Способ измерения скорости кровотока



Способ измерения скорости кровотока
Способ измерения скорости кровотока
Способ измерения скорости кровотока
Способ измерения скорости кровотока
Способ измерения скорости кровотока

 


Владельцы патента RU 2585416:

Иванов Олег Викторович (RU)

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике. Выполняют измерение скорости кровотока методом допплерографии. При этом измерение проводится на двух глубинах из одной точки, на прямолинейном участке сосуда длиной не менее 1,5 см, причем разница в глубинах измерения составляет не менее 10 мм. Контрольный объем локации составляет 50% от разницы глубин локации, но не более 10 мм, полученные скорости кровотока (в см/с) и глубины локации (в см) подставляют в формулу, по которой производится расчет истинной скорости кровотока. Способ позволяет с высокой точностью измерить скорость кровотока в сосуде с учетом угла его локации. 2 пр., 3 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике, нейрохирургии и неврологии и может быть использовано для вычисления скорости кровотока в сосудах, имеющих прямолинейный участок не менее 1,5 см. При традиционном способе проведения допплерографии невозможно измерить угол локации сегмента сосуда, поэтому измеренная скорость кровотока всегда меньше реальной.

Известен широко применяемый в медицине метод определения скорости кровотока, в основе которого лежит эффект Допплера, заключающийся в регистрации изменения частоты отраженного ультразвука от движущегося объекта. На основании изменения частоты рассчитывается скорость источника отраженного сигнала. В случае с измерением скорости кровотока «движущимся объектом» являются форменные элементы крови.

В качестве аналогов необходимо рассмотреть способ исследования функции сердца методом допплерографии, предложенный Satomura S. [2] в 1957 году, и способ измерения скорости кровотока в интракраниальных артериях методом допплерографии, предложенный Aaslid R. [4] в 1982 году. Satomura S. [2] использовал не только допплерографию, но и проводил исследования, сочетая допплерографию, электрокардиографию и фонокардиографию. Исследования сердца и сосудов проводились постоянно-волновым допплером. Однако такой режим допплерографии не пригоден для транскраниальных исследований. Способ транскраниальных исследований, предложенный Aaslid R. [4], заключается в локации интракраниальных сосудов через ультразвуковые окна: височное, орбитальное, затылочное. Общий недостаток этих методов заключается в невозможности выяснить угол пространственной взаимной ориентации вектора скорости и вектора зондирующего УЗ луча. Это приводит к появлению погрешности, которая возрастает с увеличением угла локации.

Аналог предлагаемого изобретения описан в патенте США № US 5390677 А [6]. В патенте описан способ измерения скорости кровотока с учетом осевой и поперечной составляющих, причем локация проводится из одной точки. Осевую скорость измеряют методом допплерографии, а поперечный переток крови - методом «хронометрии», путем измерения времени перетока крови, по ширине ультразвукового луча. Недостатками способа являются сочетание различных методов для измерения скорости, которые имеют разную точность, что приводит к методическим погрешностям. Кроме этого, использование метода ограничено участками сосудов с ламинарным током крови, данное условие значительно сужает границы применимости.

За прототип принято изобретение, описанное в патенте РФ №2246896: «Способ измерения скорости кровотока и устройство для его реализации». Способ осуществляют путем ультразвуковой допплеровской локации кровотока, на выбранном участке сердечно-сосудистой системы, не менее чем тремя некомпланарными зондирующими ультразвуковыми лучами (УЗ-лучами), установленными под углами в диапазоне от 0 до ±80°. Измеряют углы ориентации выбранного участка кровотока относительно ультразвуковых лучей и допплеровские сдвиги частот по каждому каналу измерения, и вычисляют скорость кровотока с учетом поправки на угол локации. Устройство содержит измерительный блок с ультразвуковыми датчиками и электронный блок. Измерительный блок выполнен в виде браслета с подвижными шарнирами и возможностью измерения углов боковых секций относительно центральной секции и друг друга. Датчики соединены через коммутатор с электронным блоком. Использование изобретения позволяет повысить точность измерения скорости кровотока за счет учета угловой ориентации датчиков относительно исследуемого сосуда. Недостатками данного изобретения являются сложность и трудоемкость в использовании ввиду необходимости настройки и подгонки углов фиксации датчиков под каждую обследуемую область, и настройки глубин локации для каждого датчика отдельно. В данном изобретении использован принцип многоточечной (трехточечной) локации, что также является недостатком, потому что многоточечная локация применима не во всех случаях из-за особенностей анатомии.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении точности измерения скорости кровотока в сосуде. Основой решения данной задачи является разработка способа учета поправки на угол локации кровеносных сосудов.

