Năm 1842, Johan Christian Doppler – nhà vật lý học người Áo đã phát biểu mang tên ông trong lĩnh vực ánh sáng. Sau này, các nhà vật lý đã chứng minh rằng, hiệu ứng này còn xảy ra và đúng ở các môi trường vật chất dạng sóng khác như sóng Radio, sóng âm thanh. Trong lĩnh vực sóng âm, nguyên lý của hiệu ứng Doppler được hiểu như sau: khi một chùm tia siêu âm được phát đi gặp một vật sẽ có hiện tượng phản hồi âm, tần số của chùm tia siêu âm phản hồi về sẽ thay đổi so với tần số của chùm phát đi nếu khoảng cách tương đối giữa nguồn phát và vật thay đổi: tần số tăng nếu khoảng cách giảm và ngược lại.
Siêu âm tim Doppler dựa trên nguyên lý phát hiện sự thay đổi tần số của tín hiệu siêu âm phản xạ từ vật thể chuyển động. Với nguyên tắc này, các kỹ thuật siêu âm Doppler thông thường được sử dụng để đánh giá dòng máu trong tim được đặc trưng bởi tốc độ cao (15 – 100 cm/s) và biên độ thấp (0 – 15 dB). Một hệ thống siêu âm –Doppler thông thường sử dụng thiết bị lọc tín hiệu có vận tốc thấp và khuếch đại tín hiệu phản xạ của dòng máu. Ngược lại, các tổ chức cơ tim vận động với vận tốc rất thấp (khoảng 4 - 20 cm/s) và biên độ cao (40 – 60 dB) nên không thu được phổ Doppler trên siêu âm Doppler thông thường.
Để ghi được các tín hiệu Doppler của mô cơ tim đòi hỏi máy siêu âm phải có bộ khuếch đại có thể thu nhận tín hiệu có tốc độ thấp, biên độ cao và bộ lọc có khả năng loại bỏ các tín hiệu có tốc độ cao và biên độ thấp[159],[169].
Hình ảnh siêu âm Doppler mô cơ tim được biểu diễn dưới 3 dạng: phổ Doppler xung, dạng Doppler màu TM và Doppler màu 2D. Siêu âm Doppler mô cơ tim không những cho phép đánh giá CNTTh, CNTTr toàn bộ mà còn
cả CNTTh, CNTTr từng vùng của thất trái. Để đánh giá CNTTh, CNTTr từng vùng, người ta hay sử dụng dạng Doppler xung, vị trí của cửa sổ Doppler có thể đặt tại bất cứ vị trí nào của thành thất trái theo vị trí các ĐMV nuôi dưỡng. Tuy nhiên, vận tốc của các sóng Doppler mô cơ tim tại các vị trí này phản ánh không chỉ vận động co và giãn của cơ tim mà còn bị ảnh hưởng của cả vận động xoay và vận động chuyển dịch của cơ tim trong chu chuyển tim. Để loại trừ những tác động trên, một số tác giả đã đề xuất rằng vùng cơ tim ở nền thất trái, ngay tại vòng van hai lá ở mặt cắt từ mỏm tim tương đối cố định trong chu chuyển tim, vận tốc thu được tại vị trí này phản ánh hoạt động co bóp và thư giãn của cả thất trái, nên có thể dùng để đánh giá chung cho chức năng toàn bộ thất trái [55], [159], [169].
Hình 1.5. Hình ảnh các sóng Doppler mô cơ tim đo tại vòng van hai lá bên Nguồn: Cho EJ (2010) [55]
Nguyên lý siêu âm Doppler mô kiểu 2D
Siêu âm Doppler màu mô cơ tim được Dicken mô tả đầu tiên năm 1992, nguyên lý giống như Doppler màu thông thường được ứng dụng, hình ảnh vận động thành tim được mã hóa thành màu sắc theo nguyên lý, khi mô
cơ tim vận động về phía đầu dò sẽ có màu đỏ, khi vận động xa đầu dò sẽ có màu xanh, khi không vận động sẽ không màu. Trên mỗi phía của thang màu, màu sáng nhất tương ứng với tốc độ cao nhất và ngược lại. Siêu âm màu mô cơ tim giúp cho quan sát đánh giá vận động thành tim dễ dàng hơn [93].
Nguyên lý Doppler mô M – Mode
Trên cơ sở M - Mode thông thường, những vùng cơ tim đã được mã hóa có màu sắc dựa trên chuyển động của thành tim về hướng đầu dò hay xa đầu dò, như vậy phổ mầu của M - Mode sẽ trải dài theo trục thời gian (trục X) với màu sắc khác nhau, phân tích dải màu sắc này cho phép chúng ta đánh giá vận động thành tim đang quan sát.
Hình 1.6. Hình ảnh siêu âm Doppler mô M – mode. Nguồn Valerio Zaca (2010) [176]
- Nguyên lý siêu âm Doppler mô kiểu xung
Tương tự như Doppler xung trong đo tốc độ chuyển động của dòng máu, Doppler xung mô cơ tim cho phép đo đạc và tính toán vận tốc mô cơ tim tại vị trí đặt cửa sổ Doppler. Sóng Doppler thể hiện trên trục tọa độ 2 chiều,
trục tung chỉ vận tốc, trục hoành chỉ thời gian. Các vùng cơ tim vận động về phía đầu dò cho sóng (+), ngược lại sẽ cho sóng (-). Bằng phương pháp này chúng ta có thể biết được chiều vận động, tốc độ vận động và thời gian vận động của vùng cơ tim quan sát, do đó nó rất thích hợp nghiên cứu định lượng vận động của vùng cơ tim. Thông thường Doppler mô cơ tim được ký hiệu Sm thể hiện co bóp vùng cơ tim trong kỳ tâm thu, Em và Am thể hiện giãn ra của vùng cơ tim trong kỳ tâm trương. Tốc độ và thời gian co giãn của các sóng là các chỉ số để phân tích đánh giá chức năng vùng cơ tim. Một số tác giả còn ký hiệu s’, e’, a’ thay cho Sm, Em, Am.
Hình 1.7. Hình ảnh các sóng Doppler mô cơ tim đo tại vòng van hai lá vách Nguồn: Yanxin Su (2006) [161]