Power Doppler i Doppler kolorowy w USG

W tkankach miękkich narządu ruchu przepływy są wolne, a naczynia drobne i niewidoczne w skali szarości. Kolor nad ścięgnem albo w zachyłku stawu pojawi się tylko wtedy, gdy aparat odbierze echo od poruszających się krwinek silniejsze od szumu i szybsze od progu filtrów. Czy Power Doppler albo Doppler kolorowy cokolwiek pokaże, zależy najpierw od ustawień, docisku głowicy i warunków badania. Sama tkanka ma znaczenie dopiero potem.

Przesunięcie częstotliwości i kąt padania wiązki

Fala odbita od krwinki płynącej w stronę głowicy wraca z nieco wyższą częstotliwością, a od krwinki oddalającej się – z niższą. Różnica, czyli przesunięcie dopplerowskie, jest proporcjonalna do prędkości przepływu i częstotliwości nadawanej, a także do cosinusa kąta między wiązką a kierunkiem przepływu. Przy kącie 90° cosinus wynosi zero i przesunięcia nie ma [1].

W badaniu naczyń kąt mierzy się i koryguje, bo naczynie widać w obrazie. W błonie maziowej czy ścięgnie naczyń zwykle nie widać, kąt jest nieznany, a aparat liczy prędkość tak, jakby wynosił 0°. Wyświetlana prędkość nie odpowiada rzeczywistej. Przy ocenie zapalenia stawów korekcji kąta się nie stosuje, bo liczy się sama obecność przepływu, bez kierunku i prędkości [1].

Doppler kolorowy a Power Doppler: co koduje kolor

W Dopplerze kolorowym każda komórka obrazu dostaje barwę według średniego przesunięcia częstotliwości: czerwień i błękit oznaczają kierunek, odcień – prędkość. Power Doppler (Doppler mocy) sumuje energię wszystkich przesunięć w komórce bez względu na ich znak i wielkość. Jasność koloru odpowiada liczbie poruszających się krwinek w danej objętości, a obraz nie niesie informacji o kierunku ani prędkości [1].

Rubin i wsp. opisali skutki tej różnicy już w pierwszej pracy o tej technice. Power Doppler nie daje aliasingu i jest względnie niezależny od kąta, a szum wyświetla tak, że poszerza się użyteczny zakres dynamiczny aparatu [2]. Względna niezależność od kąta bierze się z sumowania mocy: zmiana kierunku przepływu w krętym naczyniu nie zmienia barwy, bo znak przesunięcia nie ma znaczenia. Prostopadłego przepływu nie zarejestruje jednak żaden tryb, bo przesunięcie spada wtedy do zera.

Power Doppler powinien lepiej wykrywać drobne naczynia o wolnym przepływie [3]. Czy rzeczywiście tak jest, zależy od aparatu. Torp-Pedersen i wsp. porównali oba tryby na sześciu aparatach u chorych z zapaleniem nadgarstka: na połowie z nich czulszy był Power Doppler, na drugiej połowie – Doppler kolorowy [4]. Konsensus EULAR-OMERACT dopuszcza Doppler kolorowy, gdy Doppler mocy na dostępnym sprzęcie słabo wykrywa przepływ [5].

Cecha	Doppler kolorowy	Power Doppler
Co koduje kolor	średnie przesunięcie częstotliwości	moc (energię) sygnału
Kierunek przepływu	tak (czerwień / błękit)	nie
Prędkość	odcień barwy, przy nieznanym kącie niedokładna	nie
Aliasing	występuje	nie występuje [2]
Zależność od kąta	wyraźna	względnie mała; przy 90° brak sygnału w obu trybach
Czułość na wolny przepływ	zależna od aparatu [4]	teoretycznie wyższa [3], w praktyce zależna od aparatu [4]
Typowe użycie w tkankach miękkich	gdy potrzebny kierunek albo gdy jest czulszy na danym aparacie	ocena unaczynienia ścięgien i błony maziowej, skale półilościowe

Ustawienia, od których zależy wykrycie przepływu

Skala prędkości (PRF) i filtr ścienny

Częstotliwość powtarzania impulsów (PRF) wyznacza najwyższe przesunięcie, jakie aparat zmierzy bez aliasingu. Dla wolnych przepływów w tkankach miękkich PRF ustawia się nisko. W diagnostyce zapalenia dużych naczyń Terslev i wsp. podają dla tętnicy skroniowej 2–3,5 kHz [1], a w badaniach narządu ruchu stosowano znacznie mniej. Grupa EULAR-OMERACT kalibrowała aparaty na 750 Hz przy częstotliwości dopplerowskiej 10,1 MHz [5]. Badanie ścięgna Achillesa prowadzono przy 1,0 kHz [6], badanie pochewek ścięgien nadgarstka – przy 0,4 kHz [7].

