Благодаря импульсному режиму работы датчика, когда ультразвуковые волны испускаются импульсами или «пакетами волн», возможна точная пространственная «привязка» измеренных скоростей. В отличие от непрерывноволнового допплеровского исследования для импульсного режима достаточно од-ного-единственного кристалла. Измерение скоростей движущегося объекта происходит только в определенной области, отображаемой на двумерной картинке в виде контрольного объема («sample volume»).
а) Скорость Найквиста. Ограничением импульсно-волнового режима работы является невозможность надежного измерения скоростей движущегося объекта, превышающих определенный порог скорости («скорость Найквиста», или «скорость искажения»). Теоретически эта взаимосвязь формально описывается «теоремой сэмплирования» («sampling theorem»): частота ультразвуковой волны, генерируемой датчиком, должна быть минимум вдвое выше, чем у измеряемых колебаний движущегося объекта, чтобы возможно было однозначно идентифицировать частоту этих колебаний.
Так как пороговая скорость зависит от частоты повторения импульсов (PRF), которая во многом определяется глубиной проникновения сигнала, то порог адекватно определяемых скоростей снижается при увеличении глубины нахождения контрольного объема. Таким образом, физические особенности импульсно-волнового режима допплеровского исследования не позволяют при основной частоте в 2 МГц однозначно определять высокую скорость движущегося объекта (более 2 м/с) уже на глубине более 8 см. Наибольшая однозначно идентифицируемая скорость называется скоростью (порогом) Найквиста, которая определяется по формуле:
v = c2/(8f • d),
где v - скорость Найквиста, с - скорость распространения ультразвука, f — частота ультразвука, d — глубина проникновения, т.е. расстояние от датчика до контрольного объема.
Импульсно-волновая допплерография.
При импульсном режиме, в противоположность непрерывноволновому допплерографическому исследованию, из-за ограниченной возможной частоты повторения импульсов снижается разрешающая способность метода, не позволяющего однозначно идентифицировать скорости потока крови выше определенного порогового значения (скорость Найквиста, или порог искажения, aliasing).
Этот схематический пример показывает, что невозможно дифференцировать эти две волны различной частоты, если определяются только отмеченные на рисунке точки.
Для однозначной идентификации частоты необходимо существенно более плотное распределение точек регистрации, т.е. более высокая частота повторения импульсов.
б) Феномен искажения (aliasing). При превышении скорости Найквиста числовые значения спектра скоростей отображаются на другом отрезке шкалы скоростей. Из-за этого феномена, например, невозможно при помощи импульсно-волнового допплеровского исследования измерить чрезвычайно высокую скорость трансаортального потока крови при аортальном стенозе, хотя это возможно в режиме непрерывной допплер-ЭхоКГ. С другой стороны, импульсноволновой режим позволяет измерить скорость движения крови в выносящем тракте левого желудочка даже в том случае, если имеется аортальный стеноз, тогда как при непрерывно-волновой допплерографии более низкие скорости в выносящем тракте будут перекрываться более высокими скоростями на уровне стеноза.
Чресклапанный поток в сердце у здорового человека, как правило, не превышает 1,5 м/с, т.е. его вполне можно измерять при помощи импульсноволновой допплер-ЭхоКГ.
в) Спектральный допплеровский сигнал. Спектральный допплеровский сигнал при импульсно-волновом режиме исследования воспроизводит распределение скоростей в контрольном объеме, причем чем шире допплеровский спектр, тем сильнее различаются скорости движущихся объектов (например, эритроцитов) в пределах этого контрольного объема. Амплитуда сигнала, т.е. яркость каждой точки спектра, приблизительно пропорциональна количеству отражающих объектов в пределах контрольного объема, движущихся с соответствующей скоростью. Наиболее яркая область спектрального сигнала при импульсной допплерографии обозначается как «модальная» скорость.
Поэтому при использовании этого метода для расчета ударных объемов следует курсором обводить сигнал в области модальной скорости, а не внешний контур сигнала, так как модальная скорость является более репрезентативной для реальной средней скорости потока крови в пределах контрольного объема, чем максимальная зарегистрированная допплеровским методом скорость.
Фундаментальная неточность импульсноволновой допплерографии возникает в результате того, что для достижения желаемой временной разрешающей способности значительно ограничивается время одного измерения (как правило, около 10 мс). Поэтому спектр, который рассчитывается с помощью преобразований Фурье, получается шире.
В противоположность непрерывной допплерографии хорошие импульсно-волновые допплеровские спектры обычно не «заполнены» целиком, так как в области контрольного объема регистрируются сходные значения скорости. При этом соотношение сигнал-шум тем лучше, чем больше размер контрольного объема. В результате интегрирования скорости по времени, например интегрирования трансаортальной скорости за время систолы, получают интеграл линейной скорости потока крови (VTI ), который измеряется в сантиметрах или метрах. Умножение этой величины на площадь поперечного сечения аорты позволяет рассчитать ударный объем левого желудочка.
г) HPRF-допплерография. Некоторые эхокардиографы позволяют измерять высокие скорости кровотока, превышающие 2,5 м/с, при помощи режима высокой частоты повторения импульсов (англ. - high pulse repetition frequency - HPRF). Это гибридный вариант между непрерывноволновой и импульсноволновой допплерографией, который хотя и может измерять более высокие скорости движения крови, чем обычная импульсная допплер-ЭхоКГ, но, тем не менее, не может однозначно указать, где эти скорости были измерены, поскольку имеет два или больше контрольных объемов по ходу ультразвукового луча.
Режимы допплеровского исследования:
а. Непрерывноволновая допплерограмма при локализации контрольного объема в области выносящего тракта и аортального отверстия, зарегистрированная из верхушечного доступа (норма). Максимальная систолическая скорость составляет 130 см/с.
б. Импульсно-волновая допплерограмма области выносящего тракта левого желудочка и аортального клапана, зарегистрированная из верхушечного доступа (норма). Максимальная систолическая скорость составляет 80 см/с. Вверху: смещение нулевой линии с целью отображения всего систолического сигнала. Внизу: при центрально расположенной нулевой линии скорость искажения, или скорость Найквиста, составляет ±50 см/с. В нижней части картинки систолический сигнал обрезан (искажение, aliasing), и пики допплеровского сигнала отображаются в верхней половине картинки и поэтому с ложным знаком.
в. Цветовая допплерограмма левого предсердия, зарегистрированная из апикальной четырехкамерной позиции. Слева: диастолическое ламинарное течение из легочных вен через левое предсердие в левый желудочек (норма). Красно-желтые оттенки обозначают скорости потока, направленного к датчику, причем максимальная скорость (желтый цвет) определяется в области диастолического трансмитрального потока, входящего в левый желудочек. Справа: изображение митральной недостаточности (в систолу). Зеленый цвет кодирует турбулентный высокоскоростной поток регургитации из левого желудочка в левое предсердие.
В начале струи регургитации в области митрального клапана со стороны желудочка можно увидеть проксимальную зону конвергенции (стрелки). Синий цвет ее внешней оболочки указывает на ламинарный поток крови по направлению к митральному клапану.
Видео урок основы допплер-ЭхоКГ (допплерографии при эхокардиографии)
