1

Nguyên lý siêu âm Doppler mạch
TS Phạm Minh Thông
1. Nguyên lý chung của hiệu ứng Doppler
-Năm 1842 Johan Christian Doppler nhà vật lý học ngời áo đã
phát biểu hiệu ứng mang tên ông trong lĩnh vực ánh sáng.
- Trong lĩnh vực sóng âm, nguyên lý của hiệu ứng Doppler đợc
hiểu nh sau: khi một chùm siêu âm đợc phát đi gặp một vật thì sẽ có
hiện tợng phản hồi âm, tần số của chùm siêu âm phản hồi về sẽ thay
đổi so với tần số của chùm phát đi nếu khoảng cách tơng đối giữa
nguồn phát và vật thay đổi: tần số tăng nếu khoảng cách giảm và ngợc
lại.
Sự thay đổi tần số f =f fo=
fo
f
C



2 fo.V . cos
C

f. Thay đổi tần số
fo. Tần số phát xạ
f- : Tần số phản xạ
V. Tốc độ vật di chuyển
. Góc giữa chùm siêu âm
và mạchmáu
C. Tốc độ của siêu âm trong cơ thể
(1540m/s)



3

Nguyên lý siêu âm Doppler xung:
Trong kiểu Doppler xung thì đầu dò chỉ có một tinh thể gốm áp
điện, sóng âm đợc phát ra ngắt quãng đợc gọi là xung siêu âm, xen
giữa các xung siêu âm là thời gian nghỉ để các tinh thể gốm áp điện
thu tina hiệu của chùm siêu âm phản hồi về.
Doppler xung đã giúp giải quyết đợc vấn đề khó khăn thăm
khám mạch liên quan đến chiều sâu và kích thớc mạch do siêu âm
Doppler màu luân gắn cùng với siêu âm hai bình diện.

1
2

Hình sơ đồ siêu âm Doppler
xung
1. Đầu dò
2. Mạchmáu
Fo. Tần số sóng phát
f. Tần số sóng phản hồi
f. Tần số Doppler = f - fo
P. Độ sâu của cửa ghi Doppler
L. Kích thớc cửa ghi Doppler

Trong kiểu siêu âm Doppler xung thì chỉ có tín hiệu dòng chảy ở
một vùng nhất định đợc ghi lại. Vị trí và thể tích vùng ghi tín hiệu
Doppler (còn gọi là cửa ghi Doppler ) có thể thay đổi đợc. Vị trí cửa
ghi Doppler đợc xác định bởi khoảng thời gian từ lúc phát đến lúc thu

PRF
2

Khi f > PRF/2 thì có hiện tợng ( aliasing), có nghĩa là đỉnh phổ
Doppler bị cắt cụt và đợc ghi sang phía đối diện của đờng 0.
Để tránh hiện tợng này có 4 biện pháp:
- Chuyển đờng 0 xuống thấp, bỏ các tần số âm để làm tăng thêm
các tần số dơng trên đờng 0
- Giảm f bằng cách giảm tần số phát fo ( chọn đầu dò có tần số
thấp), hay tăng góc để giảm Cos tuy nhiên góc phải luôn < 600 để
giảm sai số .
-Giảm độ sâu (d) bằng cách ép bệnh nhân để tăng PRF
-Sử dụng máy có tần số PRF cao. không phải máy siêu âm Doppler
nào cũng có khả năng này.


5

Phân tích phổ.
Tín hiệu Doppler (liên tục, xung ) đợc phân tích dới dạng âm thanh,
đờng ghi hay dạng phổ.
Do tần số Doppler (f) nằm trong khoảng nghe thấy nên chỉ cần
loa thông thờng có thể nghe thấy tín hiệu Doppler, và chẩn đoán có thể
dựa trên sự thay đổi âm sắc và cờng độ âm thanh.
Trong kiểu thể hiện tín hiệu Doppler bằng đờng ghi, dùng kỹ thuật
đếm số lần tín hiệu vợt trên đờng 0( zero crossing detector). Tín hiệu
Doppler đợc tính chung nh một giao động , máy cho phép tính đợc số
lần ( tần số) dao động này vợt qua đờng 0. Đờng ghi tốc độ đợc ớc tính
f, nó không biểu hiện tốc độ tức thì của dòng chảy mà chỉ thể hiện
tốc độ chung của các dòng chảy mà chùm siêu âm gặp phải trên đờng

