Физические основы эхоКГ

Эхокардиография (ЭхоКГ)

Физические основы эхоКГ

  • Нормальная ЭхоКГ…
  • ЭхоКГ пороков сердца…

Эхокардиографическое ультразвуковое исследование (ЭхоКГ) относится к неинвазивным методам, позволяет получить информацию о структуре сердца (крупных сосудов), внутрисердечной гемодинамике, сократительной функции миокарда. ЭхоКГ является абсолютно безопасным методом исследования, не требующем какой-либо специальной подготовки больных.

С помощью ЭхоКГ проводят следующие исследования:

  • визуализацию и количественную оценку степени изменений клапанного аппарата;
  • определение толщины миокарда желудочков и размеров сердечных камер;
  • количественную оценку систолической и диастолической функции обоих желудочков;
  • определение давления в легочной артерии;
  • оценка кровотока в крупных сосудах;
  • диагностирование:
    • острого инфаркта миокарда;
    • хронических форм ИБС;
    • разнообразных кардиомиопатий;
    • патологий перикарда;
    • сердечных новообразований;
    • поражений сердца при системных патологиях;
    • врожденных и приобретенных пороков сердца;
    • легочных заболеваний.

Показания к проведению ЭхоКГ:

  • подозрение на порок или опухоль сердца, аневризму аорты;
  • выслушиевание сердечных шумов;
  • измененная ЭКГ;
  • инфаркт миокарда;
  • артериальная гипертензия;
  • высокие физические нагрузки.

Принцип ЭхоКГ

Рис. Принцип работы эхокардиографа: Г-генератор; Ос-осциллоскоп; Ву-преобразователь; Ус-усилитель.

В основу метода ЭхоКГ положен принцип отражения ультразвуковых волн, как и при классическом УЗИ-исследовании. В ЭхоКГ используются датчики в диапазоне 1-10 МГц. Отраженные УЗ-волны улавливаются пьезоэлектрическими датчиками, в которых ультразвук преобразуется в электрические сигналы, отображающиеся затем на экране монитора (эхокардиограмма) или регистрируются на светочувствительной бумаге.

Эхокардиограф может работать в следующих режимах:

  • А-режим (amplitude) – на оси абсцисс откладывается амплитуда электрических импульсов, на оси ординат – расстояние от датчика до исследуемых тканей;
  • В-режим (brightness) – интенсивность принятых ультразвуковых сигналов представляется в виде светящихся точек, яркость которых зависит от интенсивности принятого сигнала;
  • М-режим (motion) – модальный режим, в котором по вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до исследуемых тканей, а по горизонтальной – время;
  • Допплер ЭхоКГ – используется для качественной и количественной характеристики внутрисердечных (внутрисосудистых) потоков крови.

В клинической практике чаще всего применяют три режима (М-режим, В-режим, допплер-ЭхоКГ).

Рис. Стандартные ЭхоКГ позиции (сечения): а) длинной оси; б) короткой оси; в) с обозрением сердечных камер.

Рис. Основные томографические плоскости сканирования, которые используются в ЭхоКГ.

М-режим применяется в качестве вспомогательного режима ЭхоКГ-исследования (преимущественно для измерений), дает возможность получить графическое изображение движения сердечных стенок и клапанных створок в режиме реального времени, а также оценить размеры сердца и систолическую функцию желудочков. Для точности измерений в парастернальной позиции курсор М-режима должен быть расположен строго перпендикулярно изображению сердца.

Качество получаемого изображения при М-режиме, а также точность измерений внутрисердечных структур, выше, чем при других режимах ЭхоКГ. Главным недостатком М-режима является его одномерность.

Рис. Принцип получения изображения в М-режиме.

В-режим дает возможность визуализировать изображение сердца (крупных сосудов) в реальном масштабе времени.

Рис. Принцип получения изображения в В-режиме.

Возможности В-режима:

  • оценка размеров сердечных полостей;
  • определение толщины стенок и сократимости желудочков;
  • оценка состояния клапанного аппарата и подклапанных структур;
  • наличие тромбов.

При исследовании в В-режиме используются специальные осцилляторные датчики, в которых УЗ-луч изменяет направление излучения в пределах определенного сектора, либо датчики с электронно-фазовой решеткой, включающей до 128 пьезоэлементов, каждый из которых генерирует свой УЗ-луч, направленный под определенным углом к объекту исследования. Приемное устройство суммирует приходящие сигналы от всех излучателей, формируя на экране монитора двумерное изображение сердечных структур, которое сменяется с частотой 25-60 кадров в минуту, что дает возможность наблюдать движение структур сердца в режиме реального времени.

Рис. Пример двухмерной ЭхоКГ (отображение сечения сердца в проекции длинной оси).

Допплер-ЭхоКГ по величине допплеровского сдвига частот регистрирует изменение во времени скорости движения исследуемого объекта (скорость и направление движение крови в сосудах).

