Эффект Допплера (лекция на Диагностере)

Статья находится в разработке.

Для оценки кровотока используют доплеровские методы: спектральный доплер (D-режим) и цветной доплер (Сolor flow mapping, CFM). К разновидностям цветного доплера относят энергетический доплер (Power doppler, PD), доплеровскую визуализацию тканей (Doppler tissue imaging, DTI), конвергентный цветовой доплер (Convergent color doppler, CCD).

Одновременное отображение на экране В- и D-эхограмм — это дуплексный или В+D режим. Одновременное отображение на экране В-, CFM- и D-эхограмм — это триплексный или В+CFM+D режим.

Эффект Допплера

Частота ультразвукового сигнала при отражении от движущегося объекта изменяется. Величина изменения пропорциональна скорости движения объекта. Если объект движется навстречу источнику излучения, отраженная частота выше передаваемой частоты — положительный доплеровский сдвиг. Если объект движется от источника излучения, отраженная частота ниже передаваемой частоты — отрицательный доплеровский сдвиг. В медицинских ультразвуковых приборах источник и приемник сигналов объединены в датчике.

Принцип доплера

Вектор скорости движения эритроцитов может быть направлен под некоторым углом относительно датчика. Допплеровский сдвиг частоты определяется проекцией скорости V на линию, соединяющую отражатель с датчиком, т.е. величиной (V x cosθ).
Доплер угол 1
Частота колебаний от датчика (fc) и к датчику (fd), известны. Скорость звука в большинстве мягких тканей изменяется в пределах ±5% относительно среднего значения С=1540 м/с, в расчетах можно принять это значение. Величину угла θ можно определить на В-эхограмме. Представляется возможным оценить скорость кровотока.

Важно!!! Доплеровский сдвиг сильно зависит от угла инсонации. Всегда направляйте датчик вдоль потока, а НЕ на стенку сосуда. Угол 0° обеспечивает наименьшую ошибку. Это редко достижимо, но по мере приближения к 0° ошибка уменьшается. Если угол выше 60°, из-за быстро меняющейся функции косинуса ошибка экспоненциально увеличивается. Например, при 5° установка курсора коррекции угла в точке 0° это приводит к ошибке 0,4%, тогда как при 60° ошибка возрастает до 18,4%.

Импульсно-волновой и непрерывный доплер

Импульсно-волновой доплер (Pulse Wave, PW) основан на излучении отдельных серий импульсов, один пьезокристалл служит и генератором колебаний, и рецептором отраженных волн. Поскольку известна скорость распространения ультразвука в тканях, то возможно анализировать только те сигналы, которые отражаются от исследуемого объекта, расположенного на определенном расстоянии от датчика. Место исследования кровотока называется контрольным объемом.

Главное достоинство PW — измерение скорости в любом интересующем участке сосуда.

Адекватная оценка скорости течения крови методами допплерографии возможна при величине смещения частоты колебаний (Δf) не более половине частоты повторения импульсов (ЧПИ). ЧПИ ограничена при импульсном методе допплерографии глубиной локации, в свою очередь ограничивает измерения высокоскоростных потоков. Режим высокой частоты повторения импульсов (ЧПИ) устраняет этот недостаток. Чем больше ЧПИ, тем большая скорость кровотока может быть исследована. Расчет скоростных характеристик потоков в режиме импульсной допплерографии возможен при скорости потока не более 1-1,5 м/сек (предел Найквиста). Превышение этой скорости вызывает искажение доплеровского спектра — элайзинг.

Главный недостаток PW — невозможность измерения высокой скорости кровотока.

Непрерывно-волновой доплер (Continue Wave, CW) в датчике одни пьезокристаллы постоянно генерируют колебания, а другие постоянно воспринимают отраженные волны.

Фото. Схема метода импульсной (А) и непрерывной (Б) допплерографии

Это позволяет исследовать кровоток вдоль всего луча и измерять любую его скорость, что является главным достоинством этого метода. Основной его недостаток — невозможность точной локализации исследуемого кровотока. При постоянноволновом методе допплерографии накладывается изображение низких скоростей до стеноза и высоких скоростей дистальнее него. При этом вариации в интенсивности сигнала отображают количество эритроцитов с определенной скоростью движения (так называемое спектральное изображение).

Оба метода дополняют друг друга: импульсный режим позволяет определить локализацию, направление потоков, провести их цветное картирование, а постоянный режим точно измеряет высокие скорости.

Цветной доплер

В цветном доплере направление и скорость кровотока закодированы в различные оттенки красного и синего цвета, в зависимости от положительного и отрицательного сдвига доплеровской частоты. Цветовую схему можно настроить вручную, например, красный цвет показывает направление движения крови к датчику, а синий — от датчика. Светлые тона соответствует более высоким скоростям кровотока — более низким.

Внимание!!! Цвет указывает направление потока по отношению к преобразователю, а не направление кровотока).

