Доплеровская оценка кровотока

    Для распознавания аномальных паттернов в спектральных доплеровских сигналах, связанных с различными болезненными состояниями.

    Изучить возможные методы устранения искажений.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Нарушение кровотока

Ламинарный кровоток

Точка максимального стеноза

Число Рейнольдса

Расширение спектра

Турбулентность

СТРУКТУРА АРТЕРИАЛЬНОГО КРОВОТОКА

Кровоток по нормальным кондуитным артериям является ламинарным по своей природе, что означает, что он течет слоями. Как обсуждалось в предыдущих главах, ламинарный кровоток возникает потому, что такое устройство является наиболее энергоэффективным способом перемещения крови по сосуду. При ламинарном потоке слои с наименьшими скоростями присутствуют вблизи стенок сосуда, а самые быстрые скорости находятся в центре просвета сосуда. По мере прогрессирования атеросклеротического заболевания накопление бляшек ограничивает просвет сосуда. Накопление бляшек образует механическую преграду внутри артерии и изменяет характер кровотока в сосуде. Первоначально развивающаяся бляшка создает зоны завихрения (спиралевидного кровотока) и скопления крови, вызывая незначительные нарушения кровотока. Нарушение кровотока, или нарушенный кровоток, обычно принято обозначать отклонение от чисто ламинарного течения, но без потерь энергии, связанных с турбулентностью. Нарушенный кровоток обычно легко возвращается к чисто ламинарному течению после того, как пройдена область, вызвавшая нарушение. Пока поддерживается общий ламинарный кровоток, потери энергии минимальны, а давление поддерживается по всему сосуду, а также ниже по потоку (рисунок 8-1).

РИСУНОК 8-1. Кровоток по артерии с легким атеросклеротическим заболеванием показывает наличие вихревых токов и больший диапазон скоростей, все это связано с легким нарушением кровотока.

НЕЗНАЧИТЕЛЬНОЕ НАРУШЕНИЕ КРОВОТОКА

Как спектральная допплерография, так и цветная визуализация кровотока отображают незначительные нарушения кровотока в виде увеличенного диапазона скоростей, присутствующих в исследуемом объеме. При спектральной допплерографии это проявляется “заполнением” спектрального окна, часто описываемого как расширение спектра (рисунок 8-2). Однако пиковые скорости по всему сосуду остаются в пределах нормы, поскольку накопление бляшек недостаточно для значительного уменьшения объема кровотока через проводящий сосуд.

РИСУНОК 8-2. Заполнение спектрального окна, часто описываемое как расширение спектра, продемонстрировано в этой внутренней сонной артерии с негемодинамически значимым атеросклеротическим заболеванием. Обратите внимание на небольшую величину обратного кровотока, видимую ниже исходного уровня.

Измеренные скорости, связанные с “нормальным диапазоном скоростей”, зависят от артерии. Существует несколько общепринятых таблиц для оценки степени стеноза внутренней сонной артерии, например, которые можно использовать для сравнения максимальной систолической и конечной диастолической скоростей, полученных с помощью спектральной допплерографии. В других частях тела скорости вверх и вниз по течению сравниваются со скоростью в исследуемой области, чтобы определить, является ли скорость нормальной или ненормальной.

Заболевание без повышенной скорости кровотока обычно классифицируется как “легкое” или “негемодинамически значимое”. Цветная визуализация кровотока показывает негемодинамически значимое заболевание с инвертированным цветом вдоль стенок сосуда, а иногда и в центре сосуда, в зависимости от локализации образования бляшек (рисунок 8-3). Перевернутым цветом показаны небольшие участки ретроградного кровотока от вихревых токов.

РИСУНОК 8-3. Цветная визуализация кровотока изображает нарушение кровотока при негемодинамически значимом заболевании в виде областей перевернутого цвета (синего) вдоль стенок сосуда, а иногда и в центре сосуда, в зависимости от локализации образования бляшек (стрелки).

Нарушение кровотока и возникающее в результате расширение спектра часто присутствуют в нормальных артериях при определенных обстоятельствах, например, в пределах искривленного сосуда, на бифуркации или вблизи нее и при изменении диаметра артерии (например, луковицы сонной артерии). Следовательно, расширение спектра неспецифично для идентификации заболевания или оценки его тяжести (рисунок 8-4).

