Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Этот эффект необходимо учитывать при наблюдении кроватока в сосудах. Глвва 4 134 Ультразвуковые диагностические приборы Физическое обьяснение критического допплеровского угла можно дать с помощью рис. 5г — 5е. Направление распространения УЗ волны, падающей на границу между стенкой сосуда и кровью, изменяется после перехода через указанную границу, те. не равны между собой угол )3 и угол Т между перпендикуляром к границе и направлениями распространения волны до и после границы сред. Это явление называется преломлением, и обьясняется оно различием в скоростях распространения ультразвука в стенке сосуда и крови (в крови скорость С, несколько больше, чем скорость ультразвука С, в стенке сосуда).
Рис. 5г иллюстрирует преломление ультразвука при допплеровском угле а = 45'. При допплеровском угле, равном критическому (т.е. при а = 25'), преломленная волна распространяется вдоль границы стенка сосуда — кровь, и при этом эхо-сигналы от крови практически получить невозможно (рис.
5д). При допплеровском угле меньшем критического, когда а < 25, преломленной волны просто нет, а есть только отраженная волна (рис. 5е). В этом случае также невозможно получить эхо-сигналы от крови и, следовательно, измерить допплеровский сдвиг частоты. Мы рассматривали и иллюстрировали примерами оценку скорости кровотока в предположении постоянства скорости движения отражателей. На самом деле скорость движения биологических структур меняется во времени.
Так, скорость кровотока в артериях периодически меняется в соответствии с циклами сердечных сокращений. Поэтому и частота допплеровского сдвига также меняется во времени. Это означает, что, если мы хотим исследовать характер изменения скорости кровотока во времени, необходимо достаточно часто право- дить измерения допплеровского сдвига. Например, если ЧСС составляет 150 сокращений/мин, то период (цикл) работы сердца составляет Т, = = 0,4 с.
Для того чтобы отследить всв изменения скорости кровотока в различных фазах сердечного цикла (систолической и диастолической), надо в течение периода Т,иметь по крайней мере 10 измерений через равные промежутки времени. Это значит„что измерения надо проводить с интервалом не более Т,/10, или 0,04 с, т.е. с частотой повторения не менее 25 с-'.
В этом случае выполняется требование измерения в реальном времени. Частота излучаемого сигнала Из выражения для допплеровского сдвига частоты (1) видно, что при данной скорости кровотока допплеровский сдвиг пропорционален частоте излучаемого датчиком сигнала: чем больше эта частота„тем больше сдвиг. По этой причине целесообразно выбирать как можно большую величину частоты сигнала, так как при этом увеличивается точность измерения допплеровского сдвига Г, и, следовательно, точность оценки скорости и в каждый момент времени.
Стремление увеличить частоту излучения, к сожалению, сдерживается физическими ограничениями, связанными с затуханием УЗ колебаний в биологических тканях. Как известно, эти затухания имеют частотнозависимый характер, т.е. с увеличением частоты повышается степень затухания и, следовательно, уменьшается максимальная глубина, на которой еще можно получить эхо-сигнал приемлемого уровня„достаточного для измерения допплеровского сдвига частоты. Уровень эхо-сигналов, отраженных форменными элементами крови, прежде всего эритроцитами, в сред- Ультразвуковые сканеры со спектральным допплером Р„= 2Гду/С. Ультразвуковые диагностические приборы нем ниже, чем уровень эхо-сигналов, отраженных неоднородностями мягких тканей, что обусловлено очень малым размером эритроцитов.
Поэтому для получения необходимого уровня эхо-сигналов в заданном диапазоне глубин в допплеровских режимах применяются несколько более низкие частоты, чем в В-режиме. В чисто допплеровских режимах (без одновременного получения В-изображения) используются специальные допплеровскив датчики со следующими частотами: 2 МГц — для исследования сосудов мозга (транскраниального исследования); 3 МГц— для исследования плацентарного кровотока; 4 или 5 МГц — для исследования относительно крупных и глубоко расположенных сосудов; 8 или 10 МГц — для исследования мелких, неглубоко расположенных периферических сосудов. В так называемых дуплексных датчиках, используемых для получения двухмерного В-изображения и допплеровских измерений одновременно, частота для допплеровских измерений ниже, чем частота для В-режима.
Например„датчик с частотой 3,5 МГц (в В-режиме) в допплеровском режиме излучает частоту 3 МГц, в датчике с частотой 5 МГц (в В-режиме) в допплеровском режиме применяется частота 4 МГц. Вернемся опять к формуле для допплеровского сдвига частоты, исключив из нее для простоты зависимость от угла гс Если подставить в нее значение скорости у = 2 м/с, то для частоты излучения Гь = 8 МГц можно получить (имея в виду, что С = 1540 м/с) сдвиг частоты Г„= 16 кГц.
Для других, меньших значений скорости допплеров- ский сдвиг частоты будет соответственно меньше. Полученный результат интересен тем„что имеет важное практическое значение. Вспомним, что диапазон частот, слышимых человеческим ухом, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Поэтому с помощью специальных усилителей и акустических систем допплеровский сдвиг частоты можно сделать слышимым, что делается практически во всех современных приборах с допплвровскими режимами работы.
