基于微纳米颗粒的光声多普勒微循环流速测量 生物医学工程专业论文.docx

基于微纳米颗粒的光声多普勒微循环流速 测量 Study on Photoacoustic Doppler of Micron-nano-sized Particles for the Flow Measurement in Microcirculatory 学科专业：生物医学工程 研 究 生：尹荣贻 指导教师：赵友全 副教授 天津大学精密仪器与光电子工程学院 二零一二年十二月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天 津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘 要 人体的微循环系统主要在微血管，微血管也叫毛细血管，是血液与周围组织 进行物质交换的场所，而流速是表征血管性能的一个重要参数，微血管或周围组 织的病变会导致血流发生变化。微血管的流速测量和成像对于心脑血管等疾病的 预防及治疗有着非常重要的作用。 目前的血液流速测量主要是利用多普勒技术，主要包括超声多普勒和激光多 普勒流速测量。超声多普勒测速的原理是利用流体中运动微粒散射声波的多普勒 频移来获得液体流速信息，由于人体内组织的缓慢运动，在测量低流速时，获得 的多普勒信号不只来自于流动的微粒还有管壁的影响，因此在低流速下超声多普 勒的测量受到很大制约；激光多普勒的原理与超声多普勒相似，也是利用了运动 微粒的光散射，虽然它能够测得较低的流速，但是测量深度有限，并且不能获得 流速的方向信息。光声多普勒技术很好的解决了这一问题，它兼有声学测量和光 学测量的优点，有很高的光学对比度和较低的背景噪声。 本课题根据光声多普勒频移与流速的线性关系，设计了一套以锁相放大器为 核心的低流速测量系统，通过光声多普勒信号与参考信号混频运算得到光声多普 勒频移信号，然后对其进行快速傅里叶变换得到多普勒频移，进而计算出平均流 速；为了验证流速与超声探头的夹角（多普勒角度）对多普勒频移的影响，以丰 富和补充光声多普勒理论，对原有的实验系统做了改进，利用步进电机带动超声 探头的旋转，完成了对多普勒角度的扫描。 实验结果表明，多普勒角度的余弦值与多普勒频移呈线性关系，本文提出的 方法适用于低流速的测量，相比于其它多普勒流速测量技术，不但有较好的测量 准确性，还能判断流速方向，并讨论了多普勒角度与多普勒频移的关系，作为一 种新技术它可能为微血管低流速测量提出了一种新的无创测量手段。 关键词：微血管 光声多普勒 低流速测量 锁相放大器 多普勒频移 ABSTRACT The microcirculatory system in human body is mainly micro vascular which is also called capillaries. It is a material exchange place for blood and surrounding tissues whose pathological process can lead to the blood flow change, and flow velocity is an important parameter representing vascular performance. Micro vascular flow measurement and imaging for diseases’ prevention and treatment such as cardiovascular and cerebrovascular diseases plays an important role. The blood flow velocity measurement is mainly using Doppler technology, mainly including ultrasonic Doppler velocity measurement and laser Doppler velocity measureme