РИСУНОК 8-4. Два примера нарушения кровотока в пределах нормальной сонной артерии. Вихревые токи обозначены областями синего цвета на цветном изображении кровотока. В каждом случае присутствует расширение спектра. Обратите внимание, что пробы берутся не по центру сосуда, чтобы зафиксировать максимальную скорость. На практике образец перемещают взад-вперед по просвету сосуда до тех пор, пока не будет определена максимальная поступательная скорость.

СТЕНОЗ АРТЕРИИ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ КРОВОТОК

По мере увеличения бляшки площадь оставшегося просвета уменьшается. Чтобы компенсировать меньший эффективный диаметр просвета, скорость кровотока в суженной области должна увеличиваться, чтобы поддерживать тот же объем кровотока по сосуду. Скорость кровотока увеличивается по мере усиления обструкции. Нормальная скорость кровотока в артериях обычно находится в диапазоне 30-125 см / с. При тяжелом стенозе скорость может превышать 500 см /с. По мере выхода высокоскоростного кровотока в области стеноза возникает турбулентность. Турбулентность характеризуется полной потерей ламинарного кровотока и перемещением клеток крови, которое часто происходит под прямым углом или даже на 180 градусов к оси сосуда. Турбулентный поток иногда описывается как хаотичный поток.

Устранение упорядоченного ламинарного кровотока приводит к более высоким потерям энергии из-за трения, вызывая снижение давления ниже по потоку от точки стеноза. Возникновение турбулентности в ответ на увеличение скорости варьируется от пациента к пациенту и от поражения к поражению. Факторы, способствующие образованию турбулентности, включают вязкость крови, диаметр сосуда, скорость и направление стенозирующей струи, длину стенозирующей области и шероховатость поверхности бляшки. Эти факторы объединяются в безразмерный показатель, называемый числом Рейнольдса, который предсказывает возникновение турбулентности при артериальном стенозе. Число Рейнольдса, равное примерно 2000, обычно считается необходимым для возникновения турбулентности; однако это не всегда верно. При определенных условиях турбулентность может возникать при числах Рейнольдса меньше 2000 и, наоборот, ламинарный поток может поддерживаться при более высоких значениях.

Доплеровское исследование пораженной артерии может давать несколько различных характерных сигналов в зависимости от пространственного соотношения между местом взятия пробы и стенотической областью. Если точку максимального стеноза удается идентифицировать и взять пробу, становятся очевидными аномально высокие скорости (рисунок 8-5). Непосредственно дистальнее или ниже по течению от стеноза турбулентный поток прерывается наличием высокоскоростной струи, распространяющейся на некоторое расстояние ниже по течению от стеноза (рисунок 8-6). Высокоскоростная струя может распространяться вдоль оси, параллельной стенкам сосудов, но часто генерируется в совершенно другом направлении. Цветная визуализация кровотока может помочь определить истинный пространственный состав высокоскоростной струи.

РИСУНОК 8-5. Доплеровская проба в точке максимального стеноза показывает пиковую систолическую скорость более 400 см/с.

РИСУНОК 8-6. Доплеровский образец, полученный непосредственно дистальнее или ниже по течению от стеноза, демонстрирует область турбулентного потока (большая стрелка) и часть высокоскоростной струи (маленькие стрелки), отходящую от стеноза на некоторое расстояние ниже по течению в сосуде.

Турбулентный поток может распространяться на значительное расстояние вниз по течению. Например, стеноз почечной артерии в ее истоке может привести к турбулентности, которая распространяется по всей длине почечной артерии. Когда стеноз становится сильно ограничивающим кровоток, в месте обструкции увеличивается сопротивление кровотоку. Это проявляется в виде снижения диастолического кровотока в допплерографических образцах, взятых проксимальнее или выше по течению от стеноза (рисунок 8-7).

РИСУНОК 8-7. Снижение диастолического кровотока в этой общей сонной артерии наблюдается проксимальнее (выше по течению) точки максимального стеноза. Это результат повышенного сопротивления в сосуде, вызванного нижележащим стенозом, присутствующим во внутренней сонной артерии.