Истинная скорость кровотока вычисляется по следующей известной формуле:

, где

uист - истинная скорость кровотока;

uизм - измеренная скорость кровотока;

cos α - косинус угла между осью сосуда и ультразвуковой волной.

Для вычисления истинной скорости кровотока необходимо определить угол локации α.

Поставленная задача решена за счет того, что использован способ измерения скорости кровотока методом допплерографии, отличающийся тем, что измерение проводится на двух глубинах из одной точки, на прямолинейном участке сосуда длиной не менее 1,5 см, причем разница в глубинах измерения составляет не менее 10 мм, контрольный объем локации составляет 50% от разницы глубин локации, но не более 10 мм, полученные скорости кровотока (см/с) и глубины локации (в см) подставляются в формулу, по которой производится расчет истинной скорости кровотока:

где ud - измеренная скорость в точке D, в см/с,

uc - измеренная скорость в точке С, в см/с,

с, d - глубины локации, в см,

Фиг №1.

Условно обозначим:

А - точка расположения датчика,

с, d - глубины локации,

С - точка измерения скорости на глубине с,

D - точка измерения скорости на глубине d,

CD - прямолинейный отрезок сосуда,

uc - скорость в точке С

ud - скорость в точке D

α, β - углы локации сосуда.

а - перпендикуляр из точки А к прямой, содержащей отрезок CD,

Способ предполагает использование только трех определенных точек: А - точка расположения датчика, С и D - точки измерения скорости в кровеносном сосуде (далее сосуде).

Учитывая что, через три произвольные точки в пространстве, не лежащие на одной прямой, можно провести только одну плоскость, далее все расчеты проводятся по правилам плоских прямоугольных треугольников.

Истинная скорость кровотока в точках С и D будет одинакова, измеренная будет отличаться за счет разного угла локации.

Исходя из равенств, выводим соотношение:

Так как скорости кровотока в точках С и D измеряем при исследовании (т.е. они нам известны), то введем следующее обозначение

тогда:

Рассмотрим ΔАСВ. Получаем

Рассмотрим ΔADB. Получаем

С учетом (4) и (5) получаем:

Так как глубины локации c u d известны, то введем следующее обозначение

С учетом (4) и (8) составляем систему из двух уравнений с двумя переменными

Так как: sin2α+cos2α=1, sin2β+cos2β=1,

то получаем:

, .

Для удобства введем следующие обозначения

Система (9) примет следующий вид

.

Второе уравнение системы (10) возведем в квадрат и получим равносильную систему

Из первого уравнения системы (13) получаем

и делаем подстановку (14) во второе уравнение системы (13), получаем уравнение

.

Решаем полученное уравнение

1-λ2y22(1-y2),

1-λ2y222y2,

1-µ=y222),

,

С учетом (12) получаем

Из выражений (10) и (11) получаем

Подставляя полученные значения косинусов углов локации в уравнение,

С учетом подстановок (3) и (8), получаем уравнение истинной скорости

Способ осуществляют путем локации сосуда под углом не более 60°, с учетом анатомических особенностей расположения сосуда, задается глубина локации (с - на Фиг. №1) и контрольный объем, далее необходимо добиться устойчивого допплеровского спектра, остановить и сохранить запись, или внести в протокол глубину локации и соответствующую ей скорость. Затем, не меняя точку расположения датчика, уменьшаем глубину локации (d на Фиг. №1) датчика не менее чем на 10 мм (25% от первоначальной глубины), и, изменяя угол, находим положение датчика, которое позволяет получить устойчивый допплеровский спектр, останавливаем локацию, сохраняем или записываем данные скорости и глубины локации. Данное ограничение необходимо для того, чтобы исключить наложение контрольного объема первой локации на контрольный объем второй локации. Это позволяет увеличить точность измерения.

Основным отличием данного способа от существующих является локация одного и того же сосуда на разных глубинах из одной точки, в зоне локации сосуд должен иметь прямолинейный участок длиной не менее 1,5 см.

Проведена клиническая апробация данного изобретения, в частности способ отработан и оптимизирован для применения в транскраниальных исследованиях для измерения скорости кровотока в сегменте M1 средней мозговой артерии (СМА).

Было проанализировано 30 ангиограмм, выполненных на мильтиспиральном компьютерном томографе, в MIP (Maximal Intensity Projection) и 3D режимах. Измерены: расстояние от бифуркации внутренней сонной артерии (ВСА) до заднего височного окна, длина сегмента M1 СМА, среднее значение угла локации сегмента M1 СМА.

Минимальная толщина височной кости наблюдается на расстоянии 1.5 см от наружного слухового хода кпереди и на 1 см выше скуловой дуги. Локация через эту точку наиболее проста, за счет хорошей ультразвуковой прозрачности. Данная точка соответствует заднему височному окну.

