Doppler – użycie, zasada działania i narzędzia wspomagające wizualizację przepływów
Od kiedy ultradźwięki zaczęły być używane do wizualizacji struktur w ciele człowieka, pojawił się pomysł śledzenia przepływów za pomocą zjawiska dopplera. Nazwa „zjawisko Dopplera” wzięła swoją nazwę od nazwiska austriackiego matematyka i fizyka Christiana Andreasa Dopplera. To on jako pierwszy zaobserwował i opisał to zjawisko.
Zasada działania dopplera w aparatach usg
Jest to zjawisko polegające na powstawaniu różnicy częstotliwości wysyłanej przez źródło fali oraz rejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem źródła fali. Dla fal rozprzestrzeniających się w ośrodku, takich jak na przykład fale dźwiękowe, efekt zależy od prędkości obserwatora oraz źródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. W przypadku fal propagujących bez udziału ośrodka materialnego, jak na przykład światło w próżni (w ogólności fale elektromagnetyczne), znaczenie ma jedynie różnica prędkości źródła oraz obserwatora.
W badaniu aparatem usg wysyłana przez specjalną głowicę fala ultradźwiękowa odbija się od ośrodka będącego w ruchu – płynącej krwi – i powraca do głowicy. Głowica połączona jest przewodem z aparatem ultrasonograficznym, rejestrującym zmiany częstotliwości fali ultradźwiękowej odbitej od płynącej krwi, przedstawiając obraz na monitorze.
Trzeba jednak pamiętać o tym, że w badaniu aparatem usg, żeby uzyskać różnicę częstotliwości i zwizualizować przepływ, należy spełnić kilka warunków. Po pierwsze odpowiednie ułożenie wiązki względem światła naczynia. Przy koncie 90 stopni efekt dopplera w ultrasonografie nie zadziała.
Dlatego trzeba zadbać o to, żeby kąt między wiązką ultradźwięków a światłem naczynia był mniejszy – Optymalny kąt to 60 stopni). W głowicach aparatu usg istnieje możliwość pochylania wiązki dopplera, więc nie będziemy mieli z tym większych problemów.
Należy również pamiętać o ustawieniu odpowiedniej prędkości jaka będzie rejestrowana. Parametr ten jest wyrażany zazwyczaj w Khz i/lub w M/s bądź w cm/s. Jeśli prędkość będzie zbyt duża, nie zobaczymy małych przepływów, jeśli za mała, pojawi się aliasing, który zaburzy odczyt.
Położenie bramki dopplera to kolejny parametr. W Dopplerze kolorowym naczynie powinno znajdować się w centrum bramki, natomiast w Dopplerze spektralnym bramka powinna znajdować się w centrum naczynia.
Pochylenie bramki powinno być zawsze mniejsze niż 90 stopni, a optymalna wartość to 60 stopni względem światła naczynia, parametr ten możemy modyfikować pochylając wiązkę lub zmieniając położenie głowicy.
Kąt korekcji to parametr w Dopplerze spektralnym. Powinien być ustawiony równolegle do ścian naczynia, zgodnie z wektorem przepływu. Jest to parametr, dzięki któremu aparat jest stanie precyzyjnie obliczyć m. in. Prędkość przepływu.
Częstotliwość dopplera jest również bardzo ważnym elementem, Dla płytko położonych naczyń z powolnym przepływem, należy ustawić wyższą częstotliwość, a dla naczyń głębszych z większą prędkością – niższą.
Rozmiar bramki w Dopplerze kolorowym powinien być nieco większy niż naczynie i obejmować tylko obszar, który nas interesuje. W Dopplerze spektralnym bramka powinna być wielkości około 80% wielkości naczynia.