Допплерографические пробы, взятые ниже по течению от турбулентной области, если они доступны, показывают возврат к ламинарному кровотоку, но с задержкой систолического подъема и задержкой фазы систолического замедления (рисунок 8-8). Этот тип картины кровотока иногда называют волновой формой тардус парвус, что в вольном переводе означает “медленно нарастающий, медленно опадающий”.

РИСУНОК 8-8. Доплеровская проба, взятая ниже по течению от стеноза, показывает замедленный рост систолического давления и замедленную фазу замедления систолического давления. Турбулентность все еще очевидна в доплеровской спектральной форме сигнала далеко ниже по течению от стеноза.

Рисунок 8-9 представляет собой диаграммное представление прогрессирования доплеровских сигналов в сочетании с тяжелым артериальным стенозом.

РИСУНОК 8-9. Схематическое представление гемодинамически значимого стеноза. Зона 1 — это точка максимального стеноза; Зона 2 представляет постстенотическую турбулентность на выходе из стеноза с возможным включением части стенозирующей струи; Зона 3 представляет увеличение сопротивления, наблюдаемое проксимальнее стеноза; Зона 4 представляет возврат к ламинарному течению ниже по течению с формой волны тардус парвус и продолжающимися признаками нарушения кровотока.

НАЛОЖЕНИЕ ПСЕВДОНИМОВ

Повышенные скорости, связанные с артериальным стенозом высокой степени тяжести или со стенозом аортального или митрального клапана, особенно подвержены искажению (Рисунок 8-10). Как обсуждалось ранее, частота следования доплеровских импульсов должна быть как минимум в два раза больше частоты доплеровского сдвига, чтобы точно регистрировать скорость кровотока. Когда скорости кровотока приближаются, а затем превышают предел Найквиста, частоты доплеровского сдвига больше не отображаются точно. Когда это происходит, пиковая систолическая скорость больше не может быть точно определена. Это серьезная проблема, поскольку оценка процента стеноза при сосудистом заболевании и площади аортального клапана при стенозе аортального клапана в значительной степени зависят от измеренной максимальной систолической скорости.

РИСУНОК 8-10. Примеры сглаживания. (A) Спектральное сглаживание, продемонстрированное в этом PW доплеровском образце артериального стеноза. (B) Наложение цветов показывает характерный “мозаичный” рисунок, указывающий на неоднозначную информацию о скорости.

Наложение и различные подходы к решению этой проблемы, возможно, можно лучше понять, классифицировав параметры, влияющие на наложение, на две группы. Первая группа факторов — это факторы, влияющие на частоту доплеровского сдвига. Вторая группа факторов влияет на частоту следования доплеровских импульсов (PRF) прибора. Факторы, способствующие сглаживанию, сведены в две группы ниже. Некоторые из этих факторов находятся под контролем сонографиста.

Факторы, влияющие на частоту допплеровского сдвига:

    Скорость кровотока

    Передаваемая частота (датчик в доплеровском режиме)

    Угол допплерометрии к кровотоку (0-60 градусов)

Факторы, влияющие на допплерографическую PRF:

    Настройка шкалы скоростей

    Исходная установка

    Глубина объема образца (gate)

    “Одновременные” режимы

Скорость кровотока

Скорость кровотока, очевидно, не контролируется сонографистом. Действительно, определение скорости кровотока является причиной проведения исследования. Однако частота передачи и угол допплерометрии по отношению к потоку могут быть изменены сонографистом для обеспечения точного измерения скорости кровотока.

Частота передачи

Уменьшение частоты доплеровской передачи соответственно снижает частоту доплеровского сдвига, что становится потенциальной тактикой устранения сглаживания. Частота доплеровской передачи устанавливается предустановкой обследования и выбранным датчиком в соответствии с диапазоном частот передачи, доступным в доплеровском режиме. Следует отметить, что номинальная частота конкретного зонда относится только к частоте двумерного изображения. Например, датчик, обозначенный как 6-10 МГц, описывает диапазон частот изображения В режиме B в реальном времени, обычно без привязки к частоте передачи, используемой в спектральном доплеровском или цветовом доплеровском режимах.

