Podstawy fizyczne i

aparaturowe techniki

dopplerowskiej

Kazimierz Szopiński

Zakład Diagnostyki Obrazowej

II Wydział Lekarski AM

w Warszawie

Christian Doppler

Rodzaje przepływu

Rodzaje przepływu

• przepływ płaski
• przepływ laminarny
• przepływ zaburzony

– przepływ turbulentny

Przepływ płaski

Przepływ laminarny

Przepływ zaburzony

Przepływ burzliwy

Pułapki i perły

Kierunek przepływu w

zwężonym naczyniu może nie

być równoległy do ścian

naczynia

Przepływ burzliwy

Liczba Reynoldsa

• r promień naczynia
• v średnia prędość przepływu
• ρ gęstość płynu
• h lepkość płynu

h











v

r

2

Re

h

v

r











2

Re

Przepływ laminarny kiedy Re<2000-2500

Średnia prędkość

przepływu

• przepływ laminarny

• przepływ zaburzony

max

5

.

0 v

v

śr





max

7

.

0 v

v

śr





Przepływ niskooporowy

prędkość przepływu

czas

Przepływ wysokooporowy

prędkość przepływu

czas

Zwężenia

Natężenie przepływu krwi

v

S

Q





Natężenie przepływu krwi

Q

1

Q

2

%

100

1

2

1

2

2

2

1

1

2

1













v

v

S

S

v

S

v

S

Q

Q

Zwężenie

50%średnicy
75% powierzchni
przekroju

1

2

2

2

2

1

4

1

4

2

S

r

r

S

r

S

































Zjawisko Dopplera

Cel nieruchomy

Cel poruszający się ku

głowicy

Cel poruszający się od

głowicy

Sygnał dopplerowski

• Sygnał dopplerowski pochodzi od

odbić fali ultradźwiękowej od

czerwonych krwinek

Natężenie odbić

Tkanka

Natężenie odbić

Zwapniała blaszka

miażdżycowa

20-40 dB

Ściany naczynia

0 dB

Złogi lipidowe

0-20dB

Krew

-40dB

Zjawisko Dopplera

θ

Częstotliwość

dopplerowska

c

f

v

f

e

d



cos

2









Prędkość przepływu



cos

2









e

d

f

c

f

v

Zjawisko Dopplera

θ

0

90

cos





Zjawisko Dopplera

θ

1

0

cos 



Pułapki i perły

Błąd pomiaru kąta padania fali

ultradźwiękowej o 1º daje błąd
pomiaru prędkości:

• przy kącie 80º  błąd 10%,
• przy kącie 60º  błąd 3%
• przy kącie 20º  błąd 0.65%

Indeks oporowy (Indeks

Pourcelota)

h











v

r

2

Re

max

max

V

V

V

RI

enddiast





Indeks oporowy (Indeks

Pourcelota)

h











v

r

2

Re







cos

2

cos

2

cos

2

max

max

















e

d

e

denddiast

e

d

f

c

f

f

c

f

f

c

f

RI

Indeks oporowy (Indeks

Pourcelota)

h











v

r

2

Re

max

max

d

denddiast

d

f

f

f

RI





Prof. Léandre Pourcelot

Indeks pulsacji (Indeks

Goslinga)

h











v

r

2

Re

mean

enddiast

V

V

V

PI





max

Pułapki i błędy

• Najlepszy obraz w prezentacji B

uzyskuje się kiedy wiązka

ultradźwiękowa jest

prostopadła

do

ściany naczynia.

• Najlepszy obraz dopplerowski uzyskuje

się kiedy wiązka ultradźwiękowa jest

równoległa

do kierunku przepływu.

• Nie można być jednocześnie

prostopadle i równolegle do naczynia.

Dopplerowska metoda fali

ciągłej

Dopplerowska metoda fali

ciągłej

• dwa odrębne przekaźniki: nadawczy i

odbiorczy pracujące w sposób ciągły

• wykrywa wszystkie poruszające się

obiekty w zasięgu wiązki

• nie pozwala na określenie głębokości

położenia poruszających się obiektów

• nieograniczony zakres wykrywanych

prędkości przepływu

Dopplerowska metoda

impulsowa

Dopplerowska metoda

impulsowa

• krótkie impulsy
• bramkowanie

Fala sinusoidalna

)

cos(

)

(

0









t

A

t

A

Dopplerowska

metoda impulsowa

Dopplerowska

metoda impulsowa

Częstotliwość powtarzania

impulsów (PRF)

• powolny przepływ – należy używać

niskich PRF

• szybki przepływ – należy używać

wysokich PRF

Aliasing

Częstotliwość

Nyquista

Przepływ płaski

czas

prędkość

Przepływ płaski

prędkość

czas

Przepływ płaski

prędkość

czas

Przepływ płaski

prędkość

czas

Przepływ płaski

prędkość

czas

Przepływ płaski

prędkość

czas

Przepływ laminarny

prędkość

czas

Przepływ laminarny

prędkość

czas

Przepływ laminarny

prędkość

czas

Przepływ laminarny

prędkość

czas

Przepływ laminarny

prędkość

czas

Przepływ laminarny

prędkość

czas

Badanie dopplerowskie

kodowane kolorem

Color Doppler

• Obrazy w prezentacji B i obrazy

dopplerowskie uzyskiwane są
oddzielnie przy pomocy różnych
częstotliwości

• Zwykle częstotliwość im[pulsów

dopplerowskich jest niższa

– większa głębokość penetracji
– lepsze obrazowanie szybkich przepływów

prędkość

czas

prędkość

czas

Filtr górnoprzepustowy

‘clutter’

sygnał dopplerowski

częstotliwość

echa od struktyr nieruchomych

flash artifact

Skala szarości a kolor

Echo < próg Echo > próg

Doppler <

próg

Kolor

Skala

szarości

Doppler >

próg

Skala

szarości

Skala

szarości

Uwaga:

• jeden impuls wystarcza do

stworzenie jednej linii w skali
szarości

• kilka impulsów jest koniecznych dla

stworzenia jednej linii kolorowego
Dopplera

Doppler mocy

Doppler mocy

• brak informacji o kierunku i

prędkości przepływu

• sygnał przepływu ma większą moc

niż szum

Doppler mocy

• nie ma aliasingu
• możliwe bardzo niskie PRF – dobra

czułość dla wolnych przepływów

• nie zależy od kąta
• możliwe 3D
• sporo artefaktów od ruchu tkanek

miękkich