Nguyªn lý siªu ©m Doppler m¹ch TS Ph¹m Minh Th«ng

1. Nguyªn lý chung cña hiÖu øng DopplerN¨m 1842 Johan Christian Doppler nhµ vËt lý häc ngêi ¸o ®· ph¸t

biÓu hiÖu øng mang tªn «ng trong lÜnh vùc ¸nh s¸ng, sau nµy c¸c nhµ vËt lý ®· chøng minh r»ng hiÖu øng nµy cßn x¶y ra vµ ®óng ë c¸c m«i tr-êng vËt chÊt d¹ng sãng kh¸c nh sãng Radio, sãng ©m thanh. Trong lÜnh vùc sãng ©m, nguyªn lý cña hiÖu øng Doppler ®îc hiÓu nh sau: khi mét chïm siªu ©m ®îc ph¸t ®i gÆp mét vËt th× sÏ cã hiÖn tîng ph¶n håi ©m, tÇn sè cña chïm siªu ©m ph¶n håi vÒ sÏ thay ®æi so víi tÇn sè cña chïm ph¸t ®i nÕu kho¶ng c¸ch t¬ng ®èi gi÷a nguån ph¸t vµ vËt thay ®æi: tÇn sè t¨ng nÕu kho¶ng c¸ch gi¶m vµ ngîc l¹i.

Sù thay ®æi tÇn sè ∆f =f− fo=C

Vfo θcos..2

fo

f

θ C

2. Nguyªn lý c¸c kiÓu siªu ©m Doppler

Cã 4 kiÓu siªu ©m Doppler : Doppler liªn tôc, Doppler xung, Doppler mµu vµ Doppler n¨ng lîng.

Nguyªn lý cña siªu ©m Doppler liªn tôc:§©y lµ kiÓu siªu ©m Doppler ®ßi hái cÊu tróc m¸y ®¬n gi¶n nhÊt.

§Çu dß cña m¸y cã chøa hai tinh thÓ gèm ¸p ®iÖn, mét tinh thÓ cã chøc n¨ng ph¸t liªn tôc chïm sãng siªu ©m vµ tinh thÓ kia cã nhiÖm vô thu sãng ph¶n håi vÒ. So s¸nh gi÷a tÇn sè cña chïm siªu ©m ph¸t vµ chïm siªu ©m thu vÒ lµ c¬ së ®Ó tÝnh tèc ®é di chuyÓn cña vËt. Trong c¬ thÓ th× vËt di chuyÓn ®Ó t¹o nªn tÝn hiÖu Doppler chÝnh lµ c¸c tÕ bµo m¸u di chuyÓn trong lßng m¹ch, trong ®ã chñ yÕu lµ c¸c hång cÇu. TÝn hiÖu Doppler cã thÓ ®îc biÓu diÔn díi d¹ng ©m thanh, , ®êng ghi hoÆc phæ.

KiÓu siªu ©m Doppler liªn tôc cã c¸c u ®iÓm nh : cÊu t¹o cña m¸y ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh thÊp, cho phÐp ghi ®îc c¸c dßng ch¶y cã tèc ®é cao, kh«ng cã hiÖn tîng " aliasing"( c¾t côt ®Ønh). Ngîc l¹i, kiÓu Doppler nµy cã c¸c nhîc ®iÓm nh: kh«ng cho phÐp ghi chän läc ë mét vïng, m¸y ghi l¹i tÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu dßng ch¶y mµ chïm siªu ©m ®i qua.

∆f. Thay ®æi tÇn sèfo. TÇn sè ph¸t x¹f- : TÇn sè ph¶n x¹V. Tèc ®é vËt di chuyÓnθ. Gãc gi÷a chïm siªu ©m vµ m¹chm¸uC. Tèc ®é cña siªu ©m trong c¬ thÓ

1

2

∆f

Nguyªn lý siªu ©m Doppler xung:Trong kiÓu Doppler xung th× ®Çu dß chØ cã mét tinh thÓ gèm ¸p

®iÖn, sãng ©m ®îc ph¸t ra ng¾t qu·ng ®îc gäi lµ xung siªu ©m, xen gi÷a c¸c xung siªu ©m lµ thêi gian nghØ ®Ó c¸c tinh thÓ gèm ¸p ®iÖn thu tina hiÖu cña chïm siªu ©m ph¶n håi vÒ. Siªu ©m Doppler xung ®· gióp gi¶i quyÕt ®îc vÊn ®Ò khã kh¨n th¨m kh¸m m¹ch liªn quan ®Õn chiÒu s©u vµ kÝch thíc m¹ch do siªu ©m Doppler mµu lu©n g¾n cïng víi siªu ©m hai b×nh diÖn.

1

2

Nguyªn lý Doppler liªn tôc1. §Çu dß2. M¹ch m¸ufo. TÇn sè sãng ph¸tf. TÇn sè sãng thu∆f. TÇn sè Doppler = f-fo

H×nh s¬ ®å siªu ©m Doppler xung1. §Çu dß2. M¹chm¸uFo. TÇn sè sãng ph¸tf. TÇn sè sãng ph¶n håi∆f. TÇn sè Doppler = f - foP. §é s©u cña cöa ghi DopplerL. KÝch thíc cöa ghi Doppler

Trong kiÓu siªu ©m Doppler xung th× chØ cã tÝn hiÖu dßng ch¶y ë mét vïng nhÊt ®Þnh ®îc ghi l¹i. VÞ trÝ vµ thÓ tÝch vïng ghi tÝn hiÖu Doppler (cßn gäi lµ cöa ghi Doppler ) cã thÓ thay ®æi ®îc. VÞ trÝ cöa ghi Doppler ®îc x¸c ®Þnh bëi kho¶ng thêi gian tõ lóc ph¸t ®Õn luc thu chïm siªu ©m ph¶n håi vÒ. KÝch thíc cña cöa ghi Doppler phô thuéc vµo chiÒu réng cña chïm siªu ©m vµ kho¶ng thêi gian thu sãng ph¶n håi(t).

