Сердце

Tag: эффект Допплера

Общие вопросы

Апрель 20, 2011 Комментарии отключены

Нормальные клапаны сердца так тонки и подвижны, что их не удается визуализировать с помощью большинства диагностических методов. Эхокардиография, которая фиксирует различия в акустических характеристиках между соединительной тканью и кровью, позволяет в подробностях рассмотреть клапаны сердца. Для исследования клапанного аппарата сердца применяются все существующие разновидности эхокардиографии.

Преимуществом М-модальной эхокардиографии является высокая разрешающая способность; недостатком — ограниченная зона наблюдения. Основная сфера применения М-модальной эхокардиографии — регистрация тонких движений клапанов, таких, как диастолическая вибрация передней створки митрального клапана при аортальной недостаточности или средне-систолическое прикрытие аортального клапана при гипертрофической кардиомиопатии.

Двумерная эхокардиография обеспечивает большую зону наблюдения, однако чем эта зона больше, тем меньше разрешающая способность метода; важное преимущество двумерной эхокардиографии состоит в том, что эти методом можно определить распространенность поражения клапанного аппарата, например, при склерозировании аортального клапана.

Допплеровская эхокардиография позволяет качественно и количественно оценивать кровоток через каждый из сердечных клапанов. Главный недостаток метода — в необходимости направлять ультразвуковой луч строго по потоку, чтобы избежать искажения результатов исследования.

Однако такие открываемые допплер-эхокардиографией возможности как оценка гемодинамической значимости аортального стеноза и вычисление давления в легочной артерии — это почти революционные достижения, которые могут служить образцом того, что может дать неинвазивный метод.

С широким распространением эхокардиографии все большему числу пациентов проводится хирургическая коррекция клапанных пороков сердца без предварительной катетеризации сердца. Можно уверенно положиться на результаты эхокардиографической оценки выраженности порока, приведшего к тяжелым нарушениям гемодинамики. Только в двух случаях эхокардиографического исследования недостаточно: 1) если возникает противоречие между данными клиники и результатами эхокардиографического исследования; 2) если при несомненной необходимости хирургической коррекции порока требуется выяснить другие вопросы, чаще всего — наличие или отсутствие патологии коронарных артерий [87].


Цветное допплеровское сканирование

Апрель 18, 2011 Комментарии отключены

Цветное допплеровское сканирование [Color Doppler] — относительно недавнее достижение эхокардиографической техники. Суть этого метода состоит в наложении закодированных разными цветами скоростей кровотока на двумерное изображение сердца.

Цветное сканирование стало развитием импульсной допплер-эхокардиографии: изображение разбивается на 250—500 контрольных объемов, ориентированных параллельно ультразвуковым лучам в секторе. Главное техническое преимущество цветного сканирования по сравнению с описанными выше допплеровскими режимами — возможность более быстрого разложения сложных колебаний на составляющие. Преобразование Фурье требует для разложения сложного колебания на составляющие его простые колебания около 100 серий импульсов; при этом для достижения хорошей временной разрешающей способности требуется около 20 мс на анализ сдвига частоты ультразвукового сигнала. При цветном сканировании на анализ каждого отраженного от эритроцитов сигнала тратится примерно в 10 раз меньше времени, чем при импульсном исследовании. Это дает возможность исследовать сразу много контрольных объемов с приемлемой разрешающей способностью.

При цветном сканировании каждая точка изображения (каждый контрольный объем) внутри исследуемого сектора приобретает определенный цвет в зависимости от направления и средней скорости движения эритроцитов в этой точке. Угол сектора у большинства эхокардиографических аппаратов равен 90° для двумерного изображения и 30—45° для цветного допплеровского сканирования. Сужение угла сканирования приводит к увеличению частоты смены изображений, т. е. к улучшению временной разрешающей способности. Цветное сканирование имеет относительно медленную скорость смены изображений, так как на анализ каждого контрольного объема тратится по крайней мере в 8 раз больше времени, чем на анализ участка двумерного изображения того же размера.

