超音波都卜勒頻移(Doppler shift)與下列那一項因素較無關?
詳細解析
本題觀念
超音波都卜勒頻移(Doppler shift)是移動紅血球散射超音波後,接收頻率相對於發射頻率的改變。連續波或脈衝波都卜勒的核心判斷,都可先抓住速度向量在聲束方向上的分量;在脈衝回波系統中,回波返回所需的時間則主要用來定位反射體的深度。題目問哪一項與頻移較無關,答案是 C,因為傳遞時間不是運動造成頻率改變的直接變數。
常用的脈衝回波都卜勒關係式可寫成 fd = 2f₀v cosθ / c,其中 fd 是都卜勒頻移,f₀ 是發射超音波頻率,v 是血流速度,θ 是血流與聲束的夾角,c 是組織中的聲速。由式子可見,A、B、D 都直接影響頻移;傳遞時間主要決定取樣位置或深度,因此 C 最不相關。
選項分析
A.血流速度:錯誤。速度 v 直接出現在頻移公式的分子。血流越快,且其速度向量在聲束方向上的分量越大,測得的頻移幅度通常越大;血流方向反轉時,頻移的正負號也會反轉。若血流速度為零,理想狀況下就沒有由運動產生的都卜勒頻移。
B.超音波頻率:錯誤。發射頻率 f₀ 也直接乘在公式中。其他條件相同時,提高探頭的發射頻率會提高同一血流速度所造成的頻移幅度,因此不同探頭頻率下的都卜勒量測不能只比較數字而不考慮 f₀。臨床儀器會依探查深度、解析度與頻移範圍選擇適當頻率。
C.超音波於血液組織中傳遞時間:正確,為本題答案。脈衝回波的往返時間是儀器判斷反射體距離的重要依據,時間越長通常表示目標越深;它決定的是「從哪裡取樣」,不是紅血球運動造成的頻率差。深度可能間接影響可用的脈衝重複頻率、訊號衰減與取樣條件,但那是儀器操作與訊號品質的間接關係,不是都卜勒頻移方程式中的直接因素。
D.血流與超音波入射波夾角:錯誤。角度 θ 以 cosθ 出現在公式中,決定血流速度有多少投影到聲束軸線上。θ 接近 0° 時,cosθ 接近 1,頻移較能反映實際速度;θ 接近 90° 時,cosθ 接近 0,軸向頻移變小,量測容易低估速度。角度超過 90° 時,方向與頻移符號的判讀也會改變,所以 D 是重要因素。
答案解析
分析這類題目最有效的方法,是先寫出都卜勒頻移的物理關係,再將每個選項逐一對照。對於反射自移動紅血球的脈衝波都卜勒,聲波先由探頭進入組織、被血球散射,再返回探頭,因而有二次頻移,形成式中的 2;血流速度和聲束夾角決定血球朝向探頭的速度分量,發射頻率則決定同樣速度所造成的頻率差尺度。組織聲速 c 也在式中,但在常見軟組織估算時通常視為近似固定值。
不要把「回波抵達時間」和「頻移」當成同一個量。脈衝回波系統用時間延遲搭配已知或假設的聲速,估算反射體深度,並透過 gate 選取特定深度的血流訊號;系統再從該位置的回波相位或頻率變化估計都卜勒頻移。也就是說,傳遞時間協助回答「訊號來自哪裡」,都卜勒頻移回答「移動散射體相對聲束如何運動」。兩者在同一台儀器中同時被使用,卻是不同的資訊軸。
因此 C 並不是說傳遞時間對整個超音波檢查完全沒有影響,而是相較於 A、B、D,它與「運動造成的頻率差」沒有直接方程式關係。這個措辭正是題目使用「較無關」的原因。
核心知識點
- 都卜勒頻移常用關係式為 fd = 2f₀v cosθ / c;考試先辨認 f₀、v、cosθ 三個直接變數。
- 速度越大,頻移幅度越大;方向反轉會使頻移正負改變。
- 發射超音波頻率越高,在其他條件固定時產生的頻移越大,但也要配合探查深度與混疊限制選擇探頭。
- 夾角是速度估算的關鍵。接近 0° 時軸向投影最大;接近 90° 時頻移接近零,速度容易被低估。
- 脈衝回波往返時間主要用於深度定位與取樣 gate;它不是移動紅血球頻移公式中的直接變數。
- 聲速 c 受介質影響,軟組織常用近似值作計算;不要把聲速、傳遞時間與都卜勒頻移混成同一個物理量。
- 讀題看到「頻移與何者較無關」,可用公式快速排除速度、發射頻率與入射角,再選與深度定位相關的傳遞時間。