princip dopplerovského uz vyšetření
DESCRIPTION
Princip dopplerovského UZ vyšetření. Bohatá Š., Nádeníček P., Foukal J. Radiologická klinika FN Brno LF MU Brno. Čejkovice 2013. Doppler. Johann Christian Doppler (1803-1853) fyzik a matematik princip formulován v roce 1842, Praha platí pro všechny druhy vlnění. Dopplerův princip. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Princip dopplerovského UZ vyšetření
Bohatá Š., Nádeníček P., Foukal J.Radiologická klinika FN BrnoLF MU Brno
Čejkovice 2013
Doppler
• Johann Christian Doppler (1803-1853)
• fyzik a matematik• princip formulován v roce 1842,
Praha• platí pro všechny druhy vlnění
Dopplerův principPřibližuje-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.
Markantní rozdíl mezi vysílanou a přijímanou frekvencí nastává teprve tehdy, když je rychlost zdroje vlnění srovnatelná s rychlostí šíření vlnění v daném prostředí.
fp - pozorovaletel přijímaná frekvence vlnění
c - rychlost šíření vlnění v daném prostředív - rychlost pohybu zdroje směrem k pozorovatelifv - zdrojem vyslaná frekvence vlnění
vp fvccf
Dopplerův efekt - frekvenční posuv Rozdíl, mezi přijímanou a vysílanou frekvencí označujeme jako dopplerovský frekvenční
posuv (f = f0 – f1) Velikost frekvenčního posuvu je přímo úměrná frekvenci UZ vlnění, rychlosti krevního toku a kosinu
úhlu, který svírá směr UZ vln a tok krve
kritická mez nad 60° výpočet rychlosti pohybujících se elementů
cvff cos2 0
f – frekvenční posuv
c – rychlost šíření uz vlnění
f0 – frekvence sondy
– úhel insonace
v – rychlost toku
Dopplerův efekt změna frekvence je determinována rychlostí intenzita signálu je determinována množstvím pohybujících
se elementů (např. krvinek)
směr průtoku při pohybu k sondě (od sondy) - směr průtoku při pohybu k sondě (od sondy) - BABARTRT průtok směrem průtok směrem k sondě k sondě je zobrazen ve spektru je zobrazen ve spektru nad nulovou linií nad nulovou linií průtok směrem průtok směrem od sondyod sondy je zobrazen ve spektru je zobrazen ve spektru pod nulovou pod nulovou
liniílinií
Význam Dopplerova jevu pro sonografiiV případě dopplerovské ultrasonografie je objektem, od kterého
se odráží vyslaný signál suspenze krvinek pohybujících se v cévním lumen.
Protože velikost erytrocytů je menší než vlnová délka ultrazvuku, uplatňuje se při vzniku dopplerovského signálu rozptyl, který je často označován jako Raileyghův-Tyndallův rozptyl .
velikost erytrocytů (7x2m) vlnová délka UZ 5 MHz = 300
m
anechogenní krev
Kontinuální doppler. systémy ddopplerovské systémy s kontinuální nosnou vlnou (CWopplerovské systémy s kontinuální nosnou vlnou (CW))
nnejjednodušší zaejjednodušší zařřízení ízení chybí axiální rozlišení, tj. chybí axiální rozlišení, tj. nelze určit hloubka, ze které signál přicházínelze určit hloubka, ze které signál přichází
dvadva elektroakustickelektroakustické měniče (krystaly)é měniče (krystaly) vysílač přijímač
v oblastiv oblasti zájmu se překrývají zájmu se překrývají jeje-li -li v v oblasti oblasti zájmu zájmu více cévvíce cév záchyt signálu ze všech cév oblasti záchyt signálu ze všech cév oblasti
součet signálu součet signálu nelze odlišit rychlost toku v jednotlivých céváchnelze odlišit rychlost toku v jednotlivých cévách využití: tužkové Dopplery, cévní chirurgie, ozvy ploduvyužití: tužkové Dopplery, cévní chirurgie, ozvy plodu měří měří libovolně velké rychlosti
Pulzní dopplerovské systémy (PW) jedenjeden elektroakustický melektroakustický měěniničč, který , který ststřřídavídavěě ultrazvukové ultrazvukové
vlnvlněění vysílá a pní vysílá a přřijímáijímá sonda pracuje ve sonda pracuje ve ststřřídavémídavém, tj. , tj. pulzním režimu rrytmus vysílání se oznaytmus vysílání se označčuje jako uje jako opakovací frekvence opakovací frekvence a a
je v horní oblasti frekvencí omezen dobou potje v horní oblasti frekvencí omezen dobou potřřebnou ke ebnou ke zpzpěětnému návratu odratnému návratu odražženého signálueného signálu
ddobaoba mezi vysláním a p mezi vysláním a přříjmem ultrazvukového impulzu íjmem ultrazvukového impulzu je je úmúměěrná vzdálenosti rná vzdálenosti cévy od ultrazvukové sondycévy od ultrazvukové sondy
umožňuje umožňuje záznam záznam rychlostního spektra rychlostního spektra toku krve v cévtoku krve v cévěě vyšší mechanická energievyšší mechanická energie
1/1000 vysílač, 999/1000 přijímač
Barevný Doppler barevné dopplerovské mapování průtoku, Color Doppler Imaging barevné dopplerovské mapování průtoku, Color Doppler Imaging
(CDI), Color Flow Mapping (CFM).(CDI), Color Flow Mapping (CFM). kombinace B obrazu s pulzním Doppleremkombinace B obrazu s pulzním Dopplerem
v v B-obrazuB-obrazu je je definovaná výsečdefinovaná výseč, z, ze které e které je dopplerovská je dopplerovská informace o informace o pohybu (pohybu (rychlosti tokurychlosti toku)) analyzována a zobrazena analyzována a zobrazena v v podobě barevných pixelů, které jsou graficky zakomponovány do podobě barevných pixelů, které jsou graficky zakomponovány do nezávislého B-obrazunezávislého B-obrazu
sběr dat podél jedné vertikální obrazové linie sběr dat podél jedné vertikální obrazové linie minimálně 3x minimálně 3x – – snížení obnovovací frekvencesnížení obnovovací frekvence
semikvantitativnísemikvantitativní barva – směrbarva – směr odstín - rychlostodstín - rychlost
zobrazí zobrazí tok i v malých céváchtok i v malých cévách, v B-modu často , v B-modu často nedetekovatenýchnedetekovatených
pozor na šířku okna !pozor na šířku okna !
