Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
1Ультразвуковое исследование
[править | править исходный текст]
Материал из Википедии свободной энциклопедии
Установка медицинской эхографии Toshiba SSA-270A.
Современный аппарат УЗИ
Портативный аппарат УЗИ
Запрос «УЗИ» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Ультразвуковое исследование (УЗИ) неинвазивное исследование организма человека или животного[1] с помощью ультразвуковых волн.
Содержание
[убрать]
Физические основы[править | править исходный текст]
Физическая основа УЗИ пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.
Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание;частотой числом колебаний в единицу времени; длиной расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.
Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости распространения звуковых волн. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».
Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.[2]
В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих границу.
Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиентперепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).
Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.
Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Допплера. Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).
При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.
Составляющие системы ультразвуковой диагностики[править | править исходный текст]
Генератор ультразвуковых волн[править | править исходный текст]
Генератором ультразвуковых волн является датчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.
Ультразвуковой датчик[править | править исходный текст]
В качестве детектора или трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.
Виды датчиков[править | править исходный текст]
Все ультразвуковые датчики делятся на механические и электронные. В механических сканирование осуществляется за счет движения излучателя (он или вращается или качается). В электронных развертка производится электронным путем. Недостатками механических датчиков являются шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение. Механические датчики морально устарели и в современных сканерах не используются. Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа.
Линейные датчики[править | править исходный текст]
Линейные датчики используют частоту 5-15 Мгц. Преимуществом линейного датчика является полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдюсора на поверхности тела. Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдюсора к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям. Также линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высокой разрешающей способностью, однако глубина сканирования достаточно мала (не более 11 см). Используются в основном для исследования поверхностно расположенных структур щитовидной железы, молочных желез, небольших суставов и мышц, а также для исследования сосудов.
Конвексные датчики[править | править исходный текст]
Конвексный датчик использует частоту 1,8-7,5 МГц. Имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 20-25 см. Обычно используется для исследования глубоко расположенных органов органы брюшной полости и забрюшинного пространства, мочеполовой системы, тазобедренные суставы.
Секторные датчики[править | править исходный текст]
Секторный датчик работает на частоте 1,5-5 Мгц. Имеет ещё большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее целесообразно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки. Типичным применением секторного датчика является эхокардиография исследование сердца.
Методики ультразвукового исследования[править | править исходный текст]
Отраженные эхосигналы поступают в усилитель и специальные системы реконструкции, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки черно-белого цвета. Оптимальным является наличие не менее 64 градиентов цвета черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная чёрным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение. Выбор позитивной или негативной регистрации не имеет значения. Изображение, получаемое при исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы сканера. Выделяют следующие режимы:
Допплерография[править | править исходный текст]
Основная статья: Допплерография
Спектральная допплерография сонной артерии
Увеличенный компьютеромтранскраниальная допплерография
Методика основана на использовании эффекта Допплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика уменьшается.
Потоковая спектральная допплерография (ПСД)[править | править исходный текст]
Предназначена для оценки кровотока в относительно крупных сосудах и камерах сердца. Основным видом диагностической информации является спектрографическая запись, представляющая собой развертку скорости кровотока во времени. На таком графике по вертикальной оси откладывается скорость, а по горизонтальной время. Сигналы, отображающиеся выше горизонтальной оси, идут от потока крови, направленного к датчику, ниже этой оси от датчика. Помимо скорости и направления кровотока, по виду допплеровской спектрограммы можно определить характер потока крови: ламинарный поток отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, турбулентный широкой неоднородной кривой.
Непрерывная (постоянноволновая) ПСД[править | править исходный текст]
Методика основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Недостаток: невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте. Достоинства: допускает измерение больших скоростей потоков крови.
Импульсная ПСД[править | править исходный текст]
Методика базируется на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимаются тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определенного расстояния от датчика, которые устанавливаются по усмотрению врача. Место исследования кровотока называют контрольным объёмом. Достоинства: возможность оценки кровотока в любой заданной точке.
