импульсно волновой допплер что это
Импульсно волновой допплер что это
Импульсно-волновой допплеровский режим (Pulsed Wave Doppler, PWD). Управление положением контрольного объема осуществляется благодаря изменению частоты повторения импульсов (PRF). Увеличение частоты повторения импульсов перемещает контрольный объем на меньшую глубину. Снижение PRF перемещает контрольный объем на большую глубину. Частота повторения импульсов на аппаратах УЗДГ изменяется автоматически при установлении глубины положения контрольного объема в мм при помощи соответствующей клавиши.
Постоянно-волновой допплеровский режим (Continuous Wave Doppler, CWD). Этот режим подразумевает разобщение кристаллов, генерирующих зондирующий ультразвук, и воспринимающих отраженное эхо. Следовательно, постоянно-волновой режим не ограничен высокими скоростями кровотока, т.к. прием ультразвуковых колебаний и их излучение идут постоянно и элайзинг-эффект не возникает. Главный недостаток CWD также связан с постоянным характером работы пьезоэлементов на прием и передачу и заключается в невозможности точной локализации исследуемого кровотока.
Как и импульсно-волновой допплеровский режим, ЦДК ограничено в представлении высоких скоростей кровотока. При высоких скоростях кровотока достигается предел Найквиста и возникает искажение цветовой карты потока (aliasing) в виде перемешивания красного и синего с преобладанием светлых оттенков.
Энергетическое допплеровское картирование (ЭДК) происходит от английского Power Doppler Imaging (PDI). Технология ЭДК основана на анализе амплитуды ультразвуковых колебаний, отраженных от движущихся объектов. Так как амплитуда эхосигналов несет информацию о мощности (энергии) отраженного ультразвука, то в ЭДК, в отличии от ЦДК, картируется не скорость кровотока, а энергия отраженного от кровотока ультразвука.
Информация представляется на дисплее в виде окрашенного цветом просвета сосуда. Окраска кровотока в ЭДК не зависит от его направления к датчику или от датчика. В отличие от ЦДК энергетическая допплерография мало зависима от угла между ультразвуковым лучом и кровотоком. Это проявляется тем, что ЭДК лучше прокрашивает просвет сосудов при изменении направления их хода, например, артерии Виллизиева круга или патологически извитые артерии (Куликов В.П. и соавт., 1995; 1996). Вследствие особенностей передачи и обработки амплитудного сигнала, по сравнению с частотным, ЭДК более помехоустойчива, чем ЦДК, и более чувствительна к медленным кровотокам. Поэтому именно ЭДК рекомендуется применять для оценки васкуля-ризации органов и органного кровотока.
В некоторых моделях сканеров предусмотрена возможность смешивания информации о кровотоке, получаемой по технологии ЦДК и ЭДК. Соответственно и окрашивание кровотока при этом имеет черты, характерные для ЭДК и ЦДК. Например, в карте ЭДК цветом кодируется направление кровотока. Такой режим обозначают как конвергентный допплер или направленный энергетический допплер.
Импульсно волновой допплер что это
Благодаря импульсному режиму работы датчика, когда ультразвуковые волны испускаются импульсами или «пакетами волн», возможна точная пространственная «привязка» измеренных скоростей. В отличие от непрерывноволнового допплеровского исследования для импульсного режима достаточно од-ного-единственного кристалла. Измерение скоростей движущегося объекта происходит только в определенной области, отображаемой на двумерной картинке в виде контрольного объема («sample volume»).
а) Скорость Найквиста. Ограничением импульсно-волнового режима работы является невозможность надежного измерения скоростей движущегося объекта, превышающих определенный порог скорости («скорость Найквиста», или «скорость искажения»). Теоретически эта взаимосвязь формально описывается «теоремой сэмплирования» («sampling theorem»): частота ультразвуковой волны, генерируемой датчиком, должна быть минимум вдвое выше, чем у измеряемых колебаний движущегося объекта, чтобы возможно было однозначно идентифицировать частоту этих колебаний.
