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 [...]... 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 Hình 9: Mặt quét của chùm siêu âm Doppler. .. 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 ... càng cao, tính chất thời gian thực càng rõ Hình 9: Mặt quét của chùm siêu âm Doppler màu nhiều cửa sổ (Multi gate color Doppler) - 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 200 17 e ffe c t o f v ie w in g a n g le v v v e l o c it y - m... 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 . 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. 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. 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