Средняя арифметическая длина сегмента M1 средней мозговой артерии слева 18.7±1.34 мм, коэффициент вариации 29.69%.

Средняя арифметическая длина сегмента M1 средней мозговой артерии справа 19.05±1.41 мм, коэффициент вариации 29.9%. Различия статистически не значимы (Р<0.05). Среднее расстояние от бифуркации ВСА до заднего височного окна справа 62.16±0.62 мм, слева 63.47±0.77 мм.

Авторы рекомендуют [1] проводить исследование на глубине 50 мм. В этом случае, на основе проанализированных ангиограмм, при локации через заднее височное окно средний угол локации составляет слева 36.06±2.2°, справа 35.78±2.15°. Поэтому, если добиваться точности в измерении скорости кровотока, поправку на угол нужно учитывать. На Фиг. №3 продемонстрирована межполушарная асимметрия углов отхождения M1 сегмента СМА. Угол АСВ слева 42°, справа угол АСВ 24°. Данное наблюдение подтверждает необходимость вычисления угла локации с каждой стороны.

Для апробации был принят следующий протокол. Исследование проводилось из заднего височного окна, в импульсно-волновом режиме, на глубине 55-60 и 45-50 мм, измерялись скорости кровотока на двух глубинах локации. Вычислялись углы локации с обеих сторон, полученные значения сравнивались с ангиограммами в MIP режиме, на которые наносилась ось локации и измерялся угол между сегментом M1 и осью локации. Измерение проводилось с помощью инструментов, имеющихся на рабочей станции компьютерного томографа.

Клинический случай №1.

На Фиг. №2 представлена ангиограмма пациента с подозрением на субарахноидальное кровоизлияние. При поступлении проведена КТ-ангиография. На 2-й день проведена двухглубинная ТКДГ и вычислены углы локации слева АСВ=20°, ADB=26°; справа АСВ=20°, ADB=27°. Углы, измеренные по КТ-ангиографии: слева АСВ=19°, ADB=24,°; справа АСВ=18°, ADB=24°.

Клинический случай №2.

На Фиг. №3 представлена ангиограмма пациента с субарахноидальным кровоизлиянием. Проведена КТ-ангиография и ТКДГ. По данным КТ измеренные углы составили справа ACD=24°, ADB=29°; слева ACD=40°, ADB=46°. Углы, измеренные по КТ-ангиографии: справа АСВ=21°, ADB=26,°; справа АСВ=38°, ADB=42°.

Разница в углах, вычисленных и измеренных, не превышала 5°.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять скорость кровотока в сосуде с помощью допплерографа с учетом поправки на угол его локации, кроме этого исследование проводится из одной точки, что упрощает практическое применение данного способа в медицине.

Использованная литература

1. Гайдар Б.В. и др. Транскраниальная допплерография в нейрохирургии. - СПб.: Элби, 2008. - 281 с.

2. S. Satomura, Ultrasonic Doppler Method for the Inspection of Cardiac Functions, J. Accoust. Soc. Amer. 29 (1957), 1181-1185.

3. Aaslid R., Markwalder T.M., Nornes H. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound of flow velocity in basal cerebral arteries // J. Neurosurgery. - 1982. - V. 57. - №6. P. 769-774.

4. Куперберг Е.Б. Ультразвуковая допплерография в ангиохирургии цереброваскулярных заболеваний // Ультразвуковая допплеровская диагностика сосудистых заболеваний/Под ред. Ю.М. Никитина, А.И. Труханова. - М.: Видар, 1998. - С. 163-189.

5. Патент РФ №2246896. Способ измерения скорости кровотока и устройство для его реализации.

6. Патент США № US 5390677 А. Способ оценки и визуализации реальной трехмерной величины скорости кровотока.

Способ измерения скорости кровотока методом допплерографии, отличающийся тем, что измерение проводится на двух глубинах из одной точки, на прямолинейном участке сосуда длиной не менее 1,5 см, причем разница в глубинах измерения составляет не менее 10 мм, контрольный объем локации составляет 50% от разницы глубин локации, но не более 10 мм, полученные скорости кровотока (см/с) и глубины локации (в см) подставляются в формулу, по которой производится расчет истинной скорости кровотока:

где:
υист - истинная скорость кровотока, в см/с,
υd - измеренная скорость в точке D, в см/с,
υc - измеренная скорость в точке С, в см/с,
с, d - глубины локации, в см.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, в частности к онкологии, и может быть использовано для ранней диагностики перитонеального рецидива рака яичников после оптимальных циторедуктивных операций.