Zastosowanie
Dzięki badaniu przy użyciu aparatu usg wykorzystującemu efekt Dopplera możliwe jest wykrycie nawet drobnych schorzeń tętnic i żył, mogących w konsekwencji prowadzić do udaru mózgu, zawału serca lub zatorowości płucnej. Badanie to, w zależności od tego, do jakich naczyń się je zastosuje, może mieć na celu:
- wykrywanie zwężeń miażdżycowych w tętnicach szyjnych, które zaopatrują mózg
- wykrywanie zwężeń i niedrożności w tętnicach kończyn dolnych
- badanie żył kończyn dolnych pod kątem zakrzepicylub niewydolności zastawkowej
- diagnostykę innych naczyń obwodowych (tętnice nerkowe, trzewne).
Badanie przy pomocy ultrasonografu wykorzystuje się także do oceny ukrwienia niektórych narządów oraz wykrywania guzów nowotworowych, gdyż większość z nich jest silnie ukrwiona. W położnictwie ocena przepływu krwi w tętnicy pępowinowej jest wykorzystywana w przewidywaniu niektórych powikłań zagrażających prawidłowemu rozwojowi ciąży.
Zaawansowane narzędzia diagnostyczne bazujące na zjawisku dopplera
Color doppler
Jest narzędziem, które nakłada przepływ na obraz 2D, pokazuje również kierunek przepływu.
Power Doppler
Technika ultrasonograficzna stosowana przy badaniu naczyń obwodowych. Polega na uwidocznieniu przepływu w naczyniach poprzez ocenę całkowitej emisji sygnału. Pozwala ocenić przepływ kiedy naczynia są małe lub głęboko położone, a w związku z tym sygnał jest słaby. Technika nie ocenia kierunku przepływu krwi w naczyniu.
Doppler spektralny
Widmo przepływu jest krzywą zależności prędkości przepływu krwi od czasu. Na jej podstawie można obliczyć średnią i maksymalną prędkość przepływu – stosuje się to w celu wykrycia zwężeń i zatorów naczyń krwionośnych.
Dzieli się na dwa rodzaje:
PW – Pulsar Wave
W badaniu dopplerowskim metodą fali pulsacyjnej kryształy piezoelektryczne na zmianę wysyłają fale ultradźwiękowe i rejestrują powracające echa. W tej metodzie można dokładnie określić miejsce przepływu krwi na podstawie położenia i rozmiaru bramki pomiarowej. Niestety w tym przypadku sygnał jest próbkowany i podlega ograniczeniom związanym z prędkością przetwarzania.
Continous Wave – Doppler ciągły
W tej metodzie stosowane są dwa kryształy piezoelektryczne – jeden emituje ciągłą falę ultradźwiękową, drugi natomiast odbiera wracające echo. Przesunięcie w fazie wracającego echa jest wyświetlane na wykresie. Na podstawie tego przesunięcia można również obliczyć kierunek i prędkość przepływu krwi. Zaletą tego badania jest fakt, że fala jest ciągła, a nie próbkowana – sygnał więc nie jest podatny na zjawiska typu aliasing oraz badanie jest znacznie szybsze. Głównie stosowany w kardiologii, gdzie przepływy są zazwyczaj szybkie.
XFlow
To narzędzie, które jest bardziej czułe od dopplera kolorowego, ale jest też bardziej czułe na ruchy głowicy, a wiec na artefakty, potrafi zwizualizować bardzo niewielkie przepływy, ale należy utrzymać głowice jak najbardziej nieruchomo.
MicroV
Narzędzie oparte o zaawansowany algorytm filtrowania sygnału dopplera, który poprzez specjalny filtr, praktycznie minimalizuje sygnał pochodzący z ruchu ścian naczyń, a pozostawia tylko sygnał przepływu. Dodatkowo jest Extra czułe dzięki czemu wizualizuje nawet najdrobniejsze przepływy.
Qpack
Jest to narzędzie, które pokazuje w czasie jaki procent zaznaczonego przez nas obszaru uwidacznia przepływ, przydaje się w śledzeniu postępu chorób.
Redakcja KOSMED
