ĐẠI CƯƠNG
Lịch sử của phương pháp siêu âm Doppler
– Năm 1842, lần đầu tiên nhà bác học người Áo Johann Christian Doppler đã phát hiện và thiết lập một cách khoa học mối tương quan giữa hiện tượng sóng và tốc độ di chuyển tương đối của nguồn phát sóng so với người quan sát. Nhưng những nghiên cứu đầu tiên của ông được tiến hành trong lĩnh vực ánh sáng chứ không phải trong lĩnh vực âm học.
– Người đầu tiên tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm nguyên lý của Doppler trong lĩnh vực âm học là nhà vật lý trẻ người Hà Lan (Christof Heinrich Dietrich Buys – Ballot, 1817 – 1890). Kết quả các nghiên cứu thực nghiệm của ông đã được công bố năm 1845.
– Vào cuối những năm 40, một tác giả người Pháp là Hyppolyte Fizeau (1819 – 1896) cũng tiến hành những nghiên cứu tương tự trong lĩnh vực âm học. Đến năm 1870, những công trình này mới được công bố.
– Nguyên lý mà Doppler mô tả sau này được mang tên hiệu ứng Doppler – Hiệu ứng Doppler đúng với mọi chuyển động dạng sóng, do đo cũng đúng vơi các sóng siêu âm.
Những ứng dụng đầu tiên trong khảo sát động mạch não
– ứng dụng hiệu ứng Doppler trong việc đo tốc độ dòng máu đã được Satamura và Kaneko tiến hành lần đầu tiên năm 1959. Tiếp theo là các công trình nghiên cứu của Franklin và Rushmer (Mỹ) năm 1961, Pourcelot (Pháp) năm 1965, Strandness (Mỹ) năm 1966. Các nghiên cứu này đã đặt nền móng cho phương pháp thăm dò huyết động học hoàn toàn mới đó là đo tốc độ dòng máu bằng siêu âm
– Sau đó rất nhiều các nghiên cứu khác nhau đã khẳng định giá trị của phương pháp siêu âm Doppler trong thăm dò tổn thương các động mạch ngoại vi cũng như các động mạch nuôi não. Theo B Glatt, trong chẩn đoán các tổn thương động mạch cảnh đoạn ngoài sọ, phương pháp siêu âm Doppler liên tục cho kết quả chính xác gần bằng chụp động mạch (cụ thể: huyết khối động mạch chính xác là 100%, hẹp khít 95%, hẹp trung bình 90%), với các tổn thương ở động mạch đốt sống thân nền thì kết quả có kém hơn (cụ thể: tắc động mạch chính xác là 95%; hẹp khít chỗ xuất phát 80%, hẹp trung bình 50%). Riêng với hội chứng cướp máu động mạch dưới đòn (subclavian Steel syndrome), Doppler còn chính xác hơn cả chụp động mạch vì nó cho biết chiều của dòng máu trong động mạch đốt sống.
– Theo các tác giả Tây Âu và Mỹ, giá trị dự đoán dương tính của siêu âm Doppler thông qua chỉ số đo tốc độ tâm thu tối đa và tốc độ cuối tâm trương trong chẩn đoán hẹp động mạch cảnh đoạn ngoài sọ là từ 70 – 90%, hẹp bề mặt là 91%. Theo Mark, siêu âm Doppler trong chẩn đoán hẹp động mạch cảnh ngoài sọ trên 60% bề mặt có độ nhậy 89%, độ đặc hiệu 93%, giá trị dự đoán dương tính 89%, giá trị dự đoán âm tính 93%.
NGUYÊN LÝ CỦA SIÊU ÂM DOPPLER
Các sóng siêu âm
– Một vật thể khi dao động sẽ phát ra một âm thanh, dao động này được truyền qua tất cả các dạng vật chất, trừ chân không.
– Sóng siêu âm là những dao động có tần số cao, vượt quá giới hạn nghe của người (18.000 Hertz), chúng được xác định bởi tần số dao động F, độ dài bước sóng lamda (λ) và tốc độ truyền âm của môi trường (C). Tốc độ dẫn truyền siêu âm được xác định theo công thức sau:
C=λF
Sóng siêu âm cũng tuân theo các quy luật quang học đó là sự lan truyền, phản xạ, khúc xạ và hấp thu.
