đại cương siêu âm doppler tim phạm gia khải

Đại cơng siêu âm - Doppler tim
Phạm Gia Khải
Siêu âm TM và 2D giúp chẩn đoán tình trạng hoạt động và hình thái
của các cấu trúc tim, nhng cha giúp đợc cho chẩn đoán tình trạng huyết
động, tình trạng chuyển dịch của các dòng máu trong hệ tuần hoàn: Siêu
âm - Doppler xung, Doppler liên tục và Doppler màu trong một phạm vi
quan trọng, giúp giải đáp cho vấn đề này.
1. Nguyên lí hiệu ứng Doppler:
- Hiệu ứng Doppler đợc phát sinh khi sóng âm với một tần số f
i
đ-
ợc phát ra gặp một cấu trúc đang chuyển động, dội trở lại với tần số f
r
.
Hiệu số f
i
và f
r
là fd :

C
cosxVxf2
fd
i

=
D ò n g c h ả y
H i ệ u ứ n g D o p p l e r
V
Đ ầ u d ò
f

r
f
i
V: vận tốc dòng máu theo cm/sec
: góc hợp bởi chùm siêu âm tới f
i
và chiều di chuyển của cấu
trúc. Trong tim mạch, cấu trúc là dòng máu, đại diện là hồng cầu vì
chiếm tỷ lệ cao nhất trong các thành phần tế bào máu.
7
fr: tần số sóng âm dội về đầu dò
C: vận tốc của sóng siêu âm trong mô sinh vật (1560m/sec).
fd: hiệu số fi và fr và là hiệu ứng Doppler với tần số tai ta nghe đ-
ợc và có thể biểu hiện đợc trên màn hình, trên giấy ghi.
- Trong cuộc sống hàng ngày, một ví dụ của hiệu ứng Doppler:
trên đờng đi, ta đi ngợc chiều với một ô tô, tiếng động phát ra từ chiếc
xe đó tăng dần lên về cờng độ và âm độ khi xe tiến gần và giảm dần
cờng độ, âm độ khi xe đi xa.
- Hiệu ứng Doppler fd thay đổi theo tần số chùm siêu âm phát ra
từ đầu dò, vận tốc di chuyển của hồng cầu và đặc biệt là góc tới của
chùm siêu âm. fd cao nhất khi =0, nghĩa là khi chùm siêu âm phát
ra từ đầu dò cùng trên đờng thẳng với dòng máu đang chảy. Nếu đầu
dò vuông góc với dòng máu, ta không có fd vì = 90
0
và cos 90
0
=
0.
- Tín hiệu Doppler: máy siêu âm Doppler thờng biểu hiện theo tín
hiệu âm thanh: nghe tiếng phụt mà âm độ cao tơng ứng với dòng máu

tiến tới đầu dò, và âm độ thấp tơng ứng với dòng máu đi xa đầu dò.
Tuy sóng siêu âm phát đi từ đầu dò không cảm nhận đợc qua thính
giác ngời, nhng fd có thể nghe đợc, vì không thuộc giải tần số >
20.000Hz của siêu âm.
- Phổ Doppler ghi theo cách biến đổi nhanh của Fourier (Fast
Fourier Transform: FFT) nên phổ này ghi đợc các vận tốc tức thì biến
đổi theo thời gian (Time-Varying Spectrum) trong đó thời gian ghi
trên trục hoành, và vận tốc ghi trên trục tung.
8
Hình 1:
Minh hoạ hiệu ứng
Doppler
(ví dụ:ô-tô đi ngợc chiều
và tiếp tục đi xa ngời
quan sát).
S o u n d
s o r c e
S o u n d
r e c e i v e r
A
B
S
S o u n d
r e c e i v e r
Hình 2. Phổ Doppler xung và liên tục theo FFT.
- Từ công thức của hiệu ứng Doppler, ta có thể tính đợc vận tốc
và áp lực của dòng máu:
Vận tốc dòng máu:
Từ fd =2f
i

Vcos /C ta có :