mạchsau
cảnh
khi
gốc
đã FFT
đợc
trong một dòng chảy có nhiều tốc độ không
khác nhau).
biến
đổi
cho phép phân tích nhanh( trong 5 micro giây) một tần số Doppler
thành các tần số thành phần và thể hiện cờng độ của mỗi tần số thành
phần này bằng độ sáng trên đờng ghi phổ Doppler( Doppler spectrum).
Nh vậy phổ Doppler đợc coi nh đờng ghi tín hiệu theo không gian
ba chiều: trục thời gian, trục tần số( hay tốc độ) và trục thứ ba là trục
cờng độ( biểu hiện bằng độ sáng) của các tần số thành phần.
Đờng cong biểu diễn phổ Doppler của động mạch đã lọc bớt các tín
hiệu tần số thấp để loại bỏ các các hiệu ứng Doppler của thành mạch
nhng cũng loại bỏ bớt các tần số thấp của dòng chảy sát thành mạch.
Trên động mạch bình thờng thì các tần số Doppler cao nhiều hơn các
tần số thấp cho nên tạo ra cửa sổ ít tín hiệu trong thì tâm thu.


7

Siêu âm Doppler xung kết hợp với siêu âm cắt lớp( hệ thống
Duplex)
-Thăm khám siêu âm Doppler dễ dàng nhờ gắn cùng hệ thống siêu
âm cắt lớp và hiện nay tất cả các máy siêu âm Doppler xung đều đợc
cấu tạo nh vậy.


9

u nhợc điểm của Siêu âm Doppler màu:
Do có số ảnh/giây thấp, độ phân giải không gian kém, tốc độ thể
hiện trên siêu âm Doppler màu không phải là tốc độ thực, nó chỉ có
tính chất biểu thị chiều dòng chảy và thể hiện một cách tơng đối tốc độ
dòng chảy.
-Tín hiệu yếu nên cần có đầu dò có tần số Doppler thấp hơn tần số
của siêu âm cắt lớp và chỉ một số máy có chức năng tự động thay đổi
tần số Doppler này.
- Vì chỉ có một đầu dò vừa cho các hình ảnh siêu âm cắt lớp( có
hình ảnh rõ nét nhất khi giữa chùm sóng phát và vật là 90 0) và vừa cho
hình ảnh Doppler màu (nó có hình ảnh rõ nét nhất khi góc giữa sóng
âm và vật là 00), nên một số máy có đầu dò dẹt có mặt ngoài vát để tạo
góc tốt cho siêu âm Doppler, một số máy khác có thể thay đổi góc
bằng phơng pháp điện tử.
- Phân tích trong thời gian thực rất nhiều các chỉ số, hình ảnh siêu
âm Doppler màu đợc tạo lên do nhiều đờng phát tín hiệu (L) và trên
mỗi đờng này lại cần có nhiều xung ( I) để có tín hiệu tốt, để đi hết
chiều dài của đờng phát cần có thời gian ( T) và nó ngợc lại với PRF
( PRF cao thì T giảm và ngợc lại).
Trên siêu âm màu muốn có nhiều hình/giây thì cần phải giảm kích
thớc ảnh (giảm chiều sâu để tăng PRF, giảm chiều rộng để giảm số lợng đờng phát)
Để phân tích đầy đủ về hình thái và tính chất huyết động của
mạch cần phải dựa trên sự kết hợp phân tích hình ảnh hai chiều, hình
Doppler màu và phổ doppler. Máy siêu âm Doppler màu có cả 3 kiểu
siêu âm này ( hệ thống Triplex) tạo điều kiện thuận lợi cho thăm dò
mạch máu.


