УЗИ с доплером

УЗИ с доплером

Допплерометрия является неинвазивным (не предполагающим проникновения в полости тела медицинских приспособлений) методом обследования состояния кровеносных сосудов и оценки кровотока в них. Методика допплерометрии позволяет измерить различные параметры кровотока (линейная и объемная скорости кровотока, систолическая скорость, диастолическая скорость и т.д.), а также оценить просвет сосуда, структуру сосудистой стенки, наличие перегибов сосуда, состоятельность клапанов вен. Иными словами, метод допплерометрии является незаменимым в диагностике различных заболеваний сосудов, а также нарушений циркуляции крови.

Общие сведения о допплерометрии

Понятие о допплерометрии

Допплерометрия является методом регистрации параметров кровотока (скорости, наличия препятствий, полноты кровенаполнения и т.д.) в различных сосудах, на основании которых можно судить о состоянии циркуляции крови и патологии сосудов. Метод допплерометрии получил свое название от физического термина “эффект Доплера”, который, в свою очередь, был так назван по имени открывшего это явление ученого-физика. Таким образом, очевидно, что допплерометрия основана на эффекте Доплера.

Суть эффекта Доплера заключается в том, что частота звуковых волн, принимаемых наблюдателем, зависит от скорости движения источника излучения волн и самого наблюдателя. То есть если какую-либо волну направить на кровеносный сосуд, то движущиеся в потоке крови эритроциты будут отражателями, которые за счет своего движения будут изменять длину волны и частично отражать ее обратно, вследствие чего наблюдатель уловит отразившиеся от сосуда волны с частотой, отличной от той, с которой они были посланы. Такое изменение частоты волны (доплеровский сдвиг) после отражения ее от движущегося объекта прямо пропорционально скорости движения этого объекта. Таким образом, касательно кровотока, очевидно, что изменение частоты звуковой волны после ее отражения от эритроцитов прямо пропорционально скорости движения крови по исследуемому сосуду.

Кроме того, благодаря доплеровскому сдвигу можно определить и направление кровотока. Ведь увеличение частоты звуковой волны, посланной на сосуд, свидетельствует о том, что кровь течет в направлении к излучателю-приемнику. Соответственно, при уменьшении частоты отраженной волны можно говорить о том, что ток крови идет в противоположную от приемника-излучателя сторону.

Так как для получения эффекта Допплера нужны в обязательном порядке какие-либо волны, испускаемые различными источниками, то ученым пришлось выбрать подходящие, безопасные типы волн для медицинского применения. Ведь такие волны должны проходить сквозь биологические ткани, доходить до сосудов, отражаться от движущихся эритроцитов и не наносить какого-либо вреда организму человека. В настоящее время в медицинской практике для определения скоростей кровотока и, соответственно, состояния сосудов и циркуляции крови в качестве таких информативных и безопасных используют ультразвуковые или лазерные волны, так как они отвечают всем предъявляемым к ним требованиям. Однако в последние годы наибольшее распространение получила допплерометрия на основе именно ультразвуковых волн, а не лазерных, что связано с дороговизной и сложностью изготовления приборов с лазерными излучателями и детекторами-приемниками. Соответственно, мы также будем говорить именно об ультразвуковой допплерометрии, так как лазерная в настоящее время имеется исключительно в узких научных учреждениях и применяется крайне редко.

Благодаря своим преимуществам и диагностическим возможностям, допплерометрия нашла широкое применение в различных отраслях медицины, в первую очередь, в неврологии, акушерстве, а также ангиологии (специальности, занимающейся диагностикой и лечением сосудистых заболеваний).

Физические основы допплерометрии

Чтобы четко понимать диагностические возможности допплерометрии, а также в любой ситуации ориентироваться, какую пользу может принести такое исследование, следует знать физические основы метода.

Итак, как было сказано выше, допплерометрия может производиться с использованием лазера или ультразвуковых волн. Однако в настоящее время лазерная допплерометрия практически не используется, в основном из-за того, что изготовление медицинской диагностической аппаратуры с источниками лазерного излучения гораздо дороже и сложнее, чем с источниками обычного ультразвука. Поэтому в современной медицинской практике применяется ультразвуковая допплерометрия.

Ультразвуковые волны представляют собой волны с частотой колебаний более 20 КГц, которые способны проникать и распространяться в биологических тканях. Однако, в отличие от электромагнитных волн (рентгеновского излучения), которые также широко применяются в диагностической медицинской практике, ультразвуковые волны хорошо распространяются и способны проникать только в мягкие ткани и воду. А рентгеновские лучи хорошо проникают во все ткани, в том числе и плотные, такие, как кости.

