Principio di funzionamento del flussimetro Doppler

Il flussimetro doppler è un apparecchio diagnostico non invasivo che sfrutta l’utilizzo degli ultrasuoni con il fenomeno della riflessione (eco) e l’effetto Doppler per misurare la velocità e portata del sangue nei vasi.
Il flussimetro è costituito da un trasduttore piezoelettrico che trasmette un’onda ultrasonora alla frequenza f_s di alcuni MHz verso il vaso sanguigno di cui si vuole determinare il flusso. Il suono viene poi riflesso dai globuli rossi che si allontanano dalla sorgente con velocità v_g e rivelato dal ricevitore costituito sempre da cristallo piezoelettrico.

Se l’angolo θ tra la direzione di scorrimento del sangue v_g e l’asse della sonda che emette f_s è molto piccolo, la frequenza del suono incidente f_i sui globuli rossi in allontanamento è data dalla relazione:

dove v è la velocità del suono nel sangue e v_g la velocità media dei globuli rossi. Quindi la frequenza del suono incidente sarà sempre minore di quella del suono entrante: f_i < f_s come previsto dall’effetto Doppler.

I globuli rossi riflettono il suono agendo da sorgente in moto di allontanamento che emette una frequenza f_r, per cui il trasduttore piezoelettrico rivela la frequenza dell’ultrasuono riflesso:

che è una frequenza ulteriormente diminuita rispetto a f_i. I globuli rossi fungono da osservatore in moto quando sono colpiti dal fascio incidente e, da sorgente in moto, quando lo riflettono.

Conoscendo la velocità degli ultrasuoni nel sangue v, la frequenza di emissione f_s e la frequenza f_r rilevata dal cristallo ricevitore, si può misurare la variazione di frequenza Δf ed ottenere la velocità media del sangue v_g:

Se l’angolo θ è grande l’equazione si modifica in:

Inoltre, nei liquidi dove la velocità del suono nel sangue è molto maggiore della velocità media (v>>v_g ), l’equazione può essere semplificata in:

Questa equazione è quella che viene usata in flussimetria Doppler per ottenere la velocita istantanea del sangue v_g, che dipende dallo spostamento in frequenza Δf.

Conoscendo adesso la velocità media istantanea del sangue nel vaso, se si conosce il raggio si può risalire anche alla portata: Q= πr²v_g

Se nel vaso è presente un suo restringimento (stenosi), in quel punto la v_g del sangue aumenta secondo l’equazione di continuità (vS = cost). Quindi, il flussimetro Doppler è uno strumento molto sensibile per localizzare una stenosi o un aneurisma nel sistema cardiovascolare.

Fonte: Fisica biomedica.