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.
Oküler Kan Akımı
İnsanlarda toplam oküler kan akımı yaklaşık l ml/dk' dır. Toplam kan akımının % 2-5 retinaya ulaşırken diğer kısmı koroidde dağılır. Gözün kan akımı oftalmik arter tarafından sağlanmaktadır. Oftalmik arterdeki kan basıncı, brakial arterdeki kan basıncının 2/3' üdür. Gözün perfüzyon basıncı ise bu değerden azdır. Bunun nedeni de 10–21 mmHg arasında değişebilen göz içi basıncıdır
Oküler perfüzyon basıncı şu şekilde formüle edilmiştir. Ortalama OPB= 2/3 [DKB+1/3 (SKB-DKB) ]-GIB OPB: Oküler perfüzyon basıncı DKB: Diastolik kan basıncı (brakiyal) SKB: Sistolik kan basıncı (brakiyal) GİB: Göz içi basıncı
Gözün kan akımı pulsatildir ve göz basınç değişikliklerinden etkilenir. Ortalama oküler pulsatil kan akımı 0.724 ml/dk' dır (13). Retinal kan akımı ortalama 0,033 ml/dk' dır. Retinal arteriyollerde kan akımı santralde sabit hızlı olup perifere gidildikçe giderek genişleyen bir patern izlemektedir. Bu da end arteriyel sistemlerin ortak özelliği olan retinal arteriyol ve venüllerde akım hızlarının birbirine eşit olması ilişkisini gösterir. Retinal dolaşımdaki akım hem santral arter hem de vende pulsatildir. Retinanın temporal kısmındaki kan akımı nazal kısmından fazladır. Bunu temporal kısmın yüzeysel olarak daha geniş olmasına ve makulanın yüksek metabolik aktivitesine bağlamak mümkündür
İntraoküler retinal arteriyol çaplarının venüllerden daha küçük olmasına bağlı olarak arteriyollerdeki akım hızı venüllerden fazladır (6). Retina hücrelerinin yüksek metabolik aktivitesine bağlı olarak retinal kan akımını düzenleyen bir mekanizma vardır. Kan akımına karşı olan direnç sabit değildir, doku ihtiyacına göre dinamik olarak regüle edilmektedir. Regülâsyon mekanizmaları; değişken koşullara rağmen oküler kan akımını sabit tutmaya çalışır, buna otoregülasyon mekanizması denir. Retinal kan akımı otoregülasyonunda miyojenik faktörler, lokal oksijen ve karbondioksit miktarı, pH ve metabolitler rol oynadığı düşünülmektedir. Yine otoregülasyonda lokal olarak salınan transmitterlerin de rol alması olasıdır (8,13,15,16). Bazı farmokolojik ajanların ise otoregülasyon mekanizmasının hedefini değiştirdiği bilinmektedir (8). Otonomik sinir sisteminin etkisi kesin olarak bilinmemektedir. Retinal damarların ekstraoküler seyirlerinde otonomik reseptörler tesbit edilmiş olmasına karşın İntraoküler retinal dolaşımda bulunmazlar. Üveal dokularda ise otonomik reseptörler mevcuttur ve kan akımı otonom sistem aracılığıyla değiştirilebilir
Koroidal dolaşım ise oküler kan akımının % 85' ini oluşturur. Koroiddeki arter ve arteriyoller koryokapillaris tarafından retinadan ayrılır. Bu düzenleme ile retinanın metabolitleri koroidal vasküler direnci çok az etkiler. Koroidin bu nedenle otoregülasyonu yoktur. Koroidal dolaşımdaki yüksek kan akımı ve düşük substrat harcaması da retinal metabolizmanın etkisini azaltıyor olabilir.