Многие ультразвуковые приборы на месте оказания медицинской помощи позволяют оператору регулировать частоту доплеровской передачи. Регулятор частоты доплеровской передачи может быть помечен как “передаваемая частота” или просто как “f” и отображается в разделе настроек доплерографии, когда устройство находится в режиме доплерографии. Может быть указана фактическая частота передачи, например “2,5 МГц”, или настройки частоты передачи могут быть указаны с помощью номенклатуры, такой как “низкий-средний–высокий”. Другая возможная схема маркирует частоту доплеровской передачи как “проникновение–разрешение” или “проникновение–общее разрешение”, если доступны два или три варианта. Снижение частоты доплеровской передачи вызывает соответствующее уменьшение частоты доплеровского сдвига, что может уменьшить наложение или вообще устранить его. В качестве бонуса, более низкая частота передачи может лучше проникать через кальцинированную бляшку внутри сосуда или сердечного клапана.

Угол допплерометрии по отношению к кровотоку

Угол допплерографии, близкий к нулю градусов, дает самую высокую частоту допплеровского сдвига по сравнению с объемом пробы. (В уравнении Доплера косинус нуля градусов приводит к наибольшему абсолютному значению косинуса угла, которое равно 1.) В некоторых клинических приложениях сонограф может гибко изменять угол допплерометрии. Например, артериальный стеноз часто можно исследовать под несколькими разными углами. Инсонирование сосуда под углом 60 градусов имеет меньшую вероятность сглаживания, чем под углом 20 градусов. В других ситуациях сонографист имеет серьезные ограничения в манипулировании углом допплерометрии, которые делают изменение угла кровотока непрактичным или невозможным.

Шкала спектральных скоростей

Увеличение и уменьшение шкалы спектральных скоростей одновременно увеличивает или уменьшает доплеровскую PRF. Фактически, некоторые производители маркируют этот контроль ”доплеровской PRF“ или просто «PRF” (в доплеровском режиме). Более высокая частота следования доплеровских импульсов повышает предел Найквиста, возможно, до уровня, достаточного для точного измерения скорости отражения. Если максимальная частота следования импульсов (верхний предел шкалы контроля скорости) не устраняет артефакт сглаживания, то может сработать одна из приведенных ниже стратегий.

Базовая линия спектра

Сглаживание иногда может быть устранено путем понижения (или повышения, в зависимости от направления потока) базовой линии спектра, которая разделяет большую (или всю) доступную шкалу скоростей для потока в этом конкретном направлении. Эта тактика предполагает, что кровоток в противоположном направлении отсутствует (или не представляет интереса), поскольку он не отображается. Изменение базовой линии может работать отдельно или в сочетании с одним из вышеперечисленных методов

Глубина объема образца

Глубина доплеровского отбора проб PW определяется расстоянием между датчиком и местоположением объема пробы (затвора). По мере увеличения глубины отбора проб необходимое время задержки между каждым передаваемым импульсом увеличивается и, следовательно, максимальное количество доплеровских импульсов, которые могут быть переданы за одну секунду (PRF Доплера) уменьшается. Это снижение доплеровской PRF является прямым результатом снижения предела Найквиста (предел Найквиста равен половине PRF).

При некоторых обстоятельствах положение пациента или метод сканирования могут быть изменены для обеспечения меньшей глубины взятия пробы. Например, изображение почечных артерий, полученное пациентом в положении лежа на спине, может иметь глубину выборки 16-18 см. Перевод пациента в положение лежа может привести к тому, что датчик будет расположен ближе к почке. В этой ситуации меньшая глубина образца позволяет получить более высокую доплеровскую PRF, тем самым увеличивая предел Найквиста.

