4 курс / Акушерство и гинекология / ПОЛУЧЕНИЕ_ИЗОБРАЖЕНИЙ_В_ДОППЛЕРОВСКИХ_РЕЖИМАХ_И_МЕТОДЫ_ИХ_ОПТИМИЗАЦИИ

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ния). При значениях величины

допплеровского угла от 0° до

60° ошибка измерения скорос

ти невелика, при углах больше

60° она резко возрастает (рис.

1.4). Из сказанного ясно, что

измеренная величина скорос

ти близка к истинной только

при коррекции допплеровско

го угла.

Основным способом ото

бражения допплеровского сиг

нала (весьма разнородного по

амплитудному и частотному

составу) является допплеровс

кий спектр – результат выделе

ния интенсивности колебаний

в зависимости от их частоты

посредством быстрого преоб

а

б

разования Фурье (рис. 1.5). Уп

рощенно процесс выглядит

Рис. 1.7. Структура допплеровского спектра. а – серошкальное

как быстрый «подсчет колеба

представление (обычный размер, увеличение фрагмента в 160 раз)

ний» с разными частотами в

– интенсивность определяется яркостью свечения пикселя; б –

цветное представление (обычный размер, увеличение фрагмента в

каждый момент времени, что в

160 раз) – интенсивность определяется цветом пикселя.

дальнейшем служит основой

для превращения отдельных фрагментов

плеровский сдвиг частоты) [13–15]. То же

получаемой кривой в светящиеся с различ

относится к окрашиванию светящихся то

ной интенсивностью (или окрашенные

чек дисплея (пикселей) (рис. 1.7).

разными цветами) точки на экране, при

Огибающая допплеровского спектра

временной развертке формирующие доп

называется допплеровской кривой (рис.

плеровский спектр (рис. 1.6). Таким обра

1.8). Некоторые приборы, используемые

зом, интенсивность (яркость) свечения

для допплерографических исследований,

точек в спектре соответствует «количеству»

регистрируют только допплеровскую кри

частиц, движущихся с определенной ско

вую, в абсолютном же большинстве сис

ростью (или дающих определенный доп

тем возможно получение допплеровского

Частота ~

скорость

Скорость

Скорость

Допплеровский

Интенсивность

Допплеровский

спектр

спектр

Время

Время

Рис. 1.6. Формирование допплеровского спектра

Рис. 1.8. Допплеровский спектр и допплеровская

(объяснение в тексте).

кривая.

9

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Рис. 1.10. Импульсный допплеровский режим

Рис. 1.12. Импульсный допплеровский режим.

(объяснение в тексте).

Принципы получения информации из окна опроса.

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

следующих (множественный аliasing эф

плеровской кривой, возможно получение

фект) [1, 17–20].

цветовых картограмм. Режим, позволяю

При импульсном сканировании анали

щий осуществлять данный вид обработки,

зируется информация, получаемая из ин

получил название «цветовое допплеровс

тересующей исследователя области (окна

кое кодирование». Результатом его явля

опроса). Нетрудно рассчитать, сколько

ется получение плоскостного (двухмерно

времени необходимо ждать импульсы,

го) распределения допплеровского сдвига

отраженные от наиболее близкой (t1) и от

частот в зоне опроса. В настоящее время

даленной от датчика (t2) точек окна опроса

существует четыре основных вида цвето

(рис. 1.12). Разница данных временных ин

вого допплеровского кодирования (ЦДК);

тервалов (t2 t1) равна необходимой длитель

ЦДК допплеровского сдвига частот (ско

ности открытия датчика для приема. Рас

рости); ЦДК «энергии» допплеровского

стояние до ближайшей точки окна опроса

спектра; конвергентное ЦДК; ЦДК дви

(D` ) равно половине (так как волна прохо

жения тканей. В гинекологии широко

дит удвоенный путь – от датчика до отра

применяются все виды ЦДК, кроме ЦДК

жателя и обратно) произведения скорости

движения тканей (которое играет суще

распространения ультразвука в среде (с) и

ственную роль при допплерэхокардиогра

времени t1, до дальней точки (D) – полови

фических исследованиях).