Цветовое допплеровское картирование (ЦДК)[править | править исходный текст]
Основано на кодировании в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах. Красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки высоким. Недостаток: невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с маленькой скоростью кровотока. Достоинства: позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока по ним.
Энергетическая допплерография (ЭД)[править | править исходный текст]
Методика основана на анализе амплитуд всех эхосигналов допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объёме. Оттенки цвета (от темно-оранжевого к жёлтому) несут сведения об интенсивности эхосигнала. Диагностическое значение энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков. Недостаток: невозможно судить о направлении, характере и скорости кровотока. Достоинства: отображение получают все сосуды, независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью кровотока.
Комбинированные варианты[править | править исходный текст]
Применяются также и комбинированные варианты, в частности:
Трёхмерное допплеровское картирование и трёхмерная ЭД[править | править исходный текст]
Методики, дающие возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения кровеносных сосудов в режиме реального времени в любом ракурсе, что позволяет с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями. В этом режиме используется возможность запоминания нескольких кадров изображения. После включения режима исследователь перемещает датчик или изменяет его угловое положение, не нарушая контакта датчика с телом пациента. При этом записываются серии двухмерных эхограмм с небольшим шагом (малое расстояние между плоскостями сечения). На основе полученных кадров система реконструирует псевдотрёхмерное[неизвестный термин] изображение только цветной части изображения, характеризующее кровоток в сосудах. Поскольку при этом не строится реальная трехмерная модель объекта, при попытке изменения угла обзора появляются значительные геометрические искажения из-за того, что трудно обеспечить равномерное перемещение датчика вручную с нужной скоростью при регистрации информации. Метод позволяющий получать трёхмерные изображения без искажений, называется методом трёхмерной эхографии (3D).
Эхоконтрастирование[править | править исходный текст]
Методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих веществ, содержащих свободные микропузырьки газа (диаметром менее 5 мкм при их циркуляции не менее 5 минут). Полученное изображение фиксируется на экране монитора, а затем регистрируется с помощью принтера.
В клинической практике методика используется в двух направлениях.
Динамическая эхоконтрастная ангиография[править | править исходный текст]
Существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью кровотока; значительно повышается чувствительность ЦДК и ЭД; обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов в режиме реального времени; возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов.
Тканевое эхоконтрастирование[править | править исходный текст]
Обеспечивается избирательностью включения эхоконтрастных веществ в структуру определенных органов. Степень, скорость и накопление эхоконтраста в неизменённых и патологических тканях различны. Появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей.[3]
Применение в медицине[править | править исходный текст]
Терапевтическое применение ультразвука в медицине[править | править исходный текст]
Помимо широкого использования в диагностических целях, ультразвук применяется в медицине как лечебное средство.
Ультразвук обладает действием:
Фонофорез сочетанный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно ионов минералов бишофита.[4] Удобство ультрафонофореза медикаментов и природных веществ:
Показания к ультрафонофорезу бишофита: остеоартроз, остеохондроз, артриты, бурситы, эпикондилиты, пяточная шпора, состояния после травм опорно-двигательного аппарата; невриты, нейропатии, радикулиты, невралгии, травмы нервов.
Наносится бишофит-гель и рабочей поверхностью излучателя проводится микро-массаж зоны воздействия. Методика лабильная, обычная для ультрафонофореза (при УФФ суставов, позвоночника интенсивность в области шейного отдела 0,2-0,4 Вт/см2, в области грудного и поясничного отдела 0,4-0,6 Вт/см2).
Опасность и побочные эффекты[править | править исходный текст]
Ультразвуковое исследование в целом считается безопасным способом получения информации.[5]
Диагностическое ультразвуковое исследование плода так же в целом рассматривается как безопасный метод для применения в течение беременности. Эта диагностическая процедура должна применяться, только если есть веские медицинские показания, с таким наименьшим возможным сроком воздействия ультразвука, который позволит получить необходимую диагностическую информацию, то есть по принципу минимального допустимого или АЛАРА-принципу.
