Doppler imaging

Doppler imaging is a method of receiving and processing data obtained during Doppler sonography. In general, we can divide them into spectral and color, but there are also other methods that focus on working with specific data of received ultrasound.

Spectral recording
It is used to record the spectrum at the speed of a certain sampling volume in time. The vertical axis of the graph (the so-called Doppler spectrum) shows the Doppler shift, or the speed that the device calculates from the given values ​​of the insonance angle, the speed of sound propagation in the environment, the frequency of the transmitted sound and the measured value of the received frequency. If the monitored object is moving towards the probe, its velocity values ​​are displayed above the horizontal (time) axis, if it is moving away from the probe, its velocity is recorded below the axis. Since the Blood (individual Erythrocytes) does not always move at the same speed in the diameter of the vessel, we measure several speeds at one moment. In the graph, this fact corresponds to the amplification of the curve in a strip of varying width instead of a thin line.

The advantage of spectral imaginng is the accurate quantification of the output data.

Color Doppler recording (BD)
Color Doppler recording, also known as „color doppler“, is a method of color coding the flow. Rychlost toku je zobrazena red, if the movement is towards the probe, or in blue if the movement is away from the probe(it is worth noting that when mapping blood flow in vessels, these colors do not represent the differentiation of venous and arterial blood). Color brightness is a function of flow rate – the faster the liquid moves, the brighter the shade of that color is. Turbulent flow jis shown in  green.

Color Doppler Flow Mapping (CFM, CDI)
(Color Flow Mapping = CFM, Color Doppler Imaging = CDI)

Color Doppler flow mapping shows us two superimposed, integrated, images on the monitor (this is a Duplex display method). It has both characteristics as a B image in gray tones showing the morphology of the investigated area (ultrasound image)and as a color image that represents the measured frequency shift of reflected or scattered waves and in the form of color indicates the direction and speed of the flow.

The main advantage of this method is the simplification of orientation in vascular structures. Thanks to the color differences, we can easily distinguish the vessels through which Blood flows and other tissue spaces.

The disadvantage is the impossibility of displaying complete information about the flow – the average flow speed and flow direction are displayed only.

Color energy doppler (CDE, ED, CPA, CAI)
(Colour Doppler Energy = CDE, Energy Doppler = ED, Colour Power Angio = CPA, Colour Amplitude Imaging = CAI, Color Coding of Flow Energy, Doppler Power Mode, Power Mapping)

This method displays the energy that is generated on moving structures. The color shade of only one color (most often orange) in each pixel corresponds to the intensity of the reflected sound wave, i.e. actually the density of erythrocytes. A higher density of moving objects is normally expressed by a lighter shade, a lower density by a darker shade.

The main disadvantage of this display is that we cannot simultaneously read information about the speed or direction of blood flow. We can circumvent this shortcoming by using the Directional power Doppler method or by combining it with spectral imaging, in the so-called triplex mode. Furthermore, the method is sensitive to motion artifacts and that is why we have to choose a location where these disturbing elements can be avoided.

The great advantages are the independence of flow velocity and Doppler angle. Therefore, energy doppler is used to image small vessels, in which blood does not flow as quickly, and is also suitable for imaging organ perfusion. There is also no aliasing effect and noise is suppressed.

Dopplerovské zobrazení pohybů tkání (TDI)
thumb |left| 300px | TDI [[Srdce|mezikomorové přepážky srdeční.]] (Tissue Doppler Imaging = TDI)

Barevné zobrazení pohybů tkání umožňuje barevně zobrazit rychlost a směr i řádově pomalejších pohybů (1–10 mm/s), než je např. proudění krve v cévách.

Využití nachází především v |kardiologii (pohyby srdeční stěny), dále v |angiologii, kde se s její pomocí hodnotí elastické vlastnosti cévních stěn, či v |ortopedii, kde je předpokládáno její uplatnění při posuzování svalové kontrakce a pohybů šlach.

