Мы профессионально помогаем технике,
чтобы Вам было удобно помогать людям!
+7 (499) 110-50-51 +7 (800) 550-72-51

Бесплатно для регионов

Основные принципы доплерографии

Введение

 В последние годы возможности ультразвукового оборудования по визуализации потока (движущихся жидких сред) существенно расширились. Комплексы цветного представления теперь являются неотъемлемой частью большинства сканеров, а такие режимы, как Тканевый (TDI) или Энергетический Допплер (Power)  обеспечивают новые возможности для визуализации исследуемых объектов на основе оборудования самых различных классов. При такой универсальности  Допплеровских режимов на из основе неизбежно возникают методики для решения более требовательных задач и выполнения гораздо более точных измерений, например при исследовании кровообращения матери и развивающегося плода. Тем не менее, чтобы избежать неправильной интерпретации результатов, специалистам по ультразвуковой диагностике необходимо знать обо всех факторах, которые могут повлиять на допплеровский сигнал, будь то цветное изображение потока или допплероваская сонограмма.

Грамотное, компетентное применение методов ультразвуковой допплерографии подразумевает понимание трех ключевых аспектов:

  1. Возможности и технические ограничения допплерографии;
  2. Различные параметры, от которых зависит визуализация в допплеровских режимах
  3. Физиологические основы и особенности кровотока в артериях и венах.

Далее будет описано, как эти аспекты способствуют повышению качества визуализации в допплерографии. В тексте также приводятся базовые рекомендации по повышению качества визуализации в различных режимах представления движущихся сред. 

Основные принципы допплерографии

Ультразвуковое изображение, как в цветном допплеровском картировании, так и в спектральном допплеровском режиме, получают на основе измерений скорости и направления движения различных частиц. Чтобы зафиксировать движение крови или других сред, ультразвуковые сканеры передают в ткани серию импульсов.

Возвращающиеся к датчику сигналы от неподвижного субстрата существенно не отличаются друг от друга в пределах одной серии импульсов.

Сигналы, отраженные от  движущихся частиц (как правило - это клетки крови) система получает с  незначительной разницей во времени для каждого импульса по сравнению с предыдущим в пределах серии (рисунок 1). Эта разница может быть рассчитана непосредственно как временной, или чаще фазовый сдвиг, на основе которого в дальнейшем получают “допплеровскую частоту” (рисунок 2). Эти данные обрабатываются для получения цветного изображения кровотока или доплеровской сонограммы.

 

Измерение скорости ультразвука

Рисунок 1: Измерение скорости ультразвука. На схеме показана частица S, движущаяся со скоростью V под углом Ɵ к ультразвуковому лучу. Скорость может быть рассчитана по разнице во времени между передачей и приемом первого (t1) и второго (t2) лучей, вызванной перемещением частицы в области распространения луча.

 

Расчет допплеровской частоты

 

Рисунок 2: Принцип допплерографии основан на измерении скорости движения частиц в области распространения луча по изменению Допплеровского фазового сдвига получаемого сигнала. Результирующая Допплеровская частота fd может быть использована для измерения скорости V, если известен угол Ɵ между УЗ лучем и потоком.

Как видно из рисунков 1 и 2, для возникновения фазового сдвига необходимо движение в направлении распространения луча; если поток движется перпендикулярно, относительное смещение частиц зафиксировать будет невозможно. Возвращаясь к математическому представлению процесса напомним, что Cos 90 и 270  равен 0, поэтому, при размещении датчика перпендикулярно к кровотоку мы не получим какого-либо отличного от 0 значения допплеровской частоты.

 Амплитуда допплеровского сигнала зависит от нескольких аспектов:

  1. Скорость кровотока: с увеличением скорости кровотока V повыщается и  допплеровская частота fd.
  2. Частота ультразвука: Более высокая частота позволяет получить большую  допплеровскую частоту. Как и в B-режиме, более низкая частота имеет большую проникающую способность.
  3. Выбор частоты - это определение баланса между более высокой чувствительности к потоку или лучшей проникающей способностью;
  4. Угол инсонации (“облучения” звуком) влияет на допплеровскую частоту. Она повышается по мере выравнивания ультразвукового луча относительно направления потока (угол Ɵ между лучом и направлением потока становится меньше). Это имеет огромное значение при использовании допплерографии. Принцип схематически изображен на рисунке 3.

Сонограмма - Допплеровские эпюры УЗ

 Рисунок 3:Влияние угла допплера на вид сонограммы. (А) Чем больше направление УЗ луча соответствует потоку, тем выше  допплеровская частота. На диаграмме луч (А) совмещен с кровотоком в большей степени, чем (B), при обработке его отражения мы получаем допплеровский сигнал с более высокой частотой. Угол между УЗ-лучем и направлением кровотока (С) близок к 90°, из-за чего допплеровский сигнал очень слаб. Кровоток на диаграмме (D) движется в противоположном относительно луча направлении, следовательно, амплитуда сигнала имеет отрицательное значение.