Отчёт 875 Всемирной организации здравоохранения за 1998 г.[6] поддерживает мнение, что ультразвук безвреден: «Диагностическое ультразвуковое исследование плода признаётся безопасным, эффективным и в высокой степени гибким способом получением изображения, позволяющим выявить клинически существенную информацию о большинстве частей тела быстрым и рентабельным способом». Несмотря на отсутствие данных о вреде ультразвука для плода, Управление по контролю качества продуктов и лекарств (США) рассматривает рекламу, продажу или аренду ультразвукового оборудования для создания «видео плода на память», как нецелевое, несанкционированное использование медицинского оборудования.
Эхоэнцефалография[править | править исходный текст]
Основная статья: Эхоэнцефалография
Применение ультразвука для диагноза при серьёзных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. При использовании переносного зонда можно установить положение срединной линии головного мозга примерно в течение одной минуты. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации ультразвукового эха от границы раздела полушарий.
Офтальмология[править | править исходный текст]
Ультразвуковые зонды применяются для измерения размеров глаза и определения положения хрусталика.
Внутренние болезни[править | править исходный текст]
Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких как:
Ввиду относительно невысокой стоимости и высокой доступности ультразвуковое исследование является широко используемым методом обследования пациента и позволяет диагностировать достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах (диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках и паренхиме почек, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, почках, наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований в органах и т. д.
В силу физических особенностей не все органы можно достоверно исследовать ультразвуковым методом, например, полые органы желудочно-кишечного тракта труднодоступны для исследования из-за содержания в них газа. Тем не менее, ультразвуковая диагностика может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. При помощи ультразвукового исследования можно обнаружить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если её достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.
Печень[править | править исходный текст]
Ультразвуковое исследование печени является достаточно высокоинформативным. Врачом оцениваются размеры печени, её структура и однородность, наличие очаговых изменений, а также состояние кровотока. УЗИ позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью выявить как диффузные изменения печени (жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз), так и очаговые (жидкостные и опухолевые образования). Обязательно следует добавить, что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать только вместе с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований.
Жёлчный пузырь и желчные протоки[править | править исходный текст]
Кроме самой печени оценивается состояние желчного пузыря и желчных протоков исследуются их размеры, толщина стенок, проходимость, наличие конкрементов, состояние окружающих тканей. УЗИ позволяет в большинстве случаев определить наличие конкрементов в полости желчного пузыря.
Поджелудочная железа[править | править исходный текст]
При исследовании поджелудочной железы оцениваются её размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие образований. Качественное УЗИ поджелудочной железы часто довольно затруднительно, так как она может частично или полностью перекрываться газами, находящимися в желудке, тонком и толстом кишечнике. Наиболее часто выносимое врачами ультразвуковой диагностики заключение «диффузные изменения в поджелудочной железе» может отражать как возрастные изменения (склеротические, жировая инфильтрация), так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов.
Почки и надпочечники, забрюшинное пространство[править | править исходный текст]
Исследование забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудным для врача ввиду особенностей их расположения, сложности строения и многогранности и неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов. При исследовании почек оценивается их количество, расположение, размер, форма, контуры, структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. УЗИ позволяет выявить аномалии почек, наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов почек.
Щитовидная железа[править | править исходный текст]
В исследовании щитовидной железы ультразвуковое исследование является ведущим и позволяет определить наличие узлов, кист, изменения размера и структуры железы.
Кардиология, сосудистая и кардиохирургия[править | править исходный текст]
Основная статья: Эхокардиография
Эхокардиография (ЭхоКГ) это ультразвуковая диагностика заболеваний сердца. В этом исследовании оцениваются размеры сердца и его отдельных структур (желудочки, предсердия, межжелудочковая перегородка, толщина миокарда желудочков, предсердий и т. д.), наличие и объём жидкости в перикарде «сердечной сорочке», состояние клапанов сердца. С помощью специальных расчетов и измерений Эхокардиография позволяет определить массу сердца, сократительную способность сердца фракцию выброса и т. д. Существуют зонды, которые помогают во время операций на сердце следить за работой митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием.