Harmonické zobrazení (THI)
thumb | 200px | [[Ultrazvuk srdce (bez THI).]] thumb | 200px | [[Ultrazvuk srdce (s THI).]] (Tissue Harmonic Imaging = THI)

Modifikace kontrastního ultrazvukového vyšetření, nazývaná „harmonické zobrazení“, má za cíl odstranění pohybových artefaktů, kvůli kterým je až 20 % pacientů konvenčním dvourozměrným ultrazvukovým zobrazením obtížně vyšetřitelných.

Ke zvýšení intenzity dopplerovského signálu se používají kontrastní látky, v tomto případě takové, které obsahují plynové bubliny o velikosti několika mikrometrů. Tyto bubliny při interakci s ultrazvukovými vlnami rezonují a vysílají vlnění vracející se zpět ke zdroji ve směru odrazu. Ono vlnění nevysílají o jedné jediné frekvenci, ale i o jejích vyšších harmonických násobcích. Nastaví-li se přijímač tak, aby nezpracovával odrazy základní frekvence, nýbrž pouze vlnění očekávané harmonické frekvence, bude výsledná informace vypovídat jen o strukturách obsahujících mikrobubliny (pohybové artefakty v základní frekvenci tak budou potlačeny).

Výhodou metody je zkrácení doby vyšetření pacientů obtížně ultrazvukem vyšetřitelných a zvýšení kontrastu při zachování rozlišovací schopnosti, což vede k snadnějším interpretacím výsledků.

Parametry měření
thumb | 300px | Aliasing: uprostřed obrázku si můžeme všimnout ostrých přechodů z červené do modré. (Triplexní metoda spojující barevného dopplera, B zobrazení a spektrální zobrazení.)

Pulzní repetiční frekvence (PRF)
(PRF, Doppler scale, vzorkovací frekvence)

Označuje množství impulsů, které přístroj emituje a přijme za jednu sekundu (o PRF tedy mluvíme pouze u pulzního dopplera, PW). Je třeba dát si pozor na Shannonův vzorkovací teorém a nastavit vzorkovací frekvenci nejméně na dvojnásobek nejvyšší frekvence vzorku. Omezení nejvyšší měřitelné rychlosti při dané PRF bývá označována jako Nyquistův limit. Nyquistova frekvence odpovídá hodnotě frekvence dopplerovského posunu (= rychlost), kterou ještě nevnímáme při dané PRF zkresleně.


 * Aliasing:
 * je zobrazení těch dopplerovských posuvů, které leží nad Nyquistovou frekvencí, na opačné straně nulové hladiny. Odpovídá to nečekaným signálům na opačné straně spektrálního zobrazení a náhlého přechodu z nejjasněji červené do nejjasněji modré při barevném dopplerovi. Dá se potlačit změnou PRF, nebo posunem nulové hladiny.
 * Separace toků:
 * se dá splést v barevném zobrazení s aliasingem. Jendá se také o přechod z červené do modré, ale v tomto případě je to přechod postupný, přes barvy odpovídající malým rychlostem a zobrazuje skutečnou bifurkaci toku krve.

Dopplerovský kurzor
thumb | 300px | Na obrázku je patrný dopplerovský kurzor jako přerušení bílé tečkované čáry. Dále si můžeme povšimnout aliasingu. (triplexní metoda) (vzorkovací objem, Doppler gate length)

je definovaná oblast, ze které přístroj snímá signál, v praxi tomu odpovídá průměr dané cévy. Nastavit se dá nejjednodušeji v duplexním režimu, který kombinuje barevné dopplerovské zobrazení a zobrazení B klasického ultrazvuku.

Větší rozsah vzorkovacího objemu, než je daná céva, zobrazuje i okolní tkáně, které mohou rušit signál. Při nastavení menšího rozsahu není k dispozici informace o průběhu toku v celé cévě a je třeba zesílit signál, takže vzniká šum.