Распространение ультразвуковых волн в различных биологических средах и тканях происходит с разной скоростью, которая практически не зависит от частоты ультразвука. Однако скорость распространения ультразвуковых волн в разных тканях, кроме легких и костей, несмотря на некоторые отличия, практически одинакова, вследствие чего на практике этими отличиями пренебрегают, и устанавливают приближенное среднее значение скорости распространения ультразвука в биологических средах равное 1540 м/с.

А значит, на основании длительности времени распространения звуковой волны в тканях организма можно определить пройденное ей расстояние, то есть вычислить, насколько далеко от поверхности кожного покрова расположен изучаемый объект. Таким образом, очевидно, что применение ультразвуковых волн для допплерометрии позволяет оценивать глубину залегания изучаемых сосудов и их размеры. Такая функция заложена во всех современных ультразвуковых сканерах.

Возможность использования ультразвуковых волн для визуализации различных внутренних органов обусловлена тем, что волны не просто способны проникать в ткани тел, но и возвращается обратно, выходя из тела, так как часть из них отражается от биологических структур. УЗИ-сканеры построены на том, что они регистрируют выходящие из тела обратно волны, а математические программы рассчитывают скорость, углы их падения, пройденный ими путь и другие параметры, на основании которых потом выстраивается изображение изучаемого объекта.

Возможность же применения ультразвуковых волн для изучения кровотока – не статичного, а динамичного, движущегося объекта, обеспечивается сложным взаимодействием между ультразвуком и клетками крови. Ведь клетки крови движутся в потоке вместе с плазмой, и именно они являются объектами, от которых отражается ультразвуковая волна при проведении допплерометрии. Хотя в крови также присутствуют тромбоциты и лейкоциты, тем не менее, главным источником рассеяния и отражения ультразвуковых волн считаются именно эритроциты, так как лейкоцитов гораздо меньше, а тромбоциты, несмотря на свою многочисленность, очень малы по размеру.

Использование ультразвука для регистрации различных параметров кровотока (скорости и др.) основывается на эффекте Доплера. Данный эффект заключается в том, что при отражении волны от движущегося объекта она меняет свою частоту. Причем если частота волны увеличивается, то объект движется по направлению к “приемнику” волн. Если же частота волны после отражения от движущегося объекта уменьшается, то такой объект движется в противоположную сторону.

На основании эффекта Доплера ультразвуковые волны используются для регистрации скорости кровотока, направления движения крови в сосудах и т.д. Причем за движущиеся объекты, от которых отражаются посланные ультразвуковые волны, принимают эритроциты.

На практике регистрация параметров кровотока на основе доплеровского эффекта не так проста, поскольку выступающие в качестве отражателей звуковых волн эритроциты движутся неоднородно и неравномерно. Каждый эритроцит, который входит в единую композицию перемещающейся массы клеток, вносит свой вклад в скорость перемещения. Кроме того, скорость движения эритроцитов зависит от сердечного цикла, а именно от момента сокращения и расслабления сердца. Ведь в момент сокращения сердца кровь движется быстрее, а в моменты его расслабления ее скорость снижается, а в некоторых случаях даже происходит ток в обратную сторону (особенно в венах).

Вследствие таких трудностей в получении информации о движении крови по сосудам на основе доплеровского эффекта с использованием ультразвуковых волн очень важным для точной допплерометрии является соблюдение следующих условий:

  • тщательный выбор места на теле для установки датчика;
  • правильная ориентация датчика по углу;
  • четкое представление о глубине залегания исследуемых сосудов для выбора датчика, испускающего волны нужной частоты, способные проникнуть на необходимую глубину;
  • анализ уловленных отраженных волн одновременно по частотной и временной области с целью определения скоростей движения отдельных эритроцитов в фазы сокращения и расслабления сердца.

На современном этапе все вышеуказанные условия соблюдаются, и поэтому допплерометрия позволяет получать точные данные о состоянии сосудов и кровотока.

Что показывает допплерометрия?

Несомненными плюсами допплерометрии в качестве метода оценки состояния кровотока и кровеносных сосудов являются ее следующие возможности:

  • Возможность выявления сосудистых поражений на доклинической стадии, когда у человека еще отсутствуют характерные симптомы;
  • Возможность выявления изменений кровотока в режиме реального времени, которые обусловлены не только органическими причинами, но и функциональными расстройствами;
  • Возможность изучения функционального состояния сосудистой системы любого органа и ткани;
  • Возможность проведения исследований, как в покое, так и при различных функциональных нагрузочных тестах;
  • Высокая информативность, чувствительность и специфичность получаемых данных о состоянии кровотока и сосудистой системы;
  • Неинвазивность методики, когда не нужно вводить какие-либо инструменты в физиологические отверстия тела;
  • Безопасность для пациента.

Благодаря вышеописанным возможностям допплерометрия позволяет диагностировать различные нарушения кровотока и аномалии сосудов, такие, как недостаточность кровообращения, сужения (стенозы), закупорки, извитости, деформации кровеносных сосудов, сосудистые мальформации, наличие тромбов в различных сосудах и т.д.

