Выбор допплеровской методики для оценки функции миокарда
а) Спектральная тканевая допплерография. Выбор допплеровской методики зависит от постановки задачи. Для селективного измерения скоростей определенных областей миокарда обычно используется спектральное допплеровское сканирование. Оно обладает очень хорошей временной разрешающей способностью и довольно точно отображает спектр скоростей. При помощи различных настроек фильтров можно оптимизировать изображение. Кроме того, кривая спектрального допплера хорошо понятна глазу, и опытный исследователь может ее сразу качественно интерпретировать.
б) Цветовая тканевая допплерография. Записи с цветовыми тканевыми допплерограммами обычно подвергаются дополнительной оценке, поскольку человеческий глаз не в состоянии достаточно быстро охватить сложный цветной узор. Тем не менее методика цветовой тканевой допплерографии является важным инструментом, так как, например, отдельные сегментарные измерения при спектральной допплерЭхоКГ во время исследования с нагрузочным тестом невозможны из-за чрезмерных временных затрат. Напротив, в видеопетле цветовой допплерограммы кадр за кадром хранится информация о скоростях участков миокарда во всем сечении. Соответствующее программное обеспечение позволяет впоследствии на основании сохраненных данных выполнить реконструкцию скоростных профилей в любой точке изображения.
Скоростные профили спектрального и цветового допплеровского сканирования содержат схожую информацию. При достаточной частоте кадров цветовой допплерЭхоКГ временное разрешение так высоко, что можно представить кривые, сравнимые с кривыми спектральной допплер-ЭхоКГ. Абсолютные значения скоростей в режимах спектрального и цветового допплеровского сканирования незначительно отличаются друг от друга, причем цветовая допплерограмма обычно отражает среднюю скорость спектральной допплерограммы и, тем самым, более низкое значение, чем максимальная скорость на спектральном допплеровском исследовании.
Компоненты скоростей и деформации миокарда, выявляемые методом допплер-ЭхоКГ из апикального (слева) и парастернального (справа) доступа.
в) Определяемые компоненты движения. Допплеровские методы всегда определяют скорость вдоль направления датчика и относительно датчика. Тем самым определяемыми являются только те компоненты миокардиальной функции, которые параллельны направлению луча. В связи с заданным эхо-окном при помощи допплеровских техник можно определить следующие компоненты:
- из апикального доступа — продольная функция,
- из парастернального доступа - циркулярная функция (только боковая и перегородочная стенки левого желудочка),
- из парастернального доступа - радиальная функция (только переднеперегородочная и задняя стенки левого желудочка).
Реверберационные артефакты могут ощутимо искажать цветовую допплерограмму.
а - На двумерном сером изображении они представляют собой чрезмерно яркие линии, движение которых независимо от миокарда.
б - В режиме цветовой допплерографии они поначалу не бросаются в глаза.
в - Профили скоростей, измеренные выше (v1), на уровне (v2) и ниже (v3) артефакта, расположенного в области v2.
Из-за перемодуляции алгоритма цветовой допплерографии линия v2 в отмеченный момент времени практически находится на нулевой отметке.
г - В результате при расчете скорости деформации миокарда возникают грубые ошибки, которые можно распознать по резкому переходу от желтого к синему в области первоначального артефакта.
Ошибочные значения скорости деформации миокарда расширяются вокруг области артефакта на ±1 расчетный отрезок, так как в этой области правильно измеренная скорость (v1) при сравнении с нулем (v2) будет перерасчитана как градиент (или, соответственно, v2 и v3).
д - Итоговое изображение скорости деформации миокарда.
Связь между частотой кадров и точностью профилей скоростей, рассчитываемых на основании данных цветовой допплерографии.
Слишком низкая частота кадров приводит к потере информации, особенно при быстрых изменениях скоростей (узкие пики скоростей, особенно в области IVRT и диастолы, будут отображаться «размыто»).
Медленные же изменения скоростей во время систолы достаточно хорошо отображаются даже при частоте кадров в 35 Гц (35 кадров/с).
Контрольный объем:
а - В режиме спектральной допплерографии миокард может выходить за границы контрольного объема.
б - В изогнутом М-режиме (Curved-M) или в режиме реконструкции кривой на основании данных цветовой допплерографии можно произвольно управлять контрольным объемом.
