Кафедра лучевой диагностики Института последипломного образования

1. Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого Основы физики ультразвука. Допплерография Кафедра лучевой диагностики Института последипломного образования к.м.н. Евдокимова Е.Ю.

2. Физические основы ультразвуковой диагностики Ультразвуковая волна – это звуковые колебания, превышающие20Кгц f = 1/Т Частота – это число полных колебаний за 1 сек. λ– длина волны, Т – период одного полного колебания Звуковая волна по природе является волной сжатия/разряжения: молекулы сжимаются или растягиваются в направлении распространения волны.

3. Физические основы ультразвуковой диагностики λ= СТ = С/f C – скорость звука (1540 м/с) Т – период одного полного колебания f - частота λ = 0,44 мм при f =3,5 МГц λ = 0,31 мм при f =5,0 МГц λ = 0,21 мм при f =7,5 МГц λ = 0,15 мм при f =10,0 МГц Чем меньше длина волны, тем выше разрешающая способность

4. Физические характеристики биологических сред Отражение З А Т У Х А Н И Е Преломление – изменение направления распространения волн при переходе из одной среды в другую Рассеивание– возникновение множественных изменений направления распространения ультразвука при неоднородностях биологической среды Поглощение – переход энергии УЗ-волн в другие виды энергии Чем больше частота, тем больше коэффициент затухания

5. Скорость УЗ-волн в различных средах и акустические сопротивления сред

6. Отражение и преломление ультразвука на границе сред Падающая волна Отраженная волна Среда 1 Среда 2 Прошедшая волна

7. Отражение и преломление ультразвука на границе сред Отраженная волна Падающая волна αотр α Среда 1 Среда 2 Преломленная волна β

8. Акустическое сопротивление:Z =ρ х С где ρ - плотность среды, С –скорость ультразвука Скорость УЗ-волн в различных средах и акустические сопротивления сред

9. Коэффициент отражения, Котр Котр = ρотр/ρпад Зависит от разницы акустического сопротивления

10. Схема ультразвукового датчика • Преобразует электрические сигналы в механические и наоборот; • обеспечивает формирование луча нужной формы; • выполняет сканирование с помощью специальных коммутаторов и управляющих сигналов

11. Типы ультразвуковых датчиков Органы брюшной области, малого таза, мягких тканей Поверхностно расположенные органы, кровеносные сосуды Как и секторный, но для расширения зоны обзора на разных глубинах Cердце

12. Методика трансректального ультразвукового исследования (ТРУЗИ)

13. Основные характеристики УЗ-сканеров • Пространственная разрешающая способность; • Чувствительность; • Динамический диапазон; • Временная разрешающая способность

14. Продольная разрешающая способность а– хорошее разрешение, б – предельное разрешение, в – разрешения нет

15. Продольная разрешающая способность Продольная разрешающая способность увеличивается, если; Зондирующий импульс с более высокой частотой. Имеет короткий интервал во времени

16. Поперечная разрешающая способность Поперечная разрешающая способность увеличивается, если повысить плотность лучей

17. Основные характеристики УЗ-сканеров Чувствительность – способность обнаруживать и наблюдать малые элементы структуры на фоне помех. Определяет малую рабочую глубину работы прибора, на которой еще обеспечивается уровень полезных сигналов

18. Основные характеристики УЗ-сканеров Динамический диапазон – способность системы отображать малые и большие сигналы, передавая различие в их уровне. Контрастная разрешающая способность

19. Основные характеристики УЗ-сканеров • Временная разрешающая способность – это способность системы воспринимать и отображать с достаточной скоростью изменение акустических характеристик Зависит от максимальной частоты кадров прибора в секунду

20. Артефакты Реверберация

21. Артефакты Искажения из-за различия в скорости проведения ультразвука различными средами Эффективная отражательная поверхность

22. Основы допплерографии. Дуплексное сканирование. Цветовое и энергетическое допплеровское картирование

23. Эффект Допплера При отражении от движущихся клеток крови изменяется частота ультразвукового сигнала, постоянно излучаемого одним пезоэлектрическим кристаллом и воспринимаемого другим (непрерывная допплерография) или одним пьезокристаллом, который одновременно передает и воспринимает отраженные колебания (импульсная допплерография)

24. Допплеровский сдвиг частот (∆f) (разность между частотой посылаемого и отраженного ультразвука) зависит от: - скорости движения (v) эритроцитов (отражателя), - угла между вектором скорости эритроцитов и вектором ультразвукового луча(α) - скорости распространения звука в среде (с), - частоты излучателя (f0) V = ∆f ∙ с / 2f0 ∙ cos α. f0 V α

25. Уравнение Допплера V = ∆f ∙ с / 2f0 ∙ cos α. f0 V α Данная зависимость описывается уравнением Допплера: ∆f= 2 ∙v ∙f0 ∙ cos α / c Преобразование этого уравнения позволяет вычислить скорость движения эритроцитов по следующей формуле: V = ∆f ∙ с / 2f0 ∙ cos α Прибор регистрирует сдвиг допплеровских частот (∆f). Скорость распространения звука – величина постоянная (1540м/сек), а исходная частота излучения соответствует средней частоте датчика

