Ультразвуковая допплерография сосудов

УЗИ УЗДГ

Принцип Допплера положен в основу ультразвуковой диагностики функционирования сосудов и сердца.
Сердечно-сосудистая система (ССС) включает в себя сердце, лимфатические и кровеносные сосуды, последние образуют большой (БКК) и малый (МКК) круги кровообращения.
У взрослого человека примерно 84% всей крови содержится в БКК, 9% — в МКК и 7% — в сердце.

Объем крови у мужчин составляет 77 мл/кг веса, у женщин — 65 мл/кг. Таким образом, у мужчин общий объем крови равен в среднем 5,4 л, у женщин — 4,5 л.

В артериях БКК человека содержится примерно 18% от общего объема крови. Примерно 3% этого количества приходится на долю артериол, 6% содержится в капиллярах. Больший объем крови (64% от общего объема крови) содержится в венах.

Виды кровеносных сосудов

Все сосуды в зависимости от выполняемой функции можно подразделить на 6 групп:

    Виды сосудов,в зависимости от их функций:
  • амортизирующие
  • резистивные
  • сосуды-сфинктеры
  • обменные
  • емкостные
  • шунтирующие

К амортизирующим сосудам относятся артерии эластического типа: аорта, легочная артерия и прилегающие к ним участки больших артерий. Выраженные эластические свойства их обусловливают амортизирующий эффект, так называемый эффект «компрессионной камеры» — сглаживание периодических систолических волн кровотока.
Резистивные сосуды. К ним относят терминальные артерии, артериолы и прекапилляры. Данные сосуды, обладая относительно малым просветом и стенками с выраженным слоем гладкой мускулатуры, оказывают наибольшее сопротивление кровотоку. Изменение гидродинамического сопротивления в артериях и артериолах обеспечивает перераспределение сердечного выброса по различным органам.
Сосуды-сфинктеры — это прекапилляры, от диаметра которых зависит число функционирующих капилляров, т.е. площадь обменной поверхности. Соотношение между прекапиллярным и посткапиллярным сопротивлением влияет на величину гидростатического давления в капиллярах и, следовательно, на скорость фильтрации и всасывания.
Обменные сосуды — это капилляры, в которых происходят процессы диффузии и фильтрации. Они не способны к сокращению, диаметр их изменяется пассивно.
Емкостные сосуды. Это, главным образом, вены. Благодаря своей высокой растяжимости, они способны вмещать большие объемы крови, т.е. осуществлять функцию депо крови.
Шунтирующие сосуды — это артериодо-венулярные анастамозы, присутствующие в некоторых тканях, но в норме не функционирующие. Когда эти сосуды открыты, кровоток через капилляры либо уменьшается, либо полностью прекращается.

Основные принципы гемодинамики и УЗИ сосудов

Движущей силой кровотока является разница давлений между различными отделами сосудистого русла.
В норме во всех органах имеется ламинарный кровоток: кровь движется цилиндрическими слоями параллельно оси сосуда. Слой, прилегающий к стенке сосуда, остается неподвижным, по нему скользит следующий слой и т.д. Таким образом, в центре сосуда кровь движется с большей скоростью, чем у стенок. Чем меньше диаметр сосуда, тем ближе центральные слои к неподвижной стенке, поэтому в мелких сосудах средняя скорость кровотока ниже, чем в крупных. В местах деления или изгибов сосудов и при стенозировании сосуда кровоток становится турбулентным. Он характеризуется наличием завихрений, в которых частицы крови перемещаются под углом и даже перпендикулярно стенке сосуда, что увеличивает трение жидкости и деформирует профиль скорости.
Кровоснабжение органа отражает объемная скорость кровотока — Это объем крови, протекающей через поперечное сечение сосудов в единицу времени. Он вычисляется по формуле