Koroid, retinadan farklı olarak, göz içi basıncındaki dalgalanmalara duyarlıdır. Buna karşın koroiddeki yüksek akım hızından dolayı retina glukoz ve oksijen ihtiyacı ayarlandığından göz içi basıncındaki orta derecedeki değişikliklerden retina beslenmesi etkilenmez Oküler perfüzyon basıncı düşüklüğüne retinal ve koroidal dolaşım cevapları farklıdır. Koroidal dolaşım azalırken retinal dolaşım sabit kalır
Oküler kan akımları postür değişikliklerinden de etkilenir. Ayakta yapılan ölçümlerde oftalmik arterdeki perfüzyon basıncı yatar pozisyondakinden 10 mmHg daha azdır. Postüre bağlı olarak pulsatil kan akımında % 27,5' a varan değişiklikler gözlenebilir
Artmış göz içi basıncı, ön üvea, koroid ve retinada kan akımı azalmasına yol açar. Retinal kan akımı, 30–34 mmHg göz içi basıncına dek otoregüle edilebilir. Ancak kritik kapama noktasından sonra kan akımı azalmaya başlar Retinaya ulaşan ışık miktarına bağlı olarak da retinal kan akımında regülasyon gözlenirken, korodial kan akımında değişiklik olmaz .
OKÜLER KAN AKIMI ÖLÇME YÖNTEMLERİ
İnsan ve hayvan gözünün hemodinamiğini ölçmek amacıyla birçok teknik geliştirilmiştir. Gözün kan akımı şu açılardan ilginçtir.
1- Birçok lokalize ve sistemik hastalıklar gözün damar sistemini etkiler.
2- Göz, yüksek göz içi basıncı nedeniyle sıradışı hemodinamik özelliklere sahiptir.
3- Otoregülasyona sahiptir. Sistemik ve oküler hastalıklarda kullanılan farmokolojik ajanlar kan akımını etkiler.
İnsanlarda; fundus floressein anjiyografı, çift yönlü lazer Doppler hızmetre ( bidirectional laser Doppler velocimetry ), laser benek fenomeni ( laser speckle phenomenon ) gibi kan akımını saptamak için retinanın görüntülenmesini gerektiren tekniklerde sonuçların güvenilirliği tartışmalıdır. Bu tekniklerde retinanın rahat görülebilmesi için kullanılan sempatomimetik veya antikolinerjik etkili ilaçlar kan akmını etkilemektedir
Retinal damarların çapını kullanarak kan akımını ölçen teknikler de yeterince güvenilir değildir. Bu tekniklerde refraksiyon kusurları, aksiyel uzunluk, keratometre sonuçlarının düzeltilmesi gereklidir. Mavi alan entoptik fenomeni ile yapılan maküler kan akımı ölçümlerinde hastanın kooperasyonu ve görme keskinliği test sonucunu önemli ölçüde etkiler.
Oküler pulsatil kan akımını ölçen metodlarda, toplam oküler kan akımının pulsatil bölümünün ölçümü için sistemik nabız basıncıyla göz içi basıncında oluşan değişiklikten yararlanılır. Göz içi basıncındaki değişiklikler tonografı ile ölçülür. Sistemik basınçla kan alanındaki varyasyona bağlı göz içi basıncındaki ekstrapolasyon kadavra gözlerinde hacim değişikliklerine neden olur. Miyopi gibi sklera sertliğinin değiştiği durumlarda ekstrapolasyon yanlış sonuçlara neden olur. Pulsatil oküler kan akımı ölçülen teknikler tahmini değerler kullandıkları için güvenilirlikleri düşüktür. Yine bu teknikler kan akımının nonpulsatil bölümünü ölçemezler.