=
cosxf2
Cxfd
V
i
- áp lực dòng máu: dòng máu chảy liên tục trong thiết diện đều
của mạch máu, và dòng chảy bao gồm nhiều lớp mỏng chạy song
song với nhau, gọi là dòng chảy tầng (laminar flow). Khi có ma sát và
cản lực ở thành mạch các lớp mỏng này có hình thái vận chuyển đặc
biệt với vận tốc nhanh ở giữa và chậm ở rìa.
9
P2
P1: áp lực trớc chỗ hẹp; P2: áp lực sau chỗ hẹp
- Khi vận tốc dòng chảy đột ngột tăng lên, thì dòng chảy trở
thành dòng chảy rối (turbulent flow), trong thực tế, tình trạng này xảy
ra khi máu chảy từ chỗ rộng qua chỗ hẹp rồi đổ vào chỗ rộng (qua lỗ
thông liên vách tim, liên động mạch, qua van hở hoặc hẹp). Trong
dòng chảy rối, mối liên quan giữa vận tốc và áp lực đợc biểu hiện qua
công thức Bernouilli có sửa đổi:
P=P
1
-P
2
=1/2(P)(V
2
2
-V
1

2
)
1, 2: chỉ vị trí hai bên đầu đoạn mạch với P ~1,06 .10
3
kg/m
2
, ta có
P = 4 V
2
2
vì V
1
là không đáng kể so với V
2
.
Cách tính cung lợng máu: Phơng trình liên tục
v
s
Q 1 = S 1 * V 1 = Q 2 = S 2 * V 2
v
s
2. Các hệ thống siêu âm Doppler tim:
Biểu thị của Siêu âm - Doppler có hai dạng: âm thanh và phổ trên
màn hình. Âm thanh có âm độ cao tơng ứng với vận tốc lớn. Phổ có
dạng đờng cong và qui định ghi ở phía trên đờng cơ bản, khi dòng
máu hớng về phía đầu dò, và ở phía dới đờng cơ bản khi dòng máu đi
xa đầu dò.
10
Có 3 hệ thống Doppler:
2.1. Doppler xung (pulsed wave Doppler):

- Đầu dò chỉ có một tinh thể áp điện (piezoelectric) phát sóng f
i
rồi nhận f
r
trở về. Do đó chùm siêu âm phát ra ngắt quãng để đầu dò
nhận âm dội sau một khoảng thời gian chậm chễ (time delay) mà độ
dài ngắn phụ thuộc vào độ sâu cần thăm dò.
- Các mối tơng quan của các thông số đợc thể hiện theo các ph-
ơng trình:

Z=C . Td/2
- Do chùm siêu âm f
i
phát ra ngắt quãng nên số lần phát xung mỗi
giây phải đợc tính tới trong việc sử dụng Doppler xung (Pulse
Repitition Frequency, viết tắt là PRF):
- Trong siêu âm Doppler xung, ngời ta có thể ghi đợc fd ở nhiều vị
trí khác nhau trên đờng đi của chùm sóng và các vị trí đó đợc gọi là cửa
sổ tín hiệu (gate) vì fd đợc ghi từ một vị trí nhất định, nên sự khác biệt
không lớn trong phạm vi phổ, ta có một đờng cong tơng đối thanh mảnh,
biểu thị vận tốc của dòng máu tại vị trí thăm dò tơng đối khu trú.
11
Hình 3.
Phổ Doppler xung
của dòng chảy qua
van hai lá bình th-
ờng.
Z : độ sâu cần thăm dò
C : vận tốc của sóng siêu âm trong
mô mềm (C=1560m/sec)