Для правильного измерения датчик должен располагаться параллельно исследуемому направлению кровяного потока (отклонение не должно превышать 20 градусов), иначе точность измерения будет неудовлетворительной.

Существует два варианта допплер-ЭхоКГ исследования:

  • импульсное исследование – приемо-передающий датчик попеременно работает в режиме излучения и в режиме приема, что дает возможность проводить регулировку глубины исследования скорости кровяного потока;
  • постоянно-волновое исследование – датчик непрерывно излучает ультразвуковые импульсы, одновременно производя их прием, что дает возможность проводить измерение больших скоростей потоков крови на больших глубинах, но при этом нельзя проводить регулировку глубины исследования.

На кривой допплер-ЭхоКГ отображается развертка скорости кровяного потока во времени (ниже изолинии показан кровоток, идущий от датчика; выше – к датчику).

Так как, отражение УЗ-импульса происходит от различных мелких объектов (эритроцитов), которые находятся в крови и движутся с различными скоростями, то результат исследования представлен в виде множественных светящихся точек, яркость (цвет) которых соответствует удельному весу данной частоты в спектре. В режиме цветной допплер-ЭхоКГ в красный цвет окрашиваются точки, соответствующие максимальной интенсивности; в синий – минимальной.

Рис. Принцип работы допплер-ЭхоКГ.

Варианты допплера, используемые в ЭхоКГ:

  • PW-pulsed wave – импульсный допплер;
  • HFPW – high frequency pulsed – импульсный высокочастотный;
  • CW – continuouse wave – постоянно-волновой;
  • Color Doppler – цветовой;
  • Color M-mode – цветовой М-модальный;
  • Power Doppler – энергетический;
  • Tissue Velosity Imaging – тканевый скоростной;
  • Pulsed Wave Tissue Velosity Imaging – тканевый импульсный.

Большое разнообразие допплеровских методик ЭхоКГ-исследования позволяет получить огромный объем информации о работе сердца, не прибегая к инвазивным методам.

Другие виды ЭхоКГ-исследований:

  • чреспищеводная ЭхоКГ (имеет высокую информативность исследования) – исследование сердца через пищевод; противопоказания – стриктура пищевода;
  • стресс-ЭхоКГ с использованием физической или медикаментозной нагрузки – применяется в обследовании пациентов с ИБС;
  • внутрисосудистый ультразвук (инвазивный метод, применяемый с коронографией) – исследование коронарных артерий, в которые вводится специальный малогабаритный датчик;
  • контрастная ЭхоКГ – применяется для контрастирования правых камер сердца (при подозрении на дефект) или левых камер (исследование перфузии миокарда).

 

ВНИМАНИЕ! Информация, представленная сайте DIABET-GIPERTONIA.RU носит справочный характер. Администрация сайта не несет ответственности за возможные негативные последствия в случае приема каких-либо лекарств или процедур без назначения врача!

Источник: http://diabet-gipertonia.ru/diagnostika/cor-6-ehokg.html

Физические основы эхоКГ: Ультразвук представляет собой распространение продольно-волновых

Физические основы эхоКГ

Ультразвук представляет собой распространение продольно-волновых колебаний в упругой среде с частотой >20 000 колебаний в секунду. УЗ-волна — это сочетание последовательных сжатий и разрежений, а полный цикл волны представляет собой компрессию и одно разрежение. Частота УЗ-волны — число полных циклов за определенный промежуток времени.

Единицей частоты УЗ-колебаний принят герц (Гц), составляющий одно колебание в секунду. В медицинской практике применяют УЗ-колебания с частотой от 2 до 30 МГц, а соответственно в эхоКГ — от 2 до 7,5 МГц. Скорость распространения ультразвука в средах с различной плотностью разная; в мягких тканях человека достигает 1540 м/с.

В клинических исследованиях ультразвук используют в форме луча, который распространяется в среде различной акустической плотности и при прохождении через гомогенную среду, то есть среду, имеющую одинаковую плотность, структуру и температуру, распространяется прямолинейно.

Пространственная разрешающая способность УЗ-диагностического метода определяется минимальным расстоянием между двумя точечными объектами, на котором их еще можно различить на изображении как отдельные точки. УЗ-луч отражается от объектов, величина которых не менее 1/4 длины УЗ-волны. Известно, что чем выше частота УЗ-колебаний, тем обычно уже ширина луча и меньше его проникающая способность.

Легкие являются значительным препятствием на пути распространения ультразвука, поскольку имеют наименьшую из всех тканей глубину половинного затухания. Поэтому трансторакальное эхоКГ (ТТ-эхоКГ)-исследование ограничено областью, где сердце прилежит к передней грудной стенке и не прикрыто легкими.