не произведения скорости распространения

Цветовое кодирование допплеровско

ультразвука в среде (с) и времени t2:

го сдвига частот [13, 18–23] (или скорос

ти) (color doppler velocity, CDV) осуществ

(1.4).

ляется следующим образом (рис. 1.13). В

процессе преобразования Фурье (см. рис.

1.5) допплеровский сигнал раскладывает

(1.5).

ся по интенсивности в зависимости от ча

стоты (скорости). Получаемая кривая от

Очевидно, что частота повторения им

ражает профиль скоростей потока отража

пульсов не может превышать величины от

телей, проходящего через метку конт

ношения скорости распространения к удво

рольного объема в каждый момент време

енному значению максимальной глубины:

ни. Эта зависимость может быть представ

лена в виде допплеровского спектра (см.

(1.6).

рис. 1.6). При ЦДК скорости кривая зави

симости интенсивность – частота (ско

Учитывая допплеровское уравнение

рость) математически обрабатывается с

(1.1) и ограничения для значений PRF

выделением среднего для нее значения

(1.3), можно вывести уравнение для рас

скорости. Данное значение кодируется

чета максимальной (возможной для вос

определенным цветом. При этом экстра

приятия прибором) скорости с данной глу

поляция вычисленного значения осуще

бины [13, 14]:

ствляется на вертикальную двухцветную

шкалу, состоящую из верхней и нижней

(1.7).

частей (каждая из них обычно имеет соб

ственный перелив цвета). Вне зависимос

ти от цвета и его переливов, верхняя часть

Таким образом, в импульсном доппле

шкалы всегда кодирует сигналы от отража

ровском режиме существует жесткое огра

телей, движущихся по направлению «к

ничение для измерения низких скоростей

датчику», нижняя – движущихся «от дат

на больших глубинах.

чика» (следует иметь в виду, что шкалы

Кроме отображения информации в

могут быть инвертированы вручную). Со

виде допплеровского спектра и/или доп

ответственно, положительные значения

11

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1

глава

или (упрощенно) «количеством» движу

щихся через метку контрольного объема

Интенсивность

отражателей; в зависимости от интенсив

ности потока кодируемое значение попа

дает в определенную цветовую точку мо

нохромной шкалы с горизонтальным пе

Частота ~ скорость

реливом (обычно наиболее темный цвет

Vmean

характеризует минимальную интенсив

ность движения, яркий – максимальную;

Рис. 1.13. Цветовое допплеровское кодирование ско

при многоцветных переливах минималь

рости (объяснение в тексте).

ное значение кодируется слева, макси

вычисленной средней скорости попадают

мальное – справа). Отсюда вытекает ряд

в верхнюю часть шкалы, отрицательные –

принципиальных положений, характери

в нижнюю. Вертикальный перелив цвета

зующих данный вид ЦДК. ЦДК «энергии»

каждой из шкал позволяет кодировать чис

допплеровского спектра отражает факт

ловое значение скорости. Линия,

разделяющая верхнюю и ниж

нюю части цветовой шкалы, на

зывается изолинией (соответ

ствует нулевой скорости). Самая

верхняя часть верхней шкалы и

нижняя нижней – максимальные

скорости, которые могут быть

корректно кодированы (значения

максимальных скоростей цвето

вой шкалы могут быть произволь

но изменены в зависимости от

изучаемых потоков) (рис. 1.14).

Таким образом, цветовое кодиро

вание позволяет получать инфор

мацию о скорости и направлении

движения частиц. Данный вид

кодирования имеет выраженную

зависимость от величины доппле

ровского угла.

ЦДК «энергии» допплеровс

кого спектра [13, 20, 24–33] (color

doppler energy, CDE) кодирует не

скорость, а величину площади

под кривой интенсивность – ча

стота (скорость) (рис. 1.15). В свя

зи с этим наблюдается ряд осо

бенностей. Во первых, значения

площади не могут оказаться отри

цательными, поэтому шкала мо

ноцветная; во вторых, величина

площади не зависит от направле

ния и скорости, а определяется

Рис. 1.14. ЦДК скорости. Цветовая шкала. Кодирование пото

уровнем интенсивности потока,

ков с разными направлением и скоростью.

