Knut Matre
Knut Matre, professor, dr.philos. Mai Tone Lønnebakken, postdoktor, ph.d.
Klinisk institutt 2, Det medisinsk-odontologiske fakultet, Universitetet i Bergen
Etter at en kunne kombinere ultralyd gråtonebilde (B-mode eller Brightness-mode) med dopplermålinger ble dopplerregistreringer en rutinemessig del av de fleste ultralydundersøkelser av blodkar.
Tidligere var «blind» doppler (stand-alone) brukt av noen spesialiteter, men det var en forholdsmessig vanskelig metode å utføre. Det å få markert doppler samplevolumet i bilde gjorde denne kombinerte undersøkelsen lettere. Nye apparater med muligheter for forskjellige dopplermålinger vil gjøre disse metodene enda viktigere og utføres nå av nye grupper av brukere. Dette kapittelet vil gå igjennom dopplermetodene, bruk av disse på både sentrale og perifere kar og nytteverdien av disse metodene.
Dopplermetodene har sitt navn fra Christian Andreas Doppler (1803-1852) som først beskrev at dersom en lydkilde eller tilhører er i bevegelse i forhold til hverandre blir frekvensen til lydkilden oppfattet annerledes av tilhøreren sammenlignet med hvis lydkilden sto i ro (dopplereffekten). Dopplereffekten opptrer ved alle bølgebevegelser inkludert lys, og Christian Andreas Doppler brukte effekten til å bevise at universet ekspanderer. Han utledet dopplerligningen som, noe omskrevet, også brukes ved medisinsk bruk av dopplereffekten. I kardiagnostikken bruker vi flere måter for å registrere og vise forskjellen i frekvens mellom utsendt og mottatt ultralyd (dopplerskiftet) som kan konverteres til hastighet vha dopplerligningen:
∆f =2f·v·cosθ/c
Hvor ∆f er dopplerskiftet, f er utsendt frekvens, v er blodstrømshastigheten, θ er vinkelen mellom ultralydstrålen og blodstrømmens akse og c er ultralydhastigheten i blod. Dersom vinkelen θ er kjent vil apparatet kontinuerlig regne ut blodets hastighet utfra denne ligningen. Ved dopplermetodene må vi sende ut mere ultralydenergi (lengre puls) og ofte bruke lavere frekvens sammenlignet med et B-mode bilde pga at refleksjon fra blod er svakere enn refleksjon fra vevsoverganger.
Dopplermetodene kan deles i to grupper, enstråledoppler (kontinuerlig doppler og pulset doppler) og flerstråledoppler (fargedoppler og amplitudedoppler).
Figur 1: Pulset doppler-registrering fra arteria mesenterica superior med høye hastigheter ved bruk av høy-puls-repetisjonsfrekvens doppler med to samplevolum langs strålen. Hjelpelinjen langs karets akse kompenserer for vinkelfeil. (Med tillatelse fra Fagbokforlaget).
Med kontinuerlig doppler (Continuous Wave Doppler – CWD) kan en måle alle hastigheter som kan opptre i hjerte-kar systemet, men en har ikke dybdeoppløsning. Derfor er CWD vanskelig å bruke hvis en må inkludere dopplershift fra flere kar samtidig. Denne modaliteten brukes nå mest innen kardiologi. Med pulset doppler (Pulsed Wave Doppler – PWD) kan en med dybdeinnestillingen bestemme hvor langs strålen en vil plassere samplevolumet. Man registrerer om en har dopplerskiftet ultralyd og dermed hvor en kan registrere blodstrømshastigheter ifølge dopplerligningen. Ved å bruke spektralanalyse av de forskjellige hastighetene vi har innenfor det såkalte samplevolumet (målevolumet) kan en får frem hastighetsfordelingen og hvordan denne varierer iløpet av hjertesyklus. Derfor kalles disse enstråleteknikkene spektraldoppler. En ulempe med pulset doppler er at den går i folding (engelsk aliasing) ved en viss hastighet. Dette vil føre til at høye hastigheter foldes og vises med motsatt retning. En har utviklet såkalte høy-puls-repetisjons-frekvens doppler (HPRF PWD), her kan en måle høye hastigheter, men får flere samplevolum langs strålen (se figur 1).
