Способ измерения скорости винтового движения крови в артериях
Владельцы патента RU 2380040:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" (ГОУ ВПО АГМУ Росздрава) (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии. Способ предусматривает исследование на ультразвуковом сканере в режиме цветового дуплексного сканирования и в М-режиме. Измеряют три компонента вектора скорости винтового движения крови в общих сонных артериях: продольной, вращательной и радиальной. Радиальную скорость измеряют путем расчета отношения прироста радиуса артерии ко времени его прироста в момент прохождения пульсовой волны по формуле
где vr - радиальная скорость кровотока, Δr - прирост радиуса сосуда, Δt - время прироста радиуса сосуда. С учетом трех составляющих вектора скорости рассчитывают суммарную скорость движения частиц крови по винтовым траекториям по формуле где V - суммарная скорость, vz - продольная скорость кровотока,
vθ - вращательная скорость кровотока, vr - радиальная скорость кровотока. 6 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии и ангиологии, а более конкретно к способам измерения скоростных параметров кровотока в магистральных артериях человека, и может быть использовано как в экспериментальных исследованиях, так и в ультразвуковой диагностике сосудистых заболеваний.
С позиций классической гемодинамики в системе кровообращения возможно два типа движения крови: ламинарный и турбулентный. Наряду с этим есть представления о существовании иных закономерностей движения крови в сосудах, в частности, предполагается существование винтового или вращательно-поступательного движения крови. Данный тип движения крови заключается в закручивании потока крови вдоль продольной оси сосуда; линии тока крови образуют винтовые траектории, по которым движутся частицы крови. До настоящего момента отсутствовали экспериментальные методики, позволяющие измерить скорость винтового движения крови.
Известен способ регистрации винтового движения крови с помощью методики киноангиокардиографии (С.Н.Багаев, В.Н.Захаров, В.А.Орлов. Физические механизмы транспортных систем живого организма. // Препринт №1, СО РАН, Институт лазерной физики, ИПП «Офсет», 1999, 52 с.), которая основана на введении рентгеноконтрастного вещества в кровеносные сосуды малыми порциями при малом давлении с помощью специально сконструированных тонких зондов с двумя отверстиями на загнутом конце. Визуализация структуры потока крови достигается рентгенологическим способом. Известный способ практически не возмущает поток крови и дает возможность наблюдать, что ее движение является винтовым.
Недостатками известного способа являются отсутствие возможности количественной оценки винтового движения крови и инвазивность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ регистрации винтового движения крови с помощью ультразвукового доплерографического исследования в режиме цветового дуплексного сканирования (В.П.Куликов, Р.И.Кирсанов, С.В.Засорин. Доплерографическая регистрация феномена винтового движения крови в общих сонных артериях у людей. / Ультразвуковая и функциональная диагностика, №2, 2006. С.96-100), с помощью которого проводят измерение продольной составляющей (линейная скорость кровотока) и вращательной составляющей вектора скорости винтового движения крови.
Недостатком известного способа являются то, что он не позволяет измерить истинную скорость движения частиц крови по винтовым траекториям.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение информативности исследования за счет возможности расчета суммарной скорости движения частиц крови по винтовым траекториям.
Технический результат достигается путем регистрации трех составляющих вектора скорости: продольной, вращательной и радиальной соответственно осям цилиндрической системы координат z, θ, r (фиг.1) с последующим математическим расчетом суммарного вектора скорости, соответствующего истинной скорости движения частиц крови по винтовым траекториям.
Способ осуществляют следующим образом.
Исследование проводят на цифровом ультразвуковом сканере с режимами цветового доплеровского картирования и импульсно-волновой доплерографии, с использованием линейного датчика с частотой 5-9 МГц.
На фиг.1 изображены компоненты вектора скорости в цилиндрических координатах z, θ, r.
Измерение продольной компоненты вектора скорости по координате z осуществляют путем регистрации доплерограммы кровотока из продольного сечения артерии по традиционной методике. В режиме цветового дуплексного сканирования лоцируют продольное сечение сосуда и регистрируют импульсно-волновую доплерограмму кровотока, помещая контрольный объем в интересующий участок сосуда. Далее по доплерограмме проводят измерение максимальной (пиковой систолической) или средней по времени скорости кровотока. Для получения наиболее объективных значений скорости устанавливают угол между ультразвуковым лучом и направлением движения крови менее 60°.