Q = VS,

где V — линейная скорость кровотока (ЛСК),
S — площадь сечения сосуда.
В соответствии с законом неразрывности струи, объемная скорость кровотока в системе трубок разного диаметра постоянна и обратно пропорциональна площади сечения сосуда.
Для регистрации ЛСК и его направления в магистральных сосудах применяется ультразвуковая допплерография сосудов (УЗДГ).
Эффект Допплера применительно к медицине 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. Этот сдвиг представляет собой разность 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 отраженного от них сигнала увеличивается; если эритроциты движутся от датчика, эта величина уменьшается.
Таким образом, измерение абсолютной величины сдвига частоты ультразвукового сигнала позволяет определить скорость и направление кровотока. Сдвиг частоты ультразвукового сигнала связан со скоростью кровотока следующим образом:

Fd = 2fo * V * cos α/с

где Fd — сдвиг частоты ультразвукового сигнала; fo — частота посылаемого ультразвукового сигнала; V — линейная скорость кровотока (ЛСК); с — скорость распространения ультразвука в среде (в человеческом теле она равна 1540 м/с при температуре 37°С и считается неизменной); α — угол между направлением ультразвукового луча и направлением кровотока; 2 — коэффициент двойного сдвига частоты ультразвукового сигнала, который происходит вследствие того, что эритроциты движутся и относительно посланного датчиком, и относительно отраженного сигнала.
Тогда ЛСК рассчитывается следующим образом:

V = Fd * с / 2fo * cos α

Как видно из приведенного уравнения, ЛСК обратно пропорциональна частоте посылаемого сигнала. Чем меньше /о, тем большие скорости кровотока могут быть измерены. Поэтому для допплеровского исследования, как правило, выбирают датчик, имеющий наименьшую частоту. Используются непрерывно-волновые (4 и 8 МГц) и импульсный (2 МГц) датчики. Непрерывно-волновой режим позволяет измерить любую скорость кровотока и применяется для исследования высокоскоростных потоков. Импульсный режим измеряет скорость кровотока в строго определенном участке сосуда и на определенной глубине, имеет предел измерения скорости.
Следует отметить, что ЛСК, определяемая допплеровским методом, не тождественна абсолютной скорости кровотока в исследуемом сосуде и зависит от угла наклона датчика к оси сосуда. На сдвиг частоты ультразвукового сигнала в этом случае влияет размер угла между направлением ультразвукового луча и направлением кровотока (α). Если ультразвуковой луч направлен параллельно кровотоку, то cosα равен 1 и скорость кровотока может быть измерена правильно. Допускается угол от 30 до 60°, при больших его размерах показатели будут недостоверными, поскольку cos α приближается к 0.
В аппаратах УЗДГ получаемое распределение сдвига частот во времени подвергается компьютерной обработке с применением быстрого преобразователя Фурье и отображается в виде допплеровского спектра, ограниченного огибающей — допплерограммой (ДГ).
ДГ представляет собой графическое изображение изменений ЛСК в соответствии с фазами сердечного цикла. При сокращении сердечной мышцы (систола) кровь выбрасывается из сердца в аорту. В это время регистрируется максимальная (систолическая) скорость кровотока (Vсист), которая к моменту окончания систолы падает до 0. В начале диастолы наблюдается кратковременный обратный гок крови к сердцу, обусловленный расслаблением левого желудочка. Во время диастолы скорость кровотока (Vдиаст) снижается, но не падает до 0, это связано с эластическими свойствами артерий и достаточно высоким периферическим сопротивлением. Упругость стенок сосудов эластического типа приводит к тому, что во время систолы кровь, выталкиваемая сердцем, растягивает их, т.е. крупные сосуды воспринимают за время систолы больше крови, чем ее оттекает к периферии. Во время диастолы амортизирующие сосуды сокращаются, обеспечивая диастолический поток крови.
По мере удаления от сердца диастолический обратный ток крови уменьшается и кривая становится монофазной.