Na wielu aparatach z PRF sprzężony jest filtr ścienny (górnoprzepustowy). Usuwa on najniższe przesunięcia, pochodzące z ruchu ścian naczyń i otaczających tkanek, ale nie odróżnia ich od wolno płynącej krwi. Wyższy filtr wycina razem z szumem także wolny przepływ [1]. Zespół Koskiego sprawdzał aparaty na fantomie i najczulsze okazały się ustawienia z PRF 250 Hz i niskim filtrem. Najwolniejszy wykrywany przepływ wynosił w różnych aparatach od 0,6 do 6,7 mm/s, podczas gdy przepływ kapilarny autorzy szacują na około 0,45–1 mm/s [3]. Przy zbyt niskim PRF łatwiej o aliasing w większych naczyniach i o artefakty ruchowe [1].

Wzmocnienie koloru

Wzmocnienie koloru podnosi się do chwili, gdy w obrazie pojawia się przypadkowy szum, a potem obniża, aż zostanie najwyżej kilka pikseli szumu [1]. Tak samo ustawiano je w badaniu fantomowym [3]. Przy zbyt wysokim wzmocnieniu kolor „rozlewa się” poza naczynie (blooming), a przy zbyt niskim słabe przepływy giną. Szum zapala się w przypadkowych miejscach, często w ciemnych obszarach obrazu. Prawdziwy przepływ nie zmienia położenia [1]. W pracy Torp-Pedersena zamiana ustawień fabrycznych na bardziej wrażliwe podniosła czułość średnio o 78%. Stopień unaczynienia u 7 z 11 chorych wahał się między aparatami, trybami i ustawieniami od 0 do 3, a u pozostałych czterech od 0 do 2 [4].

Okno koloru, focus i częstotliwość

Każdy piksel w oknie koloru wymaga analizy dopplerowskiej, przez co większe okno obniża liczbę klatek na sekundę [1]. W zaleceniach zespołu Terslev okno obejmuje obszar zainteresowania i sięga do górnej krawędzi obrazu: widać wtedy powierzchowne naczynia, które mogą być źródłem pogłosu koloru w głębi [1]. W pracy o ścięgnie Achillesa okno miało 1,7 × 2,7 cm (4,6 cm²) przy głębokości obrazu 3,0 cm [6].

Doppler korzysta z jednej strefy focus. Czułość jest największa tam, gdzie wiązka jest najwęższa, i focus ustawia się w obrębie okna na głębokości ocenianej struktury [1]. Wyższa częstotliwość dopplerowska daje dokładniejszy obraz drobnych naczyń kosztem penetracji [1]. Na części aparatów focus Dopplera jest wspólny z obrazem w skali szarości, na innych ma osobną regulację [1]. O samym obrazie B, czyli o tym, jak dobrać głębokość, gain i focus, traktuje jeden z wcześniejszych wpisów. Na stronie głównej nagrania wideo o obsłudze aparatu w skali szarości składają się na darmowy kurs USG online.

Docisk głowicy

Drobne naczynia zamyka już niewielki ucisk. Joshua i współpracownicy rejestrowali obraz w trybie mocy w stawach chorych z reumatoidalnym zapaleniem stawów, a potem ten sam przekrój po dociśnięciu głowicy. Sygnał zmalał wtedy wyraźnie na wszystkich obrazach, a na części zniknął [8]. Nad ścięgnem Achillesa docisk ograniczano do minimum, żeby nie zamknąć nowych naczyń [6]. Grubsza warstwa żelu utrzymuje kontakt głowicy ze skórą bez docisku, a dłoń badającego może się opierać na kończynie, jak przy zwykłym badaniu w skali szarości (zob. technika prowadzenia głowicy).

Ułożenie kończyny i wysiłek przed badaniem

Wynik Dopplera zmienia się z pozycją kończyny. Husic i współautorzy badali nadgarstki i stawy śródręczno-paliczkowe w dwóch ułożeniach dłoni. Po przejściu z lekkiego zgięcia palców do ułożenia dłoni płasko na stole sygnał Power Dopplera zniknął w 28,3% stawów, a mediana sumarycznej oceny spadła z 8 do 3 punktów [9].

