Клиническая эхокардиография

Применительно к кардиологии, допплеровский эффект состоит в том, что при отражении ультразвукового сигнала от движущихся объектов (эритроцитов, а также створок клапанов, стенок сердца) меняется его частота, — происходит сдвиг частоты ультразвукового сигнала [frequency shift]. Этот сдвиг представляет собой разность между между частотой сигнала датчика и частотой отраженного от эритроцитов сигнала. Чем больше скорость движения эритроцитов, тем больше сдвиг частоты ультразвукового сигнала. Если движение эритроцитов направлено в сторону датчика, то частота отражаемого от них сигнала увеличивается; если эритроциты движутся от датчика, то частота отражаемого от них сигнала уменьшается. Таким образом, измерение абсолютной величины сдвига ультразвукового сигнала позволяет определить скорость и направление кровотока. Величина сдвига частоты ультразвукового сигнала связана со скоростью кровотока следующим образом: F_d = 2f₀×V×cos θ/c, где F_d — сдвиг частоты ультразвукового сигнала, f_0 — частота посылаемого ультразвукового сигнала (обычно от 2,0 до 10,0 МГц), V — скорость кровотока, c — скорость распространения ультразвука в среде (в человеческом теле она равняется 1540 м/с при температуре 37°С и считается неизменной), θ — угол между направлением ультразвукового луча и направлением кровотока.

Эритроциты движутся и относительно посланного датчиком, и относительно отраженного сигнала. Поэтому сдвиг частоты ультразвукового сигнала происходит дважды (отсюда коэффициент 2 в числителе).

Как видно из приведенного уравнения, сдвиг частоты ультразвукового сигнала зависит от частоты посылаемого сигнала: чем она меньше, тем большие скорости кровотока могут быть измерены. Поэтому для допплеровского исследования следует выбирать датчик, имеющий наименьшую частоту (обычно 2,0—2,5 МГц). Угол между направлением ультразвукового луча и направлением кровотока не должен превышать 20° (cos 20° приблизительно равен 0,94), тогда ошибка измерения скорости кровотока не будет существенной. Это диктует необходимость направлять ультразвуковой луч при допплеровском исследовании параллельно направлению изучаемого кровотока (рис. 3.2). В эхокардиографических системах предусмотрена возможность вводить поправку в измерение скоростей кровотока, если известно точное направление кровотока, но нет возможности направить луч «по потоку»; на практике, однако, последнее случается редко.

Рисунок 3.2. Влияние величины угла θ между направлением ультразвукового луча и направлением кровотока на сдвиг частоты ультразвукового сигнала. Если ультразвуковой луч направлен параллельно кровотоку, то cos θ = 1 и скорость кровотока может быть измерена правильно. При увеличении угла θ более 20° ошибка измерений становится ощутимой. Если ультразвуковой луч направлен перпендикулярно кровотоку, скорость кровотока вообще не может быть измерена (cos 90° = 0).

Ультразвуковой сигнал, отраженный от эритроцитов, принимается датчиком и обрабатывается компьютерными программами эхокардиографа с помощью преобразования Фурье. Этот математический метод позволяет разложить сложное колебание на составляющие его простые колебания с определенными амплитудой и частотой. Затем из уравнения (1) вычисляется скорость кровотока.

Допплеровский спектр во всех современных эхокардиографах представляет собой развертку скорости по времени. Кровоток, направленный от датчика, изображается ниже изолинии; кровоток, направленный к датчику, — выше нее. Во всех эхокардиографических системах предусмотрена возможность смещения изолинии и изменения масштаба спектра (с помощью изменения частоты повторения импульсов, речь о которой пойдет ниже). Для устранения низкочастотных колебаний, связанных с движением стенок сердца и сердечных клапанов, используются различные фильтры. Кроме того, все эхокардиографы имеют звуковой выход, так что сдвиг частоты ультразвукового сигнала преобразуется не только в графическое изображение скорости кровотока, но и в слышимый звук. Звуковой сигнал позволяет точнее направить ультразвуковой луч, выбрать правильные фильтры. Не следует смешивать слышимый звук при допплеровском исследовании с аускультативными данными, это — явления разного происхождения.

Импульсная допплер-эхокардиография