12

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1

глава

рактеристиках низкоскоростных потоков и

разнонаправленных низкоскоростных по

шумов. Низкоскоростные потоки, как и

токов из близко расположенных сосудов,

высокоскоростные, складываясь из боль

чего не обеспечивает ЦДК скорости.

шого количества частиц, движущихся с раз

5. ЦДК скорости имеет существенные

ной скоростью (и, соответственно дающих

преимущества, обусловленные возможно

различные по величине допплеровские

стью получения информации о скорости

сдвиги), при формировании кривой зависи

и направлении потоков.

мости интенсивность – частота (скорость)

Таким образом, обе технологии имеют

характеризуются медленным нарастанием и

свои достоинства и недостатки. На прак

медленным снижением (во времени), что

тике при проведении ангиологических ис

придает кривой пологий вид. Шумы же за

следований полезно применять как ЦДК

счет значительно меньшего количества от

скорости, так и энергетическое ЦДК.

ражателей, приблизительно одинаковых

Перечисленные достоинства обеих тех

по частотным характеристикам, формиру

нологий объединены в «гибридном» вари

ют кривую с быстрым временным подъе

анте ЦДК –конвергентном [1, 14, 34]. При

мом и спадом (остроконечные пики). При

этом виде кодирования одновременно

этом характеристики интенсивности шу

анализируется как информация о средней

мов и низкоскоростных потоков прибли

скорости (и направлении), так и площадь

зительно равны. В связи с этим в случае

под кривой зависимости интенсивность –

ЦДК скорости при отсечении шумов (а

частота (скорость) (рис. 1.17). Принципи

отсечение происходит по уровню их ин

альная схема цветового кодирования, как

тенсивности) отсекаются и низкоскорост

видно из рис. 1.17, существенно не отли

ные потоки. В случае же ЦДК «энергии» за

чается от описанных для CDV и CDE. Воз

счет того, что площадь под огибающими

можность сочетания скоростного и «энер

потоков превосходит площадь под огибаю

гетического» ЦДК реализуется за счет при

щими шумов, а отсечение происходит по

менения «многопереливчатых» или ком

величине площади, возможно информатив

бинированных шкал. Выделяют порого

ное цветовое отображение низкоскорост

вую, направленную и контурную цветовые

ных потоков. Это существенное преимуще

карты (рис. 1.18). Основным достоин

ство ЦДК «энергии», так как оно позволяет

ством конвергентного ЦДК является воз

качественно кодировать потоки, например

можность сохранения информации о на

в интракраниальных артериях, изучать

правлении и скорости потока без дискри

органное кровоснабжение и т.д.

минации низкоскоростных потоков. Это

2. При «энергетическом» цветовом коди

важно при исследовании сосудов, когда

ровании отсутствует aliasing эффект, по

сочетаются высокие и низкие скорости

скольку принцип обработки допплеровско

кровотока (бифуркаций крупных артерий,

го сигнала не включает анализа скорости.

крупных вен, органных сосудов и др.).

3. «Энергетическое» ЦДК позволяет

Примеры цветового допплеровского ко

кодировать потоки, перпендикулярные

дирования скорости, «энергии» и конвер

направлению распространения ультразву

гентного ЦДК приведены на рис. 1.19, 1.20.

кового луча (ввиду малой зависимости от

Компьютерная обработка цветовых

угла). Строго говоря, и при ЦДК скорости

картограмм позволяет выстраивать трех

также возможно кодирование перпенди

мерные изображения [35–37]. Идея трех

кулярных потоков, что связано с нелиней

мерной реконструкции существует давно,

ными эффектами распространения ульт

но ее техническая реализация была затруд

развука, однако, качество кодирования

нена необходимостью использования для

при этом существенно ниже.