Na przepływ w ścięgnie wpływa też wysiłek tuż przed badaniem. U Boesena dziesięć zdrowych, nietrenujących osób przebiegło 5 km. Przed biegiem przepływ w ścięgnie Achillesa miało pięć z nich (sześć ścięgien), po biegu – 80% badanych. U chorych z tendinopatią seria ćwiczeń ekscentrycznych nie usunęła sygnału [10]. Druga kończyna też nie daje czystego tła. Grupa Rischa stwierdzała przepływ w 79–92% ścięgien objawowych i w 33–50% bezobjawowych ścięgien strony przeciwnej, zależnie od trybu i pomiaru [11].

Skale półilościowe unaczynienia

W większości prac o ścięgnie Achillesa przepływ oceniano zmodyfikowaną skalą Öhberga, pięciostopniową [6]:

• 0 – brak przepływu,
• 1+ – jedno lub dwa naczynia w tłuszczu Kagera, czyli poza ścięgnem,
• 2+ – jedno lub dwa naczynia w ścięgnie,
• 3+ – trzy lub cztery naczynia w ścięgnie,
• 4+ – sieć naczyń, ponad pięć w ścięgnie.

Zgodność między badającymi bywa różna. Sengkerij i wsp. podają ICC 0,85 [12]. W nowszej pracy van der Vlist i wsp. uzyskali 0,64 przy minimalnej wykrywalnej różnicy 1,53 punktu i opisali efekt sufitu: w grupie 4+ odsetek kolorowych pikseli w oknie wahał się od około 5% do 27%. Liczenie tego odsetka dało ICC 0,81 [6].

Dla błony maziowej grupa EULAR-OMERACT przyjęła skalę 0–3 dla sygnału Power Dopplera: 0 – brak sygnału; 1 – do trzech pojedynczych punktów, do dwóch zlewnych obszarów koloru albo jeden zlewny i dwa pojedyncze punkty; 2 – więcej niż w stopniu 1, ale poniżej 50% obszaru zmienionej błony widocznej w skali szarości; 3 – powyżej 50%. Liczy się tylko sygnał w obrębie błony maziowej, a wynik łączy się z oceną przerostu błony w skali szarości w skalę złożoną [5]. Obie skale sprawdzano w badaniach, w których obrazy oceniali radiolodzy, reumatolodzy albo lekarze medycyny sportowej [5, 6, 12].

Unaczynienie ścięgna i neowaskularyzacja

W najstarszej pracy na ten temat zdrowe ścięgna nie dawały w USG z Dopplerem żadnego sygnału, co odpowiada opisowi prawidłowego ścięgna w skali szarości. Öhberg, Lorentzon i Alfredson badali Dopplerem kolorowym 28 bolesnych ścięgien Achillesa z guzkowatym pogrubieniem i 20 ścięgien bez dolegliwości. Nowe naczynia (neowaskularyzację) w obszarze zmian znaleźli we wszystkich bolesnych i w żadnym zdrowym. W zaawansowanych zmianach naczynia przebiegały przez całe pogrubienie, z przepływem tętniczym i żylnym [13].

Późniejsze prace dały mniej jednoznaczny obraz. Przed wysiłkiem przepływ miała połowa zdrowych osób z pracy Boesena, a autorzy wnioskują z tego, że sama obecność przepływu w ścięgnie nie świadczy o chorobie [10]. Przegląd literatury we wstępie pracy o skali Öhberga [6] zestawia przepływ w 47–100% ścięgien objawowych i 0–50% bezobjawowych. U Sengkerija naczynia miało 70% ścięgien objawowych i 29% bezobjawowych, a stopień unaczynienia nie korelował z nasileniem objawów w skali VISA-A (r = −0,16) [12]. W błonie maziowej zależność też jest luźna. W materiale Koskiego sygnał dopplerowski był obecny w 83% miejsc, w których badanie histopatologiczne wykazało czynne zapalenie, a ujemny wynik nie wykluczał zapalenia [3].

Naczynie w ścięgnie czy obok niego

Fizjologiczne naczynia leżą tuż przy ścięgnach i pochewkach. W badaniu zdrowych ochotników naczynia odżywcze w pochewkach ścięgien zginaczy i prostowników albo tuż przy nich znaleziono u każdej badanej osoby. Przez rozlewanie się koloru i pogłos mogą one wyglądać, jakby leżały w pochewce [7]. Podobnie przy ścięgnie Achillesa naczynia w tłuszczu Kagera są w skali Öhberga osobną kategorią (1+), oddzieloną od naczyń w ścięgnie [6]. Naczynie w ścięgnie od naczynia obok niego odróżnia położenie koloru względem granic ścięgna, oglądane na obu przekrojach, podłużnym i poprzecznym.