С помощью основных цветов, красного и синего, обозначаются направление движения, средняя скорость, турбулентность потока в каждом контрольном объеме и наличие искажения допплеровского спектра. Установлено для всех эхокардиографических систем, что красный цвет соответствует кровотоку по направлению к датчику, синий — от датчика. Светлые оттенки красного и синего цветов соответствуют более высоким средним скоростям движения эритроцитов вплоть до предела Найквиста. Если скорости превышают этот предел, то возникает искажение допплеровского спектра и в нем появляются цвета, обозначающие противоположное направление движения. В некоторых эхокардиографах используется зеленый цвет для обозначения турбулентности потока, однако это, по-видимому, не приносит желаемого эффекта из-за невозможности избежать появления искажения допплеровского спектра при высоких скоростях кровотока. С появлением цветного сканирования увеличилась чувствительность и сократилось время, необходимое для выявления патологических потоков в сердце. Цветное сканирование представляет в каждой точке изображения средние скорости кровотока, поэтому появление всякого патологического потока сопровождается искажением спектра; в удобном для восприятия виде видны внутрисердечные шунты, клапанные стенозы и струи регургитации. Цветное изображение внутрисердечных потоков повторяются в каждом сердечном цикле, что создает подобие их ангиографической регистрации. Для аккуратного сопоставления кровотока с фазами сердечного цикла прибегают к цветному сканированию М-модального изображения.

Подробнее

Основные уравнения

Апрель 18, 2011 Комментарии отключены

Сокращения приведены по-английски — в том виде, в котором они используются для обозначения допплеровских параметров в компьютерных программах современных эхокардиографов.

[Минутный объем кровотока (CO)] = [Частота сердечных сокращений (HR)] х [Ударный объем];

[Ударный объем (SV)] = [Площадь поперечного сечения сосуда (или отдела сердца)] х [Линейный интеграл скорости кровотока через данное сечение];

[Интеграл линейной скорости (FVI, или VTI)] = [Время кровотока (ET)] х [Средняя скорость кровотока (Vmean)];

[Площадь поперечного сечения (CSA)] = ΠD²/4, где D — диаметр сечения.

Условия, которые должны быть соблюдены при определении объема кровотока
1) площадь поперечного сечения сосуда или отдела сердца следует определять на том же уровне, что и линейный интеграл скорости кровотока;
2) допплеровский спектр кровотока должен иметь ровные контуры, особенно в фазу ускорения кровотока;
3) кровоток в исследуемой области должен быть ламинарным;
4) угол между направлением ультразвукового луча и направлением кровотока должен быть минимальным (менее 20°);
5) площадь поперечного сечения сосуда не должна изменяться в течение всего времени кровотока. Этому условию лучше всего удовлетворяет аортальный клапан и выносящий тракт левого желудочка.


Рисунок 3.7. Импульсное допплеровское исследование кровотока в выносящем тракте левого желудочка: расчет ударного объема. Ударный объем (SV) рассчитывается как произведение площади поперечного сечения (CSA) сосуда (или отдела сердца) на интеграл линейной скорости (VTI).

Вычисление градиента давления с помощью упрощенного уравнения Бернулли
1. Короткий вариант вычисления: ΔP = 4V2, где ΔP — градиент давления по разные стороны обструкции (мм рт. ст), V — максимальная скорость кровотока дистальнее обструкции (м/с)

У читателя, впервые встречающегося с уравнением Бернулли, написанным в подобном виде, эта запись (принятая в эхокардиографической литературе) может вызвать естественное удивление из-за несовпадения единиц измерения в левой и правой частях уравнения. В множителе равном 4 это несовпадение учтено.

2. Длинный вариант вычисления (должен использоваться, если скорость кровотока проксимальнее обструкции превышает 1,2 м/с): ΔP = 4(V12 – V22), где V1 — скорость кровотока дистальнее обструкции, V2 — скорость кровотока проксимальнее обструкции.