этих целей направляющих штанг – специ

4. При «энергетическом» ЦДК возмож

альных приспособлений, ориентирующих

но информативное цветовое отображение

плоскость сканирования в пространстве и

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

одновременно фиксирующих ее положе

альной информации об органах и тканях,

ние. Сложность и длительность проведе

стенках сосудов, внутрипросветном содер

ния подобных реконструкций, отсрочен

жимом (рис. 1.22).

ность (работа вне режима реального вре

М режим – одномерное сканирование

мени) не позволяли применять методику

(через одну линию сечения) с получением

в повседневной клинической практике.

развертки в реальном режиме времени –

Современные технологические разработ

используется для регистрации характерис

ки вплотную приблизились к построению

тик движущихся объектов. Применение

трехмерных изображений в режиме реаль

данного режима в гинекологии ограничено,

ного времени, при этом не требуется спе

поскольку изучаемые органы являются не

циальных приспособлений. Однако каче

подвижными структурами. Однако для кор

ство подобных изображений, которые вос

ректного измерения диаметра артерий и

производят ультразвуковые системы, отно

вен, а также регистрации движения стенок

сительно невысоко (рис. 1.21), но активные

(пульсация) некоторых сосудов может быть

работы в данной области вселяют надежду

использована комбинация В и М режима.

на появление в ближайшее время новых тех

Наиболее активно такой режим использу

нологий, которые позволят повысить каче

ется при кардиологических исследованиях.

ство трехмерных сканограмм.

Постоянно волновой допплеровский

режим (CW), не имея ограничений по ско

Режимы сканирования. В современной

рости и глубине, одновременно лишенный

ультразвуковой диагностике применяют

пространственного разрешения, лежит в

ся разные режимы сканирования. Прин

основе метода ультразвуковой допплерог

ципиально их можно разделить на две

рафии. Двухэлементные допплеровские

группы: с применением допплеровского

датчики карандашного типа работают

эффекта (постоянно волновой доппле

обычно с частотой 2 МГц (для кардиоло

ровский режим – CW режим; импульсный

гических исследований), 4 и 8 МГц (для ис

допплеровский режим – PW режим; ре

следования периферических артерий и вен).

жим цветового допплеровского кодирова

Результатом исследования при этом явля

ния – CD режим; дуплексные режимы,

ются получение допплеровского спектра

сочетающие один или два вида допплеров

(рис. 1.23) и его последующий анализ.

ского режима с режимом двухмерной се

Импульсный спектральный доппле

рошкальной эхографии, B режимом) и без

ровский режим (PW) также лежит в осно

такового (собственно режим двухмерной

ве ультразвуковой допплерографии, при

серошкальной эхографии – B режим, ре

этом получают допплеровский спектр (см.

жим одномерной временной развертки –

рис. 1.23). Данный режим реализован в

М режим). В последние годы все большее

большинстве современных ультразвуко

значение приобретают допплеровские ре

вых систем, используемых для диагности

жимы.

ки в гинекологии.

При двухмерном серошкальном скани

Режим цветового допплеровского ко

ровании (В режим) получение ультразву

дирования (CD) существовал как самосто

кового изображения основано на эффек

ятельный лишь в первых ультразвуковых

те отражения ультразвука от границы раз

сканерах. В настоящее время он находит

дела сред. Приборно анализируемая амп

применение в дуплексных системах.

литуда (а при когерентном формировании

Дуплексное сканирование сочетает два

изображения и фаза) отраженного эхосиг

режима: двухмерную серошкальную эхог

нала в процессе преобразования обуслов

рафию и один из допплеровских режимов,

ливает яркость свечения пикселя на экра

из которых оба работают в реальном вре

не монитора. Таким образом, В режим

мени. Таким образом, имеется возмож

является основным для получения визу

ность визуализации структур (органов,

15

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ

а

б

Рис. 1.20. Маточная артерия (конвергентное цвето

Рис. 1.21. Трехмерная реконструкция сосудов мио

вое кодирование).

матозного узла («энергетическое» цветовое кодиро

вание).

НАЧАЛО ГЛАВЫ

ОГЛАВЛЕНИЕ