Do vËn tèc cña cña sãng ©m trong c¬ thÓ kh¸ h»ng ®Þnh(1540cm/s) nªn chiÒu s©u cña vïng ghi tÝn hiÖu Doppler - d( kho¶ng c¸ch tõ ®Çu dß tíi vïng ghi tÝn hiÖu) ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

d = 15402

⋅T (m)

ChiÒu dµi cña cöa ghi Doppler ®îc x¸c ®Þnh bëi thêi gian thu sãng ph¶n håi(1). ChiÒu réng cña cöa ghi Doppler phô thuéc vµo kÝch thíc cña chïm siªu ©m.

TÇn sè nh¾c l¹i xung( pulse repetition frequency-PRF) lµ sè lÇn trong mét gi©y mµ chïm siªu ©m ®i ®Õn ®Ých vµ quay vÒ. PRF ®îc tÝnh b»ng kHz vµ thêng ®îc ghi lµ K ®Ó kh«ng nhÇm víi tÇn sè Doppler (∆f còng ®îc tÝnh b»ng kHz).

P.R.F = d

C

2

PRF cã ý nghÜa quan träng trong kü thuËt ghi phæ Doppler v× theo ph¬ng tr×nh Shannon

≤∆f2

PRF

Khi ∆f > PRF/2 th× cã hiÖn tîng ( aliasing), cã nghÜa lµ ®Ønh phæ Doppler bÞ c¾t côt vµ ®îc ghi sang phÝa ®èi diÖn cña ®êng 0.

§Ó tr¸nh hiÖn tîng nµy cã 4 biÖn ph¸p:- ChuyÓn ®êng 0 xuèng thÊp, bá c¸c tÇn sè ©m ®Ó lµm t¨ng thªm

c¸c tÇn sè d¬ng trªn ®êng 0

S¬ ®å cña ghi Doppler1. §Çu dß2. Cöa ghi DopplerT. Thêi gian tõ lóc ph¸t tíi lóc thu sãng ph¶n håit. Kho¶ng thêi gian thu sãng ph¶n håi

T lµ thêi gian tõ lóc ph¸t ®Õn lóc thu chïm siªu ©m ph¶n håi

d. ChiÒu s©u cña m¹ch m¸u C. Tèc ®é cña chïm siªu ©m( 1540m/s)

- Gi¶m ∆f b»ng c¸ch gi¶m tÇn sè ph¸t fo ( chän ®Çu dß cã tÇn sè thÊp), hay t¨ng gãc θ ®Ó gi¶m Cosθ tuy nhiªn gãc θ ph¶i lu«n < 600 ®Ó gi¶m sai sè .

-Gi¶m ®é s©u (d) b»ng c¸ch Ðp bÖnh nh©n ®Ó t¨ng PRF -Sö dông m¸y cã tÇn sè PRF

cao. Víi tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt ngêi ta ®· chÕ t¹o ®îc c¸c m¸y siªu ©m Doppler cã PRF cao b»ng c¸ch ph¸t ®i vµ thu vÒ nhiÒu lÇn tÝn hiÖu siªu ©m trong thêi gian chïm sãng ©m ®i tíi vËt vµ quay trë l¹i, nhng kh«ng ph¶i m¸y siªu ©m Doppler nµo còng cã kh¶ n¨ng nµy.

S¬ ®å nguyªn t¾c cña PRF caoa. PRF< 2 ∆f: cã phæ Doppler bÞc¾t côt ®Ønh ngay c¶ khi ®· h¹ ®êng 0 xuèng thÊp.

b. PRF 4 lÇn nhanh h¬n th× ngay c¶ khi n©ng ®êng 0 lªn cao còng kh«ng bÞ c¾t côt ®Ønh.

HiÖn nay c¸c m¸y siªu ©m xung cã kü thuËt nh¾c l¹i tÇn sè cao( gäi lµ HPRF- high pulse repetition frequency), tuy nhiªn vÉn cã giíi h¹n tèi ®a cña HPRF, do vËy siªu ©m Doppler xung chØ cho phÐp ®o ®îc tèc ®é cao nhÊt ®Þnh.

So víi kiÓu siªu ©m Doppler liªn tôc, kiÓu Doppler xung cã u ®iÓm nh: cho phÐp lùa chän chÝnh x¸c vµ thay ®æi kÝch thíc vïng cÇn ghi tÝn hiÖu Doppler. Ngîc l¹i kiÓu siªu ©m nµy còng cã mét sè nhîc ®iÓm: h¹n chÕ vÒ tèc ®é tèi ®a cã thÓ ®o ®îc, h¹n chÕ vÒ ®é s©u cã thÓ th¨m dß còng nh phô thuéc nhiÒu vµo gãc θ.

Ph©n tÝch phæ.TÝn hiÖu Doppler ( Doppler liªn tôc hay Doppler xung ) ®îc ph©n

tÝch díi d¹ng ©m thanh , ®êng ghi hay d¹ng phæ.

Do tÇn sè Doppler (∆f) n»m trong kho¶ng nghe thÊy cña tai ngêi nªn chØ cÇn dïng loa th«ng thêng cã thÓ nghe thÊy tÝn hiÖu Doppler, vµ chÈn ®o¸n cã thÓ dùa trªn sù thay ®æi ©m s¾c vµ cêng ®é ©m thanh.

