Pulsad doppler (Pulsed Wave Doppler)
Med pulsad doppler sker sändning och lyssning sekventiellt. Det innebär att sändaren först skickar ut en puls av ultraljudsvågor och sedan analyseras de reflekterade ljudvågorna. Därefter skickas en ny puls med ultraljudsvågor och proceduren upprepas (Figur 1).
Sample volume
En stor fördel med pulsad doppler är möjligheten att specificera var (längs dopplerlinjen) som man vill mäta hastigheterna. Detta är möjligt eftersom den pulsade dopplern arbetar sekventiellt med sändning och lyssning. Då kan maskinen filtrera bort alla andra signaler, förutom de som reflekteras från ett visst djupt. Man specificerar var mätningen skall göras genom att flytta sample volume längs dopplerlinjen. Sample volume visas som två linjer vinkelrätt mot dopplerlinjen (Figur 2).
Pulsrepetitionsfrekvens (PRF)
Antalet ultraljudsimpulser som skickas per tidsenhet kallas pulsrepetitionsfrekvens (PRF). PRF är en funktion av ljudvågornas hastighet och avståndet som ljudvågorna skall färdas. Eftersom ljudvågornas hastighet i kroppen är konstant (ca 1540 m/s) så blir PRF bara beroende av avståndet som ljudvågorna skall färdas. Om avståndet är långt så tar det längre tid för ljudvågorna att färdas fram och tillbaka och då sjunker pulsrepetitionsfrekvensen (färre ultraljudspulser kan skickas per tidsenhet).
För att kunna bedöma blodflödets hastighet och riktning så måste PRF vara hög, annars blir beräkningen osäker. Detta förklaras av att varje ultraljudspuls genererar en ögonblicksbild av blodflödet. För att erhålla en noggrann analys av flödet så måste vi ta många bilder väldigt fort. Detta kan illustreras med exemplet i Figur 3, som visar en klocka som observeras 5, 3 och 2 gånger. Som framgår av bilden kan vi med säkerhet avgöra visarens rotationsriktning om vi har 5 observationer per cykel. Med 3 observationer per cykel kan vi inte avgöra visarens rotationsriktning och med 2 observationer per cykel förefaller visaren stå stilla.
Detta exempel illustrerar betydelsen av att göra många registreringar fort när man bedömer hastigheter. Med hög PRF kan man ta många ”bilder” på blodflödet, vilket ger pålitliga mätningar.
Betydelsen av hög PRF förklaras av Nyquists teorem (efter Harry Nyquist), som visar att en våg måste samplas (registreras) minst två gånger per cykel för att analyseras tillförlitligt. För pulsad doppler innebär detta att PRF måste vara minst två gånger så stor som dopplerskiftet (erinra att dopplerskiftet är direkt relaterat till blodflödets hastighet; ju högre flödeshastighet desto större dopplerskifte). Den maximala hastigheten som kan bestämmas är alltså halva PRF och denna gränsen kallas Nyquistgränsen.
Sammanfattning: PRF måste vara minst två gånger så stor som dopplerskiftet. Den maximala hastigheten som kan bestämmas har alltså ett dopplerskifte som är halva PRF (Nyquistgränsen).
Aliasing
Om blodflödets hastighet överstiger Nyquistgränsen, så inträder fenomenet aliasing, vilket innebär att maskinen inte kan avgöra flödets hastighet och riktning. På ultraljudsbilden kommer de hastigheter som överstiger Nyquistgränsen att presenteras på motsatt sida av baslinjen. Positiva hastigheter (dvs de som normalt visas ovanför baslinjen) som överstiger Nyquistgränsen kommer att visas som negativa hastigheter och vice versa (Figur 4 och Figur 5).
Som nämnt ovan är PRF beroende av djupet som undersöks. Djupet ställs in genom att flytta sample volume. Ju djupare strukturer som studeras desto lägre blir PRF. Ju högre PRF som används desto högre flödeshastigheter kan beräknas korrekt.
Pulsad doppler klarar dessvärre inte höga hastigheter. Låt oss beräkna den maximala hastigheten som kan registreras med pulsad doppler (aliasinghastighet) när sample volume är placerad på 15 cm djup och ljudvågorna har frekvens 3 MHz. Tiden det tar för ljudvågorna att färdas fram och tillbaka blir:
(0.15+0.15)/1540 = 0.0001948 sekunder
Där 0.15 m är distansen och 1540 är ljudvågornas hastighet (m/s) i kroppen.
Pulsrepetitionsfrekvensen (PRF) beräknas som antal ljudvågor som kan sändas och reflekteras per sekund:
PRF = 1/0.0001948 = 5133 ljudvågor per sekund
Nyquistgränsen (det maximala dopplerskiftet som kan upptäckas) är halva PRF:
5133/2=2566 Hz
För att beräkna vilken hastighet detta motsvarar använder vi dopplerekvationen:
v = (c·(fr-fu)) / (2·fu·cos ϴ)
Vi antar att vi inte har något vinkelfel i mätningen, så cos ϴ kan ignoreras. fu är de utsända ljudvågornas frekvens och fr är de reflekterade ljudvågornas frekvens; fr-fu blir då dopplerskiftet. Beräkningen blir då:
v = (1540· 2566) / (2 ·3000000) = 0.66 m/s
Den maximala hastigheten som då kan mätas är alltså 0.66 m/s. Om vi ökar de utsända ljudvågornas frekvens till 5 MHz så minskar hastigheten:
v = (1540· 2566) / (2 ·5000000) = 0.40 m/s
Det innebär att vi kan minska de utsända ljudvågornas frekvens för att öka aliasinghastigheten (då inträder aliasing vid högre hastigheter). Man kan också justera ultraljudsbildens baseline (uppåt eller nedåt) för att minska aliasing; justering av baseline leder till ändring av PRF.
Extended range doppler (High PRF)
Pulsad doppler kännetecknas alltså av att en sample volume placeras någonstans längs dopplerlinjen. Den maximala hastigheten som kan beräknas bestäms av pulsrepetitionsfrekvensen (PRF), som i sin tur bestäms av avståndet mellan sample volume och sändaren. Genom att använda flera sample volumes så ökas pulsrepetitionsfrekvensen (pulserna från olika sample volumes adderas) och därmed ökas även aliasinghastigheten. Fördelen med detta är att högre hastigheter kan upptäckas men nackdelen är att det blir svårare att avgöra var hastigheterna registreras. För att minimera detta problemet brukar man placera sample volumes i områden som man vet har låga flödeshastigheter (då vet man varifrån de höga hastigheterna härstammar). Flera sample volumes illustreras i Figur 6.
