Журнал «Внутренняя медицина» 1-2(13-14) 2009

Фізичні основи доплерографії

Ультразвукове дослідження судин базується на ефекті Допплера: у 1843 році Йоганн Крістіан Допплер з огляду на хвильову природу світла відзначив залежність частоти сприйняття світла від швидкості руху його джерела. Для перевірки цього ефекту на звуковій хвилі у 1845 році Б. Баллот дослідив зміну частоти звуку залежно від швидкості руху його джерела відносно людини, яка не рухається. Ця залежність і отримала назву «ефект Допплера».

Перші дослідження застосування ефекту Допплера для вивчення кровотоку належать японським ученим S. Satumora та Z. Kaneko. У 1960 p. вони описали можливості неінвазівної детекції потоку крові, відкривши нову еру в дослідженні судин.

У 1980 p. P.G. Clifford et al. першими застосували дуплексне сканування при дослідженні прохідності клубово-стегнових та стегново-гомілкових шунтів. Практично це і можна назвати народженням сучасного дуплексного сканування судин.

Датчик посилає ультразвуковий сигнал, який відбивається від форменних елементів крові, що рухаються, та повертається знову до датчика. Чим швидше рухаються форменні елементи крові, тим більшу відстань вони пройдуть, тим меншим буде кут відбиття і більшим пік доплерівської кривої — так звана зворотна пропорція.

Технічні фактори, що впливають на якість проведення та клінічної оцінки

1. На доплерівські промені впливають ті ж фізичні процеси, що й на ультразвукові промені, які застосовують при створенні двовимірного зображення, — загасання, рефракція, варіація швидкості звуку, розфокусування тощо.

2. За наявності високих швидкостей для імпульсного доплерівського методу характерний артефакт накладання спектрів (aliasing). Для безперервного доплерівського методу цей артефакт не характерний.

3. Чутливість (підсилення (gain), передана потужність ультразвуку) не повинна заважати «шумом» отриманню якісного сигналу.

4. Пристрій треба перевіряти на нормальних судинах, у яких тип та характер кровотоку та очікуваний доплерівський сигнал є добре відомими.

5. Стінковий фільтр (wall-thump filter) повинен бути достатнім, щоб усунути сильний низькочастотний сигнал від стінок судини і будь-якої іншої рухомої тканини.

6. Сонограму не можна калібрувати за швидкістю, і вертикальна вісь залишається каліброваною як доплерівське зміщення частот.

7. Компонент швидкості вздовж доплерівського променя значною мірою залежить від кута між напрямом кровотоку та напрямом променя, тому кольори при кольоровому картуванні (КК) також суттєво залежать від кута.

8. При зменшені зони інтересу при КК збільшується частота повторення імпульсів, навпаки, при збільшенні ділянки КК зменшується частота повторення імпульсів, що суттєво впливає на якість візуалізації.

9. КК є імпульсною методикою, тому також існує проблема накладання спектрів (aliasing).

10. Зміна напрямку кровотоку відносно датчика, а тим самим і зміна кольору не означає зміни напряму кровотоку вздовж судини. Це просто може означати зміну кута між променем та кровотоком.

11. Необхідно застосовувати найнижчу енергію ультразвуку, що дає можливість отримати вірогідний результат. Індекси МІ та ТІ за можливості повинні бути менше

12. Необхідно застосовувати мінімально можливий час сканування.

13. Для досягнення вірогідності отриманих результатів необхідно, якщо можливо, дотримуватися постійного кута сканування (60°).

14. Використовувати індекси доплерівської кривої, що дають змогу класифікувати типи кровотоку і співвідносити з певним захворюванням (індекс співвідношення двох конкретних максимальних швидкостей, індекс резистентності, індекс пульсативності, фактор загасання, спектральне розширення, час проходження), швидкість пульсової хвилі (та ін.).

Параметри, що необхідно охарактеризувати при проведенні ультразвукового доплерівського дослідження судин:

— Прохідність.

— Анатомічні особливості судини.

— Характеристика кровотоку в судині.

— Стан комплексу інтима-медіа (КІМ) досліджуваної судини.

— Реакція на зовнішні подразнення (компресія, метаболічні проби та ін.).

— Стан компенсаторного кровотоку.

Прохідність. Судини можуть бути прохідними, частково прохідними, непрохідними. Причини часткової прохідності або непрохідності судини:
— тромб;
— ембол;
— атероматозне ураження;
— анатомічні особливості;
— запалення з потовщенням КІМ.