Trong kiÓu thÓ hiÖn tÝn hiÖu Doppler b»ng ®êng ghi, ngêi ta dïng kü thuËt ®Õm sè lÇn tÝn hiÖu vît trªn ®êng 0( zero crossing detector). TÝn hiÖu Doppler ®îc tÝnh chung nh mét giao ®éng , m¸y cho phÐp tÝnh ®îc sè lÇn ( tÇn sè) dao ®éng nµy vît qua ®êng 0. §êng ghi tèc ®é kh«ng thÓ hiÖn gi¸ trÞ lín nhÊt, còng kh«ng ph¶i gi¸ trÞ trung b×nhcña dßng ch¶y, nã ®îc íc tÝnh ∆≈ f. V× vËy ®êng cong ghi ®îc kh«ng biÓu hiÖn tèc ®é tøc th× cña dßng ch¶y mµ chØ thÓ hiÖn tèc ®é chung cña c¸c dßng ch¶y mµ chïm siªu ©m gÆp ph¶i trªn ®êng ®i.

Phæ Doppler lµ kÕt qu¶ cña sù ph©n tÝch tÝn hiÖu Doppler (∆f) b»ng phÐp biÕn ®æi nhanh cña Fourier( Fast Fourier Transform-FFT)

Hîp ©m Sol,Si,Rª ®îc nghe thÊy ®îc ph©n tÝch b»ng FFT thµnh ba ©m c¬ b¶n.

Trªn siªu ©m th× tÝn hiÖu (∆f) chøa nhiÒu tÇn sè kh¸c nhau, ph©n tÝch b»ng FFT cho phÐp nhËn biÕt c¸c tÇn sè kh¸c nhau.

BiÓu diÔn tÝn hiÖu phæ Doppler trªn kh«ng gian ba chiÒu sau khi ®· ®îc ph©n tÝch b»ng FFT .

H×nh phæ Doppler cña ®éng m¹ch c¶nh gèc

TÇn sè Doppler (∆f) thu ®îc lµ sù kÕt hîp cña nhiÒu tÇn sè kh¸c nhau( do trong mét dßng ch¶y cã nhiÒu tèc ®é kh¸c nhau). PhÐp biÕn ®æi FFT cho phÐp ph©n tÝch nhanh( trong 5 micro gi©y) mét tÇn sè Doppler thµnh c¸c tÇn sè thµnh phÇn( h×nh trªn) vµ thÓ hiÖn cêng ®é cña mçi tÇn sè thµnh phÇn nµy b»ng ®é s¸ng trªn ®êng ghi phæ Doppler( Doppler spectrum). Nh vËy phæ Doppler ®îc coi nh ®êng ghi tÝn hiÖu theo kh«ng gian ba chiÒu: trôc thêi gian, trôc tÇn sè( hay tèc ®é) vµ trôc thø ba lµ trôc cêng ®é( biÓu hiÖn b»ng ®é s¸ng) cña c¸c tÇn sè thµnh phÇn.

§êng cong biÓu diÔn phæ Doppler cña ®éng m¹ch ®· ®îc läc bít c¸c tÝn hiÖu tÇn sè thÊp ®Ó lo¹i bá c¸c c¸c hiÖu øng Doppler cña thµnh m¹ch cã tÇn sè thÊp nhng còng lo¹i bá bít c¸c tÇn sè thÊp cña dßng ch¶y s¸t thµnh m¹ch. Trªn ®éng m¹ch b×nh thêng th× c¸c tÇn sè Doppler cao nhiÒu h¬n c¸c tÇn sè thÊp cho nªn t¹o ra cöa sæ Ýt tÝn hiÖu trong th× t©m thi.

Siªu ©m Doppler xung kÕt hîp víi siªu ©m c¾t líp( hÖ thèng Duplex)Th¨m kh¸m siªu ©m Doppler dÔ dµng nhê g¾n cïng hÖ thèng siªu

©m c¾t líp vµ hiÖn nay tÊt c¶ c¸c m¸y siªu ©m Doppler xung ®Òu ®îc cÊu t¹o nh vËy. Nhê cã hÖ thèng siªu ©m c¾t líp mµ m¹ch m¸u ®îc dÔ dµng nhËn thÊy ®Ó ®Æt cöa sæ ghi Doppler còng nh dé réng cña nã nhÝnh x¸c phï hîp víi kÝch thíc cña m¹ch cÇn th¨m kh¸m. PRF còng cã thÓ ®îc tù ®éng ®iÒu chØnh hay ®iÒu chØnh tuú theo ý muèn phï hîp víi tõng m¹ch m¸u cÇn th¨m kh¸m còng nh gãc th¨m kh¸m θ phï hîp. H×nh phæ Doppler ®îc biÓu hiÖn trªn mµn h×nh ®ång thêi víi h×nh 2D hay riªng biÖt ®Ó dÔ dµng ph©n tÝch.

