Doppler ultrasonography in medicine

Doppler ultrasonography (also known as doppler ultrasound, DUS) is imaging techniquethat allows us to visualize blood flow through the arteries. It is a non-invasive and painless method that uses the principle ultrasound a Doppler effect. The examination is usually performed on the large veins and arteries of the upper or lower limbs or on the neck. It can be used as an alternative to imaging methods based on the use of X-ray such as venography or arteriography, in which a contrast substance is injected into veins/arteries before the X-ray is used.

Basic principles
left|250px |thumb|Princip dopplerovské ultrasonografie

Physical principle
Principle Doppler ultrasonography is based on Doppler effect, which describes the change in frequency and wavelength of the received versus the transmitted signal, caused by the non-zero mutual velocity of the transmitter and receiver. The first reflection occurs on the wall of the vessel, and further, when passing through the blood (suspension of blood cells), the effect of scattering occurs, especially on erythrocytes. The amount of waves that reach back to the probe is small (blood is almost anechoic), but it is enough to determine the frequency shift and also the speed of blood flow and the nature of the flow (laminar, turbulent) can be inferred from it. It is also based on the principle of ultrasound. Ultrasound waves with a frequency of 1 to 18 MHz pass through the body and are reflected from individual organs, or from transitions between tissues with different acoustic impedance.

Doppler systems
Doppler ultrasonography measurements can be performed in two basic groups of systems: CW mode is technically simpler, but only provides information about the average speed. It is mainly used to measure blood pressure in superficial vessels on the lower limbs.
 * CW mode working with unmodulated (continuous) carrier wave
 * PW mode working with impulse modulated carrier wave

PW mode allows you to determine, in addition to the flow rate, also the depth at which the reflection occurred. The measurement result in PW mode is displayed as a 2D image of the measured speeds. Current Doppler systems are directional, meaning that the velocity flow rate away from the probe is referred to as backward and toward the probe as forward.

Doppler imaging
right | 330px | thumb | Barevný doppler Depending on how the measured speed is displayed on the monitor, we distinguish several different displays. In general, we can divide them into spectral and color, but there are also other specific methods.

Duplex ultrasonography
It represents a combination of two-dimensional dynamic imaging and pulsed Doppler velocity measurement. The image of color duplex ultrasonography is composed of two parts - black & white and color. The black & white part contains morphological information and the color part information about the movement in the observed section.

Triplex ultrasonography
Triplex ultrasonography (color assisted duplex sonography) is a combination of B-imaging, color-coded blood flow and spectral recording. This detects the entire speed spectrum.

Doppler flow meter
A so-called  Doppler flow meter is used to measure the volume flow of blood liquid through a vessel. It consists of several parts and works in PW mode.

Echocontrast substances
It si not absolutely necessary to to use contrast substances for a Doppler ultrasound examination. Nevetherless, they are sometimes used, for example for liver examination or transcranial examination. Called echocontrast substances, they are given intravenously and take the form of gas microbubbles. They increase the echogenicity of the flowing blood, which causes an increase in the amplitude odf the Doppler signal and thus an improvement in the signal/noise ratio. The condition is that these microbubbles are able to pass through the pulmonary capillaries. Their use increases the diagnostic yield of ultrasonography.

Use in medicine
right| thumb | 330px | Barevný Doppler stenózy vnitřní karotidy Doppler ultrasonography má v medicíně široké uplatnění, a to zejména díky neinvazivnosti zákroku, snadné dostupnosti a nízké ceně, dále také nevyžaduje transport pacienta. Může jím být například diagnostikována jaterní cirhóza či Buddův-Chiariho syndrom. Používá se k zaznamenávání srdečního tepu plodu (tzv.fetální doppler), k nalezení místa vzniku krevní sraženiny, aneurysmat nebo k objevení případného poškození funkce srdečních chlopní. Mezi nevýhody této metody patří nízká prostupnost oblastmi s rozhraními s rozdílnými akustickými impedancemi (např. plyn ve střevě, plicní parenchym, kompaktní kost, podkožní tuk atd.) A také závislost určení správné diagnózy na zkušenostech lékaře.

Transkraniální dopplerovské vyšetření
Transkraniální dopplerovské vyšetření (TCD) je vyšetření průtoku intrakraniálním tepenným řečištěm. Představuje jeden z nejjednodušších způsobů tohoto vyšetření. Používají se k němu sektorové sondy s nízkou frekvencí asi 2 - 2,5 MHz , a to kvůli velkému útlumu ultrazvuku v kostech. Metoda TCD se provádí přes přístupová okna v lebce, která jsou propustná pro ultrazvukové vlnění. Transtemporálním oknem je umožněno zobrazení Willisova okruhu v axiální, popř. koronární rovině. Subokcipitálním oknem přes foramen magnum se zobrazují distální úseky vertebrálních artérií a artérie bazilární. Submandibulární a transorbitální přístupová okna jsou využívána jen výjimečně. Pomocí této metody se diagnostikují stenotické a okluzivní změny, které se často vyskytují na proximálním úseku střední mozkové tepny. Také je možno zjistit přítomnost vedlejšího oběhu Willisovým okruhem.

Diagnostika jater a portálního oběhu
Doplerovská ultrasonografie je dnes součástí každého ultrazvukového vyšetření břicha. Při diagnostice jater a portálního oběhu má barevný dopplerovský záznam významný přínos. V současné době se toto vyšetření doplňuje o počítačovou tomografii (CT) či nukleární magnetickou rezonanci (NMR).Tím zjistíme  portální hypertenzi, kolaterální oběh či obrácený směr průtoku, což jsou hlavní kritéria při diagnostice  jaterní cirhózy, portální trombózy či  Buddova-Chiariho syndromu.

Diagnostika urogenitálního systému
Toto zobrazovací vyšetření je také velmi vhodné pro diagnostiku  renovaskulární hypertenze, vyšetření transplantované  ledviny a vyšetření  skróta při podezření na torzi varlete. K vyšetření renálních tepen se používají, vzhledem k hloubce jejich uložení, nízkofrekvenční sondy (2-3 MHz) , k vyšetření skróta je naopak zapotřebí vysokofrekvenční sonda s frekvencí okolo 7 MHz , která dokáže zachytit i velmi pomalé toky.

Dopplerovská echokardiografie
Fetální echokardiografie je druh lékařského zobrazování, umožňující vizualizaci srdce vyvíjejícího se plodu. Je jedním z nejdůležitějších ultrazvukových vyšetření v těhotenství. Vrozené srdeční vady patří k nejčastějším vrozeným vývojovým vadám a jejich přítomnost nás může upozornit na komplexnější postižení plodu (genetické nebo chromozomální syndromy). Ideální období k provedení detailního vyšetření srdce je mezi 20. a 23. týdnem těhotenství.

Fetální Dopplerometrie
Výsledkem vyšetření je obraz na monitoru ultrazvuku, stejně jako zvuky průtoku krve cévami, pupeční šňůrou a srdcem. Pomocí fetálního Dopplera se můžeme ujistit, že je plod živý a vyvíjí se tak, jak má. Fetální doppler určený pro detekci ozev (srdeční činnosti) plodu. Určený pro použití v gynekologii, porodnictví i v domácí péči po 12. týdnu těhotenství.

Související články

 * Dopplerovská ultrasonografie
 * Dopplerovská zobrazení
 * Dopplerovská echokardiografie
 * Fetální Dopplerometrie

Externí odkazy

 * Lékařská ultrasonografie
 * Medical ultrasonography