Med å registrere dopplerskift fra mange samplevolum langs strålen, så skanne strålen i f.eks lineærformat kan en registrere dopplerskift og dermed hastigheter i et utsnitt av B-mode bildet (Figur 2 A). Hastighetene kodes til en fargeskala, som oftest kommer skanneren opp med hastigheter mot proben som rødt, fra proben som blått og høye hastigheter (som er foldet) som gult eller grønt. Dermed kan en få en visualisering av blodstrømmen i et utsnitt av B-mode bildet. Fargedoppler er også en pulset teknikk og går derfor i folding ved forholdsmessig lave hastigheter og brukes derfor for å få en oversikt over karsegmentet i området. Figur 2 viser normal fargedopplerfremstilling av karotis-bifurkaturen, hastighetsspekter (med HPRF PWD) fra karotis communis, karotis interna og karotis externa
En alternativ måte å kode hastighetene er brukt ved amplitudedoppler (engelsk powerdoppler). Her vil alle hastigheter kodes med samme farge, og med hjelp av et filter vil en tidsmidle hastighetsvariasjonene iløpet av hjertesyklus. Fargeskalaen relateres til amplituden på dopplerskiftet slik at refleksjoner med lav amplitude tegnes med en annen farge. Denne brukes til å foreta en semikvantitativ måling av perfusjon og er også nyttig til å bestemme karlumen.
Figur 2: Normale funn karotisbifurkatur. A: fargedopplerbilde med B-mode bilde i bakgrunnen.
B: hastighetsspekter fra karotis communis. C: fra karotis interna. D: fra karotis externa.
Det er flere spesialmetoder som er utviklet for å optimalisere spesiell bruk av dopplermetodene. Disse vil her bare bli nevnt kort uten å gå i detaljer. Flere av disse har de siste årene fått større utbredelse.
Transkraniell doppler. Ved å redusere utsendt frekvens og å fokusere strålen (øke lokal intensitet) kan en måle i kar i hjernen i områder der en har tynt beinlag. Dette er en undersøkelse som i en del tilfeller erstatter invasive kontrastteknikker (1).
Kontrastforsterket doppler. Muliggjør måling i små og vanskelig tilgjengelige kar da en ved å injisere ultralyd-kontrastvæske i blodstrømmen øker amplituden på refleksjoner fra blod (2).
Vevsdoppler. Dette er en metode som er brukt innen kardiologi, her registreres hastighet på vev og ikke blod, dette kan en oppnå ved filtrering. Denne teknikken har vært brukt til å måle stivheten i arterier, men brukes lite da speckle tracking (mønstergjennkjenning, å følge bevegelsen til specklemønsteret) i B-mode bildet har vist seg å være en enklere metode i klinikken.
3D dopplermetoder. Med 3D dopplerteknikker vil en få visualisert blodstrømmen som farger i et 3D volum og ikke bare i et 2D plan. Denne teknikken kan ha fordeler ved visualisering av et komplisert kartre.
Dopplerundersøkelser brukes i dag nesten alltid i kombinasjon med B-mode bilde (gråtonebildet) og betegnes da som Duplex (B-mode og doppler) eller som Triplex (B-mode, PWD og fargedoppler).
Ved ultralyd gråtonebilde sees kar vanligvis som svarte ekkofrie sirkulære eller ovale strukturer avhengig av snittplan. De fleste kar i hjertekarsystemet som er store nok til å identifiseres i et B-mode bilde, vil kunne visualiseres med dopplerteknikker. Begrensningene ligger i dopplermetodenes romlige oppløsning og at karene er akustisk tilgjengelige (ultralyd går ikke gjennom bein og gass). De enkleste karene er de som er relativt overfladiske, her vil kvaliteten på dopplerregistreringen bli bedre pga høyere dopplerskift når en kan bruke høyere utsendt frekvens. Med dopplermetodene har vi et lignende kompromiss mellom kvalitet på registreringen og penetrasjon som en har for B-mode bilde.
Store kar som aorta og vena cava i abdomen kan som regel lett fremstilles med B-mode og dermed også med doppler bortsett fra hos de mest adipøse pasienter og når en har luft og innhold i tarmen. Aortabuen kan fremstilles med sektorprobe i jugulum eller sektorprobe i et interkostalrom. Thoracal aorta er vanskeligere og her må en ofte bruke transøsofagusprobe.
Bruk av doppler er en viktig metode ved undersøkelser av halskar (3). Undersøkelsen gjøres vanligvis først med B-mode hvor en skanner karotis communis, externa og interna for å få en oversikt over karsegmentet. Deretter skannes samme segment med fargedoppler og pulset doppler og en måler hastigheter. Fra B-mode skanningen vil en kunne registrere plakk med forskjellig ekkogenitet, myke plakk fremstilles med noe økt ekkogenitet og vil ofte være homogent. Et mere komplekst plakk kan være høyekkogent og et kalsifiserende plakk vil i tillegg kaste skygge. Dopplermetodene vil kunne registrere hastighetsøkninger og forandringer i kurveformen (Figur 3). Ved kraftige stenoser vil vi ha turbulens, spektralkurven vil da vise mange forskjellige hastigheter og et tegn på turbulens er at en har hastigheter i begge retninger (virveldannelse distalt for stenosen), se figur 1. En gradering av stenosen kan gjøres på forskjellige måter (4).