– Khi một chùm siêu âm đến gặp một vật đang chuyển động thì tần số của chùm siêu âm phản xạ sẽ bị thay đổi tỷ lệ với vận tốc của vật chuyển động theo công thức sau:
Fi – Fr = Fi.2V.Cosθ/C
Trong đó:
Fi: tần số chùm siêu âm đến Fr: tần số chùm siêu âm phản xạ V: vận tốc của vật chuyển động C: vận tốc truyền âm trong môi
Nếu biết tần số chùm siêu âm đến (Fi) và chùm siêu âm phản xạ (Fr) người ta dễ dàng tính được tốc độ của vật đang chuyển động theo công thức sau:
V= (Fi-Fr).C/ (Fi.2Cosθ)
Như vậy tốc độ dòng máu phụ thuộc vào góc θ hợp bởi chùm siêu âm với trục dòng máu.
Đo tốc độ dòng máu bằng hiệu ứng Doppler
– Để đo tốc độ dòng máu, người ta sử dụng máy siêu âm Doppler với đầu dò có tần số khác nhau tuỳ độ sâu của động mạch cần thăm dò. cấu tạo đầu dò gồm các tinh thể có khả năng phát chùm siêu âm tới đồng thời nhận chùm siêu âm phản xạ. hướng đầu dò vào mạch máu cần nghiên cứu. Khi chùm siêu âm tới gặp các yếu tố hữu hình trong máu (mà chủ yếu là các hồng cầu), một phần siêu âm sẽ được phản xạ lại với một tần số khác với chùm siêu âm ban đầu. Máy sẽ phân tích sự thay đổi tần số giữa chùm siêu âm tới và chùm siêu âm phản xạ. Sự thay đổi tần số này trong điềụ kiện tuần hoàn bình thường, nằm trong giới hạn nghe được của con người, do đó được truyền qua hệ thống tăng âm để phát ra loa. Kết quả được biểu hiện dưới dạng đồ thị.
– Tần số siêu âm được sử dụng thông thường từ 2 – Các đầu dò 4 – 8MHz cho phép ghi siêu âm Doppler tất cả các mạch vùng đầu cổ.
Những thay đổi huyết động tại chỗ hẹp động mạch
– Tổn thương gây hẹp lòng động mạch sẽ gây những thay đổi huyết động tại chỗ hẹp cũng như trước và sau chỗ hẹp.
Tại chỗ hẹp: theo nguyên lý Bernouilli (hình 8.177), có sự bảo toàn năng lượng, khi tốc độ tăng áp lực sẽ giảm. Tại chỗ hẹp động mạch, tốc độ dòng máu tăng và do đó áp suất tĩnh tác động lên thành mạch tại vị trí đó giảm hơn so với chỗ không hẹp. Sở dĩ như vậy là do khi chất lỏng chảy nhanh, áp lực tác động vào các hạt chất lỏng cũng hướng theo chiều chuyển động và bớt tác động lên thành mạch. Nói cách khác, khi tốc độ dòng chảy tăng cao, một phần năng lượng áp suất được chuyển thành năng lượng động, đẩy chất lỏng nhanh về phía trước.
Hình 8.177. Nguyên lý Bernouilli
P1 > P2 > P3
V1 = V2 < V3
EC: năng lượng động
– Chúng ta đều biết rằng: lưu lượng là tích của thiết diện lòng mạch với tốc độ dòng chảỵ. Vì lưu lượng dòng chảy là không đổi cả ở trước, sau và tại chỗ hẹp, nên khi hẹp lòng mạch, tôc độ dòng máu sẽ tăng lên tại vị trí hẹp, tỷ lệ với sự giảm đường kính lòng mạch.
– Trong trường hợp hẹp nhiều, các lực quán tính đặc biệt là độ nhớt của máu sẽ trở nên rát quan trọng làm cho tốc độ dòng máu tại chỗ hẹp giảm đi, thậm chí, ngừng hoàn toàn như trong trường hợp tắc mạch do huyết khối.
