Ультразвуковой флоуметр. Ламинарное течение крови в сосудах
Прибором, который имеет те же преимущества, что и электромагнитный флоуметр, является ультразвуковой флоуметр, действие которого основано на эффекте Допплера. На рисунке показан миниатюрный пьезоэлектрический кристалл, с одного конца вмонтированный в флоуметрический датчик. Кристалл, подключенный к соответствующему электронному аппарату, генерирует ультразвуковые волны частотой несколько сотен тысяч герц. Ультразвуковая волна распространяется вдоль сосуда с током крови. При этом часть звука отражается от эритроцитов текущей крови и возвращается к пьезоэлектрическому кристаллу. Отраженные волны имеют меньшую частоту, чем основная волна, потому что эритроциты движутся в направлении от кристалла.
Этот эффект и называют эффектом Допплера. (Это тот же эффект, который можно заметить, когда прибывающий поезд, проходя мимо станции, издает гудок. Когда поезд удаляется, частота звука резко снижается по сравнению с частотой звука прибывающего поезда. По этой же причине гудок удаляющегося от вас поезда воспринимается как звук гораздо более низкий, чем гудок приближающегося поезда.)
Ультразвуковой флоуметр, основанный на эффекте Допплера
Что касается ультразвукового флоуметра, показанного на рисунке, то звуковая волна высокой частоты в какой-то момент прерывается, затем отраженная волна меньшей частоты поступает обратно к пьезокристаллу и усиливается с помощью электронного устройства. Другая часть аппарата сравнивает частоту основной звуковой волны и отраженной, определяя скорость движения крови.
Ультразвуковой флоуметр способен регистрировать быстрые пульсовые колебания кровотока в кровеносных сосудах так же, как и электромагнитный прибор.
Ламинарное течение крови в сосудах
Если кровь с постоянной скоростью течет вдоль длинного сосуда, имеющего гладкую внутреннюю поверхность, характер течения крови — слоистый, причем каждый слой крови при движении находится на одном и том же расстоянии от стенки сосуда. Таким образом, центральная порция крови всегда протекает в центре кровеносного сосуда вдоль его продольной оси. Такой тип движения крови называют ламинарным (или слоистым) течением в противоположность турбулентному течению, во время которого кровь движется в сосуде во всех направлениях, постоянно перемешиваясь (об этом будет сказано далее).
А. Две жидкости цэдна окрашена в красный цвет, другая - бесцветная) перед началом движения.
Б. Эти же жидкости через 1 сек после начала движения.
В. Турбулентное течение, характеризующееся беспорядочным движением частиц жидкости
Параболический профиль распределения скоростей во время ламинарного течения. Во время ламинарного течения крови скорость ее движения в центре сосуда оказывается гораздо большей, чем скорость движения вблизи стенки сосуда. В сосуде на рисунке содержится две жидкости: одна окрашена в красный цвет, другая — бесцветная. Если жидкости начинают течь, то через 1 сек между ними образуется параболическая граница, как показано на рисунке. При этом слой жидкости, прилежащий к стенке сосуда, почти неподвижен; следующий слой жидкости продвигается на малое расстояние; порция жидкости, находящаяся в центральной части сосуда, продвигается на большое расстояние. Таким образом, формируется параболический профиль распределения скоростей.
Причина такого распределения скоростей следующая: молекулы жидкости, прикасаясь к стенке сосуда, едва движутся, т.к. они «прилипают» к сосудистой стенке. Следующий слой молекул «прилипает» к предыдущему, третий слой — ко второму, четвертый — к третьему и т.д. Следовательно, жидкость в центральной части сосуда может двигаться с большой скоростью, потому что между ней и сосудистой стенкой находятся много слоев молекул, скользящих относительно друг друга. При этом каждый слой жидкости, расположенный ближе к центру, движется с большей скоростью, чем наружный слой, расположенный ближе к стенке.