Установки фильтров. Слева: низкочастотный фильтр («low velocity reject») подавляет низкие скорости в итоговом сигнале («черная полоса» в области нулевой линии). Справа: фильтр фонового шума («threshold») подавляет слабые сигналы (фоновые шумы).
SI - интенсивность сигнала, f - допплеровская частота, красный цвет - полезный сигнал, фиолетовый цвет - шум.
г) Корректные установки прибора и источники возможных ошибок:
1. Угол сканирования. В зависимости от области миокарда следует сначала выбрать подходящий срез, причем измеряемое движение должно происходить параллельно ультразвуковому лучу. Угловая коррекция -это трудно воспроизводимый процесс, а по причине сложного трехмерного паттерна движений в сердце - довольно произвольный и поэтому бессмысленный. При анализе скорости деформации даже небольшая угловая ошибка вызывает отчетливое искажение не только абсолютных значений, но и самой формы кривой.
2. Артефакты изображения. В случае спектрального допплеровского сканирования артефакты играют небольшую роль, поскольку частотно-модулированную информацию можно хорошо распознать даже в зашумленном сигнале (ср. качество частотно-модулируемых радиопрограмм диапазона УКВ и амплитудно-модулируемых - диапазона СВ). Однако для дополнительной оценки данных цветовой допплер-ЭхоКГ очень важно отсутствие артефактов. Особенно перемодуляции, например, из-за артефактов реверберации, приводят к искажению цветовой допплерограммы, так как при этом нарушается аутокорреляционный алгоритм. Такие зоны можно увидеть уже на черно-белой картинке в виде светлых рефлекторов, и в ряде случаев их можно избежать при помощи небольшой коррекции плоскости сканирования.
Однако нередко таких искажений полностью избежать не удается. При перерасчете таких значений скоростей в таблицы деформации или скорости деформации миокарда эти артефакты приводят к массивным ошибкам, поэтому такие области должны ыть исключены из дальнейшего анализа.
Искажение (aliasing):
а - Кривая PW-допплерографии кажется «обрезанной», а отсутствующий фрагмент появляется на другом крае шкалы.
б - В цветовом представлении искажение можно распознать по резкому переходу от красных тонов к синим (стрелка).
в - При реконструировании кривых по данным цветовой допплерографии искажение в зависимости от алгоритма может быть ошибочно отображено в виде изгиба кривой, направленного в противоположную истинному движению сторону (стрелка).
3. Диапазон скоростей. Его следует настраивать таким образом, чтобы избежать искажения (aliasing). Наибольшие скорости следует ожидать в удаленных от датчика регионах. Тогда как в режиме спектрального допплеровского сканирования «обрезанный» допплеровский спектр является однозначным указанием, в режиме цветового допплеровского сканирования приходится медленно прокручивать «замороженную» видеопетлю и просматривать ее на наличие резких переходов красного цвета в синий. Некоторые приборы имеют возможность из такой видеопетли сразу реконструировать отдельные профили скоростей, которые в таком случае будут типичным образом деформированы. Но особенно в режиме цветового допплеровского сканирования диапазон скоростей не следует выбирать слишком высоким, так как для сохранения цветовой информации доступно лишь несколько битов на пиксель и тем самым ограничивается возможное разрешение изображения - иначе профили скоростей будут отображаться в виде ступенчатых линий.
4. Частота кадров. Частота кадров цветовой тканевой допплер-ЭхоКГ имеет решающее значение, так как она соответствует частоте развертки профиля миокардиальной скорости. Следует использовать значения выше 100 кадров/с, желательно даже выше 120 кадров/с. Слишком низкая частота кадров приводит сначала при быстрых изменениях скоростей (например, во время изоволюмического сокращения и расслабления - IVCT и IVRT, - а затем и на протяжении всей диастолы) к искажению формы кривых и отображаемых максимальных скоростей. Лишь при систолических измерениях в здоровом миокарде по причине относительно медленных изменений скоростей можно пользоваться более низкой частотой кадров (60-80 кадров/с).
