Renkli Doppler Ultrasonografi Fiziği
Doppler etkisi, ilk kez 1842 yılında Avusturyalı fizikçi Johann Christian Doppler tarafından tanımlanmıştır. Doppler etkisi; ses, ışık ya da diğer dalgaların frekansındaki değişikliktir. Doppler prensibi, hareketli bir sınırdan enerji yansıdığı zaman, yansıyan enerjinin frekansı hareket eden sınırın hızına göre değişiklik göstermektedir. Elektronik teknolojisindeki büyük ilerlemeler sayesinde bu fizik kuralı uygulamaya geçirilerek, kan akımının kalitatif ve kantitatif temel yöntemi konumundaki Doppler ultrasonografi geliştirilmiştir. Doppler ultrasonografi incelemeleri için oluşturulan ses kaynağı transduser içerisinde bulunan ve hem sesi yayan hem de geri dönen ekoları alan piezoelektrik kristaldir
Doppler etkisinde, ses kaynağı bir yöne doğru hareket ettiğinde ses dalgaları, ses kaynağının gidiş yönü istikametinde komprese olur ve dalga boyu kısalır. Kaynağın tersi yönde ise, ses dalgası genişler ve dalga boyu uzar. Bu nedenle sabit kaynaktan yayılan ses dalgalarını, gidiş yönündeki alıcı daha yüksek frekansta, tersi yöndeki ses alıcısı ise daha düşük frekansta saptar. Ses alıcısı hareketli, ses kaynağı sabit iken de oluşturulabilmektedir. Ses kaynağı yönünde hareket eden bir alıcı, daha fazla sayıda ses dalgası ile karşılaşır ve daha yüksek frekansta algılar
Doppler ultrasonografi ile akım incelemesi yapılırken eko kaynağı eritrositlerin yüzeyidir. Ortalama eritrosit yüzey çapı 7 milimikron olup gönderilen ultrason dalga boyu eritrosit yüzeyinden çok büyük olduğu için (300 milimikron) kan akımındaki eritrositlerden sesin saçılması ortaya çıkar. Saçılan ses üst üstte binerek transdusere ulaşır. Bu tip saçılma olayına Rayleigh-Tyndall saçılması denir
Doppler ultrasonografi ile kan akımı değerlendirilirken temel prensip, damara belirli bir açıyla gönderilen ultrason ses demeti frekansının, akımın yönüne ve hızına göre değişmesini saptamaktır. Bu değişim, Doppler eşitliği veya Doppler frekans şifti ile ifade edilir ki buna göre; ses demetinin damar duvarı ile yaptığı kosinüs açısı, kan akım hızı ve transduser frekansı ile doğru orantılı iken sesin dokudaki hızı ile ters orantılıdır.
Akış halindeki kan hücrelerinden geri dönen dalganın frekansı, gönderilen dalganın frekansından büyük ya da küçük olabilir. Frekansta artma pozitif Doppler şifti, azalma ise negatif Doppler şifti olarak tanımlanır. Doppler cihazlarındaki Doppler şift fonksiyonu, akımın transdusere yaklaştığını veya uzaklaştığını belirlemek için kullanılır. Renkli Doppler için ileri akım kırmızı, ters akım mavi renklidir. Dupleks Doppler cihazlarında ileri akım sıfır çizgisinin üzerinde, ters akım sıfır çizgisinin altında yer alır
Renkli Doppler Ultrasonografi Yöntemleri
a- Continuous Wave ( Sürekli Dalga ) Doppler b- Dupleks ( Spektral ) Doppler c- Renkli Doppler
a- Continuous Wave ( Sürekli Dalga ) Doppler
Doppler verilerini değerlendirmenin en basit yöntemidir. Bu sistemde aletin probunda biri devamlı ses dalgası üreten, diğeri ise dönen dalgalan saptayan sırt sırta yerleştirilmiş iki transduser vardır. Yöntemde saptanan frekans değişikliği ses şeklinde verilir. Dinleyerek akımın hızı pulsatilitesi ve türbülansı değerlendirilir.
b- Dupleks ( Spektral ) Doppler
Bu yöntemde Doppler bilgileri, puls şeklinde gönlendirilen ses demeti ile elde edilir. Puls olduğu için eko süresi hesaplanarak lokalizasyon yapılabilir. Pratikte B-mode görüntüleme ile pulsatil dalgalı Doppler kombine edilerek kullanılır. Doppler analizi yapılacak bölgenin lokalizasyonu, boyutu ( range-gate ) ve gönderilen ses demetinin açısı, B-mode görüntü üzerinde işaretlenir. Dönen ekolardan çıkarılan frekans farkı monitörde hız/zaman veya frekans/zaman grafiği şeklinde real-time olarak izlenebilir.