Figur 3: Stenose i arterie karotis interna. A: Fargedoppler med flere foldinger av fargene på grunn av høy hastighet, B: Hastighetsspekter med høye hastigheter både i systole og diastole.
Flere viktige arterier går ut fra bukaorta og disse kan være en utfordring å fremstille godt. Kar med avgang fra aorta (a. mesenterica, nyrearterier, truncus coeliacus, a. iliacae communis) må undersøkes med relativt lav frekvens pga at de ligger dypt i abdomen. Ved økende dybde blir foldingsgrensen for pulsede teknikker lavere enn for overfladiske undersøkelser. Derfor må en ofte bruke HPRF for pulset doppler når en skal måle hastigheter (som i figur 1). En må da passe på at samplevolumene langs strålen bare ligger over ett kar slik at en ikke blander dopplerskift fra flere kar. For å utelukke stenoser i disse karene er det viktig også å skanne alle disse arteriene med dopplermetoder. Nyrearterien er en av de arteriene hvor en har brukt analyse av kurveformen som et mål for resistens og pulsatilitet, (Resistensindex, RO=Vsys – Vdia/Vsys) og pulsindex (PI=Vsys – Vdia/Vmidlet) (5).
Alle dopplerteknikker måler blodstrømshastighet og ikke blodstrøm. Men blodstrøm i ml/min kan beregnes fra midlet hastighet (v) og tverrsnittsareal (A) (Q = v A). For at dette skal bli nøyaktig må en ha en god spektraldopplerregistrering med et samplevolum som dekker det meste av karets lumen, ha kontroll på vinkelen mellom ultralydstrålen og blodstrømmen i tillegg til et godt mål for tverrsnittsareal. Hvis en bruker et diametermål for å beregne tverssnittsareal må en kontrollere om arealet er sirkulært. Vinkelen kan lettere kompenseres da de fleste skannere nå har en hjelpelinje som plasseres langs karaksen.
Doppler brukes ofte i abdomen til å identifisere ekkofrie eller hypoekkoiske strukturer. Er dette en arterie, vene, lymfe eller en annen væskeansamling? Her må en huske at en totalokkludert vene eller arterie ikke vil gi noe dopplerlyd. Det er en tendens til mer kvantitative målinger av hastighet også for abdominal bruk av dopplermetodene.
En viktig anvendelse av dopplerteknikker er perifere vener og arterier (6). Her kan høy ultralydfrekvens brukes fordi karene ikke ligger så dypt. Trange arterier, venetrombose og åreknuter er vanlige kliniske problemstillinger hvor bruk av dopplerteknikker er nyttig. Det vises for øvrig til relevant litteratur om dette temaet (4).
Ultralydundersøkelser av kar inkludert dopplermetodene har erstattet flere invasive metoder og metoder basert på ioniserende stråler. En kan få en oversikt over:
Akkurat som B-mode bildet, har dopplermetodene også blitt vesentlig bedre med mindre støy og med bedre romlig oppløsning. Støy er fortsatt et problem, spesielt hos
pasienter som er vanskelige å undersøke. Også vinkelfeil kan være en feilkilde når blodstrømshastigheten i kar måles. Disse faktorene kan være en utfordring f.eks ved kar som ligger dypt i abdomen, men også her er metoden nå blitt vesentlig bedre.
Fortsatt er dette en praktisk undersøkelsesmetode og krever erfaring og innsikt for at den skal bli optimal. Innstilling av skanneren, selv om nå dette delvis er automatisert, er fortsatt viktig ved dopplerundersøkelser.
Ultralyddiagnostikk av kar utføres innen flere spesialiteter. De største miljøene for vaskulære ultralydundersøkelser i Norge har vært Oslo Vaskulære Senter, Oslo universitetssykehus, Aker og Karkirurgisk avdeling, Haukeland Universitetssykehus. Men også nevrologer, radiologer, gastroenterologer, kardiologer og andre benytter metoden. Med økende interesse for bruk av små, lett transportable (lommeultralyd) og relativt rimelige ultralydapparater vil også nye brukere ta i bruk denne teknologien, noe som vil øke behovet for opplæring og kvalitetssikring.