В энергетическом доплере закодирована скорость кровотока — различные оттенки одного цвета, но отсутствует информация о направлении потока. Он чувствителен для обнаружения медленного потока и для оценки извилистых артерий.

Фото. Элайзинг цветового потока может быть скорректирован путем увеличения частоты повторения импульсов (шкалы).
Настройка цветовой шкалы
Фото. Элайзинг вдоль стенки сегмента часто является надежным руководством для выбора оптимального места для измерения высоких скоростей. Однако резкие изменения в цветовой гамме в артерии или наложение могут также возникать вдоль резких изгибов в извилистых артериях из-за вызванного центростремительной силой вторичного потока и неуместного допплеровского угла.
ЦДК настройка окна

Спектральный доплер или D-режим

Шаг 1. В В-режиме с помощью трекбола перемещают длину контрольного объема на конкретную позицию в пределах сосуда.

Шаг 2. Отрегулируйте ширину объема пробы, чтобы охватить 80% просвета сосуда.

Шаг 3. Если требуются измерения скорости, измените коррекцию угла наклона курсора так, чтобы она совпадала с направлением потока. Без этой поправки шкала скорости и сделанные из нее измерения неадекватны (см. выше).

Внимание!!! Для качественной оценки потока или измерений индексов (SI, RI, PI) коррекция угла не требуется.

Шаг 4. Базовая линия, которая представляет 0 см/с, должна быть отрегулирована, чтобы спектр был выше базовой линии. Если базовая линия слишком высока, появится спектральная трасса для обхода дисплея с систолическими пиками, которые видны внизу дисплея. Обратите внимание, что иногда форма волны может отображаться в обратном порядке, то есть ниже базовой линии. Это зависит от ориентации датчика и сосуда друг от друга (есть инвертирующая кнопка для изменения). Принято при исследовании артерий основной спектр располагать выше базовой линии, а при исследовании вен — ниже. Ряд авторов рекомендует для всех сосудов, включая вены, располагать вверху антеградный спектр, внизу — ретроградный.

Шаг 5. Установите масштаб скорости (PRF) представленный их осью на спектральном дисплее, чтобы приспосабливать скорость измеряемого кровотока. Аспектная трасса, занимающая приблизительно две трети от показа, часто является подходящей в исходном состоянии, если не ожидается увеличения значимой величины. Масштаб можно увеличить, увеличив PRF и наоборот. При использовании автоматического анализа программного обеспечения следует избегать настройки шкалы после сбора данных, поскольку это потребует повторной калибровки.

Шаг 6. DOPPLER GAIN. Коэффициент усиления спектральной допплеровской трассы должен быть увеличен до точки, где след ясен и определен, но не настолько высок, чтобы заполнить фон «пятнами» или шумом. Если усиление слишком велико, зеркальная спектральная трасса может быть видна ниже базовой линии. Динамический диапазон спектральной трассы также можно уменьшить, чтобы улучшить контрастность трассы, то есть сделать ее белее по сравнению с черным фоном; Это важно, если вы используете автоматическое программное обеспечение для обнаружения края для анализа. Как и в режиме B, подавление шума может быть увеличено для удаления слабых эхо на фоне спектральной трассы.

Шаг 7. Зафиксируйте значения максимальной систолической и минимальной диастолической скоростей, после чего производят обводку одного комплекса. Выбранная скорость временной развертки должна быть достаточной для наблюдения 2-3 комплексов на экране. После проведения всех этих измерений можно получить отчет, включающий значения V max, V min, V mean, PI, RI для всех обследованных сосудов.

Доплер угол
Фото. Ультразвуковой сигнал отражается от эритроцитов. Скорость движения эритроцитов выше в центре сосуда и ниже пристеночно. Регистрируется доплеровский спектр, где компоненты с более высоким сдвигом частоты, расположенные ближе к огибающей, соответствуют быстро движущимся в центре сосуда эритроцитам, а компоненты с более низкими значениями частоты, находящиеся ближе к изолинии, соответствуют медленно движущимся около стенок сосуда эритроцитам. Чем большее количество эритроцитов движутся с той или иной скоростью, тем выше мощность соответствующего спектрального компонента. Поскольку большее их количество движется с высокими скоростями, то максимум мощности доплеровского спектра наблюдается вблизи его огибающей. Линейная скорость кровотока зависит от фазы сердечного цикла: в систолу она выше, в диастолу — ниже, поэтому огибающая доплерограммы напоминает пульсограмму.
Фото. Перпендикулярный луч (А) в режиме доплера приведет к слишком малым доплеровским сдвигам, плохо сформированной форме волны и неправильному определению скорости. Используя ручную регулировку улучшим угол между лучом и потоком, и спектр проясняется (Б): максимальная скорость после автоматической трассировки 43,3 см/с. Но и это не верно! До тех пор, пока не будет сделана коррекция угла (В), масштаб скорости не будет справедлив. Адекватная пиковая скорость 86,6 см/с.
Угол и спектр

К качественным характеристикам спектра относятся:

форма огибающей (быстрота нарастания фронта волны, форма систолического пика, наличие дополнительных пиков);

направление кровотока;

характер распределения мощности доплеровского спектра (расположение максимума мощности спектра, картина спектра в области вершины доплерограммы, наличие спектрального окна);

характер звукового сигнала (дующий).