Oküloossilodinamografı tekniğinde bir tonometre ve skleraya uygulanan emici kaplardan yararlanılır. Göz içi basıncı arttırılarak, retinal ve koroidal dolaşımdaki akımın durduğu an tonometreyle kaydedilir. Bu teknik invazivdir ve gözde iskemi benzeri fizyolojik olmayan bir durum yaratmaktadır. Göz içi basıncının arttırılması sırasında emici kabın etkisi ile gözün büyüklüğü de değişmektedir. Bu nedenle güvenilirliği sınırlıdır
Göz Normal Vasküler Anatomisi
Arteriyel Sistem
Göz, retinal ve koroidal olmak üzere çift arteryel beslenme sistemine sahiptir. Gözü besleyen tüm arterler oftalmik arterden kaynaklanırlar. Oftalmik arter internal karotid arterin ilk dalıdır ve kavernöz sinüsten çıktıktan sonra orbitaya optik kanaldan optik sinirin alt ve dışından komşu olarak girer . Orbital kavitede kısa bir süre optik sinir lateralinde ve lateral rektus kasının, abdusens ve okülomotor sinirlerinin, silier gangliyonun medialinde seyreder. Daha sonra mediale dönerek, optik siniri çaprazlar (8– 10). Orbita medialinde, medial rektus ile superior oblik kasların arasından geçerek, optik sinirin nazalinde dorsonazal ve supratroklear dallarına ayrılarak son bulur (8,10–12). Oftalmik arterin tüm kısımları normal kişilerde görülebilir, ancak dallanması ve orbitadaki seyri sabit değildir. Seyri çok kıvrımlı olabilir ve insanların %15'inde optik siniri üstten değil, alttan çaprazlar. Oftalmik arterin dallarından çoğu orbitanın arka 1/3'ünden çıkarak öne doğru ilerler. Bu majör dallardan önemlileri şunlardır:
Santral Retinal Arter: Oftalmik arterin ince bir dalıdır, 0.3 mm çapındadır. Oftalmik arterden ayrıldıktan sonra bulbusun yaklaşık 12 mm gerisinden optik foramenin distalinde optik sinire girer, sinirin ortasında santral retinal ven ile beraber seyreder. Lamina kribrozayı delerek göze girer, üst ve alt dallarına ayrılarak retinanın iç katlarına dağılır Tüm sağlıklı erişkinlerde optik sinirin distal 0,5–1 cm' lik kısmında görülür .
Posterior Silier Arterler: Uzun ve kısa dallardan oluşur. Uzun arka silier arter genellikle iki tanedir ve oftalmik arterden optik siniri çaprazladığı yerde ayrılır. Optik sinirle beraber ilerler, sklerayı medial ve lateralde delerek göze girer. Sklera ile koroid arasında silier cisme ilerler, üst ve alt dallarına ayrılır. Ön silier arterlerle anastomoz yaparak irisin majör arteriyel halkasını oluştururlar. Arka silier arterler koroidi beslerler Kısa arka silier arterler genellikle 6–8 adettir.
Oftalmik arterden optik siniri çaprazladığı yerde ayrılır. 10–20 dala ayrıldıktan sonra optik sinirle beraber seyreder. Sklerayı optik sinirin giriş yerinin etrafında deler ve ekvatora kadar koroidi besler. Burada uzun arka silier arterlerin rekürren dalları, irisin majör arteriyel halkasının dalları ve ön silier arterler ile anastomoz yapar. Uzun ve kısa arka silier arterler floresein fundus anjiografideki koroidal dolumdan sorumludurlar.
Lakrimal arter: Oftalmik arterden, optik sinir lateralinde ayrılır. Lateral rektus kasının üst yüzünde laterale ve öne doğru uzanır. Lakrimal gland, göz kapakları, göz küresi ve kasları besleyen dallara ayrılır
Supraorbital arter: Oftalmik arterden değişik lokalizasyonlarda çıkabilir. Öne doğru seyrederek supraorbital çentikten gözü terkeder ve üst göz kapağı, alın ile kafa derisini besler
Supratroklear arter: Oftalmik arterin terminal dalıdır. Üst oblik kasın trokleası üzerinden geçer, orbital septumu delerek orbitayı terkeder ve alın üzerinde yukarı doğru seyreder
Göz Anatomisi
Oküler bulbusun içerisinde bulunduğu orbital kavitenin tavanını frontal kemik, lateral duvarını zigomatik ve sfenoid kemikler, tabanını maksiller kemik, medial duvarını ise maksiller, lakrimal, etmoid ve sfenoid kemikler oluşturur. Bulbus, ince fasyal bir kılıf ile örtülü olarak orbital kavitede yağ dokusu 6657156içerisine yerleşmiştir. Optik kanal, sfenoid kemik küçük kanadında yer alır ve içerisinden optik sinir ile oftalmik arter geçer.