Анатомічні особливості судин:
— достатній внутрішній діаметр судини;
— правильний анатомічний хід (відсутність патологічних згинів, звивистості та ін.);
— відсутність артеріовенозних та венозно-артеріальних сполучень, шунтів, мальформацій та трансформацій артеріальних та венозних судин.

Характеристика кровотоку в судині (рис. 2). За характером кровотоку виділяють такі його види:
— ламінарний (Л);
— турбулентний (Т);
— змішаний.

За типом кровотоку виділяють:
— магістральний;
— змінений магістральний;
— колатеральний.

Стан комплексу інтима-медіа. КІМ вимірюється за стінкою загальної сонної артерії, біля біфуркації. Товщина КІМ у нормальному стані не повинна перевищувати 0,10 см, але за останніми даними Американскої асоціації кардіологів КІМ = 0,09 см може вказувати на наявність гіпертонічної хвороби у пацієнта.

Реакція на зовнішні подразнення. Звертається увага на резистентність стінки, еластичність її та однорідність КІМ; на здатність спадатися у відповідь на зовнішню компресію (венозні судини), а також на здатність вигинатись у відповідь на зовнішню компресію (артеріальні судини).

Стан компенсаторного кровотоку:
— зменшення або збільшення швидкості кровотоку у відповідь на зовнішні подразнення — метаболічні проби, повороти голови, зміни положення кінцівок;
— наявність збільшення швидкості кровотоку на протилежній від ураженої судини стороні;
— зміна напрямку кровотоку на стороні ураження;
— розширення судин та збільшення швидкості кровотоку колатеральними судинами.

Сонні та хребцеві артерії. Транскраніальний кольоровий доплер

Показання до УЗ-дослідження сонних артерій:
— транзиторні ішемічні приступи;
— зворотні ішемічні неврологічні дефіцити;
— легкі інсульти у молодих пацієнтів, симптоми яких зникли;
— атипові нефокальні симптоми, що можуть мати судинну етіологію;
— артеріопатії/пацієнти високого ризику перед хірургічним втручанням;
— стан після ендартеректомії;
— пульсуючі утворення на шиї;
— травма або розшарування;
— скринінг щодо захворювання.

Основні етапи дослідження

1. Поперечні зрізи з нижніх відділів шиї з метою локалізації біфуркації вгору до ділянки, що знаходиться позаду від кута нижньої щелепи.

2. Поздовжнє сканування із застосуванням кольорового картування з метою ідентифікації ділянок патологічного кровотоку й уражень артерій.

3. Ідентифікація зовнішньої та внутрішньої сонної артерії.

4. Спектральна доплерографія:
а) у нормальних судинах — отримати доплерівську криву із загальної сонної артерії, внутрішньої й зовнішньої сонної артерії;
б) в уражених судинах — отримати доплерівські криві з ділянок ураження на додаток до стандартних — із загальної, внутрішньої та зовнішньої сонної артерії.

5. Обстежити хребцеві артерії.

Ідентифікація зовнішньої та внутрішньої сонних артерій

Зовнішня сонна артерія:
— є гілки;
— переднє положення;
— доплерівська крива: високорезистентний тип із відносно невеликим діастолічним кровотоком;
— при кольоровому картуванні має вигляд більш пульсуючої;
— більш виражена дикротична зазубрина;
— позитивна реакція на постукування по скроні.

Внутрішня сонна артерія:
— інша гілка в ділянці біфуркації;
— розширення в місці входження;
— заднє положення і її курс нахилений назад;
— менш пульсуюча при кольоровому картуванні з відносно високим діастолічним кровотоком.

Причини пульсуючих утворень на шиї:
— нормальна, але виступаюча сонна артерія або каротидний клубочок;
— екстатична сонна, підключична артерія чи плече-головний стовбур;
— аневризма сонної артерії;
— пухлина каротидного клубочка;
— збільшений лімфатичний вузол, що розташований поруч з адвентицією сонної артерії.

Причини розшарування сонної артерії:
— може виникнути спонтанно, внаслідок атеросклеротичної бляшки;
— продовження розшарування дуги аорти;
— травми шиї (за типом «удару батога»);
— ятрогенні причини (наприклад, катетеризація сонної артерії).

Ступені стенозу судин (рис. 3, 4):
— гемодінамічно непозначений стеноз (до 60 %) або інші зміни анатомії судини без гемодинамічного перепаду;
— гемодінамічно позначений стеноз (> 60 %) або наявність типового гемодинамічного перепаду швидкості кровотоку.

