4.10. Ультразвуковые сканеры со спектральным допплером

УЗ допплеровские методы в зависимости от способов получения и отображения информации используются для следующих целей.

1. Оценки изменения во времени скорости кровотока в сечении сосуда или части сечения сосуда.

2. Оценки частоты сердечных сокращений плода.

3. Оценки спектра скоростей кровотока в сердце и сосудах в процессе его изменения во времени (спектральная допплеровская эхография) – Д-режим.

4. Цветового допплеровского картирования кровотока (цветовая допплеровская эхография) – двухмерное изображение биологических структур, в которых скорость движения отдельных элементов отображается с помощью цвета различных оттенков.

Чаще всего в настоящее время применяются методы спектрального допплера и цветового допплеровского картирования вместе с методом двухмерной эхографии (В-режим), методом оценки движения биологических структур во времени (М-режим).

Основой допплеровских методов является эффект Допплера, который состоит в том, что частота колебаний звуковых волн, излучаемых источником звука и частота этих же волн, принимаемых приемником звука, отличаются, если приемник и передатчик движутся друг относительно друга или же если в приемник поступают сигналы источника звука после отражения движущимся отражателем.

В УЗ диагностических приборах определяется не сама частота колебания, поступающего в приемник, а разность этой частоты f и частоты f₀ – колебания, излучаемого источником. Эта разность называется допплеровским сдвигом частоты. Для случая движения отражателя в сторону датчика допплеровский сдвиг Fд определится

. (13)

Роль отражателя выполняют биологические структуры (например, элементы крови). Учитывая, что скорость кровотока V не превышает нескольких метров в секунду, а скорость звука С в мягких биологических тканях в среднем равна 1540 м/с, т.е. V << C, то выражение (13) можно представить в виде

. (14)

Когда отражатель движется к датчику, допплеровский сдвиг положителен, если он движется в противоположную от датчика сторону (–V) то допплеровский сдвиг отрицателен.

При проведении УЗ исследований кровотока вектор скорости движения отражающих структур не совпадает с осью датчика, т.е. осью УЗ луча, а находится под некоторым углом  относительно оси луча.

Величина угла  заранее не известна, но может быть определена. Например, с помощью обычного УЗ сканирования можно определить по В-эхограмме ориентацию сосуда и, следовательно, угол  между направлением кровотока и направлением на допплеровский датчик. Угол  называется допплеровским углом или углом инсонации.

С учетом угла  выражение (14) примет вид

. (15)

Это основное соотношение, позволяющее по измеренному в приборе допплеровсему сдвигу частоты Fд оценивать скорость движения V, при данном значении угла . Влияние угла  на измерение сдвига частоты, а следовательно на оценку скорости кровотока показано на рис. 47. Для увеличения точности оценки необходимо уменьшать угол . Однако при этом следует учитывать, что при уменьшении угла  менее 25  ультразвук начинает отражаться от границы стенка сосуда – кровь в результате различия в скорости распространения ультразвука в стенке сосуда и в крови и, следовательно, преломления волны.

Рис. 47. Влияние допплеровского угла  на измерение допплеровского сдвига

Следует также учитывать изменения скорости движения отражателей крови во времени в соответствии с циклами сердечных сокращений. Это изменение (пульсация) вызывает соответствующие изменения частоты допплеровского сдвига во времени. Для того, чтобы отследить все изменения скорости кровотока в различных фазах сердечного цикла (систолической и диастолической) надо в течении времени одного цикла Тс иметь по крайней мере 10 измерений через равные промежутки времени, т.е. проводить измерения с интервалом не более Тс/10. В этом случае выполняется требование измерения в реальном времени.