Возможность слышать допплеровские частоты помимо их наблюдения на экране прибора является очень полезной функцией, так как человеческое ухо — чувствительный и тонкий анализатор частот. 4.3. Понятие о спектре скоростей кровотока и спекгре частот допплеровского сдвига Ранее мы предполагали, что наблюдаются отражатели, у которых скорость движения в данный момент времени одна и та же.
На самом деле различные движущиеся отражатели имеют, как правило, различную скорость. Рассмотрим в качестве примера сечение сосуда (рис. 6). Скорость кровотока в центре сосуда максимальна и снижается по мере приближения к краям вследствие трения о стенки сосуда.
В нормальном сосуде небольшого диаметра профиль скоростей (кривая на рис. 6) имеет форму, близкую к параболе. Распределение скоростей на рис. 6 соответствует определенным моментам времени, взависимости от времени величины скоростей будут меняться, хотя характер изменения скорости в сечении сосуда будет при- Глава 4 Уровень эхо-ситнала 0,5 1,0 к, и/с Уровень эхо-сигнале 13б Ультразвуковые диагностические приборы Рис. 6. Параболическое распределение скоростей кровотока в сечении сосуда: в — в систолической Фазе, б — в дивотолической фазе.
ииииюююююююююииюююю .,~11 О 0,5 1,0 у, и/с Рис. 7. Спектр скоростей в сечении сосуда: а — в систоличвокой фазе, б — в дивстоличв- ской Фазе. мерна тем же. В систолической фазе скорости в артериях существенно выше, чем в диастолической фазе. Можно изобразить на графике (рис. 7) распределение скоростей в определенный момент времени, откладывая по горизонтальной оси значения скоростей, а по вертикальной оси — уровни эхо-сигналов, соответ- ствующие каждому значению скорости.
Чем большее количество элементов крови движется с определенной скоростью, тем больше уровень суммарного зхо-сигнала для этого значения скорости. Приведенное распределение амплитуд эхо-сигналов для различных скоростей называется спектром скоростей. Естественно, вид спектра скоростей меняется в различных фазах сердечного цикпа— в систолической фазе он смещен в сторону более высоких значений скоростей (рис. 7а)„в диастолической фазе спектр скоростей смещается к более низким значениям скоростей (рис. 7б). Спектр скоростей отображает распределение энергии эхо-сигналов для различных скоростей отражающих элементов, и форма его не совпадает с формой пространственного распределения скоростей в обследуемой области, хотя и зависит от пространственного распределения.
Следует сказать о том, что спектр скоростей кровотока отображается на экране УЗ прибора не в виде амплитудного распределения, как на рис. 7, а в виде вертикальной линии, яркость каждой точки которой пропорциональна амплитуде сигнала на соответствующей скорости. Об этом будет сказано ниже более подробно.
Скорости кровотока, а точнее проекции скоростей на ось УЗ луча, формируемого датчиком, однозначно связаны с частотами допплеровскага сдвига Г, согласна вышеприведенным формулам. Поэтому спектру скоростей кровотока соответствует спектр частот доппперовского сдвига. На рис. 8 изображен вид такого спектра частот для систолической и диасталическай фаз, в предположении, что датчик излучает частоту юв = 3 МГц, а допплеровский угол си = 60'. Спектр показан сплошной кривой со штри- Ультразвуковые сканеры со спектральным допплерам '(а] Если датчик излучает сигнал с частотой (ь= 6 МГц, то кривая, описывающая форму спектра частот допплеровскога сдвига, будет иметь другой вид, переместившись в область более высоких частот (пунктирная кривая на рис. 66).
Таким образом, при большей частоте сигнала можно более точно определить форму спектра и, следовательно, точнее оценить спектр скоростей кровотока. Форма спектра скоростей в существенной мере зависит от характера кровотока в сосуде. На рис.
7 изображен вид спектра скоростей для нормального сосуда относительно небольшого диаметра с параболическим профилем скоростей в сечении. В сосуде большого диаметра, например в аорте, профиль скоростей отличается от параболического — в средней части сосуда большое количество эритроцитов движется с одинаковой скоростью (рис. 9а). В этом случае спектр скоростей более узкий, чем в предыдущем случае. Наличие стеноза в сосуде (рис. 96) приводит к увеличению максимальной скорости в центре сосуда (в систолической фазе).
Кроме того, вследствие увеличения трения на границах сосуда в зоне стеноза увеличивается количество элементов крови, ско- уровень эхо-сигнала 0 1 2 3 4 Р„,кГц Уровеньэхо-сигнала 0 1 2 3 4 Р кГц Рис. В. Спектр частот допплеровского сдвига для эхо-сигналов: а — в систолической фазе, б — в диастолической фазе (сплошная кривая для частоты сигнала (~ = 3 МГц, пунктирная кривая для частоты сигнала б МГц). ховкай под ней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