Так как пороговая скорость зависит от частоты повторения импульсов (PRF), которая во многом определяется глубиной проникновения сигнала, то порог адекватно определяемых скоростей снижается при увеличении глубины нахождения контрольного объема. Таким образом, физические особенности импульсно-волнового режима допплеровского исследования не позволяют при основной частоте в 2 МГц однозначно определять высокую скорость движущегося объекта (более 2 м/с) уже на глубине более 8 см. Наибольшая однозначно идентифицируемая скорость называется скоростью (порогом) Найквиста, которая определяется по формуле:
Импульсно-волновая допплерография.
При импульсном режиме, в противоположность непрерывноволновому допплерографическому исследованию, из-за ограниченной возможной частоты повторения импульсов снижается разрешающая способность метода, не позволяющего однозначно идентифицировать скорости потока крови выше определенного порогового значения (скорость Найквиста, или порог искажения, aliasing).
Этот схематический пример показывает, что невозможно дифференцировать эти две волны различной частоты, если определяются только отмеченные на рисунке точки.
Для однозначной идентификации частоты необходимо существенно более плотное распределение точек регистрации, т.е. более высокая частота повторения импульсов.
б) Феномен искажения (aliasing). При превышении скорости Найквиста числовые значения спектра скоростей отображаются на другом отрезке шкалы скоростей. Из-за этого феномена, например, невозможно при помощи импульсно-волнового допплеровского исследования измерить чрезвычайно высокую скорость трансаортального потока крови при аортальном стенозе, хотя это возможно в режиме непрерывной допплер-ЭхоКГ. С другой стороны, импульсноволновой режим позволяет измерить скорость движения крови в выносящем тракте левого желудочка даже в том случае, если имеется аортальный стеноз, тогда как при непрерывно-волновой допплерографии более низкие скорости в выносящем тракте будут перекрываться более высокими скоростями на уровне стеноза.
Чресклапанный поток в сердце у здорового человека, как правило, не превышает 1,5 м/с, т.е. его вполне можно измерять при помощи импульсноволновой допплер-ЭхоКГ.
в) Спектральный допплеровский сигнал. Спектральный допплеровский сигнал при импульсно-волновом режиме исследования воспроизводит распределение скоростей в контрольном объеме, причем чем шире допплеровский спектр, тем сильнее различаются скорости движущихся объектов (например, эритроцитов) в пределах этого контрольного объема. Амплитуда сигнала, т.е. яркость каждой точки спектра, приблизительно пропорциональна количеству отражающих объектов в пределах контрольного объема, движущихся с соответствующей скоростью. Наиболее яркая область спектрального сигнала при импульсной допплерографии обозначается как «модальная» скорость.
Поэтому при использовании этого метода для расчета ударных объемов следует курсором обводить сигнал в области модальной скорости, а не внешний контур сигнала, так как модальная скорость является более репрезентативной для реальной средней скорости потока крови в пределах контрольного объема, чем максимальная зарегистрированная допплеровским методом скорость.
Фундаментальная неточность импульсноволновой допплерографии возникает в результате того, что для достижения желаемой временной разрешающей способности значительно ограничивается время одного измерения (как правило, около 10 мс). Поэтому спектр, который рассчитывается с помощью преобразований Фурье, получается шире.
В противоположность непрерывной допплерографии хорошие импульсно-волновые допплеровские спектры обычно не «заполнены» целиком, так как в области контрольного объема регистрируются сходные значения скорости. При этом соотношение сигнал-шум тем лучше, чем больше размер контрольного объема. В результате интегрирования скорости по времени, например интегрирования трансаортальной скорости за время систолы, получают интеграл линейной скорости потока крови (VTI ), который измеряется в сантиметрах или метрах. Умножение этой величины на площадь поперечного сечения аорты позволяет рассчитать ударный объем левого желудочка.
Режимы допплеровского исследования:
а. Непрерывноволновая допплерограмма при локализации контрольного объема в области выносящего тракта и аортального отверстия, зарегистрированная из верхушечного доступа (норма). Максимальная систолическая скорость составляет 130 см/с.
