Istituto di Radiologia
Principi basilari di color-Doppler e
power-Doppler
Corso Base per Iter Formativo in
Ecografia Nefrologica
Lecco 12 – 14 Novembre 2015
Principi fisici dell'effetto Doppler
• Il fascio ultrasonoro quando, nel suo cammino
attraverso i tessuti corporei, incontra un
oggetto in movimento viene riflesso verso la
sonda in modo differente da quanto avviene
per un oggetto statico
• Il fascio riflesso da un oggetto in movimento
avrà, infatti, una frequenza ed una fase
diverse a seconda della direzione e della
velocità dell’oggetto incontrato
Principi fisici dell'effetto Doppler
• Se l’oggetto incontrato si muoverà verso la sonda la
differenza di frequenza dell'onda di ritorno rispetto
all'onda emessa avrà una fase positiva
• Se l’oggetto incontrato si allontanerà dalla sonda la
fase sarà negativa
• Tanto maggiore sarà la velocità dell’oggetto
incontrato, tanto maggiore sarà la differenza in
frequenza dell’onda di ritorno rispetto all’onda emessa
Principi fisici dell'effetto Doppler
• Frequenze più acute se il veicolo viene
nella nostra direzione
Principi fisici dell'effetto Doppler
• Frequenze più gravi se il veicolo si
allontana
Principi fisici dell'effetto Doppler
Principi fisici dell'effetto Doppler
• Il principale oggetto in movimento
presente nel nostro corpo è costituito
dal sangue circolante ed in particolar
modo dai globuli rossi che rappresentano
l’oggetto in movimento per eccellenza
dell’indagine Doppler nel corpo umano
Principi fisici dell'effetto Doppler
• Il numero dei globuli rossi determina un
cambiamento nella intensità del segnale
riflesso che sarà tanto più intenso tanto
maggiore sarà il numero dei globuli rossi
presenti al momento del campionamento
Domande
•
La risposta US per un oggetto in
movimento è influenzata
1. Dalla velocità dell’oggetto
2. Dalla direzione dell’oggetto
•
Cosa si modifica nella risposta US
quando l’oggetto è in movimento?
1. La frequenza
2. La fase
Principi fisici dell'effetto Doppler
• La frequenza sarà tanto più acuta o
tanto più grave in correlazione con la
velocità del veicolo
Principi fisici dell'effetto Doppler
• La frequenza dell’onda di ritorno è
correlata con la velocità dei globuli rossi
• Questa correlazione necessita, perché
sia possibile calcolare la velocità reale,
di un ulteriore parametro che è
costituito dalla conoscenza dell’angolo θ
fra il vaso esaminato e il fascio
ultrasonoro
Effetto Doppler
Angolo θ
velocità
f frequenza di emissione
della sonda
C velocità del suono nei
tessuti (1540 m/s)
v velocità del flusso
Ө angolo di insonazione
∆F frequenza del Doppler
shift
∆F =
2 • F • V • cos θ
c
Principi fisici dell'effetto
Doppler
Tanto più l’angolo fra sonda e vaso
sarà vicino allo 0° (o a 180°) tanto più
la misura sarà precisa
Tanto più l’angolo sarà vicino a 90°
tanto meno si potranno ottenere
stime velocitometriche attendibili
Principi fisici dell'effetto
Doppler
• La valutazione della velocità eseguita
con angoli superiori a 60° è
inaccettabile perché gravata da una
possibilità di errore vicino al 30%
Domande
•
Per correlare il Doppler shift con la velocità
è necessario conoscere:
1. La frequenza della sonda
2. L’angolo di vista
•
La migliore stima della velocità di un oggetto
si ottiene con un angolo di vista di:
1. 0°
2. 30°-60°
3. 90°
Apparecchiature Doppler
• Doppler continuo
• Doppler pulsato
– Color Doppler
– Power Doppler
Doppler continuo
sonda
Doppler continuo
• Area di campionamento ampia ed imprecisa
• Campionamento “alla ceca”
• Il segnale può contenere informazioni riferibili a più vasi
Doppler pulsato
sonda
Doppler Pulsato
PRF
trasmissione
ricezione
attesa
attesa
Doppler Pulsato
PRF
trasmissione
ricezione
attesa
attesa
Principi fisici dell'effetto
Doppler
• Mediante un apparecchio ecografico
dotato di analizzatore Doppler sarà
quindi possibile valutare, in un
determinato segmento di vaso, definito
come volume campione, quale sia la
velocità, la direzione ed,
approssimativamente, il numero dei
globuli rossi presenti
Doppler Spettrale
• Questa valutazione viene riportata
dall'apparecchio mediante una
rappresentazione spettrale che
riassume, in una unica forma d’onda, la
velocità, la fase e l’intensità del segnale
• Si riferisce, tuttavia solo al breve
tratto di vaso all’interno del quale
effettuo il campionamento
analisi spettrale: lettura digitale
Domande
•
La valutazione della velocità è riferita a:
1. L’intero lume del vaso
2. Una porzione di vaso identificata dall’operatore
•
Lo spettro Doppler non indica:
1.