Td : thời gian chậm trễ (time delay)
PRF (kiloHertz) = C/2Z
Z: chiều siêu âm cần thăm dò
C: vận tốc sóng siêu âm trong cơ thể
- Tuy vậy, nếu F lớn hơn PRF/2, thì vận tốc của dòng máu đó sẽ
không chính xác và PRF/2 này gọi là tần số giới hạn, hay là tần số
Nyquist, và khi đó trên màn hiện sóng, ta thấy phần đỉnh của phổ
Doppler đảo vị trí, chiếm phần đối xứng qua đờng nền 0. Hiện tợng
này gọi là aliasing (đi mợn), hay là hiện tợng bẻ gập phổ.
- Do hiện tợng aliasing, Doppler xung không thể đợc sử dụng để
thăm dò các vị trí có vận tốc dòng chảy lớn: vd hẹp van ĐMC, vì khi
gặp phải dòng chảy có vận tốc lớn thì : fr - fi = fd lớn hơn PRF/2.
- Để cải thiện tình trạng sớm có aliasing, ngời ta có kỹ thuật PRF
cao (High PRF): máy thu tín hiệu nhiều lần trên đờng đi về của chùm
sóng siêu âm (vd: 4 lần) chứ không phải chỉ 1 lần. Khi đó PRF/2 sẽ
lớn hơn, tơng ứng với fd lớn hơn. Do đó Doppler xung dạng HPRF
cho phép thăm dò dòng chảy có vận tốc lớn.
2.2. Doppler liên tục (continuous wave Doppler):
12
Hình 4.
Hiện tợng aliasing.
- Đầu dò có hai tinh thể: một tinh thể áp điện phát sóng siêu âm liên
tục, và một tinh thể khác liên tục thu nhận chùm sóng siêu âm phản hồi,
đa vào bộ khuyếch đại phân biệt (differential amplifier), tự động tính fd
và vận tốc dòng máu.
- Với Doppler liên tục, ta luôn luôn có sóng siêu âm f
i
đợc phát
đi, f
r

đợc nhận về và ta liên tục có chùm sóng siêu âm đi qua các cấu
trúc tim mạch, liên tục có chùm sóng phản hồi từ các cấu trúc, từ
dòng máu di chuyển, có rất nhiều fd trên dọc đờng đi của chùm sóng
siêu âm
- Doppler liên tục ghi đợc dòng chảy có vận tốc thấp hoặc cao mà
không bị hiện tợng aliasing, nhng chỉ ghi đợc vận tốc trung bình của
nhiều vận tốc khác nhau trong dòng chảy (vận tốc giữa dòng cao hơn ở
phần ngoài của dòng máu). Doppler liên tục đợc dùng để ghi các vận tốc
lớn mà Doppler xung không thực hiện đợc. Phổ của Doppler liên tục là
một khối đặc biểu thị fd khác nhau đợc chùm lên bởi một đờng cong
của phổ (đờng cong tích phân của các vận tốc).
2.3. Phối hợp Doppler tim - siêu âm 2D:
13
Hình 5.
Phổ Doppler liên
tục của dòng chảy
dọc qua khu vực lỗ
van hai lá (khác phổ
Doppler xung chỉ
ghi nhận dòng chảy
qua một vị trí nhất
định tại khu vực lỗ
van).
- Ghi đồng thời siêu âm 2D cho biết mặt cắt 2 chiều của nội tạng,
và hiệu ứng Doppler giúp ta xác định các dòng chảy, tính vận tốc, áp
lực, cung lợng dòng máu, là kỹ thuật Doppler - Duplex. Hiện nay, tất
cả các máy siêu âm đều có Doppler - Duplex.
- Kết hợp các dữ kiện của 2D và Doppler, ngời ta có thể tính toán
đợc nhiều thông số.
- Một vài ví dụ:

Độ chênh áp qua các lỗ van: Doppler liên tục.
Chênh áp tối đa: đo ở đỉnh đờng cong phổ Doppler tại vị trí lỗ
van nghiên cứu.
Chênh áp trung bình: tích phân (đo tự động) sau khi kẻ hết đ-
ờng bọc phổ Doppler nói trên.
Lu lợng tim: lu lợng máu qua lỗ van ĐMC: Q=V.Ts
Q : lu lợng tim (lít/phút)
V : thể tích tống máu (lít)
TS : tần số tim (nhịp /phút)
Đặt cửa sổ Doppler xung ngay dới van ĐMC.
Đo vận tốc tâm thu tối đa: phổ tâm thu âm
Đo vận tốc cuối tâm trơng: phổ tâm trơng dơng.
Đo VTI (tích phân vận tốc theo thời gian): viền đờng cong phổ
vận tốc của dòng tâm thu qua lỗ van ĐMC.
Đo S = . D
2
/4
D: đờng kính lỗ van ĐMC qua siêu âm 2D
Ta có : V = VTI . S và Q = V . TS
14
2.4 Siêu âm Doppler mã hoá màu
2.4.1 Nguyên lí siêu âm Doppler màu:
- Doppler mầu là Doppler xung mà vận tốc và chiều di chuyển
của dòng máu đợc thể hiện bằng màu sắc khác nhau với độ đậm nhạt
khác nhau.
- Theo qui ớc, khi dòng chảy hớng tới đầu dò ta có màu đỏ, và
màu xanh khi dòng chảy đi xa đầu dò. Chú ý, không nên coi màu đỏ
là của động mạch, và xanh của tĩnh mạch, vì màu sắc ở đây chỉ là h-
ớng của dòng chảy mà thôi.
- Khi vận tốc dòng máu thay đổi: dòng chảy hớng tới đầu dò màu

