Навигация по сайту

Навигация по сайту

Реклама

Реклама

Яндекс.Метрика

Физические основы допплерографического исследования костно-мышечной системы


Основы допплерографического метода впервые изложены в 1842 г. австрийским физиком Кристианом Допплером в виде волновой теории. Тем самым был сформирован базис для современных методов регистрации потока крови при эхографии. При движении источника волн по отношению к воспринимающему устройству возникает частотный сдвиг, который можно представить в виде падения интенсивности сирены машины скорой помощи по мере того, как она проезжает мимо.
Относительное изменение исходной и воспринимаемой частоты ультразвуковых колебаний называется допплеровским сдвигом частот, который пропорционален скорости движения источника ультразвука.
Допплеровский частотный сдвиг = 2 l v cosеl с, где l - частота ультразвуковых волн, v - скорость кровотока, в- угол между направлением фронта волны и направлением потока крови, с - скорость распространения ультразвука в мягких тканях. Значения l и с известны, поэтому при определенном угле инсонации скорость кровотока может быть измерена.
Цветовое допплеровское картирование и энергетическая допплерография
Цветовое допплеровское картирование основано на кодировке значений допплеровского сдвига частот определенным цветом и наложением «цвета» на изображение в серой шкале в реальном времени. Энергетическая допплерография отражает интегрированную мощность допплеровского сигнала в цвете. Цветовое картирование костно-мышечной системы имеет недостатки, которые не актуальны для энергетической допплерографии. К ним относятся базовые шумы или шумовые артефакты, феномен искажения допплеровского спектра (aliasing) и зависимость скоростей потока от угла между осью ультразвукового луча и направлением кровотока.
Шумовые артефакты
Ключевые моменты
Наиболее существенной помехой при использовании цветового допплеровского картирования является шум, который дает беспорядочные отраженные допплеровские сигналы.

Наиболее существенной помехой при использовании цветового допплеровского картирования является шум, который дает беспорядочные отраженные допплеровские сигналы. Шумовые сигналы представлены хаотичным распределением частот, которые аппарат воспринимает как разнонаправленные потоки. При увеличении общей чувствительности допплерографии шумовая составляющая увеличивается, и весь фон заполняется хаотичными шумовыми сигналами, при этом визуализация реального потока в сосуде становится невозможной (рис. 14.1). При энергетической допплерографии энергия шумовых сигналов всегда существенно ниже, поэтому при увеличении общей чувствительности фон равномерно «закрашивается», но реальный поток крови регистрируется гораздо более отчетливо, чем любой беспорядочный шумовой сигнал (см. рис. 14.1, б). Это делает энергетическую допплерографию более чувствительным по сравнению с цветовым картированием методом регистрации кровотока.
Ключевые моменты
Энергетическая допплерография обладает гораздо большей чувствительностью в регистрации кровотока, чем цветовое картирование, и существенно расширяет динамический диапазон допплеровского исследования.

Физические основы допплерографического исследования костно-мышечной системы

Феномен искажения спектра (aliasing)
Этот феномен возникает, когда аналоговый сигнал измеряется при частоте, вполовину меньшей максимальной частоты излучения. Все частоты со значением ниже половины излучаемой частоты (предел Найквиста) смещаются ниже изолинии. При цветовом картировании сосуд может выглядеть прерывистым. Эффект «aliasing» может изменять направление и показатели скоростей потока. Энергетическое картирование не дает подобных эффектов, так как сигнал обсчитывается интегрально от всего допплеровского энергетического спектра конкретного объема. Однако при энергетическом картировании мы не получаем информации о направлении и скоростных характеристиках потока.
Ключевые моменты
Энергетическая допплерография не дает искажений допплеровского спектра (феномен «aliasing»), так как происходит интегральный подсчет всего допплеровского энергетического спектра. Однако при энергетическом картировании мы не получаем информации о направлении и скоростных характеристиках потока.

Зависимость от угла инсонации
Цветовое картирование по своей природе зависит от угла инсонации. Если угол падения луча перпендикулярен направлению потока, допплеровский сигнал пропадает. Частично это можно исправить, подключая программу «steer», позволяющую изменять плоскости излучения, но поскольку технически невозможно бесконечно изменять направление излучения, обязательно остаются зоны, в которых кровоток не регистрируется. Кровоток в сосудах, длинная ось которых направлена перпендикулярно углу инсонации, не регистрируется, тем самым степень васкуляризации ткани может быть недооценена. Кроме того, кодировка цветом зависит от направления потока и при изменении хода сосуда в плоскости излучения цвет потока изменяется, что резко усложняет визуализацию сосуда. В отличие от цветового картирования энергетическая допплерография не зависит от угла инсонации. Это связано с тем, что сигнал в данном случае формируется от всей массы движущихся частиц в опрашиваемом объеме, например движущихся эритроцитов. При изменении угла инсонации среднее значение допплеровского сдвига частот будет меняться, однако энергия сохраняется прежней.
Энергетическое картирование дает возможность лучшей визуализации границ сосуда и более точной трехмерной реконструкции сосудистого дерева. При сравнении с цветовым картированием основным недостатком энергетического картирования является его чрезвычайная чувствительность к движениям. Однако развитие технологий подавления, например технологии взвешенного временного усреднения, помогает преодолеть этот недостаток. Эта технология предусматривает увеличение времени накопления допплеровских сигналов в кадре (persistence), что упрощает выделение сосудистых структур на фоне артефактов движения.
Обобщая все сказанное, необходимо отметить, что цветовое картирование способно регистрировать высокоскоростные потоки, однако выявление сосудов с чрезвычайно низкими потоками является прерогативой энергетической допплерографии, поэтому для исследований костно-мышечной системы в большинстве случаев используется именно этот метод. Несмотря на то что направление потока при этом не указывается, визуализация мельчайших сосудов и низкоскоростных потоков дает более полное представление о васкуляризации тканей костно-мышечной системы.
Эхоконтрастные препараты
Потенциальные возможности применения эхоконтрастных препаратов при заболеваниях костно-мышечной системы весьма разнообразны, однако пока еще эти методики не имеют широкого распространения.
Самые современные контрастные препараты представлены инкапсулированными микропузырьками газа диаметром менее 7 мкм в стабилизирующей оболочке. Размер микрочастиц позволяет им беспрепятственно проходить легочно-альвеолярный барьер. Циркулируя в потоке крови, микропузырьки создают дополнительные отражающие поверхности, осциллирующие в ультразвуковом луче. Эти частицы имеют свою собственную резонансную частоту, при которой они эффективно поглощают и рассеивают ультразвуковые колебания. При облучении с резонансной частотой микропузырьки начинают генерировать «гармоническую частоту». В сочетании с гармоническим изображением контрастные препараты позволяют исследовать потоки, практически недоступные для визуализации при стандартной допплерографии. В гармоническом изображении излучатель выдает базовую частоту, а принимает частоту второй гармоники, которая в два раза выше базовой частоты. Мягкие ткани обладают незначительным гармоническим эффектом, ведущий сигнал создается циркулирующим контрастным препаратом, что приводит к значительному усилению отраженного допплеровского сигнала.
Практические рекомендации
В сочетании с гармоническим изображением контрастные препараты позволяют исследовать потоки, практически недоступные для визуализации при стандартной допплерографии.