Оценка параметров допплерограммы

Оценка информации, получаемой с помощью УЗДГ, может быть качественной (например, есть или нет кровоток, артериальный или венозный спектр потока, ламинарный или турбулентный характер потока и т.д.) и количественной, когда могут быть получены скоростные и объемные параметры кровотока.
К основным качественным параметрам допплерограммы относятся форма кривой и Наличие спектрального окна.
Форма допплеровской кривой зависит от диаметра сосуда и его удаленности от сердца.
Спектральное окно ограничено ДГ и изолинией и в норме остается неокрашенным. Заштрихованность спектрального окна свидетельствует о нарушении ламинарности потока, наличии турбулентных токов. Кроме этого по допплерограмме можно определить направление кровотока: кровоток, направленный от датчика, изображается под изолинией, к датчику — над изолинией.
Современные аппараты преобразуют сдвиг частоты ультразвука в слышимый звуковой сигнал, который не является аналогом аускультативных звуков. Аудиокартина различна при стенозе, окклюзии и в норме, что дает дополнительную информацию о патологическом процессе в исследуемом сосуде.

Количественные параметры доплерограммы

К количественным параметрам допплерограммы относятся:
1. Пиковая систолическая скорость кровотока (Vсист). Это максимальная ЛСК в период систолы. Измерение Vсист имеет важное практическое значение, т.к. этот показатель существенно изменяется при различной сосудистой патологии, особенно при стенозах. Для основных сосудов установлены значения этого параметра, позволяющие не только отличить нормальный кровоток от патологического, но и ориентировочно определить степень стеноза. Основным фактором, влияющим на пиковую систолическую скорость кровотока, является ударный объем (или сердечный выброс при установившейся частоте сердечных сокращений). В меньшей степени на нее оказывают влияние свойства сосудистой стенки и реологические характеристики крови.
2. Конечная диастолическая скорость кровотока (Vдиаст) — минимальная скорость кровотока в период диастолы, которая также изменяется при стенозах и нарушениях периферического сопротивления. Как правило, она не учитывается как самостоятельный параметр, а используется для расчета индексов.
Эти параметры отражают значения скорости кровотока в конкретные периоды сердечного цикла, не давая информации об истинной скорости кровотока в сосуде за весь сердечный цикл.
3. Средняя скорость кровотока рассчитывается по формуле:

Vср = (Vсист+2Vдиаст)/3

Средняя скорость кровотока дает наиболее полное пред-ставление об истинной скорости движения частиц в сосуде. На нее оказывает влияние сердечный выброс, реологические свойства крови, состояние сосудистой стенки, удаленность исследуемой сосудистой области от сердца.
Кроме скоростных параметров кровотока, возможен расчет ряда индексов. Наиболее значимыми из них являются:
1. Индекс сосудистой резистивиости (RI), рассчитывается следующим образом:

RI = (Vсист-Vдиаст) / Vсист

В норме индекс резистивности находится в пределах: 0,5 — 0,75 ед.
Индекс резистивности отражает сопротивление кровотоку дистальнее места измерения и эластические свойства сосудистой стенки.
2. Пулъсаторный индекс (PI), рассчитывается по формуле

PI = (Vcист — Vдиаст) / Vср

Для каждого сосуда существует своя норма пульсаторного индекса. Данный индекс характеризует в основном обратно пропорциональную зависимость с объемным потоком и, в меньшей степени, эластические свойства артерии. Данные индексы позволяют косвенно судить о периферическом сопротивлении. Повышение их величин наблюдается при стеноокклюзирующей патологии и вазоспастических реакциях.
Снижение — при артериовенозном шунтировании и выраженной периферической вазодилатации.
3. Индекс спектрального расширения, рассчитывается по формуле:

SBI = (Vcист — Vср) / Vсист

Данный индекс позволяет судить о степени турбулентности потока в области стенозов и деформаций сосудов. При преобладании низких скоростей кровотока, что характерно для турбулентного потока, он увеличивается.

Диагностические возможности УЗДГ

1. Диагностика гемодинамически значимых поражений сосудов (стеноз более 50% и окклюзия) и определение уровня этого поражении.
О состоянии просвета сосуда и уровне его поражения можно судить по форме ДГ. Различают три типа кривых:
— кривая магистрального типа характерна для сосудов с высоким сопротивлением. Лоцируется при отсутствии патологических изменений или при гемодинамически незначимых стенозах, занимающих менее 50% просвета сосуда. Характеризуется наличием всех грех компонентов кривой (см. рисунок ниже);

