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Messen von Blutflussänderungen durch Doppler Ultraschall
Timothy Siebeneich
Problemstellung
Es soll ein kostengünstiges Ultraschall-Instrument zur Messung der Geschwindigkeit des Blutflusses entwickelt werden. Die erarbeitete Entwicklung soll dem Kompetenzzentrum dienen, Messungen des Blutflusses bei körperlichen Anstrengungen, z.B. Fahrradfahren, durchzuführen.
Lösungskonzept
Doppler Ultraschallgeräte nutzen den Dopplereffekt, um die Geschwindigkeiten in einem Blutgefäss zu bestimmen. Die Arbeit befasst sich mit einem handelsüblichen Baby Doppler, mit welchem die Geschwindigkeiten der Extremitätenarterien gemessen werden. Der Baby Doppler nützt ebenfalls den Dopplereffekt, um den fetalen Herzschlag für die Mutter hörbar zu machen.
Dadurch dass die Dopplerfrequenzverschiebung, die Differenz zwischen gesendetem und empfangenem Signal, proportional zur Geschwindigkeit und im hörbaren Bereich ist, kann anhand der Frequenzen des Audiosignals die Geschwindigkeit bestimmt werden. Die intravaskulären Blutflussgeschwindigkeiten werden in einem Dopplerspektrum dargestellt. Durch verschiedene Messungen am Unterarm und des Wasserstroms werden das Audiosignal und das Rauschen des Gerätes analysiert.
Ergebnisse
Die Messungen ergeben, dass sich die Frequenzen linear mit der Geschwindigkeit erhöhen. Die Winkelveränderung der Sonde zum gemessenen Fluss korreliert ebenfalls mit der Frequenzveränderung. Die Winkelveränderung zeigt auf, dass je kleiner der Winkel zwischen Sonde und Schlauch ist, desto höher sind die Frequenzen. Dabei kann der Baby Doppler bis zu einer Geschwindigkeit von 0.6 m/s. Anhand der Messungen der Arteria radialis mit dem Baby Doppler und einem Toshiba-Ultraschallgerät können die Frequenzen den Geschwindigkeiten zugeordnet werden und es können Messungen an Arterien mit einer gewissen Ungenauigkeit durchgeführt werden.
Die Arbeit hat ergeben, dass der Baby Doppler für die Messung von Blutgeschwindigkeiten eingesetzt werden kann. Mit einer Frequenz von 3 MHz kann das Gerät Messungen von Geschwindigkeiten in tiefer gelegenen Arterien durchführen. Durch den grossen Sondenkopf ist der Ort der Anwendung jedoch eingeschränkt, da mindestens ein Winkel von 60° gewährleistet werden muss. Gute Anwendungsorte sind daher z.B. der Unterarm oder die Kniekehle. Letztendlich bietet das Gerät eine Möglichkeit, die Geschwindigkeit in Blutgefässen zu messen. Es kann jedoch aufgrund der Ungenauigkeit nicht zur medizinischen Diagnostik angewendet werden.