1 Dopplerův jev a jeho využití v medicíně Historie •Christian Doppler –rakouský fyzik a matematik •teorii formuloval 1842 v Praze –Polytechnický institut –článek „Ueber das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels“ • Mechanika, Astrofyzik, geodezie, zlepšení mikroskopu, „O barevném světle dvojhvězd a některých dalších hvězd!--Dopplerův jev. -zbarvení hvězd může být způsobeno jejich pohybem: pokud se zdroj vlnění (světla nebo zvuku) pohybuje od pozorovatele, ten zachytí vlnění s nižší frekvencí – v případně světla posun k červené Fyzikální podstata •pohybují-li se vůči sobě zdroj a přijímač vlnění, přijímaná frekvence se liší od emitované • Potvrzeno v holandsku 1845 na zvukových vlnách, a to tak, že lokomotiva táhla otevřený vagon, na němž troubilo několik trubačů. Při průjezdu nádražím tón trubek poklesl. Rovnice Dopplerova posuvu •Dopplerův posuv –přímo úměrný rychlosti pohybu zdroje a kosinu dopplerovského úhlu –matematicky je vztah vyjádřen rovnicí Dopplerova posuvu • Dopplerův posuv -Dopplerův efekt -Dopplerův jev - Pokud se zdroj záření (např. galaxie) od nás vzdaluje, vlnová délka se nám jeví delší, Pokud se k nám zdroj záření (např. hvězda) přibližuje, vlnová délka se nám jeví kratší Popis ultrazvuku •ultrazvuk –vlnění s f > 20 000 Hz •vlnová délka λ –rozhodující pro rozlišovací schopnost –se zkracující se λ (a tedy rostoucí f) klesá hloubka propagace •rychlost šíření ultrazvuku –c = λ . f –v měkkých tkáních se c liší jen málo •λ = c/f –sonda s nízkou frekvencí má menší rozlišovací schopnost, ale dostane se do větší hloubky • Vlnová délka ultrazvuku je menší než vlnová délka slyšitelného zvukového vlnění (s rostoucí frekvencí klesá vlnová délka), proto je ultrazvuk méně ovlivněn ohybem. Interakce ultrazvuku s prostředím •děje, ke kterým dochází v prostředí při průchodu ultrazvuku –odraz •na přechodu mezi prostředími s rozdílnou impedancí –lom –zeslabení •vyšší f oslabeny dříve •přeměna na tepelnou energii –rozptyl •zdroj ultrazvuku –piezoelektrický krystal • Výrazný je jeho odraz od překážek, absorpce ve vzduchu (v plynech) a je méně pohlcován kapalinami a pevnými látkami. Absorpce také narůstá s frekvencí ultrazvuku. Zatímco je ve vzduchu absorpce frekvence 50 kHz jen okolo 1 dB na metr, tak frekvence 1 MHz je absorbována více než 100 dB na metr.^[1] Princip měření •průchod ultrazvuku tkání –klin. využití 2 – 10 MHz –je možný akustický záznam •odraz ultrazvuku od pohybujících se částic –erytrocyty – menší než λ ultrazvuku, fungují jako zdroje rozptylu –amplituda odražené vlny je úměrná druhé mocnině celkového počtu elementárních reflektorů •detekce odraženého ultrazvuku •výpočet rychlosti pohybu •zobrazení měřených dat • Pohyb k sondě vs pohyb od sondy Akustické vlastnosti biologických tkání Měké tkáně (svalová tkáň, tuková tkáň, vazivo, krevní cévy)se chovají jako tekutina, vzduch má pro ultrazvukové vlnění velmi vysokou impedanci, je třeba zajistit, aby vlnění procházelo jen vodním prostředím. Obvyklým řešením je důkladné pokrytí povrchu sondy gelem (EKG krém), který zajistí dobrý průchod vlnění do kůže. Princip měření Doplerovská ultrasonografie- info o pohybu tkání-krve -nezískají se skutečné rychlosti, ale pouze složky rychlosti ve směru k sondě nebo od sondy - sonda umístěna kolmo na cévu, naměří nulovou rychlost. Dopplerovský paprsek orientovat co nejvíce paralelně s krevním prouděním ! Používané