Основные элементы допплерограммы

— кривая магистрально-измененного типа регистрируется дистальнее гемодинамически значимого стеноза артерии, занимающего от 50 до 70% просвета артерии. Характеризуется отсутствием ретроградного раннего диастолического пика ДГ;
— кривая коллатерального типа наблюдается дистальнее критического (субтотального) стеноза, занимающего от 79 до 99% просвета сосуда. Характеризуется сглаживанием систолической и диастолической составляющих, малодифференцированной формой волны и низкими параметрами кровотока.
Дистальнее места окклюзии кровоток в сосуде не лоцируется.
2. Оценка эффективности коллатерального кровообращения и функционального состояния артерий виллизиева круга.
Адекватная и своевременная оценка состояния путей коллатеральной компенсации, а также ее объема необходимы для определения степени риска развития ишемических нарушений мозгового кровообращения и выбора тактики лечения пациента.
Сеть анастомозов между артериями, осуществляющими кровоснабжение мозга, позволяет перераспределять кровь между различными областями его сосудистой системы. Потребность в этом возникает как в нормальных, так и в патологических условиях. Анастомозы используются для обеспечения перераспределения крови в тот сосудистый бассейн, кровоснабжение которого стало недостаточным в силу каких-либо временных ограничений кровотока в приводящем сосуде (при поворотах, наклонах головы или разгибании шеи за счет сдавления одной из сонных или позвоночных артерий).
В условиях патологии (стеноз, окклюзия) эффективное коллатеральное кровообращение происходит за счет быстрого включения истинных анастомозов, что предотвращает гибель чувствительных к гипоксии нервных клеток.
УЗДГ является методом, позволяющим относительно просто и высокоинформативно оценить наличие, функциональную состоятельность естественных анастомозов, источники и объем коллатеральной компенсации. С этой целью применяются компрессионные пробы. Сузь их состоит в кратковременной последовательной компрессии общих сонных артерий и (или) ветвей наружной сонной артерии с последующей оценкой изменения кровотока в исследуемой зоне. Так, например, для оценки функции передней соединительной артерии лоцируется внутренняя сонная и (или) надблоковая артерия и производится компрессия конгрлатеральной общей сонной артерии. Если передняя соединительная артерия функционирует, то отмечается усиление кровотока в области локации. При нарушении ее функции изменения кровотока не наблюдается.
Кроме того, компрессионные пробы могут быть использованы для верификации правильности ультразвукового исследования.
3. Оценка функционального резерва и реактивности артерий.
Для оценки реактивности сосудистой системы используются следующие функциональные пробы:
— гиперкапническая проба. Вдыхание газовой смеси, содержащей 5-7% СO2 в течение 1-2 минут, воздействует непосредственно на гладкомышечные элементы сосудистой стенки и на синокаротидную зону. У здоровых лиц происходит расширение артериол, что приводит к уменьшению RI и увеличению ЛСК по магистральным артериям;
— проба с задержкой дыхания. Исследуемый задерживает дыхание на 30-40 секунд, в результате чего повышается уровень эндогенного СO2. По механизму действия данная проба сходна с гиперкапнической;
— гипокапническая проба. Исследуемый делает 10 глубоких вдохов, что приводит к вазоконстрикции мелких сосудов, повышению R1 и снижению ЛСК по крупным артериям.
— проба с нитроглицерином. Исследуемый принимает одну таблетку нитроглицерина под язык. Происходит расширение артерий, в большей степени крупного калибра, что приводит к снижению пиковой систолической скорости кровотока.

Ограничения использования метода УЗДГ

1. Затруднение исследования при аномалиях развития сосудов и окклюзирующих процессах в них, т.к. сигнал от кровотока вслепую ищут датчиком в проекции анатомического хода артерии.
2. Погрешность в измерении скорости кровотока из-за невозможности точной корректировки угла локации.
3. Невозможность определения причины нарушения кровотока (стеноз, извитость, тромбоз, гипоплазия, аплазия, ангиоспазм и т.д.).
4. Затруднение диагностики стенозов, занимающих менее 50% просвета сосуда.
5. Невозможность дифференцировки окклюзии и субтотального стеноза.
6. Затруднение диагностики при мультифокальном поражении артерий.

Adblock detector