Акушерство, гинекология и пренатальная диагностика[править | править исходный текст]
Ультразвуковое исследование используется для изучения внутренних половых органов женщины, состояния беременной матки, анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.
Трёхмерное ультразвуковое исследование 29-недельного плода.
Этот эффект широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки, легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты определяется по звукам протекающей через неё крови, а через 9 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвукового исследования можно также определять количество зародышей или констатировать смерть плода.
Аппарат ультразвуковой диагностики[править | править исходный текст]
Аппарат ультразвуковой диагностики (УЗИ сканер) прибор, предназначенный для получения информации о расположении, форме и структуре органов и тканей и измерения линейных размеров биологических объектов методом ультразвуковой локации.
Классификация аппаратов УЗИ[править | править исходный текст]
В зависимости от функционального назначения приборы подразделяются на следующие основные типы:
В зависимости от времени получения диагностической информации приборы подразделяют на следующие группы:
Термины, понятия, сокращения[править | править исходный текст]
Доплерография[1] (допплерография[2]) методика ультразвукового исследования, основанная на использовании эффекта Доплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика уменьшается.
Ультразвуковая диагностика патологии сосудистой системы
… современная медицина располагает разнообразными методами лечения сосудистой патологии, но прежде чем начинать любое лечение, даже консервативное, необходима качественная, детальная диагностика. Одним из самых эффективных, безопасных методов исследования сосудов является ультразвуковое сканирование (УЗИ). Методики ультразвукового исследования сосудов - это результат разработки современной аппаратуры, которая позволяет под контролем экрана монитора исследовать сосуд в режиме реального времени, увидеть просвет сосуда, структуру сосудистой стенки, оценить и измерить параметры кровотока, определить клапанную недостаточность вен.
Для изучения кровотока в сосудах в настоящее время используются дуплексное сканирование (ДС) иультразвуковая допплерография (УЗДГ). Но дуплексное сканирование в отличие от УЗДГ является визуализирующим, что существенно расширяет его диагностические возможности, поскольку становится реальной прямая оценка патологического процесса в конкретном сосуде исследуемого сосудистого бассейна.
Основными преимуществами данных методов является: 1) возможность выявления ранних доклинических признаков заболевания с оценкой сосудистых поражений, а также изменений гемодинамики в режиме реального времени с выявлением не только органических, но и функциональных нарушений кровотока с возможностью изучения функционального состояния сосудистой системы; 2) их абсолютная неинвазивность, безопасность для пациента; 3) высокая информативность, чувствительность и специфичность получаемых данных; 4) возможность проведения исследований в динамике с регистрацией как фоновых параметров кровотока в режиме реального времени, так и индуцированных параметров при применении разнообразных функциональных нагрузочных тестов.
В основе ультразвуковых методик, используемых для дуплекса сосудов и получения достоверных результатов исследований, лежит эффект Допплера, описанный Кристианом Допплером* в 1842 году.
*Кристиан Доплер родился 29 ноября 1803 года в Зальцбурге. В 1825 году окончил Политехнический институт в Вене, с 1829 по 1833 преподавал высшую математику в Вене. Затем, в течение полутора лет, ему пришлось работать клерком на хлопчатобумажной фабрике. Он даже хотел эмигрировать в Америку, но получил приглашение быть профессором в Праге, где проработал с 1835 по 1847 год. С 1847 года Доплер - профессор Горной и Лесной академий в Хемнице (Венгрия), с 1848 года - член Венской Академии Наук. С 1850 года - профессор Венского университета. В конце 1853 года у Доплера обострилось заболевание туберкулёзом, и он вынужден был поехать на лечение в Венецию, где после пяти месяцев болезни, не дожив до 50 лет, 17 марта 1853 года скончался.
Эффект Доплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.
Сущность явления: если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется - длина волны увеличивается.