Для получения УЗ-колебаний используют датчик со специальными пьезоэлектрическими кристаллами, преобразующими электрические импульсы в УЗ-импульсы и наоборот. При подаче электрического импульса пьезокристалл изменяет свою форму и расправляясь генерирует УЗ-волну, а отраженные УЗ-колебания, воспринимаемые кристаллом, изменяют его форму и вызывают появление на нем электрического потенциала.

Данные процессы позволяют одновременно использовать УЗ-пьезокристаллический датчик как в качестве генератора, так и приемника УЗ-волн. Электрические сигналы, сгенерированные пьезокристаллом датчика под воздействием отраженных УЗ-волн, затем преобразуются и визуализируются на экране прибора в виде эхограмм.

Как известно, параллельные волны отражаются лучше и именно поэтому на изображении более четко видны объекты, находящиеся в ближней зоне, где выше интенсивность излучения и вероятность распространения параллельных лучей перпендикулярно к границам раздела сред. Регулировать протяженность ближней и дальней зоны можно, изменяя частоту излучения и радиус УЗ-датчика.

На сегодня с помощью конвергирующих и рассеивающих электронных линз искусственно удлиняют ближнюю зону и уменьшают расхождение УЗ-лучей в дальней зоне, что позволяет значительно повысить качество получаемых УЗ-изображений.

В клинике для эхоКГ-исследования используют как механические, так и электронные датчики.

Датчики с электронно-фазовой решеткой, имеющие от 32 до 128 и более пьезоэлектрических элементов, встроенных в виде решетки, называют электронными.

При эхоКГ-исследовании датчик работает в так называемом импульсном режиме, при котором суммарная длительность излучения УЗ-сигнала составляет Соотношение между расстоянием до объекта исследования, скоростью распространения ультразвука в тканях и временем лежит в основе построения УЗ-изображения.

Отраженные от мелкого объекта импульсы регистрируются в виде точки, его положение относительно датчика во времени отображается линией развертки на экране прибора. Неподвижные объекты будут представлены прямой линией, а изменение глубины положения вызовет появление волнистой линии на экране. Данный способ регистрации эхосигналов называется одномерной эхоКГ.

При этом по вертикальной оси на экране эхокардиографа отображается расстояние от структур сердца до датчика, а по горизонтальной — шкала времени. Датчик при одномерной эхоКГ может посылать импульсы с частотой 1000 сигналов в секунду, что обеспечивает высокую временную разрешающую способность М-режима исследования.

Последующим этапом развития метода эхоКГ явилось создание приборов для двухмерного изображения сердца. При этом сканирование структур производится в двух направлениях — как по глубине, так и по горизонтали в режиме реального времени. При проведении двухмерной эхоКГ сечение исследуемых структур отображается в пределах сектора 60—90° и построено множеством точек, изменяющих положение на экране в зависимости от изменения глубины расположения исследуемых структур во времени относительно УЗ-датчика. Известно, что частота кадров при двухмерной эхоКГ-изображения на экране эхоКГ-прибора, как правило, от 25 до 60 в секунду, что зависит от глубины сканирования.

Источник: https://med-books.info/kardiologiya_730/fizicheskie-osnovyi-ehokg-45382.html

Звук как физическая основа эхокардиографии (ЭхоКГ)

Физические основы эхоКГ

В соответствии с ориентированным на практику характером статей на сайте в первых статьях будет представлен краткий обзор важнейших физических и технических принципов, необходимых для основательного понимания метода.

Современная эхокардиография (ЭхоКГ) – методика, крайне требовательная к техническому оснащению, и аппараты являются инженерными произведениями, монументами техническому прогрессу. Исчерпывающее их описание стало бы слишком сложной задачей для автора и не вместилось бы в рамки данной книги; поэтому здесь приводятся лишь указания на существующую литературу.

Кроме того, прикладная акустика и динамика потоков вовсе не являются областями физики, полностью теоретически освещенными и прозрачными для понимания.

Принципы некоторых специальных техник (режим второй гармоники, тканевая допплер-ЭхоКГ, контрастная ЭхоКГ, трехмерная ЭхоКГ) будут описаны в соответствующих статьях сайта МедУнивер.

Звук можно представить как связанные с материальными частицами колебания, протекающие в форме периодического увеличения и уменьшения плотности материи, т.е. в виде периодического уплотнения и разрежения среды, и волнообразно распространяющиеся в пространстве.

Соответственно этому звук может возникать как в газах, так и в жидкой или в твердой среде, но не в вакууме. Возникает продольная волна («волна давления»), имеющая определенную скорость распространения (с), частоту (0 и длину волны (А.

), причем справедливо равенство: с = f • X

Схема ультразвуковой волны. Вверху представлено уплотнение и разрежение участвующих в колебаниях частиц (например, молекул газа). Зоны уплотнения (высокое давление) и разрежения (низкое давление) чередуются на расстоянии длины волны (λ). Внизу представлено изменение давления (р) вдоль линии распространения волны. Между максимумами (и, соответственно, между минимумами) давления расстояние также равно длине волны.