Oküler bulbusu anteriorda örten göz kapaklarının ön yüzü deri ile, arka iç yüzü konjunktiva denilen müköz zarla kaplıdır. Bu ikisi arasında kas ve fıbröz tabaka bulunur. Göz kapaklarının fıbröz yapıları, septum orbitale denilen zarımsı tabakadan meydana gelmiş olup bu septum ile orbita kenarına tutunur ve periostium ile devam eder. Konjunktiva, göz kapağını döşeyip forniksler vasıtasıyla göz küresinin ön yüzüne atlar.
Bulbusun Tabakaları
Tunika Fibroza: Opak bir yapıda olan sklera ve önde saydam olan korneadan oluşmuştur. Sklera, beyaz renkli olup yoğun fıbröz dokudan meydana gelir ve kalınlığı 1mm'dir. Lamina kribroza, optik sinir lifleri ile delinen sklera alanı olup oldukça zayıf bir alandır. Beyin omirilik sıvısı basıncının artışıyla göz küresinin içerisine doğru çıkıntı yaparken, göz içi basıncı arttığında ise dışa doğru tümsek yapar ve oftalmoskop ile görülebilen çukur bir disk oluşturur. Sklera, önde limbus kornea ile devam ederken kornea ise arkada humor aköz ile temas halindedir.
Tunika Vasküloza: Arkadan öne doğru koroid, korpus siliare ve iristen oluşur. Koroid dışta pigmentli tabaka, içte ise vasküler yönden zengin tabakadan meydana gelir. Korpus siliare oluşumunda yer alan siliyer kasların kontraksiyonu ile lensin kırıcılık gücü artar ve akomodasyon sağlanır. Prosessus siliaris humor aközü yapan kısımdır. İris, incelip kısalabilen, pupilla denen santral deliği bulunan pigmentli bir diyafram olup humor aköz içerisinde asılı olarak yer alır.
Tunika Nervoza: Retinal tabaka da denilir. Retina, dışta pars pigmentoza içte ise pars nervoza adlı iki tabakadan oluşur. Retinanın ön parçası reseptif (alıcı) değildir ve sadece pigment hücreli epitelden meydana gelir. 3/4 arka parçası, reseptör organ olup buranın merkezinde maküla lutea adlı oval sarı bir alan bulunur ki retinanın en belirgin görüntü veren kısmıdır. Burada, fovea santralis denen santral görmeyi sağlayan bir çöküntü alanı yer alır.
Optik sinir, retinayı maküla luteanın iç yan kenarının yaklaşık 3 mm uzağında optik disk ile birlikte terk eder. Bu diskte basil ve koni hücreleri bulunmadığı için ışığa duyarsız olup "kör nokta" olarak adlandırılır.
Bulbus içerisindeki oluşum ve boşluklar
Ön Kamera: Korneanın arka yüzü ile lens ve irisin ön yüzü arasında kalan boşluk olup derinliği merkezde 3 mm'dir.
Lens: Bikonveks kapsülle sarılı, şeffaf bir yapıda olup irisin arkasında, korpus vitreusun önünde yer alır. Lens, prosessus siliarisle çevrelenmiştir, akomodasyonu sağlar. İleri yaşlarda lensin elastikiyeti azalır, katılaşır ve sonuç olarak yakına uyum güçleşir. Lens, korpus ve nükleustan oluşan damarsız bir yapı olup humor aközden diffüzyonla beslenir.
Arka Kamera: Lensin yan tarafı, iris ve korpus siliare ile sınırlanan boşluk alanıdır. Humor aköz, pupilla vasıtası ile ön kameraya girer ve iridokorneal köşeden geçerek Schlemm kanalına dökülür.
Korpus Vitreus: Göz küresinde lensin arka bölümünü dolduran saydam bir jeldir.