К количественным характеристикам спектра относятся:

Vs — максимальная систолическая или пиковая скорость кровотока;

Vd — конечная диастолическая скорость кровотока;

Vm — средняя за сердечный цикл скорость кровотока;

SD (систоло-диастолический показатель или индекс Стюарта) отражает упругоэластические свойства сосудов и меняется с возрастом.

SD=Vs/Vd

PI (индекс пульсации или индекс Гослинга) отражает упругоэластические свойства артерий и снижается с возрастом. Является более чувствительным показателем, чем RI, так как в расчетах используется Vm, которая раньше реагирует на изменение просвета и тонуса сосуда, чем Vs.

PI = (Vs-Vd)/Vm

RI (индекс периферического сопротивления или индекс Пурсело) отражает состояние сопротивления кровотоку дистальнее места измерения.

RI = (Vs-Vd)/Vs

Внимание!!! PI и RI важно использовать вместе, т.к. они отражают разные свойства кровотока в артерии. Использование лишь одного из них без учета другого может быть причиной диагностических ошибок.

Ламинарный, турбулентный и смешанный типы потока

Ламинарный тип — нормальный вариант кровотока в сосудах. Признаком ламинарного кровотока является наличие «спектрального окна» на спектре при оптимальном угле между направлением УЗ-луча и осью потока. Если этот угол достаточно велик, то «спектральное окно» может «закрыться» даже при ламинарном типе кровотока.

Турбулентный тип кровотока характерен для мест стеноза или неполных окклюзий сосуда и характеризуется отсутствием «спектрального окна» на допплерограмме. При ЦДК выявляется мозаичность окрашивания, в связи с движением частиц в разных направлениях — элайзинг.

Смешанный тип кровотока может в норме определяться в местах физиологических сужений сосуда, бифуркациях артерий. Характеризуется наличием небольших зон турбулентности при ламинарном потоке. При ЦДК выявляется точечная мозаичность потока в области бифуркации или сужения.

Магистральный и коллатеральный тип потока

Магистральный тип — нормальный вариант кровотока в магистральных артериях конечностей. Он характеризуется наличием на допплерограмме трехфазной кривой, состоящей из двух антеградных и одного ретроградного пика. Первый пик кривой — систолический антеградный, высокоамплитудный, остроконечный. Второй пик — небольшой ретроградный (ток крови в диастолу до закрытия аортального клапана). Третий пик — небольшой антеградный (отражение крови от створок аортального клапана). Надо отметить, что магистральный тип кровотока может сохраняться и при гемодинамически незначимых стенозах магистральных артерий.

Магистральный измененный тип кровотока регистрируется ниже места стеноза или неполной окклюзии. Первый систолический пик изменен, достаточной амплитуды, расширен, более пологий. Ретроградный пик может быть очень слабо выражен. Второй антеградный пик отсутствует.

Коллатеральный тип кровотока также регистрируется ниже места окклюзии. Он проявляется близкой к монофазной кривой со значительным изменением систолического и отсутствием ретроградного и второго антеградного пиков.

Отличие допплерограмм сосудов головы и шеи от допплерограмм конечностей заключается в том, что диастолическая фаза на допплерограммах артерий брахицефальной системы никогда не бывает ниже 0. Это связано с особенностями кровоснабжения головного мозга. Поскольку мозговое кровообращение характеризуется значительным потоком, как во время систолы, так и в диастоле, спектры доплеровского ICA демонстрируют «низкоомную» картину (EDV около 30-50% ПСВ). ECA обеспечивает мышечные структуры кожи головы и, следовательно, показывает кровоток преимущественно в систоле, с высокой резистентностью (EDV менее 25% от PSV). При этом на допплерограммах сосудов системы внутренней сонной артерии диастолическая фаза выше, а системы наружной сонной артерии — ниже.

Фото. Отличие допплерограмм НСА и ВСА.

Оптимальная схема допплеровского исследования сосудов

  1. Цветной или эенергетический доплер для поиска участков с аномальным кровотоком;
  2. Доплер сосуда в импульсном D-режиме позволяет оценить скорость и направление потока в исследуемом объеме крови;
  3. Доплер сосуда в постоянно волновом режиме для исследования высокоскоростных потоков.

Берегите себя, Ваш Диагностер!

комментарии 0
Оставить комментарий

Отправить ответ

wpDiscuz