Doppler ekkokardiografi
 Fig. 1. Continous Wave - mitralinsufficiens |
 Fig. 2. Doppler-frekvensskiftet |
Ved Doppler ekkokardiografi registreres det relative frekvensskifte mellem den udsendte ultralyd og den ultralyd, der returneres fra erytrocytter i bevægelse. For en given transducerfrekvens vil den returnerede frekvens være højere, hvis blodet bevæger sig mod transduceren og lavere, hvis det bevæger sig væk fra transduceren (se Fig. 2).
Basal Doppler teori
Der anvendes rutinemæssigt tre forskellige Doppler modaliteter:
- Continuous wave (CW) Doppler
- Pulsed wave (PW) Doppler
- Farve Doppler
Herudover anvendes såkaldt vævs Doppler i tiltagende grad i forskningsmæssig sammenhæng (vil ikke blive omtalt her, se afsnittet om vævs Doppler).
Alle Doppler modaliteter er baseret på "Doppler frekvensskiftet", dvs. det forhold at et lydsignal skifter frekvens når lydkilden eller reflektoren bevæger sig i forhold til observatøren:
Doppler-frekvensskiftet = F1-F2 = (2•F1•V•cos(a))/c
- hvor F1 er frekvensen af den lyd der udsendes, F2 er frekvensen af den reflekterede lyd, V er hastigheden af det objekt, der reflekterer lyden, a er vinklen mellem lydstrålen og reflektorens bevægelsesretning og c er lydhastigheden i mediet.
Ved de tre ovenfor nævnte Doppler modaliteter fungerer erytrocytterne som reflektor og V bliver dermed blodets strømningshastighed. Ekkoapparatet måler Doppler-frekvensskiftet (frekvensforskellen mellem den lydbølge der udsendes og den der reflekteres, F1-F2) og er kalibreret for c. Hvis undersøgeren sørger for at a er lig med 0° eller 180° (dvs cos(a)=1 eller -1) er eneste ubekendte V, dvs. blodstrømmens hastighed.
Fig. 3. Vinkelfejls betydning for den målte strømningshastighed.Ved hjælp af 2D billedet sigtes aksialt i blodstrømmens retning. Ved en vinkelfejl på ca. 25° måles ca. 10% for lavt (cos 25° = 0.9) - og hvis der måles vinkelret på blodstrømmen fås intet signal (cos 90° = 0).
Det er altså strømningshastigheder, der måles med Doppler ekkokardiografi. Ved hjælp af "Bernoulli-ligningen", der beskriver sammenhængen mellem trykfald og øget strømningshastighed lige efter en stenose, kan trykgradienter over stenoser estimeres ud fra de målte hastigheder. I praksis anvendes en "modificeret" Bernoulli-ligning:
P1-P2 ≈ 4•(V22 - V12) mmHg
- eller hvis V2 er mere end tre gange større end V1 (V22 > 9•V12):
P1-P2 ≈ 4•(V22) mmHg
- hvor P1 og V1 er hhv tryk og hastighed før stenosen og P2 og V2 tilsvarende lige efter stenosen. V måles i m/s. Læg mærke til sammenblandingen af enheder for hastighed og tryk - den modificerede Bernouilli ligning er en praktisk forenkling af en mere kompliceret matematisk relation mellem hastighed og trykfald over en stenose.
Continuous wave Doppler
Fig. 4. Continous wave - tricuspidalinsufficiens.Ved CW-Doppler udsendes og modtages ultralyden kontinuerligt. Alle strømningshastigheder ultralyden møder på sin vej bliver altså målt. Målingerne angives som en kurve i forhold til en vandret grundlinie (baseline), således at flow væk fra transduceren markeres under linien og flow hen imod transduceren markeres over linien. X-aksen angiver tid (EKG viser hvor i hjertecyklus der måles) og Y-aksen angiver hastighederne der måles. De højeste hastigheder danner kurvens omrids, de øvrige ses som korn indenfor kurven (se figur 3).
I praksis placeres sigtelinien ved hjælp af 2D billedet og placeringen finjusteres ved hjælp af farve Doppler parallelt med strømningsretningen for at undgå vinkelfejl (se figur 1). Frekvensskalaen = "hastighedsskalaen" og basislinien indstilles så frekvensspekteret fylder billedfeltet ud (Y-aksen) og sweep hastigheden indstilles til f.eks. 50-100 mm/s (X-aksen). Herefter tilpasses "Gain" evt. så afgrænsningen af kurven fremtræder så skarp som mulig. Frekvensfilteret justeres afhængigt af den målte hastighed. Hjertets vægbevægelser registreres som en række lave hastigheder, der ses som "støj" omkring grundlinien. Disse frekvenser kan elimineres med et filter for lave frekvenser.
Fordelen ved CW-Doppler er, at der kan måles høje hastigheder. Ulempen er, at man ikke kan se, hvor i sigtelinien den højeste hastighed er målt.
