil می‌باشد. جریان ورودی به ناحیه گرفتگی به شکل پالس واقعی یعنی همان پالس جریان خون در رگ، و بر اساس مدل ومرسلی می‌باشد، در نتیجه آهنگ تغییرات شدت جریان و اعداد رینولدز به واقعیت نزدیک می‌باشند. همچنین سیال در نظر گرفته شده به منظور مشابهت با سیال خون به صورت سیال غیر نیوتونی Power Law در نظر گرفته شده است. بررسی مقادیر مشخصه سرعت تخمین زده شده با مقدار اعمال شده به عنوان ورودی و بدست آمدن نتایج با خطای حدود 6% برای هر دوحالت یکی با گرفتگی 70% و دیگری بدون گرفتگی بیانگر دقت این مدل و روش برای شبیه‌سازی سیگنال داپلر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Computer Simulation of Doppler Ultrasound Blood Flow Signals Related to Stenosed Vessels Using Simulation of Pulsatile Blood Flow Behavior in Vessels with Various Stenosis Degrees

نویسندگان [English]

  • Mohsen Mehrabi 1
  • Saeed Setayeshi 2
1 Radiation Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.BOX: 11365-8486, Tehran, Iran
2 Department of Physics and Energy Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

In this study, a method has been proposed to model doppler ultrasound signals from blood flow passing through stenosed vessels using simulation of RF signals obtained from scattering points (Red blood cells) in different times and depths. In this model, it is supposed that several scattering points are randomly distributed in the vessel. The scattering points can be located in new positions based on their velocity in any time. Therefore, doppler Effect can be observed in anytime, with changing of received signals shape obtained from moving scatterers. The velocity profile of the scattering point was determined by modeling the blood flow pattern through arteries to further elucidate the Doppler spectrum of the applied ultrasound signals. A cosine stenosis shape was considered using Tu & Devil model as it is sufficiently similar to the normal shape of stenosis in the arteries. The input flow to the stenosed zone was the same as the pulsatile blood flow in the vessel, based on the Womersley model. As a result, changing of flow intensity and Reynolds number are very similar to reality. For similarity of considered fluid to blood fluid, the intended fluid is used in the form of non-Newtonian fluid. Investigation of the estimated velocity profile compared with the applied input value led to the error rate of 6% for both normal and stenosed (70%) cases, confirming the accuracy of this model and the method for simulating doppler signal.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Doppler signal
  • RF signal
  • Pulsatile blood flow
  • Non-Newtonian fluid
  • Womersley model