Изобретение относится к медицине, а в частности к гепатологии и ультразвуковой диагностике, и может быть использовано для диагностики портальной гипертензии при хронических диффузных заболеваниях печени.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству и гинекологии, и может быть использовано для прогнозирования риска развития прогрессирующего дистресса гипотрофичного плода.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для диагностики скрытой диастолической сердечной недостаточности. Проводят эхокардиографическое исследование с допплерографией, применяют пробу с изометрической нагрузкой.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству, и может быть использовано в целях прогнозирования риска развития патологии эмбриона и экстраэмбриональных структур у беременных с тромбофилией.

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, и может быть использовано для определения функционирования бедренно-тибиальной реконструкции после шунтирующих операций.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в хирургии и нефрологии для диагностики риска острого повреждения почек (ОПП). В режиме цветного допплеровского картирования проводят исследование сосудов почек.
Изобретение относится к медицине, в частности к гинекологии, и может быть использовано для определения типа строения фолликулярного аппарата яичников у девственниц пубертатного периода с синдромом поликистозных яичников без сопутствующей обменно-эндокринной патологии.

Изобретение относится к медицине, а именно к нефрологии, и может быть использовано для исследования гемодинамических нарушений в почечной артерии при нефроптозе. Проводят ультразвуковую диагностику (УЗДГ) почечной артерии обеих почек сначала в ортостазе, затем в клиностазе.
Изобретение относится к области медицины, а именно к ультразвуковой диагностике, и может быть использовано для выявления компрессии внутренних яремных вен при узловых образованиях щитовидной железы.

Изобретение относится к медицине, а именно к области функциональной диагностики, и может быть использовано в неврологии, сердечно-сосудистой хирургии, нейрохирургии. Передатчик ультразвуковой допплеровской системы излучает ультразвуковые высокочастотные сигналы, имеющие заданную частоту. Отраженные допплеровские сигналы регистрируют посредством блока приема. Осуществляют предварительную аналоговую обработку полученных сигналов, имеющих различную мощность и содержащих сигналы фонового кровотока и транзиторные сигналы высокой интенсивности. Преобразуют отраженные допплеровские сигналы в аналогово-цифровом преобразователе ультразвуковой допплеровской системы. Регистрируют сигналы фонового кровотока и вычисляют фоновую мощность допплеровских сигналов и текущую мощность допплеровских сигналов кровотока. Регистрируют транзиторные сигналы высокой интенсивности при превышении текущей мощности над фоновой мощностью на величину заданного порога детекции мощности. Для выявления сигнала микроэмбола отраженные допплеровские сигналы получают с двух глубин зондирования - основной глубины, на которой расположен исследуемый сосуд, и вспомогательной глубины. Для каждой глубины проводят регистрацию транзиторных сигналов высокой интенсивности. Маркируют текущий транзиторный сигнал высокой интенсивности как сигнал микроэмбола, если указанный сигнал зафиксирован только на основной глубине, а на вспомогательной он отсутствует и его длительность находится в заданных пределах. Во всех остальных случаях его маркируют как сигнал артефакта. Вычисляют длительность, минимальную и максимальную частоты сигнала микроэмбола и индекс частотной модуляции по формуле: FMI=(Fmax-Fmin)/Thits, где FMI - индекс частотной модуляции, Гц/сек; Fmax - максимальная частота сигнала микроэмбола, Гц; Fmin - минимальная частота сигнала микроэмбола, Гц; Thits - длительность сигнала микроэмбола, сек. Микроэмбол классифицируют как материальный, если индекс частотной модуляции меньше заданного минимального порога дифференцировки, как газовый, если индекс частотной модуляции больше заданного максимального порога дифференцировки, и как неопределенный, если индекс частотной модуляции находится между заданными максимальным и минимальным порогами дифференцировки. Способ обеспечивает высокую чувствительность в регистрации микроэмболов и высокую специфичность определения их состава за счет получения данных отраженных лучей с разных глубин от луча одной частоты. 3 пр.

Изобретение относится к области медицины, а именно к нейрохирургии. Проводят непрерывный мониторинг церебральной и системной гемодинамики, регистрируя линейную скорость кровотока в обеих средних мозговых артериях и системное артериальное давление в течение не менее 4 мин. Затем оценивают состояние ауторегуляции мозгового кровотока с помощью кросс-спектрального анализа указанных временных рядов. Рассчитывают фазовый сдвиг между спонтанными колебаниями линейной скорости кровотока и системного артериального давления в диапазоне волн Майера. При значениях фазового сдвига менее 0.5 радиан определяют функционально значимый стеноз. Способ позволяет неинвазивно в физиологических условиях оценивать изменение церебральной гемодинамики при данной патологии. 8 ил., 2 пр.
Наверх