Princip dopplerovskho UZ vyeten Bohat Ndenek P Foukal

Princip dopplerovského UZ vyšetření Bohatá Š. , Nádeníček P. , Foukal J. Radiologická klinika FN Brno LF MU Brno Čejkovice 2013

Doppler • Johann Christian Doppler (18031853) • fyzik a matematik • princip formulován v roce 1842, Praha • platí pro všechny druhy vlnění

Dopplerův princip Přibližuje-li se zdroj zvuku o konstantní výšce (frekvenci) směrem k pozorovateli, vnímá pozorovatel výšku tónu vyšší, než je výška skutečná. Naopak, vzdaluje-li se zdroj zvuku, vnímá pozorovatel tón s nižší frekvencí, než je skutečná výška tónu. Rozdíl mezi frekvencí zdrojem vysílanou a pozorovatelem přijímanou je tím větší, čím rychleji se zdroj vůči pozorovateli pohybuje. fp - pozorovaletel přijímaná frekvence vlnění c - rychlost šíření vlnění v daném prostředí v - rychlost pohybu zdroje směrem k pozorovateli fv - zdrojem vyslaná frekvence vlnění Markantní rozdíl mezi vysílanou a přijímanou frekvencí nastává teprve tehdy, když je rychlost zdroje vlnění srovnatelná s rychlostí šíření vlnění v daném prostředí.

Dopplerův efekt - frekvenční posuv n n Rozdíl, mezi přijímanou a vysílanou frekvencí označujeme jako dopplerovský frekvenční posuv ( f = f 0 – f 1) Velikost frekvenčního posuvu je přímo úměrná frekvenci UZ vlnění, rychlosti krevního toku a kosinu úhlu, který svírá směr UZ vln a tok krve q n kritická mez nad 60° výpočet rychlosti pohybujících se elementů f – frekvenční posuv c – rychlost šíření uz vlnění f 0 – frekvence sondy – úhel insonace v – rychlost toku

Dopplerův efekt n n n změna frekvence je determinována rychlostí intenzita signálu je determinována množstvím pohybujících se elementů (např. krvinek) směr průtoku při pohybu k sondě (od sondy) - BART průtok směrem k sondě je zobrazen ve spektru nad nulovou linií průtok směrem od sondy je zobrazen ve spektru pod nulovou linií

Význam Dopplerova jevu pro sonografiije objektem, od kterého V případě dopplerovské ultrasonografie se odráží vyslaný signál suspenze krvinek pohybujících se v cévním lumen. n velikost erytrocytů (7 x 2 m) vlnová délka UZ 5 MHz = 300 m n anechogenní krev n Protože velikost erytrocytů je menší než vlnová délka ultrazvuku, uplatňuje se při vzniku dopplerovského signálu rozptyl, který je často označován jako Raileyghův-Tyndallův rozptyl.

Kontinuální doppler. systémy n n dopplerovské systémy s kontinuální nosnou vlnou (CW) nejjednodušší zařízení chybí axiální rozlišení, tj. nelze určit hloubka, ze které signál přichází dva elektroakustické měniče (krystaly) q q n n vysílač přijímač v oblasti zájmu se překrývají je-li v oblasti zájmu více cév záchyt signálu ze všech cév oblasti součet signálu nelze odlišit rychlost toku v jednotlivých cévách využití: tužkové Dopplery, cévní chirurgie, ozvy plodu měří libovolně velké rychlosti měří

Pulzní dopplerovské systémy (PW) n n n jeden elektroakustický měnič, který střídavě ultrazvukové vlnění vysílá a přijímá sonda pracuje ve střídavém, tj. pulzním režimu , tj. rytmus vysílání se označuje jako opakovací frekvence a je v horní oblasti frekvencí omezen dobou potřebnou ke zpětnému návratu odraženého signálu doba mezi vysláním a příjmem ultrazvukového impulzu je úměrná vzdálenosti cévy od ultrazvukové sondy umožňuje záznam rychlostního spektra toku krve v cévě vyšší mechanická energie 1/1000 vysílač, 999/1000 přijímač

Barevný Doppler n n n barevné dopplerovské mapování průtoku, Color Doppler Imaging (CDI), Color Flow Mapping (CFM). kombinace B obrazu s pulzním Dopplerem v B-obrazu je definovaná výseč, ze které je dopplerovská informace o pohybu (rychlosti toku) analyzována a zobrazena v podobě barevných pixelů, které jsou graficky zakomponovány do nezávislého Bobrazu sběr dat podél jedné vertikální obrazové linie minimálně 3 x – snížení obnovovací frekvence semikvantitativní q barva – směr q odstín - rychlost zobrazí tok i v malých cévách, v B-modu často nedetekovatených pozor na šířku okna !

Barevný Doppler n VÝHODY: q q q n snadná identifikace cévy, měření více cév najednou určení směru toku krve semikvantitativní, přibližné stanovení rozsahu rychlostí toku NEVÝHODY: q q zobrazení střední rychlosti toku citlivost pro pomalé toky sklon k barevným artefaktům při pohybech frame rate (50 -150 ms)

Spektrální záznam n n grafické vyjádření závislosti rychlosti krevního toku v čase (umožňuje tak přesnou kvantifikaci průtokových parametrů) podél jediné vertikální obrazové linie jsou vysílány opakované impulzy dopplerovská informace o rychlosti toku analyzována a zobrazena jako dopplerovské spektrum rychlost čas

Duplexní a triplexní zobrazení n duplexní q n kombinace dvojrozměrného dynamického zobrazení (B -mode) a pulsního dopplerovského měření triplexní q kombinace B zobrazení se spektrální křivkou a barevným dopplerem triplex