Фактори, що впливають на доплерівську криву

1. Локальні:
— атерома та бляшка;
— звивистість.

2. Проксимальні:
— ураження в місці відходження загальної сонної артерії;
— ураження аортального клапана.

3. Дистальні:
— ураження в ділянці каротидного сифона;
— ураження внутрішньочерепних судин.

4. Віддалені:
— оклюзія контралатеральної сонної артерії.

5. Фізіологічні:
— стани з високим серцевим викидом.

Проблеми та пастки

Пов’язані з технічними труднощами:
— неправильне положення доплерівського пробного об’єму чи його розмір;
— надто великий доплерівський кут ( > 60–65°);
— надто високі параметри доплера для кровотоку з низькою швидкістю та малим об’ємом кровотоку;
— неможливість достатньої візуалізації.

Пов’язані із захворюваннями:
— довгі, пролонговані ураження;
— ексцентричні ураження;
— звивисті судини;
— стеноз високого ступеня;
— ураження в ділянці біфуркації;
— ураження в інших місцях судинного русла.

Транскраніальна доплерографія церебрального циркулярного русла

Доступи:
— транстемпоральне вікно;
— субокципітальний підхід;
— трансорбітальний підхід.

Застосування транскраніальної доплерографії (за рекомендаціями Американської академії неврології):
— виявлення виражених (> 65 %) стенозів магістральних судин шиї;
— оцінка колатеральних шляхів;
— оцінка вазоспазму, особливо після субарахноїдального крововиливу;
— виявлення артеріовенозних мальформацій і оцінка джерела їх кровопостачання;
— оцінка можливостей смерті мозку;
— оцінка пацієнтів із мігренню;
— моніторинг під час хірургічних втручань;
— оцінка пацієнтів із дилатаційними васкулопатіями;
— наукові дослідження фізіологічних і фармакологічних аспектів церебрального кровотоку;
— оцінка дітей із серповидно-клітинною анемією, хворобою моя-моя тощо.

Периферичні артерії

Показання для доплерівського дослідження:
— оцінка захворювання в пацієнтів з ішемічними симптомами з боку верхніх або нижніх кінцівок;
— обстеження пацієнтів у динаміці після перенесеної операції обхідного шунтування;
— обстеження пацієнтів у динаміці після ангіопластики;
— діагностика та спостереження в динаміці за аневризмами периферичних судин;
— діагностика й лікування пседоаневризм;
— діагностика пульсуючих утворень;
— оцінка діалізних шунтів.

Основні етапи в дослідженні нижньої кінцівки

 Пацієнт у положенні на спині: сканування загальної стегнової, проксимального відділу глибокої та поверхневої стегнової артерії аж до аддукторного каналу.

 Пацієнт у положенні на боці: сканування ділянки аддукторного каналу, підколінної артерії до місця біфуркації, задньої великогомілкової та малогомілкової артерій.

 Пацієнт у положенні на спині: сканування передньої великогомілкової артерії. Сканування клубових артерій і нижнього відділу черевної аорти, якщо доплерівська крива вказує на суттєве ураження клубових артерій.

Зміни доплерівської кривої, що поєднуються з ураженням артерій нижньої кінцівки:
— втрата третьої, а потім другої фази доплерівської кривої;
— збільшення часу прискорення;
— розширення систолічного комплексу;
— «притуплення» кривої;
— спектральне розширення;
— відсутність кровотоку при оклюзії.

Типи обхідних шунтів:
— стегново-підколінний (може починатись із зовнішньої клубової артерії, а не із загальної стегнової артерії);
— стегново-дистальний (до судин литки, або a.dorsalis pedis);
— стегново-стегновий перехресний;
— клубово-стегновий;
— аксилярно-стегновий.

Матеріал, що застосовують для шунтів:

Вена:
— вена in situ;
— реверсована вена.

Синтетичний матеріал:
— політетрафлюороетилен;
— горетекс.

Доплерівські критерії для визначення стенозу шунта і шунтів, що мають ризик виникнення неспроможності:

1. Безпосереднє вимірювання стенозу:
— стеноз середньої тяжкості 50–69 %;
— тяжкий стеноз > 70 %.

2. Зміни пікової систолічної швидкості:
— >1,5 м/с — зменшення діаметру на 50–70 %;
— > 2,5 м/с — зменшення діаметру > 70 %.

3. Кінцево-діастолічна швидкість: > 0,2 м/с — зменшення діаметру > 70 %.

