dr n. med. Arkadiusz Zegadło

dr hab. n. med. Joanna Wierzbowska, prof. nadzw. WIM

dr n. med. Artur Maliborski

Korzenie sonografii sięgają starożytnej Grecji. Pitagoras, znany z odkrycia równania trójkąta prostokątnego, wynalazł sonometr, który był używany do badania dźwięków muzycznych. Boethius był pierwszym badaczem, który porównał fale dźwiękowe do fal wytwarzanych przez kamyk upuszczony do spokojnej wody¹. Najważniejszym do dziś zastosowaniem ultradźwięków w medycynie było wykorzystanie zjawiska przesunięcia dopplerowskiego, opisanego już w 1842 roku przez Christiana Dopplera, austriackiego fizyka i astronoma, potwierdzonego empirycznie przez holenderskiego fizyka C.H.D. Ballota w 1844 roku^2,3. W roku 1880 dwaj francuscy naukowcy i bracia Pierre i Jacques Curie odkryli piezoelektryczność kryształów baru, co dało początek dalszemu rozwojowi świadomego wykorzystywania potencjału dźwięków⁴. Ponieważ zachodzi też odwrotność efektu piezoelektrycznego, kryształy te mogą zarówno nadawać, jak i odbierać dźwięk. Urządzenia piezoelektryczne stały się elementem przetworników ultradźwiękowych, w tym głowic do badań ultrasonograficznych⁵.

Początkowo sonografia była wykorzystywana w budownictwie oraz przez wojsko w czasie II wojny światowej, a jej rozwój zbiegł się w czasie z rozwojem lotnictwa i marynarki wojennej. Pierwszy skaner B-mode został wykonany w 1951 roku przez Wilda i Reida, a komercyjna produkcja sonografów ruszyła już w 1963 roku⁶.

Na początku badania dopplerowskie dotyczyły dużych struktur naczyniowych. W kardiologii pierwsze próby wykorzystania zjawiska Dopplera były podjęte w 1956 roku⁷. W 1989 roku amerykański zespół badaczy pod przewodnictwem Ericksona i Hendrixa opublikował pierwszą pracę naukową o wykorzystaniu zjawiska Dopplera w okulistyce⁸.

Efekt Dopplera

Ultrasonografia dopplerowska opiera się na zjawisku obserwowanym dla fal dźwiękowych i promieniowania elektromagnetycznego, charakteryzującym się zmianą częstotliwości fali odbitej od ośrodka w ruchu. Tym ośrodkiem jest zwykle ruch krwi w naczyniu. Przetwornik wysyła i odbiera fale dźwiękowe, które są odpowiednio wzmocnione i przetworzone. Różnicę między częstotliwością fali wysłanej (Fw) i fali odbitej (Fo) nazywamy przesunięciem dopplerowskim lub efektem Dopplera (ΔF).

Jego wielkość zależy od częstotliwości Fo, prędkości ośrodka będącego w ruchu (V) i prędkości fali ultradźwiękowej w tkankach (Vt). Zależności między zmiennymi opisuje równanie Dopplera:

(ΔF) = Fw − Fo = 2 × Fw × V/Vt × cos α

Kąt α zwany kątem insonacji (lub kątem Dopplera) określa kąt między kierunkiem fali ultradźwiękowej a osią długą naczynia, która opisuje drogę, po której przemieszczają się krwinki w naczyniu. Gdy przetwornik jest równoległy do naczynia krwionośnego, wartość cos kąta 0º wynosi 1. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, w prawidłowym pomiarze przesunięcia dopplerowskiego należy uwzględnić jego wartość, zmieniając nastawy aparatu. W praktyce używanie bardzo małych kątów może prowadzić do trudności technicznych, ponieważ to ściana naczynia może całkowicie odbić falę, a nie poruszające się krwinki. Dlatego w praktyce klinicznej do oceny przepływów najczęściej stosuje się kąty do 30º. Należy unikać kątów przekraczających 60º, ponieważ w tym przypadku nawet małe błędy oszacowania kąta Dopplera spowodują bardzo duże błędy korekcji. Należy pamiętać, że korekcja kąta insonacji jest ręczna, a nie dokonywana przez sprzęt, dlatego powinna być za każdym razem dopasowana do przebiegu naczynia.

Podstawowe informacje o badaniu USG z użyciem funkcji Dopplera

Obrazowanie metodą kolorowego dopplera (CDI – color Doppler imaging) jest połączeniem standardowych obrazów ultrasonograficznych w skali szarości (tzw. prezentacja B) z informacją o kierunkach poruszających się struktur (najczęściej krwinek), uzyskaną za pomocą obliczenia przesunięcia dopplerowskiego w obszarze pomiarowym nazywanym bramką kolorowego dopplera. Badanie wzbogacone o funkcję dupleks służy także do oceny ilościowej przepływów w obszarze zwanym miejscem próbkowania. Do obliczenia zjawiska Dopplera wykorzystywane są fale dźwiękowe odbite od przepływających elementów morfotycznych krwi, co pozwala na ocenę hemodynamiki krążenia w obszarze badanym, którym jest miejsce próbkowania pokazane strzałką na rycinie 1.

Spektrum przepływu dopplerowskiego jest ściśle zależne od ruchu krwinek w naczyniu. Linia bazowa pokazuje wartość przepływu 0 cm/s. Pod nią uwidoczniony jest przepływ w żyle środkowej siatkówki (CRV – central retinal vein), który odbywa się w kierunku od głowicy (kolor niebieski). Nad linią bazową pokazane jest spektrum przepływu w tętnicy środkowej siatkówki (CRA – central retinal artery; oznaczone kolorem czerwonym).

Wskazania do badania kolorowym dopplerem

Badanie dopplerowskie może być cennym uzupełnieniem badania w prezentacji B, dlatego jego zastosowanie jest bardzo szerokie, obejmujące patologie wszystkich struktur oczodołu, czyli skóry, gruczołu łzowego, woreczka łzowego, gałki ocznej i przestrzeni pozagałkowej (okolicy tarczy nerwu wzrokowego, przedniego odcinka nerwu wzrokowego, przestrzeni wewnątrz- i zewnątrzstożkowej, oraz mięśni prostych okoruchowych).