Nguyªn lý siªu ©m Doppler mµuNgêi ta ¸p dông nguyªn lý siªu ©m Doppler xung nhiÒu cöa( multigate

pulse Doppler) ®Ó thu tÝn hiÖu Doppler trªn mét vïng trong mét mÆt c¾t. TÝn hiÖu tõ c¸c cöa ghi Dopplerr nµy ®îc m· ho¸ díi d¹ng mµu vµ thÓ hiÖn chång lªn h×nh ¶nh siªu ©m hai chiÒu t¹o thµnh h×nh Doppler

mµu cßn ®îc gäi lµ b¶n ®å mµu cña dßng ch¶y( Color Fl¬ Mapping- CFM)

S¬ ®å nguyªn lý siªu ©m Doppler mµu

ViÖc m· ho¸ tèc ®é dßng ch¶y trªn siªu ©m Doppler mµu ®îc thùc hiÖn theo c¸c nguyªn t¾c:

+ C¸c dßng ch¶y vÒ phÝa ®Çu dß ®îc thÓ hiÖn b»ng mµu ®á, dßng ch¶y ®i xa ®Çu dß ®îc thÓ hiÖn b»ng mµu xanh. Cã thÓ ®¶o ngîc chiÒu qui íc nµy trªn m¸y (dßng ch¶y vÒ ®Çu dß chuyÓn thµnh mµu xanh).

+ Dßng ch¶y cã tèc ®é cµng lín ®îc thÓ hiÖn b»ng mµu cµng s¸ng: vÝ dô khi tèc ®é dßng ch¶y cµng t¨ng th× mµu xanh th½m chuyÓn thµnh mµu xanh t¬i, mµu ®á chuyÓn thµnh mµu xanh l¸ c©y vµ mµu vµng thËm chÝ thµnh mµu s¸ng (tr¾ng).

+NÕu tèc ®é dßng ch¶y lín sÏ cã hiÖn tîng "aliasing" mµu: chç t¨ng tèc biÕn thµnh mµu ®èi lËp nhng phai nh¹t; vÝ dô nh mµu ®á biÕn thµnh mµu xanh nh¹t.

+ NÕu cã dßng rèi (dßng ch¶y lén xén theo nhiÒu híng víi tèc ®é kh¸c nhau) th× cã h×nh kh¶m mµu: c¸c « ®á, xanh, vµng n»m xen lÉn nhau kh«ng theo trËt tù nµo c¶.

u ®iÓm cña Siªu ©m Doppler mµu:

Tuy nhiªn nã còng cã nh÷ng nhîc ®iÓm: do cã sè ¶nh/gi©y thÊp, ®é ph©n gi¶i kh«ng gian kÐm, tèc ®é thÓ hiÖn trªn siªu ©m Doppler mµu kh«ng ph¶i lµ tèc ®é thùc, nã chØ cã tÝnh chÊt biÓu thÞ chiÒu dßng ch¶y vµ thÓ hiÖn mét c¸ch t¬ng ®èi tèc ®é dßng ch¶y.

Cho nªn siªu ©m Doppler mµu cÇn ph¶i gi¶i quyÕt mét sè khã kh¨n ®ã lµ:

-TÝn hiÖu yÕu nªn cÇn cã ®Çu dß cã tÇn sè Doppler thÊp h¬n tÇn sè cña siªu ©m c¾t líp vµ chØ mét sè m¸y cã chøc n¨ng tù ®éng thay ®æi tÇn sè Doppler nµy.

- V× chØ cã mét ®Çu dß võa cho c¸c h×nh ¶nh siªu ©m c¾t líp( cã h×nh ¶nh râ nÐt nhÊt khi gi÷a chïm sãng ph¸t vµ vËt lµ 900) vµ võa cho h×nh ¶nh Doppler mµu (nã cã h×nh ¶nh râ nÐt nhÊt khi gãc gi÷a sãng ©m vµ vËt lµ 00), muèn gi¶i quyÕt m©u thuÉn nµy mét sè m¸y cã ®Çu dß dÑt cã mÆt ngoµi v¸t ®Ó t¹o gãc tèt cho siªu ©m Doppler, mét sè m¸y kh¸c cã thÓ thay ®æi gãc b»ng ph¬ng ph¸p ®iÖn tö.

- Ph©n tÝch trong thêi gian thùc rÊt nhiÒu c¸c chØ sè, H×nh ¶nh siªu ©m Doppler mµu ®îc t¹o lªn do nhiÒu ®êng ph¸t tÝn hiÖu (L) vµ trªn mçi ®êng nµy l¹i cÇn cã nhiÒu xung ( I) ®Ó cã tÝn hiÖu tèt, ®Ó ®i hÕt chiÒu dµi cña ®êng ph¸t cÇn cã thêi gian ( T) vµ nã ngîc l¹i víi PRF ( PRF cao th× T gi¶m vµ ngîc l¹i), víi PRF lµ 5kHz th× T kho¶ng 200 microgi©y. Sè lîng ¶nh thu ®îc cho phÐp ph©n tÝch trong thêi gian thùc vµ nã phô thuéc vµo Tx I xL. NÕu L lµ 20 ®êng vµ I lµ 10 xung trªn 1 ®-êng vµ 200 microgi©y cho mçi ®êng ph¸t th× mçi h×nh ¶nh sÏ mÊt 40 miligi©y vµ ta cã 25 ¶nh /gi©y. Ngîc l¹i nÕu PRF thÊp h¬n, sè xung vµ sè ®êng ph¸t nhiÒu h¬n th× sè ¶nh sÏ Ýt h¬n. ChÝnh v× vËy mµ trªn siªu ©m mµu muèn cã nhiÒu h×nh/gi©y th× cÇn ph¶i gi¶m kÝch thíc ¶nh (gi¶m chiÒu s©u ®Ó t¨ng PRF, gi¶m chiÒu réng ®Ó gi¶m sè lîng ®êng ph¸t)

Do ®ã ®Ó cã thÓ thùc sù ph©n tÝch ®Çy ®ñ vÒ h×nh th¸i vµ tÝnh chÊt huyÕt ®éng cña m¹ch m¸u cÇn ph¶i dùa trªn sù kÕt hîp ph©n tÝch h×nh ¶nh hai chiÒu, h×nh Doppler mµu vµ phæ doppler. M¸y siªu ©m Doppler mµu cã c¶ 3 kiÓu siªu ©m nµy ( hÖ thèng Triplex) t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho th¨m dß m¹ch m¸u.