Одновременные режимы

Одновременные режимы, такие как В-режим визуализации в реальном времени, цветная визуализация кровотока и спектральная допплерография, могут значительно снизить PRF допплерографии. Одновременные режимы на самом деле не являются одновременными, а работают путем чередования импульсов двумерной визуализации (цветной и / или B-режим) между доплеровскими импульсами. Теоретически это снижает PRF Доплера и может значительно снизить предел Найквиста, в зависимости от прибора. Рекомендуемой практикой для большинства ситуаций является замораживание изображения кровотока в режиме B и цвете во время получения допплерографии в режиме реального времени, что сохраняет качество двумерного изображения и, в то же время, обеспечивает максимальную допплеровскую PRF.

Комбинация методов

В реальной практике сонограф часто использует комбинацию вышеперечисленных методов для устранения искажений. Например, умеренная степень сглаживания может быть исправлена (1) снижением частоты передачи, (2) повышением шкалы скоростей до максимального значения и (3) перемещением базовой линии в верхнюю или нижнюю часть спектрального дисплея. В ситуациях, когда возможно и целесообразно увеличение угла допплерометрии до 60 градусов, этот метод также может быть частью потенциального решения. Также может быть использовано изменение положения датчика или пациента.

CW Допплерография

При стенозе аортального клапана в сердце скорость может превышать 6 м / с, и инсонирование должно производиться под углом, максимально близким к 0 градусам. В таких обстоятельствах сочетание очень высокой скорости, параллельности доплеровского звукового луча потоку (0 градусов) и большой глубины расположения аортального клапана создает наихудший из возможных сценариев сглаживания. Исключить PW-доплеровское сглаживание в этих ситуациях практически невозможно. Однако одним из решений является локализация высокоскоростной клапанной струи с помощью цветной визуализации кровотока и PW-допплера, а затем переключение на непрерывноволновую (CW) допплерографию в дуплексном режиме. Поскольку CW-допплерография не имеет ограничений при измерении высоких частот доплеровского сдвига, часто можно получить точную пиковую систолическую скорость (Рисунок 8-11). Стеноз аортального клапана также может быть оценен с помощью непрерывного допплеровского невизуализирующего зонда (зонд питоффа) специалистами-сонографистами, имеющими опыт в этой методике.

РИСУНОК 8-11. Непрерывноволновая допплерография в дуплексном режиме, демонстрирующая кровоток через митральный клапан и выводной тракт левого желудочка. CW Doppler записывает всю информацию о скорости кровотока на пути прохождения звукового луча.

Режим высокой частоты сердечных сокращений

Большинство систем ulrasound предлагают так называемый режим “высокой PRF”. Режим высокой частоты PRF — это импульсно-волновой режим (PW), который работает со скоростью, превышающей нормальную дальность эхо-сигнала, и, таким образом, допускает более высокий предел Найквиста ценой некоторой неоднозначности разрешения по дальности. Однако при практическом применении низкое разрешение по дальности обычно не влияет на способность точно отображать более высокие скорости, связанные с исследуемой патологией. В режиме высокой PRF доплеровская PRF увеличивается выше значения, которое обычно допускается при данной глубине образца. Другими словами, последующие доплеровские импульсы передаются без достаточного времени для того, чтобы все возвращающиеся эхо-сигналы достигли преобразователя. Таким образом, доплеровский PRF может быть увеличен в несколько раз по сравнению с традиционным значением, что позволяет точно отображать значительно более высокие скорости без сглаживания. Вместо одного объема образца на пути прохождения луча имеется несколько объемов образца. Доплеровская информация получается из всех объемов образца, которые затем суммируются для получения результирующей доплеровской формы волны (Рисунок 8-12). Режим высокой PRF, если он доступен, может быть активирован одним из нескольких способов, в зависимости от конструкции системы. На некоторых сканерах режим высокой PRF будет иметь отдельный регулятор включения / выключения, доступ к которому можно получить с помощью программной клавиши или выбора в меню. В других системах режим высокой PRF может запускаться автоматически, поскольку объем доплеровской пробы находится за пределами глубины, на которой обычно происходит спектральное сглаживание. Большинство систем с этой опцией требуют, чтобы пользователь сначала включил использование автоматического режима высокой PRF через меню настройки системы.

РИСУНОК 8-12. Импульсная допплерография аортального клапана в режиме высокой частоты сердечных сокращений. Обратите внимание на расположение трех объемов образцов, отображаемых вдоль курсора допплерографии.