số khác nhau
Phân tích phổ Doppler là sắp xếp các tín hiệu có tần số khác nhau
này theo trật tự nhất định.
Các máy siêu âm Doppler hiện đại có phân tích phổ Doppler thời
gian thực, các tấn số Doppler đợc phân tích tức thời khi thăm khám.
Hệ thống máy tính điện tử trong máy tính toán, phân tích theo phép
biến đổi nhanh Fourier.
Nguyên tắc của phân tích phổ Doppler
-Nếu nh máu chảy trong lòng mạch liên tục, nếu nh mạch máu
thẳng và có đờng kính không thay đổi, nếu nh tốc độ dòng chảy giống
nhau trên cả mặt cắt của mạch thì phổ Doppler sẽ là đờng thẳng và
không cẩn phải phân tích phổ Doppler.
-Trên thực tế thì dòng chảy có tốc độ rất khác nhau, kích thớc
lòng mạch thay đổi và có hớng đi thay đổi tuỳ từng vị trí nên dòng
máu cho phổ Doppler có tác tần số khác nhau ở từng vị trí và từng thời
điểm khác nhau;
- chính vì vậy mà cần phải biết phổ Doppler bình thờng và khi nào
thì không bình thờng và cần phải phân tích phổ Doppler.


12

Phân tích phổ Doppler bằng âm thanh.
-Phân tích phổ Doppler đợc ứng dụng đầu tiên bằng âm thanh, do
tai ngời có thể phân tích đợc tiếng nói của ngời này khác với ngời kia
nên có thể ứng dụng để phân biệt tín hiệu Doppler trên âm thanh có
các tần số khác nhau để chẩn đoán bệnh
-Các máy Doppler hiện đại nhất cũng đều có bộ phận để phân tích
tín hiệu Doppler bằng nghe. Nhng không định lợng đợc bằng nghe
mức độ hẹp hay tắc của mạch nên cần thiết phải biểu hiện phổ Doppler

mạch máu, cửa sổ Doppler, và góc
Doppler
- Thời gian biểu thị bằng trục ngang và
đợc tính bằng giây
- Tần số hay tốc độ đợc biểu
thị bằng trục dọc
- Chiều của dòng chảy: về đầu
dò thì phổ doppler nằm
trên đờng 0 và ngợc lại.


14

Một số điểm đặc trng của dòng chảy trên phân tích phổ
Doppler
Chiều dòng chảy:
Chiều dòng chảy đợc tính một cách tơng đối so với đầu dò và đợc
biểu hiện bằng phổ Doppler ở trên đờng 0 và phổ doppler nằm dới đờng 0,
Chiều dòng chảy này không phải là tuyệt đối vì có thể thay đổi
chiều dòng chảy bằng cách xoay đầu dò 180 0 hay bấm vào nút đảo
chiều trên máy,
Chiều dòng chảy phải dựa vào các mạch máu có chiều dòng chảy
cố định nh động mạch chủ hay động mạch cảnh để so sánh.
Phân loại các thay đổi tần số:
Biểu hiện của phổ Doppler trên màn hình là sự phân loại hay xắp
xếp các thay đổi tần số theo trật tự ở bên trong cửa sổ thu tín hiệu
Doppler,
sự sắp xếp này tuỳ thuộc vào mức độ dòng chảy có trật tự hay
không. Khi có trật tự thì gọi là dòng chảy thành lớp, khi không có trật
tự gọi là dòng chảy rối.


Dòng chảy rối :
Chuyển động của các thành phần máu không còn cùng một tốc độ
mà có các tốc độ khác nhau.
Mức độ của dòng chảy không có trật tự biểu hiện bằng độ dày của
viền phổ Doppler
Chiều dày phổ Doppler càng rộng thì mức độ dòng chảy rối càng
nhiều. Dòng rối trung bình thì cửa sổ tín hiệu Doppler bị lấp đầy, và
dòng chảy rối nặng thì bờ phổ Doppler không rõ và có cả dòng chảy đi
và tới đầu dò.
Bình thờng thì không có dòng chảy rối nặng ở các mạch máu bình
thờng. Dòng chảy rối nặng thờng gặp trong các trờng hợp hẹp khít của
lòng mạch và càng có dòng chảy rối nhiều thì mức độ hẹp càng nặng.

Hình dòng chảy rối
A. Sơ đồ dòng chảy rối
B. Phổ Doppler của dòng chảy rối ít biểu
hiện bằng chiều dày của viền phổ
Doppler rộng ra ở cuối tâm thu và trong
thì tâm trơng. Tốc độ dòng chảy gần
50cm/s thấy ở biểu đồ trên phải ở thì
tâm thu đánh dấu bằng đầu mũi tên phía
dới

Hình C: Dòng rối trung bình làm lấp đầy
cửa sổ trống trên phổ Doppler, tốc độ
khoảng 75cm/giây .


