Физические основы доплерографии

В основе метода УЗДГ лежит эффект Х.А. Допплера (1842), применившего математический анализ сдвига частот сигнала, отражённого от движущегося объекта.

Посылаемый датчиком ультразвуковой сигнал, пройдя через мягкие ткани и кости черепа, отражается от движущихся форменных элементов крови. Поскольку по своему количеству и размерам эритроциты доминируют над остальными элементами, а также исходя из длины волны ультразвукового сигнала отражение происходит, главным образом, от групп движущихся эритроцитов. Скорости их движения в ламинарном потоке различны: они выше в центре сосуда и ниже около его стенок. В результате быстрого преобразования Фурье регистрируется допплеровский спектр, где его компоненты с более высоким сдвигом частоты, расположенные ближе к огибающей, соответствуют быстро движущимся в центре сосуда эритроцитам, а компоненты с более низкими значениями частоты, находящиеся ближе к изолинии, соответствуют медленно движущимся около стенок сосуда эритроцитам. Чем большее количество эритроцитов движутся с той или иной скоростью, тем выше мощность соответствующего спектрального компонента. Поскольку большее их количество движется с высокими скоростями, то максимум мощности допплеровского спектра наблюдается вблизи его огибающей. Линейная скорость кровотока зависит от фазы сердечного цикла: в систолу она выше, в диастолу — ниже, поэтому огибающая допплерограммы напоминает пульсограмму. Существует особенность циркуляции в магистральных артериях головы: в норме кровоток ни в одной из фаз сердечного цикла не падает до нуля, то есть кровь поступает в мозг непрерывно. В плечевой и подключичных артериях линейная скорость кровотока между двумя соседними циклами сокращения сердца доходит до нуля, не меняя направления, а в бедренных и подколенных в конце систолы присутствует даже короткий период обратной циркуляции. По законам гидродинамики (кровь можно рассматривать как один из вариантов так называемой ньютоновской жидкости) существует три основных типа потоков:

• Параллельный, где скорость потоков всех слоёв крови и центральных и пристеночных по сути равна. Такая модель потока характерна для восходящей части аорты.

• Параболический, или ламинарный, при котором присутствует градиент центральных (максимальная скорость) и пристеночных (минимальная скорость) слоёв. Разница между скоростями максимальна в систолу и минимальна в диастолу, причём указанные слои не смешиваются между собой. Подобный вариант течения крови отмечают в непоражённых магистральных артериях головы.

• Турбулентный, или вихреобразный, поток возникает вследствие неровности сосудистой стенки, в первую очередь при стенозах. Тогда ламинарный поток меняет свои свойства в зависимости от приближения непосредственного прохождения и выхода из места стеноза. Упорядоченные слои крови перемешиваются из-за хаотических перемещений эритроцитов.

Формула допплеровского сдвига частот:

Fd = (2F0 × V× Cos α) / c,

где F0 - частота посылаемого ультразвукового сигнала, V - линейная скорость потока, α - угол между осью сосуда и ультразвуковым пучком, с - скорость ультразвука в тканях (1540 м/с).

Рис. 1. Схематическое изображение ультразвукового сенсора, излучающего ультразвуковые колебания в режиме "продолженной" волны: передающий (‾) и принимающий (-) пьезокристаллы, расположенные под углом, установлены над проекцией сосуда; - угол между осью сосуда и ультразвуковым пучком.

На рис. 1 изображён ультразвуковой сенсор, озвучивающий движение эритроцитов по сосудам. При этом одна половина датчика испускает ультразвуковые колебания частотой 4 Мгц в режиме "продолженной волны". Другая половина датчика, расположенная под некоторым углом к поверхности передающей части, регистрирует ультразвуковую энергию, отражённую от потока крови. Второй пьезокристалл датчика установлен таким образом, что область максимальной чувствительности представляет

собой цилиндр размерами 4,5Ч3,5 мм, расположенный в 3 мм от акустической линзы датчика.

Таким образом, посылаемая частота будет отличаться от отражённой. Указанная разница в частотах выделяется и воспроизводится звуковым сигналом или графической регистрацией в виде "огибающей" кривой либо с помощью специального анализатора частот по Фурье в виде спектрограммы. Более того, можно определить направление потока крови, т.к. циркуляция, идущая к ультразвуковому датчику, увеличивает принимаемую частоту, тогда как поток, направленный в противоположную сторону, её уменьшает. [Гусева Е.И., 2012]

Методика проведения УЗДГ

Подготовка к проведению. За 2 ч до исследования больной не должен получать лечения, влияющего на состояние сосудов, и физиотерапии. [Гусева Е.И., 2012]

Исследование осуществляют в положении больного на спине, лучше без подушки. Врач садится рядом и сначала тщательно осматривает область лица и шеи. Особое внимание уделяют выявлению наличия, локализации и выраженности усиленной пульсации в проекции сонных артерий и яремных вен. Затем врач тщательно пальпирует все доступные сегменты сонных артерий: общие сонные, бифуркации, ветви наружных сонных артерий - лицевые в области угла нижней челюсти, поверхностные височные - на уровне козелков ушных раковин. [Гусева Е.И., 2012]

Циркуляторная компенсация при нарушении мозгового кровотока обеспечивается анатомической замкнутостью сосудов в основании головного мозга. Эта структура названа Виллизиевым кругом, который формируется следующими артериями: начальный сегмент передней мозговой артерии, передняя соединительная артерия, супраклиноидный сегмент внутренней сонной артерии, задняя соединительная артерия, начальный сегмент задней мозговой артерии. [Мамлыга М.Л., 2015] Анатомическое строение артериального круга большого мозга в норме довольно вариабельно. «Неклассические» варианты строения виллизиева круга встречаются по данным авторов (Н.В. Верещагин, 2002; В.И. Савич, 1987; Е.В. Шмидт, 1976) от 25 до 75 % случаев [Хавронина К.В., 2014], что усложняет поиск артерий.

Целесообразна предварительная аускультация проекции общей сонной артерии, бифуркаций, подключичных артерий и глазничных при опущенных веках. При этом удобнее использовать конусообразный раструб стетоскопа. После ориентировочной пальпации и аускультации датчик смазывают контактным гелем, затем начинают локацию экстракраниальных сегментов сонных артерий, намеченных при ощупывании. Важнейшее условие адекватности диагностической манипуляции - поочерёдное исследование симметричных участков экстракраниальных сосудов справа и слева. На первых порах возможны трудности в определении силы прижатия датчика к коже. При этом важно, чтобы рука исследователя, держащая зонд, не висела без опоры - такое положение неудобно и мешает получить устойчивый сигнал потока крови, поскольку нет равномерного и постоянного контакта сенсора с кожей. Предплечье врача должно свободно лежать на груди пациента. Это значительно упрощает движение кисти при локации сосудов и особенно важно при адекватном осуществлении компрессионных проб. Накопив определённый опыт, врач улавливает оптимальное положение и прижатие датчика к коже, позволяющее путём небольших изменений угла наклона сенсора (оптимальным считают угол 45°) получить максимально звучащий и чистый артериальный или венозный сигнал. [Гусева Е.И., 2012]