V. Bóc tách động mạch [15]
2.Nguyên lý Doppler [4],[9]
Nếu một người quan sát đứng yên một cách tương đối với nguồn phát sóng thì tần số sóng người đó đo được sẽ giống với tần số sóng được truyền đi. Tuy nhiên, nếu người quan sát
đi tới gần hoặc xa khỏi nguồn phát sóng thì số lượng đầu sóng lướt qua người này trong một khoảng thời gian cho trước sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với khi đứng yên, và do đó người quan sát sẽđo được một tần số sóng lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với tần số sóng phát ra. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Doppler, theo tên nhà vật lý người Áo Christian Doppler là người đầu tiên mô tả hiện tượng này năm 1842.
Trong siêu âm y học, Doppler được ứng dụng bằng cách ghi nhận sự khác biệt tần số giữa sóng phát ra từ đầu phát và sóng phản xạ lại từ một mục tiêu di động trở về đầu thu. Phương trình Doppler được trình bày bằng ‘tần số Doppler’ fd, là độ chênh lệch tần số
giữa tần số phát ra ft hay f0 và tần số sóng trở vềfr, như sau:
fd = ft - fr =2ft v cosθ / c
Hình 4.1. Minh họa phương trình Doppler
Trong đó v là vận tốc của mục tiêu, c là tốc độ âm thanh trong mô, và θ là góc giữa tia siêu âm và hướng chuyển động của mục tiêu. Trong siêu âm y học, tốc độ truyền âm trong mô và tần số sóng phát ra đều đã biết, do đó tốc độ di chuyển của mục tiêu có thể được tính bằng phương trình sau:
v = Kfd cosθ
Với K là hằng số đã biết (K=c/2ft). Như vậy, nếu biết góc θ thì có thể tính được vận tốc tuyệt đối của mục tiêu. Trong thực tế, mối quan tâm của siêu âm Doppler y học chính là dòng máu, và trong mỗi vùng khảo sát Doppler (gọi là thể tích mẫu) có rất nhiều vật thể, cụ thể là các tế bào hồng cầu, di chuyển với một dải tốc độ khác nhau, và do đó tín hiệu Doppler thu được cũng sẽ chứa một phổ các tần số khác nhau. Hình 4.2 minh họa hiển thị
phổ Doppler (thường gọi là sonogram) thu được từ một động mạch cảnh. Trục hoành thể
hiện thời gian, còn trục tung thể hiện tần số Doppler (chênh lệch tần số phát ra và thu vào), và độ xám của mỗi điểm trên biểu đồ thể hiện cường độ của tín hiệu Doppler ở tần số và thời gian tương ứng.
Chuyên đề 2: Cập nhật các kỹ thuật khảo sát bệnh lý động mạch não - 2011
Hình 4.2 Phổ Doppler từ một động mạch cảnh trong [9]
Doppler sóng ngắt quãng (pulsed-wave Doppler)
Các máy siêu âm Doppler đầu tiên sử dụng sóng liên tục, nghĩa là vừa phát vừa thu tín hiệu một cách liên tục, tuy nhiên chúng ít hoặc không có độ phân giải về khoảng cách. Do việc chọn lọc tín hiệu Doppler từ một độ sâu nhất định là rất quan trọng nên ngày nay gần như mọi máy Doppler đều là Doppler truyền xung ngắt quãng. Các máy này phát siêu âm từng đợt cách khoảng đều đặt, và sau một khoảng chờ cố định (nhưng điều chỉnh được) thì cửa sổ tiếp nhận gắn ởđầu dò sẽ mở ra một khoảng thời gian ngắn để tiếp nhận các tín hiệu phản xạ lại từ một khoảng độ sâu đã định sẵn, đưa vào phân tích Doppler. Khoảng trễ giữa phát xung siêu âm và mở cửa tiếp nhận là yếu tố quyết định tín hiệu phản xạ từ độ sâu nào sẽđược thu thập, và độ dài thời gian mở cửa cùng với bước sóng siêu âm sẽ
quyết định độ dài vùng lấy mẫu Doppler. Thông thường độ dài xung phát ra và độ dài thời gian mở cửa thu là bằng nhau (để tỉ số tín hiệu trên tiếng ồn là tối ưu) và khi đó độ
nhạy của vùng lấy mẫu có hình tam giác với độ nhạy lớn nhất ở giữa và giảm dần về
trước và về sau theo đường truyền sóng siêu âm.