Pozostałe źródła fałszywego koloru, czyli artefakty ruchowe, aliasing i migotanie za zwapnieniami, omawia osobny wpis Artefakty w USG narządu ruchu.

Kolor w ścięgnie czy błonie maziowej, uzyskany aparatem w gabinecie fizjoterapii, nie jest wynikiem badania diagnostycznego. Jego znaczenie lekarz określa w opisie własnego USG.

Źródła

1. Terslev L, Diamantopoulos AP, Døhn UM, Schmidt WA, Torp-Pedersen S. Settings and artefacts relevant for Doppler ultrasound in large vessel vasculitis. Arthritis Research & Therapy. 2017;19:167. doi:10.1186/s13075-017-1374-1
2. Rubin JM, Bude RO, Carson PL, Bree RL, Adler RS. Power Doppler US: a potentially useful alternative to mean frequency-based color Doppler US. Radiology. 1994;190(3):853–856. doi:10.1148/radiology.190.3.8115639
3. Koski JM, Saarakkala S, Helle M, Hakulinen U, Heikkinen JO, Hermunen H. Power Doppler ultrasonography and synovitis: correlating ultrasound imaging with histopathological findings and evaluating the performance of ultrasound equipments. Annals of the Rheumatic Diseases. 2006;65(12):1590–1595. doi:10.1136/ard.2005.051235
4. Torp-Pedersen S, Christensen R, Szkudlarek M i wsp. Power and color Doppler ultrasound settings for inflammatory flow: impact on scoring of disease activity in patients with rheumatoid arthritis. Arthritis & Rheumatology. 2015;67(2):386–395. doi:10.1002/art.38940
5. D'Agostino MA, Terslev L, Aegerter P i wsp. Scoring ultrasound synovitis in rheumatoid arthritis: a EULAR-OMERACT ultrasound taskforce – Part 1: definition and development of a standardised, consensus-based scoring system. RMD Open. 2017;3(1):e000428. doi:10.1136/rmdopen-2016-000428
6. van der Vlist AC, Veen JM, van Oosterom RF, van Veldhoven PLJ, Verhaar JAN, de Vos RJ. Ultrasound Doppler flow in patients with chronic midportion Achilles tendinopathy: is surface area quantification a reliable method? Journal of Ultrasound in Medicine. 2020;39(4):731–739. doi:10.1002/jum.15152
7. Ammitzbøll-Danielsen M, Janta I, Torp-Pedersen S, Naredo E, Østergaard M, Terslev L. Three-dimensional Doppler ultrasound findings in healthy wrist and finger tendon sheaths – can feeding vessels lead to misinterpretation in Doppler-detected tenosynovitis? Arthritis Research & Therapy. 2016;18:70. doi:10.1186/s13075-016-0968-3
8. Joshua F, de Carle R, Rayment M i wsp. Power Doppler 'blanching' after the application of transducer pressure. Australasian Radiology. 2005;49(3):218–221. doi:10.1111/j.1440-1673.2005.01435.x
9. Husic R, Lackner A, Stradner MH, Hermann J, Dejaco C. Joint positions matter for ultrasound examination of RA patients – increased power Doppler signal in neutral versus flat position of hands. Rheumatology (Oxford). 2017;56(8):1312–1319. doi:10.1093/rheumatology/kex153
10. Boesen MI, Koenig MJ, Torp-Pedersen S, Bliddal H, Langberg H. Tendinopathy and Doppler activity: the vascular response of the Achilles tendon to exercise. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports. 2006;16(6):463–469. doi:10.1111/j.1600-0838.2005.00512.x
11. Risch L, Cassel M, Messerschmidt J i wsp. Is sonographic assessment of intratendinous blood flow in Achilles tendinopathy patients reliable? Consistency of Doppler ultrasound modes and intra- and inter-observer reliability. Ultrasound International Open. 2016;2(1):E13–E18. doi:10.1055/s-0035-1569286
12. Sengkerij PM, de Vos RJ, Weir A, van Weelde BJ, Tol JL. Interobserver reliability of neovascularization score using power Doppler ultrasonography in midportion Achilles tendinopathy. American Journal of Sports Medicine. 2009;37(8):1627–1631. doi:10.1177/0363546509332255
13. Öhberg L, Lorentzon R, Alfredson H. Neovascularisation in Achilles tendons with painful tendinosis but not in normal tendons: an ultrasonographic investigation. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy. 2001;9(4):233–238. doi:10.1007/s001670000189