б. Импульсно-волновая допплерограмма области выносящего тракта левого желудочка и аортального клапана, зарегистрированная из верхушечного доступа (норма). Максимальная систолическая скорость составляет 80 см/с. Вверху: смещение нулевой линии с целью отображения всего систолического сигнала. Внизу: при центрально расположенной нулевой линии скорость искажения, или скорость Найквиста, составляет ±50 см/с. В нижней части картинки систолический сигнал обрезан (искажение, aliasing), и пики допплеровского сигнала отображаются в верхней половине картинки и поэтому с ложным знаком.
в. Цветовая допплерограмма левого предсердия, зарегистрированная из апикальной четырехкамерной позиции. Слева: диастолическое ламинарное течение из легочных вен через левое предсердие в левый желудочек (норма). Красно-желтые оттенки обозначают скорости потока, направленного к датчику, причем максимальная скорость (желтый цвет) определяется в области диастолического трансмитрального потока, входящего в левый желудочек. Справа: изображение митральной недостаточности (в систолу). Зеленый цвет кодирует турбулентный высокоскоростной поток регургитации из левого желудочка в левое предсердие.
В начале струи регургитации в области митрального клапана со стороны желудочка можно увидеть проксимальную зону конвергенции (стрелки). Синий цвет ее внешней оболочки указывает на ламинарный поток крови по направлению к митральному клапану.
Видео урок основы допплер-ЭхоКГ (допплерографии при эхокардиографии)
Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 15.12.2019
Возможности современной эхокардиографии
УЗИ сканер HS70
Точная и уверенная диагностика. Многофункциональная ультразвуковая система для проведения исследований с экспертной диагностической точностью.
Эхокардиография на протяжении последних 15-20 лет является одним из основных методов визуализации сердца. Как любой диагностический метод, эхокардиография имеет свои достоинства и недостатки. Широкое внедрение метода в практику обусловлено высоким уровнем современной аппаратуры, отсутствием вредного влияния на пациента и врача, относительной дешевизной метода по сравнению с остальными. Наличие большого количества вариантов исследования позволяет получить точную анатомическую и гемодинамическую информацию о больном и избежать инвазивных вмешательств. Недостатком эхокардиографии является выраженная зависимость от квалификации исследователя. Специалист, занимающийся ультразвуковой диагностикой сердца должен быть кардиологом, в совершенстве знать топографическую анатомию грудной клетки, гемодинамику сердца, иметь пространственное мышление. При отсутствии одного из данных качеств у исследователя резко возрастает процент ошибок диагностики.
В данном обзоре мы постараемся осветить все варианты современного эхокардиографического исследования.
Варианты эхокардиографического исследования
Проведение допплеровского исследования подразумевает высокий технический навык в проведении двухмерного исследования, знание топографической анатомии и гемодинамики сердца.
В эхокардиографии используют следующие варианты допплера:
Цветовой M-модальный допплер (Color M-mode). Сопоставление M-модального режима и цветового допплера при проведении курсора через ту или иную плоскость, позволяет разобраться в фазами сердечного цикла и патологическим кровотоком.
Энергетический допплер (Power Doppler). Применяется для регистрации низкоскоростного кровотока, поэтому в кардиологии он пока не находит активного применения. При использовании энергетического допплера теряется направление кровотока. В настоящее время энергетический допплер используют в сочетании с контрастными веществами (левовист и др.) для изучения перфузии миокарда.
Тканевой импульсный допплер (Pulsed Wave Tissue Velocity Imaging). Позволяет оценить графически характер движения стенки желудочков в конкретной данной точке. Выделяют систолический компонент, ранний и поздний диастолический компоненты.Данный вариант допплера позволяет проводить картирование миокарда и увеличивает точность диагностики у больных с ишемической болезнью сердца.
Таким образом, допплеровские методики позволяют получить большой объем информации без применения инвазивных методов исследования.
4. Чреспищеводная эхокардиография (моно-, би-, и мультиплановая). Исследование сердца через пищевод с использованием специальных датчиков. Информативность метода очень высокая. Противопоказанием служит наличие стриктуры пищевода.