systémy •rozdělení podle způsobu vysílání a detekce ultrazvuku –systémy s nemodulovanou nosnou vlnou (CW – continual wave) •souvislé vysílání ultrazvuku •2 měniče – vysílač a přijímač •nesměrové a směrové •měření hlavně v povrchových cévách, schopný měřit i vysoké rychlosti –systémy s impulzně modulovanou nosnou vlnou (PW – pulsed wave) •přerušované vlnění •měření ve větší hloubce •oblast cévy kde se měří = vzorkovací objem •měření není ovlivněno cévami, které leží mezi sondou a vzorkovacím objemem •nevýhoda – nepřesné u vyšších rychlostí (vysokých poměrů rychlost/pulsní interval • CW mód -jednodušší na technické řešení, dává info jen o průměrné rychlosti podél ultrazvukového paprsku- v tužkových průtokoměrech -. k měření krevního tlaku na dolních končetinách a k orientačnímu hodnocení cévního řečiště; W mód umožňuje měřit nejen změnu frekvence mezi vysílaným a přijímaným signálem, ale i dobu, za jakou se odražený signál vrátil k sondě. To umožňuje určit nejen rychlost toku, ale i hloubku, ve které došlo k obrazu. Používané systémy •jednoduchá dopplerometrie •duplexní systémy •pulzní doppler •tkáňový doppler –separuje signál o vysoké amplitudě a nízké frekvenci (pohybující se tkáně) od signálu o nízké amplitudě a vysoké frekvenci (krev) • Tkánový-barevný a piulzní PW-výledky -kódují barevně (barevně kódovaná doplerovská sonografie) – čím vyšší je v daném bodě rychlost k sondě, tím jasnější odstín červené je zobrazen v odpovídajícím místě na monitoru, a čím je větší rychlost od sondy, tím je zobrazen jasnější odstín modré. Tato volba barev má tu výhodu, že místa s turbulentním prouděním ze zobrazí žlutě. Aby byla umožněna orientace v obraze, obvykle se spojí obraz barevně kódované doplerovské sonografie a anatomický obraz kódovaný do stupňů šedi; výsledný obraz se nazývá duplexní sonogram (též duplexní sono nebo jen duplex). Jednoduchý Doppler Barevný Doppler BART-Blue Away Red Towards the probečím vyšší je v daném bodě rychlost k sondě, tím jasnější odstín červené je zobrazen v odpovídajícím místě na monitoru, a čím je větší rychlost od sondy, tím je zobrazen jasnější odstín modré. Tato volba barev má tu výhodu, že místa s turbulentním prouděním ze zobrazí žlutě Pulzní Doppler Tkáňový doppler Tkánový-barevný a piulzní Thoracic outlet syndrome •syndrom horní hrudní apertury •komprese nervů a cév (v. a a. subclavia) pro horní končetinu v prostoru mezi m. scalenus anterior a medius •mladší pacienti, převážně ženy •příčiny –hypertrofie m. scalenus anterior –anomálie cév •aneurysma a. nebo v. subclavia • Skřípnuté cévy, ztráta citlivosti a toku krve Syndrom horní hrudní apertury Klinické aplikace •měření tepenného tlaku krve - detekce stenózy, thoracic outlet sy. •měření směru proudění krve v kolaterálních krevních řečištích- steal phenomenon •sledování charakteru proudění krve - turbulentní / laminární •směr proudění krve ve vénách • Detekce arteriální stenózy na dolní končetině •index kotník/paže ABI (ankle/brachial index) –normální hodnoty 1.0 – 1.2 –nad 1.2 – kalcifikace stěny –pod 1.0 – redukce tlaku •hodnocení stupně okluze •absolutní hodnota tlaku na dolní končetině informuje o poruše prokrvení –dobré prokrvení >100 mmHg • Praktické cvičení •měření tepenného tlaku krve - detekce stenózy, thoracic outlet sy. •měření směru proudění krve v kolaterálních krevních řečištích- steal fenomén •směr proudění krve ve vénách •