26. Чем меньше частота УЗ-сигнала, тем большие скорости кровотока могут быть измерены(для исследования быстрых кровотоков следует выбирать датчик с наименьшей частотой) Оптимальный угол между направлением УЗ-луча и направлением кровотока 25 – 60° V = ∆f ∙ с / 2f0 ∙ cos α

27. Влияние допплеровского угла на измерение допплеровского сдвига частот

28. позволяет зарегистрировать скорость и направление движения крови; Представляет собой кривую допплеровского сдвига частот, развернутую во времени; Кровоток, направленный от датчика – внизу изолинии, к датчику – выше ее; Звуковой сигнал необходим для корректировки датчика, звук не является аналогом аускультативных звуков Допплеровский режим:

29. Ламинарный характер кровотока N.B.! Средняя скорость кровотока в крупных сосудах значительно выше, чем в мелких

30. Турбулентный характер кровотока N.B.! Турбулентное движение может наблюдаться не только при патологии, но и в норме

31. Допплеровские спектрограммы ламинарного и турбулентного потоков в кровеносном сосуде «окно» внутри допплеровской спектрограммы Все участники движения (эритроциты) движутся с одной скоростью и в одном направлении Отсутствие «окна» Все участники движения (эритроциты) движутся с различными скоростями и в разные направления. Препятствие на пути кровотока (бляшка, тромб, опухоль) создает турбулентность потока.

32. Цветовое допплеровское картирование кровотока Потоки, направленные к датчику кодируются красным цветом Потоки, направленные от датчика кодируются синим цветом

33. Цветовое допплеровское картирование области каротидной бифуркации Равномерное заполнение цветом просвета общей сонной артерии и её ветвей Дуплексное сканирование включает одновременное использование двух режимов изображения. Обычно это черно-белое двумерное изображение и спектральная или цветовая допплерография (ЦДК). Такой режим сканирования позволяет увидеть потоки крови в сосудистом русле

34. Дуплексное сканирование с цветовым допплеровским картированием (ДС с ЦДК) Двухмерная эхограмма в сочетании с цветовым допплеровским картированием кровотока в общей сонной и её ветвях Допплеровская спектрограмма – графическое представление изменения скорости потока в сонной артерии за 4 сердечных цикла Систолическая (пиковая) скорость кровотока Диастолическая скорость кровотока

35. Монофазный поток (артерии с низким периферическим сопротивлением, вены) Бифазный (двухфазный) поток (появление инцизуры) Трехфазный поток (имеет раннюю диастолу, напр. аорта) Организованный (ламинарный) поток Дезорганизованный (турбулентный) поток Качественная характеристика допплеровского спектра сдвига частот

36. Пиковая систолическая скорость,V max Конечная диастолическая скорость, V min Средняя скорость,TAMX Индексы сопротивления: индекс резистентности RI пульсаторныйиндекс PI Количественная характеристика допплеровского спектра сдвига частот S-D D S-D Vcp RI = PI =

37. Сосуды с высоким периферическим сопротивлением • аорта • брыжеечные артерии • артерии, кровоснабжающие конечности Спектр кровотока в бедренной артерии. Трехфазный поток

38. сонные и позвоночные артерии, почечные артерии, артерии, кровоснабжающие паренхиматозные органы и мочеполовую систему Сосуды с низким периферическим сопротивлением Двухфазный поток в наружной сонной артерии (норма)

39. Спектр кровотока в селезеночной артерии

40. Непарные висцеральные артерии Верхняя брыжеечная артерия Чревный ствол СС –128 см/с RI – 0.67PI -1.3 СС –136 см/c RI– 0.84PI -2.7 Кунцевич Г.И., 2002

41. Спектр кровотока в селезеночной вене

42. Монофазный тип потока в воротной вене

43. Спектр кровотока в печеночных венах

44. Полная независимость от допплеровского угла Повышенная чувствительность Большая частота кадров Энергетический допплер (power Doppler, color angio, color Doppler energy …) Недостатки • Повышенная чувствительность к любому движению (перемещение датчика, сдвиг мягких тканей и т.д.)

45. Литература • Лучевая диагностика: учебник: в 2 т. п/ред. Г.Е. Труфанова.-М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009 • Лучевая диагностика: учебник: Васильев А. Ю., Ольхова Е. Б. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008 • Лучевая диагностика и терапия : в 2 т. Терновой С. К. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010 • Лучевая диагностика заболеваний печени (MPT, КТ, УЗИ, ОФЭКТ и ПЭТ): руководство для врачей ред. Г. Е. Труфанов М. : ГЭОТАР-Медиа, 2008 • Онкология: национальное руководство гл. ред. В.И. Чиссов М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008 • Атлас лучевой анатомии человека Филимонов В.И. [и др.] М. ГЭОТАР-Медиа, 2010 • Ультразвуковая диагностика: сб. ситуационных задач с эталонами ответов для подготовки к сертификационному экзамену врачей-курсантов (врачей-интернов, клинических ординаторов), обучающихся по спец. 040122.11 – Ультразвуковая диагностика Режим доступа: ttp://krasgmu.ru/src/lib/1835_1323234251.pdf ред. С. И. Жестовская [и др.] Красноярск: тип. КрасГМУ, 2011 ЭБС КрасГМУ