Все виды допплеровского ультразвукового оборудования используют фильтры чтобы исключить из итоговой диаграммы большие амплитуды низкочастотных допплеровских сигналов, получаемых при движении тканей, например, при движении стенок сосудов. Рабочая частота фильтра в большинстве случаев может быть изменена/задана пользователем (через панель Preset-настроек или при оптимизации изображения с помощью регуляторов суб-панелей), например, для исключения из сонограммы сигналов ниже 50, 100 или 200 Гц. Этот частотный фильтр ограничивает минимальные регистрируемые скорости движения субстрата (взвеси, кровотока).

 

Непрерывный  (постоянный) Допплер CW (Continious Wave) и Импульсный Допплер PW (Pulsed Wave)

Как следует из названия, сканер при работе в Непрерывном Допплеровском режиме  использует непрерывную (одновременную) передачу и прием ультразвука. Система формирует допплеровский сдвиг фаз на основе сигналов, получаемых от  всех сосудов на пути ультразвукового луча (до тех пор, пока луч не будет достаточно ослаблен из-за глубины проникновения). В режиме непрерывного допплера невозможно определить конкретное местоположение точек со значениями скорости (т.е. невозможно построить градиент скоростей). Следовательно, данный режим не может быть использован для получения цветного двумерного изображения. В настоящий момент широкое распространение получили относительно недорогие системы допплерографии (УЗИ сканеры, укомплектованные соответствующими платами и пакетами прикладных программ), которые с помощью датчиков, предназначенных для подобных исследований выводят допплеровскую развертку, не используя двумерные изображения В-режима. Непрерывный допплер также используется в кардиологии (при исследовании взрослых пациентов) для измерения высоких скоростей кровотока в аорте.

 

 

Постоянный допплер

 

Импульсный допплер

Допплерография в целом и акушерские ультразвуковые исследования в частности  также использует режим Импульсного Допплера, который позволяет проводить измерения глубины (или диапазона) участка потока. Кроме того, границы контрольного объема (или измерительных ворот) могут быть изменены. Импульсно-волновой  допплероский режим используется как для построения доплеровских сонограмм, так и для формирования цветных изображений на основе двумерного представления B-режима.

 Искажение

Ключевой недостаток импульсной допплерографии - физические ограничения процесса. Импульсы передаются на определенной частоте дискретизации (частота повторения импульсов), максимально допустимая допплеровская частота ƒd, поддающаяся измерению, равна половине частоты дискретизации. Если скорость кровотока и угол между лучем и направлением движения жидкости измеряются совокупно для получения ƒd Допплеровской частоты больше половины частоты дискретизации, могут появиться искажения доплеровского сигнала. Аналогичный эффект наблюдается в видеозаписях, где из-за низкой частоты смены кадров fps визуализация движения колес искажается, вследствие чего складывается впечатление, что колеса движутся в обратном направлении.

 

Рисунок 4: Искажения цветного доплеровского изображения и цветовые артефакты. На цветном изображении присутствуют области с искажениями кровотока (отмечены желтыми стрелками).

 

Рисунок 5: Снижение усиления по цвету и повышение частоты повторения импульсов.

 

Рисунок 6 (a, b): Пример наложения спектров и коррекция изображения. (a) Искаженная осциллограмма с резким прерыванием систолического пика и его отображением ниже базового уровня. (b) Чистая сонограмма без искажения. Для коррекции: увеличена частота дискретизации и скорректирована базовая линия.

 Частота повторения импульсов ограничена диапазоном контрольного объема. Временной интервал между импульсами дискретизации должен быть достаточным для получения обратного пути импульса: от датчика к движущимся частицам и обратно. Если второй импульс отправлен до получения “ответа”, датчик физически не распознает различий между отраженными сигналами первого и второго импульсов, в следствие чего и возникает неоднозначность (искажение изображения).

При увеличении глубины исследования увеличивается и время импульса (временной интервал между отправкой сигнала и получением ответа), соответственно, снижается частота повторения импульсов. В результате максимальная Допплеровская частота ƒd понижается с глубиной.

 

 

Рисунок 7 (a, b): Цветное допплеровское картирование: влияние частоты повторения импульсов или масштаба цветовой шкалы. а. Установленная низкая частота повторения импульсов, то есть неверный масштаб (отмечен желтой стрелкой). На изображении присутствуют искажения и посторонний шум в пределах контрольного объема пупочной артерии и вены. b. Частота повторения импульсов установлена корректно - масштаб шкалы верный. Цветное изображение показывает артерии и вены четко и без артефактов.

 

Настройка Доплера GE Logiq A5 - Михаил Викторович
2016-05-04 12:10:32

Добрый день! Скажите, пожалуйста, можете ли помочь с настройкой картинки в режимах Допплера на этом аппарате. В последнее время заметили сильную разницу в картинке на нашем аппарате и новых (в использовании примерно год). Заранее спасибо!

Добрый день, Михаил Викторович.

Действительно, необходимо настраивать аппарат УЗИ каждые пол года, так как настройки могут сбиться. Наша компания оказывает данный вид услуг.

 

С уважением, Ирина.