17

trong thì tâm trơng do có dòng đến muộn trong kỳ tâm trơng. Sóng đảo
chiều là sóng phản xạ, là đặc trng của động mạch có sức cản lớn.


19

-Chỉ số sức đập của Gosling và chỉ số sức cản của Pourcelot và tỷ
số tâm thu / tâm trơng là hay đợc dùng nhất. Các chỉ số này thay đổi ở
các vùng khác nhau của cơ thể.
-Cả sinh lý và bệnh lý đều có thể làm thay đổi phổ Doppler ví dụ
nh phổ Doppler của mạch có sức cản thấp có sóng 1 pha ở mạch ngoại
biên sau khi tập thể dục nặng làm giãn các mạch và làm giảm sức cản.
Cũng vẫn thấy hình phổ Doppler nh vậy ở mạch ngoại biên nhng là
bệnh lý khi có giãn mạch đầu xa do tắc đầu gần.

Chỉ số sức đập của Gosling (Pulsatility Index) PI=

A B
M

( A: tốc độ tâm thu; B: tốc độ tâm trơng; M : tốc độ trung bình)

Chỉ số sức cản của Pourcelot( Resistivity Index)
( A: tốc độ tâm thu, B: tốc độ tâm trơng )


20

Triệu chứng học của hẹp động mạch


- Dòng chảy tăng tốc ở chỗ động mạch bị hẹp, hẹp càng khít thì
tốc độ dòng chảy càng tăng, tốc độ tỷ lệ nghịch với diện tích còn lại
của lòng mạch nếu nh thành mạch còn đều nhẵn. Mối tơng quan giữa
tăng tốc và mức độ hẹp tồn tại nếu nh lu lợng qua vùng tổn thơng còn
đợc đảm bảo, nhng khi hẹp quá khít thì không còn mối tơng quan này
nữa và chẩn đoán có thể nhầm lẫn.
- Dòng chảy rối: dòng chảy bị tối loạn không còn tính chất của
dòng chảy thành các lớp bình thờng, dòng chảy gồm nhiều vêc tơ có
các cờng độ và các hớng khác nhau, ngỡng mà từ đó dòng chảy mất
tính chất bình thờng để trở lên rối loạn đợc xác định bằng số
Reynolds( nó không có kích thớc), nó phụ thuộc vào kích thớc lòng
mạch, tốc độ dòng chảy và độ nhớt của máu.
Dấu hiệu trực tiếp và gián tiếp của
hẹp động mạch
Trớc hẹp: Tốc độ dòng chảy giảm,
sức cản tăng
Chỗ hẹp: tăng tốc, dòng rối
Sau hẹp: Tốc độ giảm, thời gian
tăng tốc kéo dài., sức cản thấp


22

BiÕn ®æi cña phæ tÇn sè
Doppler theo c¸c møc ®é hÑp
cña lßng m¹ch.


23


này giảm đi.


25

- Sau chỗ hẹp:
Do sức cản tăng ở vùng hẹp, ở mức độ hẹp nhất định thì gây
giảm áp lực, nên thành mạch phản ứng lại bằng giãn mạch để giảm sức
cản nhằm duy trì lu lợng, nên các chỉ số sức cản và sức đập đều giảm
đi ở sau hẹp
Vùng hẹp nh cái lọc đã lọc các thành phần tốc độ nhanh để cho
phổ một pha, dạng đờng cong có biên độ thấp và có dòng chảy tâm trơng liên tục.
Hệ thống các mạch bàng hệ cũng đóng vai trò lọc đối với đờng
tốc độ do nó có sức trở kháng riêng và cũng do có nhiều đờng dẫn lu
ra khỏi vùng hẹp làm cho phổ Doppler mất tính đồng bộ không thay
đổi nhiều theo nhịp tim.
Thay đổi phổ Doppler sau chỗ hẹp phụ thuộc vào mức độ hẹp và
vào hệ thống mạch bàng hệ, nó nói lên mức độ hẹp về mặt chức năng
nhng không cho biết tính chất giải phẫu của hẹp .

Hình phổ Doppler sau chỗ hẹp với
chỉ số sức cản thấp