VTI (velocity time integral): omridset af CW flowprofilen kan indtegnes, hvorved det såkaldte hastigheds-tids integrale (velocity time integral) beregnes. VTI anvendes bl.a. i ligevægtsligningen ved beregning af klaparealer og shunts.
Pulsed wave Doppler
 Fig. 5a. PW Doppler |
 Fig. 5b. PW-Doppler i RVOT. |
Impulstogene udsendes med en bestemt frekvens, puls-repetitions-frekvensen (PRF). Impulstoget skal være reflekteret til transduceren før et nyt udsendes. PRF falder derfor jo dybere der måles. Nyquist-tallet (PRF/2) er den øvre grænse for det Doppler-frekvensskifte, der kan måles. Jo højere ultralydsfrekvens og jo dybere der måles (og dermed lavere PRF), des lavere bliver den strømningshastighed, der kan måles. Når Nyquist-tallet overskrides opstår der forvrængning ("aliasering") og max hastigheder kan ikke måles. Kurvens top flyttes da ned under grundlinien ("baseline"), selvom flow er hen imod transduceren og omvendt. Hvis man kun er interesseret i flow i en retning, kan måleintervallet udvides ved at forskyde grundlinien.
Høje hastigheder (> 1,5-2 m/s) kan altså ikke måles med PW-Doppler. Den øvre hastighedsgrænse kan dog øges ved at indføre såkaldte "ghost gates", dvs. ekstra måleområder på sigtelinien (såkaldt HPRF). Man skal så være meget påpasselig med, at disse små måleområder ligger på steder, hvor der kun er flowhastigheder, der er mindre end det man ønsker at måle.
I praksis placeres sigtelinien ved hjælp af 2D billedet og placeringen finjusteres evt. ved hjælp af farve Doppler (se figur 6). Frekvensskalaen = "hastighedsskalaen" og basislinien indstilles så frekvensspekteret fylder billedfeltet ud (Y-aksen) og sweep hastigheden indstilles til f.eks. 50-100 mm/s (X-aksen). Herefter tilpasses "gain" og "filter" evt. så afgrænsningen af kurven fremtræder så skarp som mulig (anvend så lav gain som muligt).
Fordelen ved PW-Doppler er, at der kan måles flowhastighed i et bestemt punkt. Ulempen er, at man ikke kan måle høje hastigheder.
VTI (velocity time integral, enhed: m): omridset af PW flowprofilen kan indtegnes, hvorved det såkaldte hastigheds-tids integrale (velocity time integral) beregnes. VTI anvendes bl.a. i ligevægtsligningen ved beregning af klaparealer og shunts.
Farve Doppler
Farve Doppler (color Doppler) består i princippet af multiple små PW-Doppler målepunkter lagt oven på et 2D billede (se figur 5). Hvert enkelt målepunkt farvelægges, typisk med rødt hvis blodet bevæger sig hen mod transduceren og blåt hvis blodet bevæger sig væk fra transduceren. Farven afhænger også af strømningshastigheden, således at hurtigere hastigheder markeres med lysere farver. Ved turbulens iblandes gule og grønne farver. Aliasering opstår, lige som ved PW-Doppler (se denne), når Nyquist-tallet overskrides. Rødt skifter til blåt og omvendt.
Fig. 6. Farve Doppler.Sektoren med farve Doppler målinger kan ændres i størrelse og flyttes rundt på 2D billedet. Jo smallere sektoren er, des højere er billedfrekvensen (frame rate, se figur 7a og 7b). Jo mindre sektoren når i dybden, des højere flowhastighed før aliasering. Farveskalaen er angivet ved en farvestang i den ene side af billedet. Herpå er grundlinien (baseline) samt maksimum hastigheder (scale) før aliasering angivet (se figur 8a og 8b). Hvis man kun er interesseret i flow i en retning, kan maksimal hastighed før aliasering øges ved at forskyde grundlinien (som ved PW-Doppler). Forskydning af grundlinien bruges bla. til PISA-beregning.
2D-gain indstilles, så der er et minimum af gråtone-signaler i kaviteten, hvilket forhindrer "drukning" af color-signalet.
Farve-gain indstilles ved at skrue op for forstærkningen af farve-signalet indtil der optræder støj, herfra skrues ned til støjen forsvinder. For høj farve gain erkendes ved baggrundsstøj og forvrængnig af kontinuitet af flowet (se figur 8c). For lav farve gain bør undgås idet flowet kan underestimeres og mindre flow forstyrrelser overses.
Farve Doppler er velegnet til at visualisere flow - dvs. dokumentere shunts og klapinsufficienser, men flow afbildes kun semikvantitativt.
 Fig. 7a. Stor sektor, lav frame rate (13 Hz). |
 Fig. 7b. Lille sektor, høj frame rate (22 Hz). |
| Fig. 8a. Mitralinsufficiens, korrekt farve gain og skala. | Fig. 8b. Mitralinsufficiens, korrekt farve gain, for lav skala. |
| Fig. 8c. Mitralinsufficiens, for høj farve gain, korrekt skala. | |