Siªu ©m Doppler n¨ng lîng hay siªu ©m Angio§o tÝn hiÖu Doppler thÊp nªn tÝn hiÖu Doppler (∆f) ®îc biÕn ®æi

m· ho¸ n¨ng lîng. H×nh ¶nh nµy ®îc gäi lµ siªu ©m n¨ng lîng hay siªu ©m mµu m· ho¸ n¨ng lîng.

H×nh ¶nh míi nµy kh«ng cßn lµ h×nh siªu ©m Doppler mµu n÷a vµ cã nhiÒu ®iÓm kh¸c so víi siªu ©m Doppler mµu:- Kh«ng nhËn biÕt ®îc chiÒu cña dßng ch¶y vÒ phÝa ®Çu dß hay ®i xa ®Çu dß.- Toµn bé lßng m¹ch ®îc lÊp ®Çy c¸c pixel mµu v× Doppler n¨ng lîng cã ®é nh¹y gÊp 3 lÇn Doppler mµu vµ cã h×nh ¶nh chôp m¹ch trªn siªu ©m Doppler (Angio Doppler). C¸c m¹ch m¸u nhá còng ®îc nhiÒn thÊy( c¸c ®éng m¹ch liªn thuú th¹n).

- H×nh ¶nh chôp nhu m« cã thÓ ®îc thÊy- B»ng siªu ©m Doppler n¨ng lîng cã thÓ ph¸t hiÖn tíi m¸u trong u, c¸c m¹ch t©n t¹o t¨ng m¹ch trong viªm còng cã thÓ ®îc ph¸t hiÖn.- Kh«ng cã hiÖn tîng "aliasing" mµu, còng nh kh«ng cßn ph¶i phô thuéc vµo gãc θ. Siªu ©m Doppler n¨ng lîng ®îc øng dông chñ yÕu trong th¨m kh¸m c¸c m¹ch m¸u nhá vµ nhÊt lµ cã tèc ®é dßng ch¶y thÊp mµ siªu ©m Doppler mµu th«ng thêng kh«ng ®ñ ®é nh¹y ®Ó ph¸t hiÖn.

Ph©n tÝch phæ Doppler trong siªu ©m chÈn ®o¸n

Phæ Doppler lµ tÊt c¶ c¸c tÝn hiÖu Doppler ph¶n x¹ vÒ cã nhiÒu tÇn sè kh¸c nhau, ph©n tÝch phæ Doppler lµ x¾p xÕp c¸c tÝn hiÖu cã tÇn sè kh¸c nhau nµy theo trËt tù nhÊt ®Þnh. C¸c m¸y siªu ©m Doppler hiÖn ®¹i ngµy nay cã ph©n tÝch phæ Doppler thêi gian thùc, tøc lµ c¸c tÊn sè Doppler ®îc ph©n tÝch tøc thêi khi th¨m kh¸m ®ang tiÕn hµnh. HÖ thèng m¸y tÝnh ®iÖn tö trong m¸y siªu ©m tÝnh to¸n, ph©n tÝch phæ Doppler theo phÐp biÕn ®æi nhanh Fourier.

Nguyªn t¾c cña ph©n tÝch phæ DopplerNÕu nh m¸u ch¶y trong lßng m¹ch liªn tôc, nÕu nh m¹ch m¸u th¼ng vµ cã ®êng kÝnh kh«ng thay ®æi, nÕu nh tèc ®é dßng ch¶y gièng nhau trªn c¶ mÆt c¾t cña m¹ch m¸u th× phæ Doppler sÏ lµ ®êng th¼ng vµ kh«ng cÈn ph¶i ph©n tÝch phæ Doppler. Nhng trªn thùc tÕ th× dßng ch¶y trong lßng m¹ch cã tèc ®é rÊt kh¸c nhau, kÝch thíc lßng m¹ch thay ®æi vµ cã híng ®i thay ®æi tuú tõng vÞ trÝ nªn dßng m¸u cho phæ Doppler cã t¸c tÇn sè kh¸c nhau ë tõng vÞ trÝ vµ tõng thêi ®iÓm kh¸c nhau; chÝnh v× vËy mµ cÇn ph¶i biÕt phæ Doppler b×nh thêng vµ khi nµo th× kh«ng b×nh thêng vµ cÇn ph¶i ph©n tÝch phæ Doppler.

Ph©n tÝch phæ Doppler b»ng ©m thanh.Ph©n tÝch phæ Doppler ®îc øng dông ®Çu tiªn b»ng tÝn hiÖu ©m

thanh, do dùa trªn thùc tÕ lµ tai ngêi cã thÓ ph©n tÝch ®îc tiÕng nãi cña ngêi nµy kh¸c víi ngêi kia mµ ngêi ta cã thÓ øng dông ®Ó ph©n biÖt tÝn hiÖu Doppler trªn ©m thanh cã c¸c tÇn sè kh¸c nhau ®Ó chÈn ®o¸n bÖnh, vµ ngay c¶ c¸c m¸y Doppler hiÖn ®¹i nhÊt còng ®Òu cã bé phËn ®Ó ph©n tÝch tÝn hiÖu Doppler b»ng nghe. Nhng ta kh«ng thÓ ®Þnh l-îng ®îc b»ng nghe ®Ó chÈn ®o¸n møc ®é hÑp hay t¾c cña m¹ch. ChÝnh v× vËy mµ cÇn thiÕt ph¶i biÓu hiÖn phæ Doppler b»ng ®êng vÏ.

