The measurement of intracranial echo pulsations

Abstract

Since slight movements of the ultrasonic transducer relative to the head result in marked variations in the pattern and intensity of the ultrasonic energy within the head, it is essential that any ultrasonic technique that records variations in amplitude from one individual intracranial interface must incorporate a transducer holding device that fixes the tranducer rigidly with respect to the skull. It is obvious that such rigid fixation of the transducer is equally important if the range of the interface from the transducer is to be measured. Such a device, that has been found satisfactory in practice, is described.

Recording equipment is also described that will sense variations in amplitude and range of separate echoes within each of two gates. The two separate echoes may be received by the same or separate transducers. At the same time the range between the two transducers can be continuously recorded in an attempt to ensure that no change in range of the transducers relative to each other will remain undetected.

Visual monitors, with expanded time bases, display at all times the signal that is within each gate. In this way the observer can ensure that amplitude and motion is only recorded from echo cycles of adequate amplitude and that the sinusoidal shape of these cycles and their neighbours remains unchanged; this safeguards against variations in range, and amplitude resulting from varying interference of the echo cycles being recorded. The simultaneous recording of range variations with amplitude provides an important additional safeguard against part of the signal being recorded moving outside the gate, since such movement is recognizable in the motion recorded by changes which are characteristic and which precede any changes in amplitude recorded in whichever direction the signal moves with respect to the gate.

Restrictions in the interpretation of the recordings of variations in amplitude and range made by this equipment, are described. Variations in the amplitude of intracranial echoes appear to be influenced by so many unpredictable and varying factors affecting the insonating pulse and the returning echo that they have no obvious use in clinical medicine. Fluctuations in the range of various intracranial interfaces due to the passage of the cardiac pulse through the cerebral arterial tree are under the influence of so many surrounding forces that they vary greatly from one interface to another, so that their study is unrewarding. The range changes that result from other physiological events may be more informative and so may the study of the direction of the movement of cerebral interfaces under varying conditions.

Sommaire

Les légers mouvements du transducteur ultrasonique par rapport à la tête résultant en des variations importantes de la forme et de l'intensité de l'énergie ultrasonique dans la tête, il est essentiel que toute technique ultrasonique qui enregistre des variations d'amplitude d'une interface intra-cranienne individuelle doit incorporer un dispositif de retenue du transducteur qui fixe le transducteur solidement au crâne. Il est évident qu'une fixation aussi rigide du transducteur est également importante si la portée de l'interface par rapport au transducteur doit être mesurée. On décrit un tel dispositif qui a été satisfaisant en pratique.

On décrit également un appareillage d'enregistrement qui pourra détecter des variations d'amplitude et de portée d'échos séparés dans chacune de deux entrées. Les deux échos séparés peuvent être reçus par le même ou par des transducteurs séparés. En même temps, la portée entre les deux transducteurs peut être continuellement enregistrée afin d'assurer qu'aucun changement de portée des transducteurs par rapport l'un à l'autre ne soit pas détecté.

Des moniteurs visuels avec bases de temps expansées présentent à tout instant le signal qui est à chaque entrée. De cette façon l'observateur peut s'assurer que l'amplitude et le mouvement ne soient enregistrés que des cycles d'échos d'amplitude adequate et que la forme sinusoïdale de ces cycles et de leurs voisins demeurent inchangés; ceci protège contre les variations de portée et d'amplitude provenant d'interférence variable des cycles d'écho étant enregistrés. L'enregistrement simultané de variations de portée avec l'amplitude, fournit une protection supplémentaire importante contre une partie du signal étant enregistré se déplaçant en-dehors de l'entrée, car un tel mouvement est reconnaissable dans le mouvement enregistré par des changements qui sont caractéristiques, et qui précèdent tous changements d'amplitude enregistrés, quelque soit le sens dans lequel le signal bouge par rapport à l'entrée.