Dupleks Dopplerde B-mode yöntemi ile kan damarlarının patomorfolojisi incelenir. B-mode görüntülerle daralma, trombüs, aterosklerotik plak ve plağın durumunu demonstre etmek çok önemlidir. Kan akım yönüne göre transduserden uzaklaşan akım horizontal çizginin üstünde, yaklaşan akım ise altında yazdırılır.
Akım içindeki hız dağılımı, spektrumun genişliğini belirler. Normalde spektral genişlik oldukça dardır. Akım bozulduğu veya türbülans oluştuğunda spektral genişlik artar. Spektrum genişlemeleri akım bozulması dışında, damar duvarından gelen yansımalarda, bifurkasyonlarda, büküntülü damarlarda ve yüksek gain değerlerinde de izlenebilir.
Belirli hızlarda akan eritrosit miktarları göreceli olarak spektrumun parlaklığı ile gösterilir. Laminer akımda dış parlak kenar, eritrositlerin maksimum hızdaki hareketlerini yansıtır. Doppler spektrumunda, akımın önemli özelliklerini ölçmede kullanılan bazı indeks ve parametreler mevcuttur. Bu parametreler aşağıda sıralanmıştır.
-Pik sistolik hız (PSH) = Maksimum sistolik hız (MSH) -End diastolik hız (EDH) = Diastol sonu hız (DSH) -Ortalama hız (OH)
-Pulsalite indeksi (Pİ) = MSH - DSH / OH -Rezistif indeks (Rİ) = MSH - DSH / MSH
Bu indeksler, vasküler akıma karşı direnci ortaya koymada ve organ perfüzyonunu değerlendirmede oldukça önemli bilgiler verir
c- Renkli Doppler
Doppler teknolojisinde, birden çok sinyalleri aynı anda işleyebilen sistemler geliştirilmiştir. Akıma ait Doppler bilgisi, dokuya gönderilen bir puls çizgisi boyunca birçok örnek hacim alınarak elde edilirse, multigate Doppler yapılmış olur. Bu şekilde birçok örnekleme ile elde edilen akım bilgisi transduser yönü ve hızına göre renklendirilip B-mode'daki damar görüntüsünün içine yerleştirilince renkli Doppler görüntüleme elde edilir. Renkli Doppler görüntüleri akım hakkında kalitatif ve kısmen de kantitatif bilgiler verir. Bu nedenle, pratikte çoğunlukla grafik şeklindeki Doppler spektrumu kullanılır. Dupleks Dopplerden tek farkı, damardaki akımın renkli olarak gösterilmesi olduğundan bu yönteme, Renkli Dupleks Doppler Yöntemi adı da verilir.
Renkli görüntülemede rengi faz şifti, renk tonunu ise frekans şifti belirler. Yöntemin akım farklılığını saptamadaki duyarlılığı radyolojide kontranst rezolüsyonunun, akımı saptamadaki duyarlılığı ise geometrik rezolüsyonun karşılığıdır. Renk satürasyon kodlamasında transdusere göre akımın yönü mavi veya kırmızıdır. Akımın hızı, rengin tonları ile belirtilir. Açık parlak tonlar hızlı akımı, koyu tonlar yavaş akımı gösterir.
Bir renkli akım bilgisi elde edebilmek için, ortalama 10 puls gerekmektedir. B-mode ultrasonografide her tarama için bir puls yeterlidir. Bilgi toplama zamanının büyük bir bölümü Doppler bilgisi için geçmektedir.
Gri skalada, geniş band kalınlığında kısa pulslar, renkli görüntülemede ise dar band kalınlığında uzun pulslar gerekmektedir. Renkli görüntülemede frame hızı, B-mode gri skaladan düşüktür.