Пример эффекта Доплера: изменение тона гудка приближающегося или удаляющегося поезда. В первом случае он выше, а во втором ниже, чем у неподвижно стоящего поезда. Объяснение: тон звука, слышимый нами, зависит от частоты звуковой волны, доходящей до уха, если источник звука движется нам навстречу, то гребень каждой следующей волны приходит чуть быстрее, так как был испущен уже ближе к нам, волны воспринимаются ухом, как более частые, то есть звук кажется выше; при удалении источника звука, каждая следующая волна испускается чуть дальше и доходит до нас чуть позднее предыдущей, а мы ощущаем более низкий звук. То же самое происходит, если движется не источник звука, а мы сами. Если мы набегаем на волну, её гребни пересекаем чаще, и звук кажется выше. Если убегаем от волны - наоборот. То есть не важно - движется источник или приёмник звука. Для наблюдения эффекта Доплера главное - их движение относительно друг друга. Этот эффект наблюдается не только для звука, а и для волн любой частоты - световых и даже радиоактивного излучения.
Эффект Доплера нашел широкое применение и в медицине. На его принципе основана диагностика показателей кровотока практически в любом сосуде, что очень важно для выявления патологии поражающей сердечнососудистую систему и контроля ее лечения. При исследовании кровотока пациента посредством ультразвукового исследования фиксируют изменение частоты ультразвукового сигнала при отражении его от движущихся частиц крови, основную массу которых составляют эритроциты. Для регистрации эффекта Доплера используют ультразвук, посылаемый в направлении исследуемого сосуда. Отражаясь от движущихся эритроцитов, ультразвук, принимаемый устройством, соответственно меняет частоту. Это позволяет получить информацию о скорости движения крови по исследуемому участку сосудистого русла, направлении движения крови, объеме кровяной массы, движущейся с определенными скоростями, и, исходя из этих параметров, обосновывать суждение о нарушении кровотока, состоянии сосудистой стенки, наличии атеросклеротического стеноза или закупорке сосудов, а также оценить коллатеральное кровообращение.
Доплероультрасонограмма или ультразвуковая доплерография (УЗДГ) - регистрация динамической картины спектра доплеровского сигнала. Поскольку эритроциты движутся с разными скоростями и в разных направлениях в разные фазы сердечного цикла, воспринимаемый ультразвук имеет сложный частотный характер. В доплеросонографических устройствах частота сигнала кодируется амплитудой в данной временной точке, а мощность на соответствующей частоте цветом*. При оценке данных учитывают как визуальный, так и слуховой сигнал, а также его количественные критерии. Пульсовые колебания внутрисосудистого давления обуславливают пульсирующий характер изменений скорости эритроцитов. Вследствие этого доплероультросонограмма имеет характерный для пульсовой волны вид и содержит возрастающую систолическую часть с систолическим пиком и нисходящую диастолическую часть с инцизурой
*Цветовое допплеровское картирование (ЦДК) основано на кодирование в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах. Красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки высоким. Недостаток: невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с маленькой скоростью кровотока. Достоинства: позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока по ним.
Трение внутри потока крови обуславливает распределение скоростей в нормальном сосуде так, что в пристеночных слоях скорость близка к нулю, а по оси сосуда достигает максимума. Спектр доплеровского сигнала вследствие этого близок к сплошному, и поле между нулевой линией и огибающей спектра (максимальная частота, соответствующая максимальной скорости движения в данный момент времени) в норме оказывается достаточно равномерно заполненным, за исключением небольшого просвета под систолическим пиком. В зависимости от сосуда спектрограмма имеет характерный вид. Например, в мозговых сосудах циркуляторное сопротивление низкое, в результате чего движение крови имеет однонаправленный хварактер во все фазы сердечного цикла, так что систолическая и диастолическая фазы доплеросонограмы лежат выше нулевой линии, а диастолическая скорость достаточно велика. При стенозе скрость движения в стенозированном участке возростает пропорционально степени стеноза. Виуально это выражается в резком увеличеснии амплитуды систолического пика, сразу по выходе из стнозированного участка возникают турбулентности с частичным обратным кровотоком. Визуально это выглядит как появление спектральных составляющих ниже нулевой линии, а расширение диапазона варьирования скоростей движения крови приводит к расширению спектра частот доплеровского сигнала.