đỏ thẫm chuyển sang đỏ sáng. Tơng ứng với tần số cao hơn nữa của
hiệu ứng Nyquist, ta sẽ có màu vàng.
- Khi dòng chảy đi xa đầu dò: nếu vận tốc dòng máu tăng: màu
xanh chuyển từ xanh thẫm sang xanh sáng, và tơng ứng với hiệu ứng
15
Hình 6 :
Quai ĐMC lên và xuống:
- Quai ĐMC lên: dòng chảy hớng tới đầu dò có màu đỏ.
- Quai ĐMC xuống: dòng chảy đi xa đầu dò có màu xanh.
- Vùng có màu đen, ranh giới giữa đỏ và xanh tơng ứng với
góc 90
0
(cos = 0, và fd =0)
Nyquist, ta sẽ có màu xanh tím. Hiện tợng aliasing, tức là hiệu ứng
Nyquist, trong Doppler màu đợc hiện thị bằng khảm màu xanh tím,
vàng lẫn lộn. Hiện tợng đó gặp trong các trờng hợp chùm cửa sổ
Doppler ghi đợc fd với tần số lớn hơn 2PFR: Hở van tim, hẹp van tim,
tăng cung lợng dòng máu.
Hình 7:
Còn ống động mạch: Khảm màu đi từ động mạch chủ sang động mạch phổi
16
Hình 8:
Hở van hai lá: Khảm màu đi từ lỗ van hai lá hờng tới trần nhĩ trái
- Vì là Doppler xung, cho nên, ta có thể ghi đợc hiệu ứng Doppler
ở từng điểm một trên đờng đi của sóng siêu âm (SPPL: sample points
per line) và góc quét của đầu dò gồm rất nhiều đờng(NSL: number of
scan lines), và hệ thống thời gian thực (real-time) đợc thực hiện qua
số lần hình ảnh đợc phát ra theo giây (FR: frame rate) FR càng cao,
tính chất thời gian thực càng rõ.
- Hiệu ứng Doppler phụ thuộc vào góc tới của chùm siêu âm,

cho nên, các cửa sổ thăm dò không thể phản ánh đợc chính xác vận
tốc của dòng chảy ở các cấu trúc tim tơng ứng với các cửa sổ đó, khi
góc tới lớn hơn 20
0
.
17
Hình 9:
Mặt quét của chùm
siêu âm Doppler
màu nhiều cửa sổ
(Multi gate color
Doppler).
e f f e c t o f
v i e w i n g a n g l e
v e l o c i t y - m o d e
v
v
v i e w in g - a n g l e

= 0
o

= 6 0
o

= 8 0
o
Hình 10:
Tơng ứng với các góc khác nhau, ta có fd khác nhau, và hình ảnh
Doppler màu cũng có kích thớc và cờng độ màu khác nhau.

- Kỹ thuật Power display của máy giúp khắc phục vấn đề góc tới
, làm ta vẫn thấy đợc dòng máu di chuyển với vận tốc nhỏ, đợc biểu
thị rõ ràng bằng mầu.
18
2.4.2 ứng dụng của Doppler màu:
- Tất cả các trờng hợp cần hiển thị sự di chuyển của dòng máu
trong tim và các mạch máu.
- Trong thực tế, Doppler màu giúp :
Chẩn đoán và lợng hoá mức độ HoHL và HoC
Chẩn đoán phình ĐMC và phình tách ĐMC
Chẩn đoán tim bẩm sinh: xác định vị trí, số lợng lỗ thông hớng
đi của dòng máu thông trong các trờng hợp thông dòng máu
giữa các buồng tim
Đánh giá hoạt động của các van tim nhân tạo.
Trong phần bệnh học chúng ta sẽ đề cập tới các thể lâm sàng đợc
minh hoạ cụ thể với Doppler tim và màu.
19