5. Стресс-эхокардиография (с использованием физической нагрузки, чреспищеводной электростимуляции или медикаментозной нагрузки). Широко применяется у больных с ишемической болезнью сердца.
Современные эхокардиографические приборы
В настоящий момент на рынке представлены ультразвуковые приборы от самых простых до сверхсложных с возможностью с возможностью трех- и четырехмерного моделирования.
Cкрининговое исследование сердца можно провести на любом ультразвуковом приборе, при наличии соответствующего кардиологического датчика и В- и М- режимов. При этом можно использовать недорогие ультразвуковые сканеры. Уровень диагностики и процент ошибки в этом случае во многом зависят от квалификации специалиста.
Современное эхокардиографическое исследование должно включать, помимо В- и М- режимов, цветовой допплер, импульсноволновой допплер и непрерывноволновой допплер. При наличии патологии, только непрерывноволновой допплер позволит измерить высокоскоростные патологические потоки, провести все необходимые расчеты и измерения, оценить гемодинамику.
Объем получаемой информации зависит от возможности датчика. Внутрисосудистые датчики применяются параллельно с ангиографическим исследованием, используются кардиохирургами. Чреспищеводные датчики могут быть моноплановыми, биплановыми и мультиплановыми.
Современные технологии (тканевый допплер, контрасты) позволяют во много раз повысить информативность исследования, особенно, у больных с патологией миокарда.
За рубежом широко развиваются программы работ с эхоконтрастами, однако, в нашей стране это направление в ультразвуке представлено недостаточно.
Заключение
Современная эхокардиография располагает широким спектором диагностических методик. Эхокардиографические ультразвуковые приборы включают приборы от недорогого до высокого класса. Правильно ориентироваться на рынке ультразвука нам позволяют выставки аппаратуры, конгрессы и конференции, а также, журналы и книги по ультразвуковой диагностике.
Список литературы
УЗИ сканер HS70
Точная и уверенная диагностика. Многофункциональная ультразвуковая система для проведения исследований с экспертной диагностической точностью.
Импульсно волновой допплер что это
Эхокардиографическое измерение скорости в режиме импульсно-волнового и непрерывноволнового спектрального допплеровского сканирования происходит как раз по этому принципу. Изображение скоростей на плоскости в цветокодированной форме в обиходе также обозначается как «допплерография» («цветовая допплерография», «энергетическая допплерография»), однако обычно в этих методиках сравниваются фазовые сдвиги нескольких последовательных ультразвуковых импульсов при помощи аутокорреляционного анализа.
Принцип Допплера. Ультразвуковые колебания частоты f0, отраженные от движущегося объекта, испытывают изменение частоты Δf.
Наложение испущенного и отраженного ультразвуковых сигналов обусловливает колебания амплитуды, частота которых называется допплеровским сдвигом и соответствует разнице частот испущенного и отраженного сигналов.
Поскольку направление ультразвукового луча и направление движения объекта лишь изредка совпадают, то измеренная скорость vg меньше фактической скорости vt на множитель cos а, что можно скорректировать, как показано на рисунке.
В формуле Допплера с соответствует средней скорости распространения ультразвука в ткани.
Если фактическая скорость выходит за границы этого диапазона (превышает предел Найквиста), то допплеровская частота определяется ошибочно и возникает так называемое искажение (aliasing). При этом в режиме импульсно-волнового допплеровского сканирования кривая обрезается с одной стороны допплеровского спектра и возникает с противоположной стороны. В режиме цветового допплеровского сканирования искажение можно распознать по внезапному изменению цвета с красного на синий.
В режиме тканевой допплер-ЭхоКГ при правильных настройках прибора почти всегда можно избежать искажения, поскольку скорости движения миокарда редко превышают 20-30 см/с. Напротив, при измерении кровотока из-за превышения предела Найквиста нередко приходится отказываться от определенного контрольного объема и переходить из режима импульсно-волнового допплеровского сканирования в режим HPRF- или непрерывноволнового допплеровского исследования.
Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 19.12.2019
Основные принципы доплерографии
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:
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.
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.
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:
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.
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
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.
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.