Dopplerovský úhel
(Doppler angle)

je ostrý úhel, který svírá směr vysílaného ultrazvuku a směr toku snímaného předmětu. Teoreticky nejlepší výsledky by se měli pořídit při úhlu 0°, tato situace však v praxi skoro nenastává. Naopak při velikosti úhlu 90°, nemůžeme naměřit žádnou hodnotu (v praxi se kvůli nejednotnosti směru šíření všech vysílaných paprsků získá, nemá však dostatečnou vypovídající hodnotu).

Dopplerovský úhel musíme navolit tak, aby co nejvíce odpovídal skutečnosti. Při malých hodnotách úhlu se výsledná rychlost příliš nezmění, pokud uděláme malou chybu. Avšak při hodnotách 60° a výše již malá chyba může výsledek zkreslit až o desítky procent. Znovu platí, že dopplerovský úhel lze snáze zvolit, pokud je k dispozici duplexní režim.

Při použití lineárních sond se za účelem zmenšení dopplerovského úhlu dá také stranově posunout vysílaný zvuk.

Filtr
(wall filtr, thump filtr)

slouží k odstranění nežádoucích signálů z výsledného obrazu. Ultrasonografický přístroj přijímá informace i o pohybu okolních tkání, které jsou způsobeny například dýcháním nebo pulzací. Tyto pohyby odpovídají velmi nízkým dopplerovským posunům, které se dají z výsledku odstranit, pokud nastavíme dolní hranici přijímaných frekvencí. Spodní mez se může pohybovat od 25 do 1500 Hz, prakticky využitelné jsou hlavně hodnoty 50 až 300 Hz.

Při odstranění nízkofrekvenčních signálů můžeme ztratit i některé důležité údaje, například informace o pomalu tekoucích žílách. Některé moderní přístroje si umí poradit i s tímto nedostatkem a sami eliminují ty frekvence, které odpovídají pouze pohybům tkání v diagnosticky neatraktivním okolí (Dynamic Filter, Dynamic Motion Differentiation).

Další parametry

 * Priorita barevného záznamu
 * určuje místo ve výsledném obraze, které bude vybarvováno podle přijatých signálů. Pro krev (která se v ultrazvuku zobrazuje černě, je anechogenní) se navolí stupeň šedi pixelu, kterému bude přiřazen barevný záznam. Tato metoda ovšem může zabránit zabarvení pomalých toků a malých cév (ty nemusí být vždy naplněny krví).


 * Citlivost barevného záznamu
 * zvyšuje počet vyslaných impulsů na jednotku plochy, ale zároveň zpomaluje obrazovou frekvenci.


 * Perzistence barevného záznamu
 * ovlivňuje, jestli bude výsledná barva obrazu více proměnlivá, nebo vypočítaná z průměru několika na sebe navazujících hodnot přijatých signálů. Při snížení perzistence máme k dispozici vypovídající záznam proměnlivosti toku, zvýšená hodnota zase umožňuje zbavit se šumu.


 * Výstupní výkon
 * Množství energie, které se vyšle do vyšetřované oblasti označujeme výstupní výkon. Při jeho nadměrném navýšení může hrozit poškození organismu.


 * Příjmové zesílení
 * neboli zesílení přijímače je charakteristika zpracování přijatého signálu. Zvýšením této hodnoty zjasňujeme výstupní graf, ale také zvětšujeme šum.


 * Frekvence ultrazvuku
 * jedná se o frekvenci vysílaného vlnění. Přitom platí, že zvuk s vyšší frekvencí je snadněji absorbován tkání, takže neproniká tak hluboko jako zvuk s nižší frekvencí.


 * Inverze spektra
 * slouží k přetočení grafu spektrálního zobrazení kolem osy nulové hladiny. Toky směrem k sondě jsou v tomto případě zobrazovány pod osou a toky od sondy nad osou.

Související články

 * Dopplerovská ultrasonografie v medicíně • Dopplerovská ultrasonografie
 * Dopplerovská echokardiografie • Transkraniální dopplerovská ultrasonografie • Fetální Dopplerometrie • Dopplerovský průtokoměr
 * Dopplerův jev

Externí odkazy

 * Lékařská ultrasonografie (Wikipedia)
 * Medical ultrasonography (Wikipedia)