On décrit les restrictions dans l'interprétation des enregistrements de variations d'amplitude et de portée faites par cet appareillage. Des variations d'amplitude d'échos intracraniens semblent être influencés par tant de facteurs variables et imprévisibles affectant l'impulsion d'insonation et l'écho réfléchi qu'ils n'ont aucune utilité évidente en médecine clinicale. Des fluctuations dans la portée de diverses interfaces intracraniennes dues au passage du pouls cardiaque par l'arbre artériel cérébral sont sous l'influence de tant de forces environnantes, qu'elles varient beaucoup d'une interface à une autre, de sorte que leur étude est sans gratification. Les changements de portée qui résultent d'autres évènements physiologiques peuvent être plus informatifs ainsi que peut l'être l'étude du sens du mouvement d'interfaces cérébrales dans des conditions variables.

Zusammenfassung

Da leichte Bewegungen der Ultraschallumwandler in Bezug auf den Kopf merkliche Veränderungen in der Art und Stärke der Ultraschallenergie innerhalb des Kopfes verursachen, ist es erforderlich, dass jede Ultraschalltechnik, welche Änderungen in der Amplitude einer individuellen intrakraniellen Zwischenfläche verzeichnet, eine Haltevorrichtung für den Umwandler enthalten muss, welche den Umwandler fest in Bezug auf den Schädel hält. Es ist klar, dass solche Befestigung des Umwandlers ebenso wichtig ist, wenn die Lage der Zwischenschicht in Bezug auf den Umwandler gemessen werden soll. Eine solche Vorrichtung, die sich in der Praxis als zufriedenstellend gezeigt hat, wird beschrieben.

Es wird auch ein Aufzeichnungsgerät beschrieben, das Änderungen in Amplitude und Bereich vonz wei separaten Echos innerhalb von je zwei Pforten aufspürt. Die zwei separaten Echos können von demselben oder separaten Umwandlern aufgenommen werden. Gleichzeitig kann die Lage zwischen den zwei Umwandlern laufend für den Versuch aufgezeichnet werden, sicher zu sein, dass kein Wechsel in der Lage der Umwandler relativ zueinander unbeobachtet bleiben wird. Aufzeichnungsmonitoren mit ausgebreiteter Abtastperiode weisen jederzeit das Signal auf, das in jeder Pforte ist. Auf diese Weise kann der Beobachter sicher gehen, dass Amplitude und Bewegung nur von Echoperioden mit ausreichender Amplitude aufgezeichnet werden, und dass die sinusförmige Form dieser Perioden und der benachbarten unverändert bleiben. Dies schützt gegen Änderungen im Bereich und der Amplitude, als Ursache von veränderlicher Interferenz während der Aufzeichnung der Echoperioden. Die gleichzeitige Aufzeichnung von Lageänderungen mit Amplitude ergibt einen wichtigen zusätzlichen Schutz gegen Aufzeichnung eines Teils des Signals, das sich aus der Pforte herausbewegt, da solche Bewegung in der durch Änderungen aufgezeichneten Bewegung erkenntlich ist, welche charakteristisch sind und welche allen Änderungen in aufgezeichneten Amplituden vorangehen ganz gleich, in welcher Richtung das Signal sich in, Bezug auf die Pforte bewegt.

Es werden Beschränkungen in der Ausdeutung der Aufzeichnungen der Änderungen in Amplitude und Lage beschrieben, welche dieses Gerät produziert. Amplitudenänderungen von intrakraniellen Echos werden anscheinend von so vielen unvoraussagbaren und veränderlichen Faktoren beeinflusst, welche den schlagenden Puls und das zurückkommende Echo beeinflussen, dass sie keinen offenbaren Nutzen in klinischer Medizin haben. Schwankungen in der Lage verschiedener intrakranieller Zwischenschichten sind durch den Durchgang des Herzpulses durch den zerebalen Arterienbaum unter dem Einfluss so vieler umgebender Kräfte, dass sie erheblich von einer Zwischenschicht zur anderen abweichen, sodass es sich nicht lohnt, sie zu untersuchen. Die Lageänderungen, welche die Ursache anderer physiologischer Vorgänge sind, können aufschlussreicher sein und ebenfalls die Untersuchung der Bewegungsrichtung zerebraler Zwischenschichten unter veränderlichen Bedingungen.