– Tại chỗ hẹp, khi tốc độ tăng cao tới một mức nào đó sẽ xuất hiện dòng chảy rối. Sự chảy rối này phụ thuộc vào đặc điểm của hẹp có đều hay không đều hoặc hẹp kéo dài hay khu trú. Thông thường, hẹp khu trú, không đều hiện tượng chảy rối xảy ra rõ hơn.
– Như vậy, trong hẹp động mạch, hai dấu hiệu quan trọng nhất là tăng tốc độ khu trú và rối loạn dòng chảy. Phương pháp siêu âm Doppler đã dựa vào hai dấu hiệu trực tiếp này để xác định vị trí của tổn thương hẹp động mạch. Chiều dài của tổn thương hẹp được xác định bằng chiều dài mà trên đó đầu dò phát hiện được sự tăng tốc độ.
– Theo Réggi, chỉ khi có tổn thương hẹp trên 50 – 60% đường kính lòng mạch mới gây tăng tốc độ khu trú đủ để phát hiện được trên Doppler.
– Những thay đổi gián tiếp trước và sau chỗ hẹp chỉ xuất hiện khi hẹp nhiều, làm thay đổi tình trạng huyết động, hậu quả là sau chỗ hẹp, biên độ sóng Doppler giảm rõ rệt.
CÁC PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM DOPPLER
Phương pháp siêu âm Doppler liên tục
– Đầu dò gồm hai tinh thể: một tinh thể liên tục phát đi chùm siêu âm, một tinh thể khác liên tục nhận chùm siêu âm phản xạ lại.
– Phương pháp Doppler liên tục biểu hiện các hạn chế sau:
+ Tại một thời điểm (t), Doppler liên tục chỉ cho biết một tốc độ (V) tương ứng với một tần số AF. Thực tế ngay tại thời điểm này chùm siêu âm phát đi từ đầu dò gặp trên đường đi của nó nhiều hiện tượng tuần hoàn khác nhau (có thể đi qua một tĩnh mạch và một động mạch hoặc hai mạch có đường kính, hướng và độ sâu khác nhau).
+ Doppler liên tục không cho biết đường kính của lòng mạch cần thăm dò.
+ Trong Doppler liên tục người ta không biết chính xác góc tạo bởi đầu dò và mạch máu cần nghiên cứu.
Phương pháp siêu âm Doppler ngắt quãng (doppler xung)
– Trong phương pháp này, đầu dò chỉ có một tinh thể duy nhất hoạt động một cách luân phiên như một bộ phận phát và thu sóng phản xạ. Chùm siêu âm phát đi không phải là liên tục mà gián đoạn theo từng xung (giống như với các siêu âm thông thường). Việc ghi tín hiệu sau một khoảng thời gian (t) cho phép chọn độ sâu của vùng thăm dò. số lượng xung mà đầu dò phát ra trong một giây gọi là tần số phát xung (Pulse Repetition Frequency, viết tắt là PRF)
– Các ưu điểm của siêu âm Doppler ngắt quãng:
+ Có thể chọn chính xác vùng cần ghi.
+ Có thể ghi đồng thời cùng với hình ảnh siêu âm hai chiều.
+ Có thể điều chỉnh được thể tích đo bằng cách thay đổi độ rộng của chùm siêu âm và thời gian phát sóng.
– Các hạn chế của siêu âm Doppler ngắt quãng:
+ Flan chế độ sâu có thể thăm dò, vì cần phải có thời gian để chùm siêu âm tới động mạch đích và quay trở lại đầu dò, do đó độ sâu phụ thuộc vào tần số phát xung (PRF) tức là khoảng thời gian giữa hai xung siêu âm. Tần số phát xung càng cao thì độ sâu tối đa có thể thăm dò càng giảm.
+ Flan chế về tốc độ tối đa có thể đo được, khi tốc độ tối đa vượt quá một giới hạn nhất định (giới hạn Nyquis), sẽ xuất hiện hiện tượng “Aliasing”: nghĩa là những tần số cao nhất trong phổ Doppler sẽ bị mất và xuất hiện các giá trị âm tương ứng.
Phương pháp phân tích phổ
– Tín hiệu Doppler thu được thực chất là tổng của nhiều tần số khác nhaụ. Kỹ thuật Doppler liên tục cũng như Doppler ngắt quãng thông thường không cho phép thấy được sự khác nhau này.