Виды допплерометрии

В настоящее время имеется несколько видов допплерометрии, которые различаются рядом технических характеристик и, соответственно, диагностической информативностью. Вследствие этого разные виды допплерометрии применяются в различных сферах медицины и для разнообразных целей. Ниже мы рассмотрим виды допплерометрии, применяющиеся в настоящее время в различных сферах медицины, а также приведем их основные характеристики и диагностические возможности.

Различные варианты спектральной допплерометрии называют ультразвуковой допплерографией (УЗДГ).

Позволяет оценивать кровоток в крупных сосудах и сердце. Результат потоковой спектральной допплерометрии отображается в виде спектрографической записи, представляющей собой своеобразный график, на котором записана скорость кровотока в зависимости от времени. При этом обычно по оси ординат (по вертикали) откладываются значения скорости кровотока, а по оси абсцисс (по горизонтали) – время. Линия графика, расположенная над осью абсцисс, отражает скорость кровотока по сосудам, в которых движется по направлению к снимающему показания датчику. А линия графика под осью абсцисс фиксирует кровоток, направленный в другую сторону от снимающего показания датчика.

Кроме того, спектрограмма позволяет также определить ламинарный и турбулентный оттоки крови. Ламинарный поток изображается в форме узкой кривой с четкими контурами на графике, а турбулентный имеет вид широкой неоднородной кривой.

Потоковая спектральная допплерометрия бывает двух видов: пульсовая (PW – pulsed wave) и непрерывная (постоянноволновая, CW – continuous wave).

Относится к вариантам допплерометрии, называемым УЗДГ. Бывает без выделения направления кровотока и с выделением направления (к датчику или от датчика движется кровь). Результат получают в виде графика в оттенках серого цвета, отображающего среднюю скорость по движущемуся в сосуде объему крови.

Непрерывная допплерометрия основана на постоянном излучении ультразвуковых волн в направлении исследуемых сосудов и постоянной фиксации отраженных от эритроцитов волн. Несомненным достоинством непрерывной допплерометрии является возможность измерения потоков крови, движущихся с большими скоростями в крупных сосудах.

Недостатком такого вида исследования является невозможность установить потоки крови в строго определенном месте, то есть отсутствие разрешения по дальности. Вследствие такого недостатка не всегда удается дифференцировать потоки крови в соседних сосудах, так как любая движущаяся цель, попадающая в поток ультразвуковых волн, фиксируется и вносит свой вклад в вычисление средней скорости кровотока в исследуемом участке тканей организма. К сожалению, невозможность выделить строго определенный отдельный сосуд и измерить скорость кровотока в нем является существенным недостатком непрерывной допплерометрии, так как во многих случаях требуется знать параметры кровотока в каждом сосуде в отдельности, а не в их группе.

Относится к типу допплерометрии, который называется в общем виде УЗДГ. Основана на излучении ультразвуковых волн с регулярными интервалами – то есть импульсами, когда сигнал от источника идет не непрерывно, а с перерывами. Предназначена для локализации по глубине исследования, а также для получения временного и частотного распределения скоростей кровотока в исследуемом объеме крови.

Импульсная допплерометрия дает разрешение по дальности, которое отсутствует у непрерывной допплерометрии. И так же, как и непрерывная, позволяет оценивать высокие скорости кровотока в крупных сосудах. То есть благодаря импульсной допплерометрии можно фиксировать скорость кровотока в строго определенном сосуде, залегающем на любой глубине. Иными словами, датчики прибора можно настроить и направить так, чтобы они измеряли параметры кровотока исключительно там, где это нужно, а не во всех кровеносных сосудах, попавших в поле проходящих сквозь ткани ультразвуковых волн. Подобная селективность очень важна для качественной и предметной диагностики заболеваний различных сосудов в любых органах и тканях.

Результат импульсной допплерометрии выводится на монитор в виде графика в оттенках серого цвета, на котором изображена скорость прохождения крови по сосуду в моменты сокращения и расслабления сердца.

Данный способ основан на окрашивании в разные цвета возвратившихся из тела ультразвуковых волн с уменьшившейся и увеличившейся частотой. Благодаря этому потоки крови, текущие в направлении от датчика, окрашиваются в синие цвета, а потоки, направленные к датчику, в красные оттенки. Темные оттенки синего и красного цветов отражают низкие скорости кровотока, а светлые – высокие. Определенным недостатком цветного допплеровского картирования является невозможность получения изображения мелких сосудов с маленькой скоростью кровотока в них. А вот несомненным достоинством метода является возможность оценить не только кровоток и его параметры, но и состояние самих сосудов.
Энергетическая допплерометрия (ЭД)