Cöa sæ th¨m kh¸m Doppler

CÇn ph¶i hiÓu kh¸i niÖm cöa sæ th¨m kh¸m Doppler, ®ã lµ h×nh mét thÓ tÝch kh«ng gian ba chiÒu tuy nhiªn chØ biÓu hiÖn kh«ng gian hai chiÒu trªn manf h×nh. KÝch thíc vµ h×nh d¹ng cña cöa sæ kh«ng biÓu hiÖn hoµn toµn t¬ng øng trªn phæ Doppler. §iÒu cÇn ph¶i lu ý lµ ph©n tÝch phæ Doppler chØ thùc hiÖn trong vïng cöa sæ Doppler nµy, nÕu nh cöa sæ Doppler ®îc ®iÒu chØnh thÝch hîp th× m¹ch m¸u ®îc th¨m kh¸m thùc hiÖn chÝnh x¸c.

H×nh cöa sæ Doppler Hai ®êng song song( mòi tªn ®en) chØ chiÒu dµi cu¶ cöa sæ doppler, ®êng A lµ ®êng thu tÝn hiÖu Doppler, ®êng b chØ trôc cña dßng ch¶y, gãc θ t¹o bëi ®êng A vµ B lµ gãc Doppler.

Phæ doppler biÓu hiÖn b»ng ®êng vÏPh©n tÝch phæ doppler lµ bãc t¸ch c¸c tÇn sè kh¸c nhau cña tÝn hiÖu doppler thu ®îc thµnh c¸c tÇn sè ( tèc ®é kh¸c nhau) t¹o lªn phæ Doppler vµ biÓu diÔn nã thµnh ®êng ghi trªn mµn h×nh. Phæ doppler ghi ®îc biÓu thÞ c¶ tèc ®é(cm/s) vµ tÇn sè ( kHz), nhê cã gãc θ ®îc biÕt tríc mµ m¸y tÝnh cã thÓ tÝnh to¸n chuyÓn ®æi tÇn sè thµnh tèc ®é, vµ hÇu hÕt c¸c m¸y ngµy nay ®Òu cã biÓu thÞ tèc ®é cña dßng ch¶y khi ph©n tÝch phæ Doppler.

H×nh phæ doppler biÓu hiÖn trªn mµn h×nh- H×nh c¾t líp ( gãc trªn tr¸i) cho biÕt m¹ch m¸u, cöa s«e Doppler, vµ gãc Doppler

- Thêi gian biÓu thÞ b»ng trôc ngang vµ ®îc tÝnh b»ng gi©y- TÇn sè hay tèc ®é ®îc biÓu thÞ b»ng trôc däc- ChiÒu cña dßng ch¶y: vÒ ®Çu dß th× phæ doppler n»m trªn ®êng 0 vµ ngîc l¹i.

Mét sè ®iÓm ®Æc trng cña dßng ch¶y trªn ph©n tÝch phæ Doppler

ChiÒu dßng ch¶y:ChiÒu dßng ch¶y ®îc tÝnh mét c¸ch t¬ng ®èi so víi ®Çu dß vµ ®îc biÓu hiÖn b»ng phæ Doppler ë trªn ®êng 0 vµ phæ doppler n»m díi ®êng 0, tuy nhiªn chiÒu dßng ch¶y nµy kh«ng ph¶i lµ tuyÖt ®èi v× cã thÓ thay ®æi chiÒu dßng ch¶y b»ng c¸ch xoay ®Çu dß 1800 hay bÊm vµo nót ®¶o chiÒu trªn m¸y, chÝnh v× vËy mµ chiÒu dßng ch¶y ph¶i dùa vµo c¸c m¹ch m¸u cã chiÒu dßng ch¶y cè ®Þnh nh ®éng m¹ch chñ hay ®éng m¹ch c¶nh ®Ó so s¸nh.

Ph©n lo¹i c¸c thay ®æi tÇn sè: biÓu hiÖn cña phæ Doppler trªn mµn h×nh lµ sù ph©n lo¹i hay x¾p xÕp c¸c thay ®æi tÇn sè theo trËt tù ë bªn trong cöa sæ thu tÝn hiÖu Doppler, sù x¾p xÕp nµy tuú thuéc vµo møc ®é dßng ch¶y cã trËt tù hay kh«ng cã trËt tù, Khi cã trËt tù th× gäi lµ dßng ch¶y thµnh líp, khi kh«ng cã trËt tù gäi lµ dßng ch¶y rèi.

Dßng ch¶y thµnh líp : ®îc ®Æc trng b»ng chuyÓn ®éng cã trËt tù cña c¸c tÕ bµo m¸u theo c¸c ®êng th¼ng song song víi thµnh m¹ch. Dßng ch¶y nµy lµ ®Æc trng cña dßng ch¶y b×nh thêng cña hÇu hÕt c¸c ®éng m¹ch vµ mét sè tÜnh m¹ch lín. Trong dßng ch¶y líp th× ®a sè c¸c tÕ bµo m¸u di chuyÓn cïng mét tèc ®é cho nªn phæ Doppler biÓu hiÖn lµ ®êng m¶nh vµ cã kho¶ng trèng phÝa díi gäi lµ cöa sæ phæ Doppler, trªn siªu ©m Doppler mµu biÓu hiÖn cã ®êng ®á ®Ëm s¸t thµnh m¹ch t-¬ng øng víi tèc ®é thÊp vµ ®á nh¹t h¬n ë gi÷a lßng m¹ch t¬ng øng víi tèc ®é cao h¬n. Trªn ©m thanh th× dßng ch¶y líp cã tiÕng thanh trong nh tiÕng s¸o.