– Kỹ thuật phân tích phổ cho phép phân tích tất cả các tần số cấu tạo nên tín hiệu Doppler ở cùng một thời điểm, bằng cách biểu thị năng lượng tương ứng với từng tần số.
Kỹ thuật phân tích phổ dựa vào nguyên lý của Fourier: tất cả các tín hiệu dạng chu kỳ, cho dù phức tạp đến đâu đều có thể phân tích bằng toán học thành một loạt các tín hiệu dạng hình sin đơn thuần. Phương pháp chuyển dạng nhanh Fourier (transformed de fourier rapide) cho phép chuyển một tín hiệu phức tạp thành các tín hiệu cơ bản dạng sin theo nặng lượng tương ứng. Kết quả như vậy không phải là một đường cong nữa mà là một phổ các tần số biểu thị theo trình tự năng lượng tương ứng. Năng lượng này được biểu thị bằng độ sáng trên màn hình hoặc mức độ đậm trên giấy.
+ Hẹp 40% đường kính tương ứng 64% bề mặt.
+ Hẹp 50% đường kính tương ứng 75% bề mặt.
+ Hẹp 60% đường kính tương ứng 84% bề mặt.
+ Hẹp 70% đường kính tương ứng 91% bề mặt.
+ Hẹp 80% đường kính tương ứng 96% bề mặt.
Đánh giá tình trạng vữa xơ động mạch
– Đo độ dày lớp nội trung mạc động mạch cảnh chung: chiều dày lớp nội trung mạc phụ thuộc vào tuổi. Bình thường < 0,8mm và hình ảnh siêu âm bình thường của lớp nội trung mạc từ trong ra ngoài gồm:
+ Một lớp mỏng đậm độ âm ít, tạo thành một đường viền ở trong tương ứng với nội mạc và phần trong của lớp trung mạc (hình 8.184).
+ ở giữa là một lớp mỏng không âm tương ứng với phần ngoài của lớp trung mạc.
+ Ngoài cùng là một lớp dày hơn, tạo thành viền ngoài tương ứng với ngoại mạc.
Hình 8.184. Cách đo chiều dày lớp nội trung mạc động mạch cảnh chung
– Đánh giá tính chất mảng vữa xơ:
+ Đồng nhất hoặc không đồng nhất: dựa vào đậm độ âm của mảng vữa xơ ta có thể đánh giá cấu tạo của mảng vữa xơ. Mảng vữa xơ (hình 8.187) có đậm độ âm thấp là mảng vữa xơ mới chứa nhiều lipid, đậm độ âm của mảng này thấp hơn hoặc bằng đậm độ âm của cơ ức – đòn – chũm.
+ Mảng vữa xơ có đậm độ âm trung bình: là mảng vữa xơ xơ hoá, khi thành phần sợi collagen trong mảng vữa xơ tăng lên thì đậm độ âm cũng tăng lên. Vì vậy, các mảng xơ chứa nhiều collagen sẽ có đậm độ âm trung bình (cao hơn đậm độ âm của cơ ức – đòn – chũm, nhưng ít hơn so với ngoại mạc của động mạch, cấu trúc âm thường đông nhât, nhưng có thể có những vùng giảm âm, tương ứng với huyết khối hoặc láng đọng lipid trong mảng vữa xơ.
+ Mảng vữa xơ có đậm độ âm cao, kèm theo cỏ bóng cản âm tương ứng với mảng vữa xơ calci hoá (hay vôi hoá).
– Dựa vào bề mặt mảng vữa xơ đánh giá nhẵn hay không đềụ, loét mảng vữa xơ hay chảy máu trong mảng vữa xơ. Hình ảnh loét biểu hiện bề mặt có một chỗ khuyêt, bờ săc, trên siêu âm mâu thây rõ dòng màu trong lỗ khuyết, thấy cả trên bình diện cắt dọc và bình diện căt ngang.
– Đo độ dày mảng vữa xơ cả hai bình diện, theo bình diện cắt dọc và cắt ngang. Trên bình diện cắt dọc ta đo được chiều dài và bề dày của mảng vữa xơ, trên bình diện cắt ngang đo độ hẹp bề mặt lòng mạch (hình 8.187).