Energetický Doppler n n Color Doppler Energy (CDE), Color Power Angio (CPA), Color Amplitude Imaging (CAI), Color Angiography, Doppler Power Mode, Power Mapping, Amplitude Mapping. zobrazuje celou energii (amplitudu) dopplerovského signálu q n nezávislost na q q n úměrná ploše vymezené spektrální křivkou dopplerovském úhlu (kromě 90°) rychlosti umožní zobrazit větší dynamický rozsah energie = i velmi pomalé toky

Energetický Doppler n n pouze jedna barva barevný odstín pixelu q q n n n přímo odpovídá amplitudě (energii) dopplerovského signálu vyjadřuje množství pohybujících se elementů neovlivněn Nyquistovým limitem nedochází k aliasing efektu vysoká citlivost k artefaktům neurčí směr toku ani rychlost směrový energetický Doppler

Steering n n n lineární sondy malá možnost sklopení elektronické sklopení dopplerovských vln lineární sonda

Doppler gain n nezávisle od 2 D Gain, a Color Gain

Priorita barevného záznamu n n n q q Color versus Gray Scale, Gray Scale - Color Supression, Color versus Echo Priority prahová hodnota intenzity v B módu dopplerovské signály v místech vyšší intenzity ignorovány priorita – potlačí barvu v okolí cévy priorita – zobrazí barvu z echogenní / drobné cévy

Citlivost barevného záznamu n color sensitivity, pulse number n počet UZ impulzů podél vertikální obrazové linie (min. 3) více impulzů (např. 14 impulsů/linii) n q q n vyšší barevná citlivost (pomalé toky – skrotum, lýtkové žíly) frame rate méně impulzů (7 -9) q q citlivost - jen rychlé toky frame rate (echokardiografie)

Perzistence barevného záznamu n color persistence, frame averaging n persistence q q q n lepší poměr S/Š snažší detekce krátce trvajících hemodynamických dějů lepší vykreslení cévních kontur nevýhody: q q stírání variací barevného obrazu v čase pulzatilní x žilní tok

Frame rate

Dopplerovský úhel n n n úhel mezi směrem vysílaných UZ vln a směrem toku krve = 0° = maximum frekvenčního posuvu = absolutní hodnota rychlosti měřeného toku (cos 0° = 1) úhel 60° nelze přesně kvantifikovat toky 90° žádný signál (cos 90° = 0) 90° krev není vůči sondě v pohybu nevyšetřovat při dopplerovském úhlu výrazně přesahujícím hodnotu 60° 100 50 90° céva 60° chyba (%) 0 0° 0° 60° 90° dopplerovský úhel

Dopplerovský úhel

Typy rychlostních profilů Zátkový profil Prakticky v celém lumen cévy se krev pohybuje stejnou rychlostí. Normálně se s ním setkáváme jen v ascendentní aortě. Ve spektrálním záznamu je úzké spektrum na podkladě omezeného rozsahu rychlostí. Mezi dolním okrajem spektrální křivky a nulovou linií je prázdná oblast - spektrální okno. Parabolický profil Krevní proud se pohybuje nejrychleji ve středu cévy, směrem k okrajům jeho rychlost klesá a těsně při stěně cévy je prakticky nulová. Ve spektrálním záznamu pak najdeme vyplnění mezi nulovou doplerovskou linií a linií nejrychlejších toků. Spektrální okno chybí.

Vzorkovací objem n oblast, kde se měří signál (rychlost toku) q q nastavuje se umístění, tj. hloubka velikost n měla by odpovídat šíři cévy

Frekvence vzorkování signálu n n vzorkovací frekvence počet UZ impulsů za sekundu (PRF) Shannon-Kotelnikovovův vzorkovací teorém n n n vzorkovací frekvence musí být minimálně dvojnásobkem nejvyššího kmitočtu, který zobrazujeme první signál se musí vrátit před vysláním dalšího mezní hodnota ~ Nyquistův limit platí pro spektrální i barevné zobrazení

Aliasing efekt n podstatná ztráta informace, její zkreslení „„přestřelování“ n závisí na n q frekvenci sondy q úhlu cévy k UZ svazku q vzdálenosti od cévy II. ultrazvukový kongres. Čejkovice. 15. -17. 1. 2009.

Artefakt vysoké PRF n PRF – řeší aliasing q n n n limitace hloubkou oblastí zájmu odrazy zaregistrovány po vyslání dalšího impulsu lokalizace zdroje mezi zdroj a skutečnou cévu automatická korekce q citlivost k pomalým tokům artefakt céva

Filtr n wall filter, high pass filter, thump filter n zdroj signálu q q n n n krevní tok nízkofrekvenční pohyby měkkých tkání – přenesené pulzace (srdce, cévy), dýchací pohyby jednoduchá elektronická propust vyloučení signálů s nízkou frekvencí, např. vyloučení signálů 25 -200 Hz (až 1500 Hz) ! vyloučení i signálů s malým frekvenčním posuvem (pomalé toky, např. v žilách) ! mylná diagnostika např. trombózy Dynamic Filter – selektivní filtrace jen těch frekvencí, které souvisejí s pohybem tkáně vůči sondě

Laminární a turbulentní proudění Za fyziologických podmínek má proudění laminární charakter prakticky ve všech periferních cévách. Znamená to, že jednotlivé vrstvy krevního proudu se pohybují konstantní rychlostí, která narůstá od nulové rychlosti v případě vrstvy dotýkající se stěny k maximální rychlosti uprostřed lumen. Při velkých rychlostech proudění , které bývají nejčastěji způsobené patologickým zúžením lumen , přechází laminární charakter proudění v turbulentní. Kritická rychlost pro vznik turbulentního proudění je dána Reynoldsovým číslem.

Děkuji za pozornost!