H×nh dßng ch¶y thµnh c¸c lípA. S¬ ®å c¸c líp cña dßng ch¶yB. Phæ Doppler cña dßng ch¶y líp. Do phÇn lín c¸c thµnh phÇn m¸u ch¶y víi tèc ®é gièng nhau nªn phæ Doppler vÏ lªn h×nh dêng viÒn tr¾ng kh¸ râ nÐt bao bäc bªn ngoµi vïng ®en " gäi lµ cöa sæ tÝn hiÖu Doppler". H×nh ®êng vÏ bªn trªn ph¶i t¬ng øng víi thêi ®iÓm ®¸nh dÊu b»ng mòi tªn phÝa díi cña phæ Doppler

H×nh dßng ch¶y líp trªn siªu ©m Doppler mµu.Dßng cahû cã tèc ®é chËm n»m gÇn thµnh m¹ch vµ cã mµu ®æ thÉm, dßng ch¶y cã tèc ®é cao n»m ë trung t©m vµ cã mµu ®á nh¹t h¬n.

Dßng ch¶y rèi : ChuyÓn ®éng cña c¸c thµnh phÇn m¸u kh«ng

cßn cïng mét tèc ®é n÷a mµ cã c¸c tèc ®é kh¸c nhau. Møc ®é cña dßng ch¶y kh«ng cã trËt tù biÓu hiÖn b»ng ®é dµy cña viÒn phæ Doppler( bê cña phæ Doppler kh«ng cßn tËp trung thµnh ®êng m¶nh n÷a). Dßng ch¶y rèi Ýt biÓu hiÖn b»ng h×nh bê viÒn phæ Doppler dµy ra chØ ë cuèi th× t©m thu vµ ®Çu t©m tr¬ng, chiÒu dµy phæ Doppler cµng réng th× møc ®é dßng ch¶y rèi cµng nhiÒu. Dßng ch¶y rèi trung b×nh th× cöa sæ tÝn hiÖu Doppler bÞ lÊp ®Çy, vµ dßng ch¶y rèi nÆng th× bê phæ Doppler kh«ng râ n÷a vµ cã c¶ dßng ch¶y ®i vµ tíi ®Çu dß. B×nh thêng th× kh«ng cã dßng ch¶y rèi nÆng ë c¸c m¹ch m¸u b×nh thêng. Dßng ch¶y rèi nÆng thêng gÆp trong c¸c trêng hîp hÑp khÝt cña lßng m¹ch vµ cµng cã dßng ch¶y rèi nhiÒu th× møc ®é hÑp cµng nÆng.

Dßng ch¶y rèi ®«i khi lµ biÓu hiÖn cña m¹ch bÖnh lý nhng còng cÇn biÕt r»ng dßng rèi gÆp c¶ ë m¹ch bÖnh lý vµ m¹ch b×nh thêng. C¸c m¹ch ngo»n ngoÌo, xo¾n vÆn th× cã dßng rèi, mét vÝ dô ®iÓn h×nh lµ hÇu nh lu«n thÊy dßng ch¶y rèi ë vïng hµnh c¶nh. Vïng cã dßng ch¶y ®¶o chiÒu thêng thÊy ë ®o¹n to nhÊt cña ®éng m¹ch c¶nh trong vïng hµnh c¶nh, vµ ®îc thÊy dßng rèi c¶ trªn siªu ©m Doppler xung hay Doppler mµu. Nãi chung dßng rèi ë m¹ch b×nh thêng th× kh«ng bao giê rèi lo¹n nhiÒu, dßng rèi nhiÒu thêng lu«n cã trong hÑp m¹ch nhÊt lµ hÑp khÝt.

H×nh dßng ch¶y rèiA. S¬ ®å dßng ch¶y rèiB. Phæ Doppler cña dßng ch¶y rèi Ýt biÓu hiÖn b»ng chiÒu dµy cña viÒn phæ Doppler réng ra ë cuèi t©m thu vµ trong th× t©m tr¬ng. Tèc ®é dßng ch¶y gÇn 50cm/s thÊy ë biÓu ®å trªn ph¶i ë th× t©m thu ®¸nh dÊu b»ng ®Çu mòi tªn phÝa díi

¶nh hëng cña kÝch thíc cöa sæ ghi Doppler: KÝch thíc cña cöa sæ ghi Doppler còng ¶nh hëng ®Õn phæ Doppler. Thêng th× trªn c¸c m¸y siªu ©m Doppler khi ®Ó cöa sæ ghi Doppler réng th× viÒn phæ Doppler còng dµy lªn. Tuy nhiªn chiÒu dµy phæ Doppler réng ra lµ mét dÊu hiÖu chung cña m¹ch bÖnh lý.

H×nh C: Dßng rèi trung b×nh lµm lÊp ®Çy cöa sæ trèng trªn phæ Doppler, tèc ®é kho¶ng 75cm/gi©y .

H×nh D. Dßng rèi nÆng biÓu hiÖn b»ng mÊt cöa sæ trèng tÝn hiÖu, bê phæ Doppler kh«ng râ, tèc ®é kho¶ng 125cm/gi©y

Søc ®Ëp:Phæ Doppler biÓu diÔn thay ®æi tèc ®é trong lßng m¹ch ë mçi kú

t©m thu. H×nh ¶nh phæ Doppler bÞ ¶nh hëng bëi nhiÒu yÕu tè: yÕu tè huyÕt ®éng, chøc n¨ng tim, yÕu tè thµnh m¹ch, lu lîng m¸u ®Õn vµ ®i ë vïng th¨m dß...