4. Співвідношення швидкостей:
— > 2,5 м/с — зменшення діаметру > 50 %;
— > 3,5 м/с — зменшення діаметру > 70 %.

5. Пікова систолічна швидкість: < 45 см/с у найвужчому сегменті.

Псевдоаневризми

Обставини, при яких компресія псевдоаневризми може бути неуспішною:
— аневризми, що існують більше 7–10 днів;
— поєднання з інфекцією;
— виражений біль/дискомфорт;
— велика гематома;
— аневризма з локалізацією над інгвінальною зв’язкою.

Аневризми

Аневризми артерій нижніх кінцівок можуть виникати ізольовано або як множинні ураження. Із часом мають тенденцію до збільшення. Можуть бути джерелом емболів у дистальні відділи артерій нижніх кінцівок або можуть заповнюватися тромбами, що призведе до гострої ішемії.

Кістозне адвентиціальне захворювання

Рідкісний стан, при якому наповнені рідиною кісти виявляють у стінці артерії (переважно в підколінній або поверхневій стегновій артерії). Етіологія до кінця не відома, є декілька теорій, найбільш вірогідна вроджена причина — зв’язок кісти з сусіднім простором колінного суглоба або сусідніми сухожилками.

Синдроми компресії плечової артерії

Синдром виходу з грудної клітки або компресія підключичної артерії в місці, де вона перетинає перше ребро, внаслідок вроджених фіброзних тяжів у місці прикріплення m.scalenus anterior et medius, або компресія додатковим шийним ребром. У 75 % випадків супроводжується залученням супутньої вени в процес. Компресія часто є позитивною і в типових випадках виникає, коли руку підіймають над головою. Виявляється за відсутності пульсу при зміні положення руки та скануванням судини, також при різних положеннях руки.

Компресія підколінної артерії

Часто виникає в атлетів між бічним відростком стегнової кістки або верхнім відділом великогомілкової кістки і гіпертрофованими м’язами (m.soleus та m.plantaris). Це виявляється скануванням при нейтральному положенні стопи і потім у положенні форсованого згинання.

Периферичні вени

Показання для проведення дослідження:
— діагностика чи виключення тромбозу глибоких вен у верхній або нижній кінцівці, спонтанного чи пов’язаного з тривалим перебуванням у вені катетера;
— оцінка вторинного/рецидивуючого варикозу вен;
— оцінка хронічної венозної недостатності й посттромбофлебітичного синдрому;
— картування вени перед виконанням операцій шунтування;
— визначення локалізації вен для канюляції.

Основні етапи при дослідженні вен

1. Якщо можливо, виконання дослідження в положенні пацієнта стоячи — збільшується тиск на венозні клапани, підвищується інформативність дослідження.

2. Якщо пацієнт не може стояти, він сидить на кушетці/каталці: виконання компресії загальної стегнової вени і поверхневої стегнової вени від інгвінальної ділянки до аддукторного каналу.

3. Кольорове картування з підсиленням кровотоку, досліджують загальну й поверхневу стегнову вени.

4. Пацієнт у положенні на боці або з піднятою ногою — виконання компресії і доплерівського дослідження підколінної вени (вен).

5. Пацієнт сидить, досліджують вени литки за допомогою компресії та кольорового картування.

6. Пацієнт у положенні на спині: дослідження клубових вен, якщо є підозра на наявність у них тромбів.

Ознаки тромбозу глибоких вен:
— вена при компресії не спадається або спадається не повністю;
— наявність тромбу у вені: статичні ехосигнали, вена не заповнюється кольором повністю, розширення вени;
— статичні стулки венозного клапана;
— відсутність кровотоку при спектральній чи кольоровій доплерографії;
— відсутність або послаблення реакції на підсилення кровотоку;
— відсутність спонтанного кровотоку й респіраторних коливань кровотоку;
— посилення кровотоку в колатеральних каналах.

Проблеми і приховані «пастки» при діагностиці тромбозу:
— ноги розпухлі/ноги з набряком/ожиріння;
— подвійні стегнові й підколінні вени;
— неоклюзуючий тромб;
— сегментарний тромб у вені литки;
— сегментарний тромб у клубовій вені;
— вагітні пацієнтки.

Інші причини опухання ноги, болю чи чутливості:
— підколінні кісти;
— гематома;
— поверхневий тромбофлебіт;
— лімфатичні вузли біля клубових вен/об’ємні утворення в малому тазі;
— артеріовенозна фістула;
— лімфедема.