Дуплексное сканирование (ДС)* представляет собой сочетание допплеровского ультразвукового сканирования с традиционным ультразвуковым исследованием, позволяющее врачу увидеть структуру кровеносных сосудов, то есть сочетает в себе ультразвуковую визуализацию в режиме реального времени для оценки состояния стенки сосуда с анализом кровотока в любой интересующей точке просвета сосуда. Длительность исследования составляет в среднем от 30 до 45 минут.
*дуплексное исследование = B-режим УЗИ + ПСД (или ЭД)
УЗИ. Отраженные эхосигналы поступают в усилитель и специальные системы реконструкции, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки черно-белого цвета. Оптимальным является наличие не менее 64 градиентов цвета черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная - черным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение. Выбор позитивной или негативной регистрации не имеет значения. Изображение, получаемое при исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы сканера. Выделяют следующие режимы: B-режим - методика даёт информацию в виде двухмерных серошкальных томографических изображений анатомических структур в масштабе реального времени, что позволяет оценивать их морфологическое состояние; M-режим - методика даёт информацию в виде одномерного изображения, вторая координата заменена временной. По вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до лоцируемой структуры, а по горизонтальной время. Используется режим в основном для исследования сердца. Дает информацию о виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур.
ПСД = потоковая спектральная допплерография. Предназначена для оценки кровотока в относительно крупных сосудах и камерах сердца. Основным видом диагностической информации является спектрографическая запись, представляющая собой развертку скорости кровотока во времени. На таком графике по вертикальной оси откладывается скорость, а по горизонтальной время. Сигналы, отображающиеся выше горизонтальной оси, идут от потока крови, направленного к датчику, ниже этой оси от датчика. Помимо скорости и направления кровотока, по виду допплеровской спектрограммы можно определить характер потока крови: ламинарный поток отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, турбулентный широкой неоднородной кривой. ПСД может быть непрерывной (постоянноволновая) и импульсной. Непрерывная ПСД - основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Недостаток: невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте. Достоинства: допускает измерение больших скоростей потоков крови. Импульсная ПСД - основана на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимаются тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определенного расстояния от датчика, которые устанавливаются по усмотрению врача. Место исследования кровотока называют контрольным объемом. Достоинства: возможность оценки кровотока в любой заданной точке.
ЭД = энергетическая допплерография. Основана на анализе амплитуд всех эхосигналов допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объеме. Оттенки цвета (от темно-оранжевого к желтому) несут сведения об интенсивности эхосигнала. Диагностическое значение энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков. Недостаток: невозможно судить о направлении, характере и скорости кровотока. Достоинства: отображение получают все сосуды, независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью кровотока.
Точность и доступность метода возрастают с применением цветного кодирования сигналов, чтобы показать направление кровотока и его скорость - метод дуплексного сканирования (дуплекс сосудов и окружающих сосуд тканей в В-режиме) с одновременным исследованием кровотока в просвете сосуда с использованием эффекта Допплера посредством цветового допплеровского кодирования (ЦДК) и/или спектрального допплеровского анализа. При этом, результатом компьютерной обработки может быть как допплеровский спектр, так и цветовая картограмма потока, полученная с использованием различных технологий цветового кодирования. Цветовая картограмма потока представляет собой «слепок», полученный из просвета сосуда. Таким образом, ангеоневролог легко определяет любое отклонение от нормального хода сосуда (извитости, деформации), а также любые изменения со стороны просвета сосуда (бляшки, тромбы и др.). Допплеровский спектр характеризует распределение потока в просвете сосуда, а расчет ряда дополнительных индексов позволяет уточнить характер патологического процесса.
Метод дуплексного сканирования позволяет визуализировать и оценивать состояние кровотока практически во всех отделах сосудистой системы человека, начиная от крупных магистральных стволов и заканчивая мелкими органными и субкутанными (подкожными) сосудами.