Измерение скорости вращательной компоненты (по координате θ) осуществляют в режиме цветового дуплексного сканирования при величине контрольного объема, соответствующей радиусу сосуда и значении угла между ультразвуковым лучом и направлением кровотока 0°. Регистрируют доплерограммы кровотока из поперечного сечения просвета артерии с поочередным помещением контрольного объема в латеральной и медиальной половинах просвета артерии. Доплерограмма в каждом из этих случаев имеет разное направление по отношению к базальной линии (выше базальной линии в одной половине и ниже - в другой, - в зависимости от направления вращения). По полученным доплерограммам измеряют скорость вращательной компоненты винтового движения крови для каждого из положений контрольного объема с последующим расчетом среднего значения вращательной скорости.
Измерение радиальной компоненты винтового движения (по координате r) производят в М-режиме путем регистрации колебаний стенок артерии в систолу и диастолу. Разница между систолическим и диастолическим радиусами соответствует расстоянию, пройденному частицами крови в радиальном направлении. Радиальную скорость рассчитывают как отношение этого расстояния ко времени прироста радиуса сосуда:
где vr - радиальная скорость кровотока,
Δr - прирост радиуса сосуда,
Δt - время прироста радиуса сосуда.
С учетом трех составляющих вектора скорости рассчитывают суммарную скорость движения частиц крови по винтовым траекториям, как корень квадратный из суммы квадратов продольной, вращательной и радиальной скоростей:
где V - суммарная скорость,
vz - продольная (пиковая систолическая) скорость кровотока,
vθ - вращательная (максимальная) скорость кровотока,
vr - радиальная скорость кровотока.
Пример использования способа измерения скорости винтового движения крови в артериях у пациента, не предъявляющего жалоб и не состоящего на диспансерном учете по поводу заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Пациент О., 23 года. Проводили измерение скорости винтового движения крови в правой общей сонной артерии на цифровом ультразвуковом сканере SonoAce-8000EX (Medison, Корея) с использованием линейного датчика с частотой 5-9 МГц.
На фиг.2 показана регистрация доплерограммы кровотока в режиме цветового дуплексного сканирования из продольного сечения артерии. Измеряли продольную компоненту вектора скорости (пиковая систолическая скорость) в полуавтоматическом режиме, которая составила
vz=93,2 см/с.
Далее в режиме цветового дуплексного сканирования регистрировали импульсно-волновую доплерограмму кровотока из поперечного сечения просвета артерии с поочередным помещением контрольного объема в латеральной и медиальной половинах просвета артерии (фиг.3, 4). По полученным доплерограммам в полуавтоматическом режиме измеряли вращательные компоненты скорости кровотока в каждой половине сосуда и рассчитывали их среднее значение, которое составило
vθ=17,7 см/с.
В М-режиме измеряли систолический и диастолический диаметры общей сонной артерии (фиг.5) и рассчитывали расстояние, пройденное частицами крови в радиальном направлении. Прирост радиуса артерии составил
На фиг.6 показано измерение времени прироста радиуса общей сонной артерии при прохождении пульсовой волны в М-режиме. Время прироста диаметра составило
Δt=0,09 с.
Затем рассчитывали радиальную компоненту скорости винтового движения
С использованием формул для расчета суммарной скорости движения частиц крови по винтовым траекториям и угловой скорости вращения вычисляли значение этих скоростей.
Суммарная скорость составила
Таким образом, преимуществами заявляемого способа является возможность расчета суммарной скорости движения частиц крови по винтовым траекториям.
Способ измерения скорости винтового движения крови в артериях, включающий ультразвуковое исследование в режиме цветового дуплексного сканирования с измерением продольной и вращательной скоростей кровотока в общих сонных артериях, отличающийся тем, что наряду с этим определяют радиальную скорость в М-режиме путем расчета отношения прироста радиуса артерии (Δr) ко времени его прироста (Δt) в момент прохождения пульсовой волны и рассчитывают суммарную скорость движения частиц крови по винтовым траекториям по формуле
,
где V - суммарная скорость;
vz - продольная скорость кровотока;
vθ - вращательная скорость кровотока;
vr - радиальная скорость кровотока.