2.
3.
4.
Il numero dei globuli rossi
La velocità dei globuli rossi
La direzione dei globuli rossi
Le dimensioni del vaso
sono necessarie almeno 2 misure
per periodo per ricostruire
correttamente la forma dell’onda
frequenza
Onda
ricostruita
Campionamento con Doppler pulsato
abbassando la linea di 0 si può eliminare l’aliasing
Posizionamento del volume
campione
Stenosi
V 200%
flusso “prestenotico”
a velocità ridotta
turbolenza
accelerazione + jet
alla stenosi
turbolenza
“poststenotica”
Domande
•
L’aliasing dipende:
1. Dalla frequenza di campionamento
2. Dalla velocità dei globuli rossi
3. Dalla turbolenza
•
I termini turbolenza e aliasing sono
sinonimi?
1. Si
2. No
flusso ad “alta resistenza”
• arterie periferiche
• carotide esterna
• alcuni flussi
“tumorali”
basso flusso diastolico
flusso a “bassa resistenza”
•
•
•
•
arterie cerebrali
arterie renali
arterie parenchimali
flogosi (iperemia)
flusso diastolico elevato
indice di resistenza (RI)
basso = flogosi
Color Doppler
• Per superare le difficoltà imposte dal
Doppler spettrale, ed utilizzando
computer con notevoli capacità di
calcolo, si è pensato moltiplicare i volumi
campione fino a coprire completamente
tutta l’area visualizzata mediante la
sonda ecografica
Color Doppler
• In questo modo non è più possibile visualizzare
ogni singolo volume campione mediante una
rappresentazione spettrale
• Ogni volume campione è rappresentato da un
pixel colorato in cui la direzione è indicata da
due colori differenti (generalmente rosso e
blu) e la velocità dalla presenza di sfumature
di colore via via sempre più chiare al passaggio
da velocità più basse a velocità più elevate
sonda
raggio
Color Doppler
• Sovrapponendo la
rappresentazione
color Doppler
all’immagine
ecografica del vaso si
ottiene una discreta
approssimazione dei
fenomeni emodinamici
presenti nel vaso
stesso
Color Doppler
• È possibile dirigere il campionamento con
Doppler spettrale (comunque sempre
necessario) verso l’area di maggiore
interesse individuata mediante il color
Doppler
Domande
•
Il color Doppler utilizza informazioni diverse
rispetto al Doppler pulsato?
1. Si
2. No
•
Il color Doppler non fornisce informazioni
riguardo:
1. La velocità dei GR
2. La direzione dei GR
3. Il numero dei GR
L’aliasing con color Doppler
il flusso si avvicina alla sonda
il flusso si allontana dalla sonda
L’aliasing con color Doppler
L’aliasing
L’aliasing
Domande
• Il color Doppler permette di fare
diagnosi di stenosi significativa?
– Si
– No
• L’aliasing color Doppler è un artefatto
che deve sempre essere corretto?
– Si
– No
Lo steering
Color Doppler
• La velocità rappresentata da ogni singolo
pixel colore non è la velocità massima nel
dato volume campione ma bensì la
velocità media nell’unità di tempo
• Manca la stima della intensità di segnale
(cioè del numero dei globuli rossi) che
non è rappresentabile nella codifica
colore
Power Doppler
• Da alcuni anni è stata introdotta una
ulteriore codifica color Doppler che
viene comunemente definita power
Doppler che utilizza come parametro
esclusivamente l’intensità del segnale
Doppler
Power Doppler
• Usa le stesse informazioni
del segnale Doppler
• Non misura le informazioni di
frequenza o di fase ma solo
di intensità (o ampiezza) del
segnale
Power Doppler
Power Doppler
ampiezza
-
0
+
frequenza
Power Doppler
ampiezza
_
0
+
frequenza
Power Doppler
eco di ritorno
no
strutture in movimento ?
sisi
intensità di segnale
intensità di segnale
scala dei grigi
power Doppler
Power Doppler
• È indipendente da qualsiasi valutazione
della direzione e della velocità dei
globuli rossi
• È dipendente dal numero di globuli rossi
nell'unità di tempo nel segmento di vaso
esaminato