В сосудах крупного калибра возможна достоверная визуальная оценка всех имеющихся изменений сосудистой стенки уже на ранних стадиях сосудистых заболеваний, например, при нестенозирующем атеросклерозе, диабетической ангиопатии. Тем более, не представляет сложности диагностика патологических процессов при наличии поражений, характеризующихся различными внутрипросветными изменениями (атеросклеротические бляшки при стенозирующем атеросклерозе, тромбы), нарушающими проходимость сосуда. Наглядность картины позволяет с высокой точностью составить прогноз течения заболевания, выбрать тактику лечения, обосновать необходимость операции, при крайней степени сужения.
Дуплексное сканирование в диагностике поражений сосудов малого калибра. Для сосудов малого калибра, включая дистальные отделы периферических артерий и вен, из-за низкого качества визуализации сосудистой стенки в связи с ее малой толщиной, а также особенностями ориентации большинства мелких сосудов качественная оценка наличия изменений сосудистой стенки и просвета сосуда практически невозможна. В связи с этим ведущую роль при изучении состояния таких сосудов имеют данные допплеровских режимов цветового и спектрального. Цветовой режим позволяет локализовать сосуд, благодаря визуализации цветовой картограммы потока в его просвете, оценить анатомические особенности расположения сосуда, а также наличие деформаций. Если в просвете сосуда имеются патологические наложения на стенках, нарушающие его проходимость, возможно прямое визуальное подтверждение их наличия по величине дефекта заполнения цветовой картограммы потока. Однако, в большинстве случаев данные цветового режима не позволяют достоверно диагностировать внутрипросветную патологию. В связи с этим, решающую диагностическую роль играют данные спектрального допплеровского режима, позволяющие фиксировать все нарушения гемодинамики в зоне поражения по характеру изменений качественных и количественных параметров допплеровского спектра.
Таким образом, дуплексное сканирование (основанное на методе ультразвукового исследования) позволят получать объективную информацию о кровотоке внутри практически любого сосуда в организме человека.
Дуплексное сканирование применяется в диагностике следующих заболеваний: окклюзионо-стенотические заболевания сонных артерий (нарушения мозгового кровоснабжения); заболевания сосудов нижних конечностей (облитерирующий атеросклероз, аневризмы артерий, тромбоз глубоких вен, варикозная болезнь); заболевания сосудов верхних конечностей (болезнь Рейно, синдром грудной верхней апертуры, тромбозы вен); окклюзивные заболевания аорты и подвздошных сосудов; варикозное расширение вен нижних конечностей; аневризмы брюшного и грудного отделов аорты.
Основными направлениями при дуплексе сосудов, где допплеровские методики нашли наиболее широкое применение, являются: дуплексное сканирование брахиоцефальных артерий (ДС БЦА), оно же дуплексное сканирование магистральных артерий головы (ДС МАГ); транскраниальное дуплексное сканирование (ТКДС); дуплексное сканирование артерий и вен конечностей; дуплексное сканирование аорты и нижней полой вены; дуплексное сканирование почечных артерий и вен ; дуплексное сканирование артерий и вен глазного яблока; эхокардиография.
Ультразвуковые контрастные средства (эхоконтрасты) способны изменять один из трёх видов взаимодействия тканей и ультразвука поглощение, отражение или преломление. Наличие микрочастиц (как правило, микропузырьков) в эхоконтрастах усиливает эхосигнал кровотока и изображения тканей благодаря рассеиванию энергии ультразвука.
Ультразвуковые контрастные средства разделяются на внутрисосудистые, внесосудистые и органоспецифичные.
Внутрисосудистые эхоконтрасты представляют собой различающиеся по химическому составу и физическим свойствам вещества с микропузырьками газа. К внутрисосудистым ультразвуковым контрастным средствам относят стабильные (проходящие через капилляры альбунекс, левовист, эхожен) и нестабильные (не проходящие через легочные капилляры и захватываемые лёгкими эховист).
В настоящее время разрабатываются органоспецифические эхоконтрасты. Так, этиловый эфил йоддипамида и перфторуглерод способны проходить через капилляры, после чего они фагоцитируются купферовскими клетками, повышая эхогенность здоровой ткани печени.[2]