Постоянно-волновая допплер-эхокардиография

Апрель 18, 2011 Комментарии отключены

В отличие от импульсного исследования, где один и тот же кристаллический элемент и посылает, и принимает сигналы, при постоянно-волновом исследовании эти процессы разобщены: один кристаллический элемент посылает сигналы, другой принимает их. При исследовании в постоянно-волновом допплеровском режиме отраженный ультразвуковой сигнал принимается независимо от того, когда он был послан. Таким образом, исследуется кровоток вдоль всего ультразвукового луча (рис. 3.6). Главное достоинство постоянно-волнового допплеровского исследования состоит в том, что с его помощью может быть измерена любая скорость кровотока. На самом деле при постоянно-волновом исследовании ультразвуковые сигналы посылаются не непрерывно, а в виде отдельных импульсов. Изменение частоты повторения импульсов меняет масштаб допплеровского спектра. Частота повторения импульсов при постоянно-волновом исследовании, однако, ограничена только техническими средствами, но не пределом Найквиста. Современные эхокардиографы в принципе позволяют измерять скорости кровотока, достигающие 12 м/с, что выходит далеко за пределы возможного (скорость 12 м/с соответствует разнице давлений, превышающей 500 мм рт. ст.), так что с помощью постоянно-волновой допплер-эхокардиографии можно измерять любую скорость кровотока.


Рисунок 3.6. Пример исследования аортального кровотока в постоянно-волновом допплеровском режиме при аортальном пороке сердца. Исследуется кровоток вдоль всего ультразвукового луча. На допплеровском спектре регистрируется систолический поток через стенозированный аортальный клапан (AS) и диастолический поток аортальной регургитации (AI). Максимальная скорость (Vmax) стенотической струи составляет 4,1 м/с. По упрощенному уравнению Бернулли рассчитан максимальный градиент давления (ΔPmax) между левым желудочком и аортой, который оказался равным 67 мм рт. ст. CW Doppler Transducer — постоянно-волновой допплеровский датчик, LV — левый желудочек, LA — левое предсердие, Ao — восходящий отдел аорты, Velocity — скорость (м/с), Time — время (с). Judge K.W., Otto C.M. Doppler echocardiographic evaluation of aortic stenosis, in: Doppler Echocardiography, ed. Schiller N.B., Cardiology Clinics, 8 (2), 1990.

Подробнее

Импульсная допплер-эхокардиография

Апрель 18, 2011 Комментарии отключены

Импульсное допплеровское исследование [Pulsed Wave Doppler] основано на использовании ультразвукового сигнала в виде отдельных серий импульсов. Датчик посылает серию ультразвуковых сигналов и «ждет» их возвращения от эритроцитов в виде отраженных сигналов. Поскольку известна скорость распространения ультразвука в среде (1540 м/с), создается возможность анализировать не все сигналы, возвращающиеся к датчику, а только те, которые отражены от эритроцитов, находящихся на определенном расстоянии от датчика. Место исследования кровотока, по-русски называется контрольным объемом, что не точно по смыслу: правильнее — пробный объем [sample volume]. Фактически мы регулируем интервал времени от посылки сигнала до начала приема отраженного сигнала и продолжительность приема сигнала, но практически эти параметры преобразуются в расстояние от датчика до контрольного объема и размеры контрольного объема (рис. 3.3). Длина контрольного объема обычно можно изменять от 2 до 20 мм. Возможность изучения скоростей кровотока в ограниченной области — главное достоинство импульсного допплеровского исследования. На рис. 3.4 показаны примеры допплеровского исследования нормального внутрисердечного кровотока. В табл. 4 приведены максимальные скорости нормального внутрисердечного кровотока у детей и у взрослых.


Рисунок 3.3. В импульсном режиме допплеровского исследования интервал времени от посылки сигнала до начала приема отраженного сигнала и продолжительность приема сигнала преобразуются в глубину помещения контрольного объема и размеры контрольного объема. Sample Volume — контрольный объем. Wagonner A.D., Perez J.E. Principles and Physics of Doppler, in: Doppler Echocardiography, ed. N. Schiller, Cardiology Clinics, Vol. 8(2), 1990.

Таблица 4. Максимальные скорости (м/с) нормального внутрисердечного кровотока у детей и у взрослых
Дети Взрослые
Митральный клапан 1,0 (0,8—1,2) 0,9 (0,4—1,3)
Трехстворчатый клапан 0,6 (0,5—0,8) 0,5 (0,3—0,7)
Легочная артерия 0,9 (0,7—1,1) 0,75 (0,6—0,9)
Выносящий тракт левого желудочка 1,0 (0,7—1,2) 0,9 (0,7—1,1)
Аорта 1,5 (1,2—1,8) 1,35 (1,0—1,7)
Hatle L, Angelsen B. Doppler ultrasound in cardiology: physical principles and clinical application, 2nd ed. Philadelphia. Lea & Febiger, 1985
Подробнее