Barevný Doppler VÝHODY:
snadná identifikace cévy, měření více cév najednou určení směru toku krve semikvantitativní, přibližné stanovení rozsahu rychlostí toku
NEVÝHODY: zobrazení střední rychlosti toku citlivost pro pomalé toky sklon k barevným artefaktům při
pohybech frame rate (50-150ms)
Spektrální záznam 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
časčas
rychlostrychlost
Duplexní a triplexní zobrazení duplexní
kombinace dvojrozměrného dynamického zobrazení (B-mode) a pulsního dopplerovského měření
triplexní kombinace B zobrazení se spektrální křivkou a barevným
dopplerem
triplex
Energetický Doppler 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 úměrná ploše vymezené spektrální křivkou
nezávislost na nezávislost na dopplerovském úhlu dopplerovském úhlu (kromě 90°)(kromě 90°) rychlostirychlosti
umožní zobrazit větší dynamický rozsah energie = i velmi pomalé tokyvelmi pomalé toky
Energetický Doppler pouze jedna barva barevný odstín pixelu
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 lineární sondy malá možnost sklopení elektronické sklopení dopplerovských vln
lineární sonda
Doppler gain nezávisle od 2D Gain, a Color Gain
Priorita barevného záznamu Color versus Gray Scale, Gray Scale - Color Supression, Color versus Echo PriorityColor versus Gray Scale, Gray Scale - Color Supression, Color versus Echo Priority
prahová hodnota intenzity v B móduprahová hodnota intenzity v B módu dopplerovské signály v místech vyšší intenzity ignoroványdopplerovské signály v místech vyšší intenzity ignorovány
priorita – potlačí barvu v okolí cévypriorita – potlačí barvu v okolí cévy priorita – zobrazí barvu z echogenní / drobné cévypriorita – zobrazí barvu z echogenní / drobné cévy
Citlivost barevného záznamu color sensitivity, pulse number
počet UZ impulzů počet UZ impulzů podél vertikální podél vertikální obrazové linie obrazové linie (min. 3)(min. 3) více impulzů (např. 14 impulsů/linii)
vyšší barevná citlivost (pomalé toky – skrotum, lýtkové žíly) frame rate
méně impulzů (7-9) citlivost - jen rychlé toky frame rate (echokardiografie)
Perzistence barevného záznamu color persistence, frame averaging
persistence lepší poměr S/Š snažší detekce krátce trvajících hemodynamických dějů lepší vykreslení cévních kontur
nevýhody: stírání variací barevného obrazu v čase pulzatilní x žilní tok
Frame rate
Dopplerovský úhel 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
dopplerovský úhel
chyba (%)
90°60°0°0
50
100
nevyšetřovat při dopplerovském úhlu výrazně přesahujícím hodnotu 60°
céva
90°60°
0°
Dopplerovský úhel
cos2 0
cffv
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.
oblast, kde se měří signál (rychlost toku) nastavuje se umístění, tj. hloubka velikost
měla by odpovídat šíři cévy
Vzorkovací objem
Frekvence vzorkování signálu vzorkovací frekvence vzorkovací frekvence počet UZ impulsů za sekundu (PRF) počet UZ impulsů za sekundu (PRF)
Shannon-Kotelnikovovův vzorkovací teorém vzorkovací frekvence musí být minimálně vzorkovací frekvence musí být minimálně dvojnásobkem dvojnásobkem
nejvyššího kmitočtunejvyššího kmitočtu, který zobrazujeme, který zobrazujeme první signál se musí vrátit před vysláním dalšíhoprvní signál se musí vrátit před vysláním dalšího
mezní hodnota mezní hodnota ~~ Nyquistův limitNyquistův limit
platí pro spektrální i barevné zobrazeníplatí pro spektrální i barevné zobrazení
Aliasing efekt
II. ultrazvukový kongres. Čejkovice. 15.-17.1. 2009.
podstatná podstatná ztráta ztráta informace, její informace, její zkreslenízkreslení „„„„přestřelování“přestřelování“ závisí nazávisí na
frekvenci sondyfrekvenci sondy úhlu cévy k UZ svazkuúhlu cévy k UZ svazku vzdálenosti od cévyvzdálenosti od cévy
Artefakt vysoké PRF PRF – řeší aliasing
limitace hloubkou oblastí zájmu odrazy zaregistrovány po vyslání dalšího impulsu lokalizace zdroje mezi zdroj a skutečnou cévu automatická korekce
citlivost k pomalým tokům
artefakt
cévacéva
Filtr wall filter, high pass filter, thump filter
zdroj signálu krevní tok nízkofrekvenční pohyby měkkých tkání – nízkofrekvenční pohyby měkkých tkání –
přenesené pulzace (srdce, cévy), dýchací pohybypřenesené pulzace (srdce, cévy), dýchací pohyby
jednoduchá elektronická propustelektronická propust vyloučení signálů vyloučení signálů s nízkou frekvencí, např. 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!