C¶n trë dßng ®Õn:ë m¹ch m¸u b×n thêng kh«ng cã c¶n trë dßng ®Õn th× trong th×

t©m thu cã tèc ®é dßng ch¶y t¨ng lªn ®ét ngét vµ nhanh chãng tíi ®Ønh. NÕu dßng ®Õn bÞ c¶n trë nhiÒu do tæn th¬ng g©y t¾c ë ®Çu gÇn so víi vïng th¨m kh¸m th× t©m thu tèc ®é t¨ng lªn tõ tõ( thêi gian t¨ng tèc t©m thu kÐo dµi) vµ ®Ønh t©m thu vµ t©m tr¬ng ®Òu thÊp h¬n b×nh th-êng. HËu qu¶ lµ phæ Doppler cã d¹ng sãng dÑt vµ thÊp, vµ ta cã thÓ ®o ®îc ¶nh hëng cña dßng ®Õn tíi thêi gian t¨ng tèc t©m thu.

T¨ng tèc t©m thu chÞu ¶nh hëng cña c¶ chøc n¨ng tim vµ c¶n trë dßng ®Õn. Phæ Doppler cã thÓ dÑt vµ thêi gian t¨ng tèc kÐo dµi nÕu nh tèng m¸u ra tõ thÊt tr¸i chËm do rèi lo¹n chøc n¨ng c¬ tim hay do hÑp van ®éng m¹ch chñ. Khi ta thÊy cã phæ Doppler trßn thÊp vµ thêi gian t¨ng tèc t©m thu kÐo dµi th× cÇn kiÓm tra ë m¹ch kh¸c ®Ó x¸c ®Þnh ®ã lµ do c¶n trë dßng ®Õn hay do tim.

C¶n trë dßng ®i: Tèc ®é cña dßng ®i phô thuéc vµo søc c¶n( trë kh¸ng) cña cña tuÇn

hoµn do ®éng m¹ch. Søc c¶n tuÇn hoµn thay ®æi ë tõng vïng kh¸c nhau cña c¬ thÓ vµ thÓ hiÖn trªn phæ Doppler cña m¹ch m¸u nu«i dìng vïng ®ã, vÝ dô nh ®éng m¹ch c¶nh trong cã phæ ®iÓn h×nh cña m¹ch m¸u cã søc c¶n thÊp víi h×nh ®Ønh t©m thu réng vµ dßng ®Õn xuÊt hiÖn c¶ trong th× t©m tr¬ng do m¸u lªn n·o cã dßng ®Õn kh«ng bÞ ngõng trong th× t©m tr¬ng.

Søc c¶n b×nh thêng vµ cao nhÊt lµ ë c¸c m¹ch m¸u c¸c chi, chóng cã phæ Doppler víi ®Ønh t©m thu nÐt vµ hÑp, cã sãng ngîc chiÒu sím trong th× t©m tr¬ng do cã dßng ®Õn muén trong kú t©m tr¬ng. Sãng ®¶o chiÒu lµ sãng ph¶n x¹, lµ ®Æc trng cña ®éng m¹ch cã søc cÈn lín. Phæ Doppler cña c¸c m¹ch ngo¹i vi cã søc c¶n lín cã sãng 3 pha do cã 3 thµnh phÇn sãng: hai pha ®Õn vµ mét ngîc chiÒu.

Thay ®æi phæ Doppler gióp cho chÈn ®o¸n t¾c m¹ch, vÝ dô nh khi cã tæn th¬ng t¾c cña ®éng m¹ch c¶nh trong th× phæ Doppler thay ®æi tõ 1 pha b×nh thêng ë ®éng m¹ch c¶nh gèc tíi 2 thËm chÝ 3 pha.

§Ó ®Þnh lîng ®îc søc c¶n dßng ®i th× ngêi ta sö dông nhiÒu chØ sè kh¸c nhau nhng chØ sè søc ®Ëp cña Gosling vµ chØ sè søc c¶n cña Pourcelot vµ tû sè t©m thu / t©m tr¬ng lµ hay ®îc dïng nhÊt. C¸c chØ sè nµy thay ®æi ë c¸c vïng kh¸c nhau cña c¬ thÓ. C¶ sinh lý vµ bÖnh lý ®Òu cã thÓ lµm thay ®æi phæ Doppler vÝ dô nh cã thÓ thÊy phæ Doppler cña m¹ch cã søc c¶n thÊp cã sãng 1 pha ë m¹ch ngo¹i biªn sau khi tËp thÓ dôc nÆng lµm gi·n c¸c m¹ch vµ lµm gi¶m søc c¶n. Còng vÉn thÊy h×nh phæ Doppler nh vËy ë m¹ch ngo¹i biªn nh-ng lµ bÖnh lý khi cã gi·n m¹ch ®Çu xa do t¾c m¹ch ®Çu gÇn.

ChØ sè søc ®Ëp cña Gosling (Pulsatility Index) PI=M

BA −

( A: tèc ®é t©m thu; B: tèc ®é t©m tr¬ng; M : tèc ®é trung b×nh)

ChØ sè søc c¶n cña Pourcelot( Resistivity Index) ( A: tèc ®é t©m thu, B: tèc ®é t©m tr¬ng )

S¬ ®å: ®o thêi gian t¨ng tèc t©m