Подобную синусоиду можно было бы также записать на временной оси, если регистрировать давление в заданной точке, подверженной звуковой волне (по 36).

а) Скорость распространения волны и ее мощность. Скорость распространения волны зависит от материала и температуры; в воздухе она почти в 5 раз медленнее (330 м/с), чем в воде (1480 м/с).

Эхокардиографические аппараты откалиброваны на скорость распространения волны в тканях, равную 1540 м/с.

Влияние среды на скорость распространения звука обозначается как акустический импеданс (акустическое сопротивление среды) и определяется как произведение скорости звука в материи и ее плотности.

Звуковая волна не переносит материальные частицы; вместо этого колеблющиеся частички материи производят лишь мельчайшие смещения на доли нанометра от своего положения покоя, причем скорости этих смещений гораздо ниже, чем скорость распространения волны.

Зато звуковая волна переносит энергию. Параметром этой энергии является мощность, или интенсивность, звука, которую определяют как мощность на единицу площади волнового поля, перпендикулярной к направлению распространения волны (единица измерения: Вт/см1).

Отражение, преломление, рассеивание: а Если звуковая волна попадает на границу раздела двух сред с различным акустическим импедансом, возникает отражение. Энергия отраженной волны тем выше, чем больше разница акустических импедансов двух сред. Угол падения равен углу отражения. При прямом угле падения часть энергии волнового луча будет отражена назад к источнику волны. Часть волновой энергии не отражается, а преломляется, т.е. продолжает распространяться во вторую среду с изменением направления распространения (что зависит от соотношения импедансов).

б Если отражающие поверхности по размеру меньше длины волны ультразвука или волна попадает на «неровную» поверхность (слева), возникает рассеивание энергии во все направления, в том числе и в направлении к источнику ультразвука (конечно, в существенно меньшей степени, чем в случае отражения от большой поверхности, перпендикулярной направлению волны). Сравните с ситуацией, изображенной справа, где от гладкой, расположенной под углом к волне поверхности никакое количество энергии не возвращается к источнику ультразвука.

б) Формы взаимодействия с материальными частицами. При распространении звуковой волны возможны 4 принципиальные формы взаимодействия с пронизываемой средой.

– Ослабление (затухание). Это свойство материи, и степень ослабления звука прямо пропорциональна дистанции, которую проходит волна. При этом энергия преобразуется в тепло. Ослабление сильнее при высокой частоте, что объясняет недостаточную глубину проникновения в ткани высокочастотных ультразвуковых волн.

– Отражение (рефлексия). Волна отражается от границы сред, имеющих различные акустические импедансы (т.е. различные скорости распространения волны), причем угол отражения равен углу падения волны.

– Преломление (рефракция). В случае преломления на границе раздела двух сред с различным акустическим импедансом (соответственно, с различной скоростью распространения волны) волна изменяет направление своего дальнейшего распространения. Соотношение угла падения и угла преломления зависит от соотношения акустических импедансов соответствующих сред.

– Рассеивание. Этот феномен обозначает отклонение звуковой волны во всех направлениях (в том числе и по направлению к источнику ультразвука) при попадании волны на отражающие поверхности (т.е. на границы раздела сред с различным акустическим импедансом), имеющие размеры, одинаковые или меньшие по сравнению с длиной волны.

В ЭхоКГ анализируется малая часть излученной волновой энергии, которая благодаря отражению или рассеиванию возвращается назад к источнику ультразвука.

Очень сильное отражение происходит, среди прочего, на границе между тканью и воздухом; здесь отражается практически вся энергия звуковой волны, так что такие границы являются акустически «непрозрачными».

Похожее тотальное отражение наблюдается в случае обызвествленных структур, которые на эхокардиографическом изображении проявляются в виде дорсальных эхотеней, поскольку дистальнее этих структур нет доступной акустической энергии.

Ультразвуком называются волны с частотой выше слышимого диапазона, т.е. выше 20 000 Гц (20 кГц). Типичные частоты для диагностически используемого ультразвука расположены между 2 и 7 МГц (1 МГц = 1000 кГц = 1 000 000 Гц), для внутрисосудистого ультразвука – 40 МГц. Соответственно, длина волны в ткани для 2 МГц соответствует 0,8 мм, для 7 МГц-0,2 мм.

– Также рекомендуем “Физические принципы эхокардиографии (ЭхоКГ)”

Редактор: Искандер Милевски. 15.12.2019

Оглавление темы “Физические основы эхокардиограции”:

Источник: https://meduniver.com/Medical/cardiologia/zvuk_exokardiografia.html

Books-med
Добавить комментарий