5. Контрольный объем. Радиальный (аксиальный) размер контрольного объема при цветовом тканевом допплеровском исследовании задается количеством точек измерения в рамках цветового окна. При спектральном допплеровском исследовании его можно выбирать произвольно. Рекомендуется размер, включающий измеряемую область миокарда в течение всего сердечного цикла и не включающий другие объекты. При слишком малом контрольном объеме стенка сердца может выходить за пределы неподвижного контрольного объема, тогда как при слишком большом контрольном объеме могут возникать артефакты, например, из-за быстрых перемещений попавшей в рамку створки митрального клапана.
Латеральный размер контрольного объема в пределах плоскости сканирования в режиме цветового тканевого допплера зависит от количества сканирующих линий в рамках цветового окна и может лишь ограниченно варьировать. Плотность линий следует выбирать настолько высокой, насколько это позволяет (приоритетная) частота кадров. При спектральном допплеровском исследовании латеральный размер контрольного объема определяется фокусировкой ультразвукового луча и обычно не доступен пользовательской настройке.
6. Установки фильтров. В большинстве ультразвуковых аппаратов можно задать специальные параметры фильтров. Фильтры «низкой частоты» подавляют сигналы от слишком низких скоростей, содержащие преимущественно шум. «Пороговый» фильтр дополнительно позволяет подавлять слабый шум и в области высоких скоростей.
7. Усреднение. Усреднение значений скоростей возможно только в режиме цветовой допплер-ЭхоКГ. Усреднять можно как по времени («persistence»), так и в пространстве («radial/lateral averaging»); это улучшает соотношение сигнал/шум. Однако платой за это является снижение временного или пространственного разрешения. Поскольку в ЭхоКГ разрешение вдоль ультразвукового луча имеет наибольшие резервы, то обычно выбирается пространственное усреднение 3-7 пикселей в радиальном направлении и в любом случае 3 пикселя в латеральном направлении при выключенном усреднении по времени.
Измерение смещения (ΔI), деформации (в) и скорости деформации (SR) в ЭхоКГ.
а - Обычно смещение изучается на основании отмеченных контуров в М-режиме (справа). Однако интеграл скорости определенной точки на временном интервале t0-t1 также описывает это смещение (слева).
б - Деформация как относительное изменение длины L1-L0 по сравнению с исходной длиной L0 непосредственно получается в М-режиме при изучении двух контуров и обозначается как «деформация Лагранжа» (Lagrangian strain, εL) (обратите внимание, что приведенная формула показывает среднюю деформацию).
Если деформация рассчитывается из интеграла мгновенных градиентов скоростей v1(t)-v2(t) на временном интервале t0-t1, в основе которого лежат определенные на заданном расстоянии r значения скоростей v1, v2, то ее обозначают как «натуральная деформация» (natural strain, εn). Производная по времени дает нам значение скорости деформации (SRn или SRL).
д) Производные параметры:
1. Скорость и движение. На основании измеренных значений скоростей можно получать дополнительные параметры, дающие нам новую информацию. Интеграл скорости по времени в определенной точке соответствует ее пространственному смещению (движение, слева), аналогично тому, как это можно измерить (при сохраненных, доступных оценке контурах) в М-режиме (справа). Скорость и движение (смещение) можно представить в виде кривой по времени или в цветовой кодировке.
2. Деформация и скорость деформации. Локальный градиент скорости (т.е. разность скоростей двух точек, находящихся на определенном расстоянии) аналитически, т.е. математически, идентичен скорости деформации (strain rate) миокарда. Интеграл этого параметра по времени соответствует деформации (strain, слева).
Практически при помощи допплеровской техники на основании простой видеопетли цветовой допплерограммы можно рассчитать локальную скорость деформации миокарда как локальный градиент скорости. Таким образом, в отношении регистрации необходимых данных справедливо все вышесказанное по поводу записи допплеровских данных. Из наборов допплеровских данных каждый раз сравниваются скорости двух точек, лежащих на одной линии сканирования на заданном расстоянии (расчетной дистанции) друг от друга. Алгоритм применяется пиксель за пикселем для каждой линии сканирования, пока все значения скоростей соответствующего изображения не будут превращены в градиенты скорости. Затем, как и в случае цветового допплера, результат можно представить в цветовой кодировке, наложенной на серое изображение, или в виде кривых по времени. Методика была разработана в Скандинавии в начале 90-х годов и сегодня в различных вариантах уже используется в аппаратах большинства производителей.
Видео урок основы допплер-ЭхоКГ (допплерографии при эхокардиографии)
