1. Nguyên lý chung của hiệu ứng Doppler

Năm 1842 Johan Christian Doppler nhà vật lý học người áo đã phát biểu hiệu ứng 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 siêu âm được phát đi gặp một vật thì sẽ có hiện tượng 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 tương đối giữa nguồn phát và vật thay đổi: tần số tăng nếu khoảng cách giảm và ngược lại.

2. Nguyên lý các kiểu siêu âm Doppler

Có 4 kiểu siêu âm Doppler : Doppler liên tục, Doppler xung, Doppler màu và Doppler năng lượng.

2.1 Nguyên lý của siêu âm Doppler liên tục:

Đây là kiểu siêu âm Doppler đòi hỏi cấu trúc máy đơn giản nhất. Đầu dò của máy có chứa hai tinh thể gốm áp điện, một tinh thể có chức năng phát liên tục chùm sóng siêu âm và tinh thể kia có nhiệm vụ thu sóng phản hồi về. So sánh giữa tần số của chùm siêu âm phát và chùm siêu âm thu về là cơ sở để tính tốc độ di chuyển của vật. Trong cơ thể thì vật di chuyển để tạo nên tín hiệu Doppler chính là các tế bào máu di chuyển trong lòng mạch, trong đó chủ yếu là các hồng cầu. Tín hiệu Doppler có thể được biểu diễn dưới dạng âm thanh, đường ghi hoặc phổ.

Kiểu siêu âm Doppler liên tục có các ưu điểm như : cấu tạo của máy đơn giản, giá thành thấp, cho phép ghi được các dòng chảy có tốc độ cao, không có hiện tượng ” aliasing”( cắt cụt đỉnh). Ngược lại, kiểu Doppler này có các nhược điểm như: không cho phép ghi chọn lọc ở một vùng, máy ghi lại tất cả các tín hiệu dòng chảy mà chùm siêu âm đi qua.

2.2. Nguyên lý siêu âm Doppler xung:

Trong kiểu Doppler xung thì đầu dò chỉ có một tinh thể gốm áp điện, sóng âm được phát ra ngắt quãng được 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. Siêu âm Doppler xung đã giúp giải quyết được vấn đề khó khăn thăm khám mạch liên quan đến chiều sâu và kích thước mạch do siêu âm Doppler màu luân gắn cùng với siêu âm hai bình diện.

Trong kiểu siêu âm Doppler xung thì chỉ có tín hiệu dòng chảy ở một vùng nhất định được ghi lại. Vị trí và thể tích vùng ghi tín hiệu Doppler (còn gọi là cửa ghi Doppler ) có thể thay đổi được. Vị trí cửa ghi Doppler được xác định bởi khoảng thời gian từ lúc phát đến luc thu chùm siêu âm phản hồi về. Kích thước của cửa ghi Doppler phụ thuộc vào chiều rộng của chùm siêu âm và khoảng thời gian thu sóng phản hồi (t).

Hiện nay các máy siêu âm xung có kỹ thuật nhắc lại tần số cao (gọi là HPRF- high pulse repetition frequency), tuy nhiên vẫn có giới hạn tối đa của HPRF, do vậy siêu âm Doppler xung chỉ cho phép đo được tốc độ cao nhất định.

So với kiểu siêu âm Doppler liên tục, kiểu Doppler xung có ưu điểm như: cho phép lựa chọn chính xác và thay đổi kích thước vùng cần ghi tín hiệu Doppler. Ngược lại kiểu siêu âm này cũng có một số nhược điểm: hạn chế về tốc độ tối đa có thể đo được, hạn chế về độ sâu có thể thăm dò cũng như phụ thuộc nhiều vào góc θ

Phân tích phổ.

Tín hiệu Doppler (Doppler liên tục hay Doppler xung) được phân tích dưới dạng âm thanh, đường ghi hay dạng phổ.

Do tần số Doppler (f) nằm trong khoảng nghe thấy của tai người nên chỉ cần dùng loa thông thường có thể nghe thấy tín hiệu Doppler, và chẩn đoán có thể dựa trên sự thay đổi âm sắc và cường độ âm thanh.

Trong kiểu thể hiện tín hiệu Doppler bằng đường ghi, người ta dùng kỹ thuật đếm số lần tín hiệu vượt trên đường 0 (zero crossing detector). Tín hiệu Doppler được tính chung như một giao động , máy cho phép tính được số lần (tần số) dao động này vượt qua đường 0. Đường ghi tốc độ không thể hiện giá trị lớn nhất, cũng không phải giá trị trung bình của dòng chảy, nó được ước tính  √Δ f.  Vì vậy đường cong ghi được 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 đường đi.

Tần số Doppler (Δ f) thu được là sự kết hợp của nhiều tần số khác nhau (do trong một dòng chảy có nhiều tốc độ khác nhau). Phép biến đổi FFT cho phép phân tích nhanh (trong 5 micro giây) một tần số Doppler thành các tần số thành phần (hình trên) và thể hiện cường độ của mỗi tần số thành phần này bằng độ sáng trên đường ghi phổ Doppler (Doppler spectrum). Như vậy phổ Doppler được coi như đường ghi tín hiệu theo không gian ba chiều: trục thời gian, trục tần số (hay tốc độ) và trục thứ ba là trục cường độ (biểu hiện bằng độ sáng) của các tần số thành phần.

Đường cong biểu diễn phổ Doppler của động mạch đã được lọc bớt các tín hiệu tần số thấp để loại bỏ các các hiệu ứng Doppler của thành mạch có tần số thấp nhưng cũng loại bỏ bớt các tần số thấp của dòng chảy sát thành mạch. Trên động mạch bình thường thì các tần số Doppler cao nhiều hơn các tần số thấp cho nên tạo ra cửa sổ ít tín hiệu trong thì tâm thi.

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 được cấu tạo như vậy. Nhờ có hệ thống siêu âm cắt lớp mà mạch máu được dễ dàng nhận thấy để đặt cửa sổ ghi Doppler cũng như dộ rộng của nó nhính xác phù hợp với kích thước của mạch cần thăm khám. PRF cũng có thể được tự động điều chỉnh hay điều chỉnh tuỳ theo ý muốn phù hợp với từng mạch máu cần thăm khám cũng nhgóc thăm khám  phù hợp. Hình phổ Doppler được biểu hiện trên màn hình đồng thời với hình 2D hay riêng biệt để dễ dàng phân tích.

2.3. Nguyên lý siêu âm Doppler màu

Người ta áp dụng nguyên lý siêu âm Doppler xung nhiều cửa( multigate pulse Doppler) để thu tín hiệu Doppler trên một vùng trong một mặt cắt. Tín hiệu từ các cửa ghi Dopplerr này được mã hoá dưới dạng màu và thể hiện chồng lên hình ảnh siêu âm hai chiều tạo thành hình Doppler màu còn được gọi là bản đồ màu của dòng chảy( Color Flơ Mapping- CFM)

Việc mã hoá tốc độ dòng chảy trên siêu âm Doppler màu được thực hiện theo các nguyên tắc:
+ Các dòng chảy về phía đầu dò được thể hiện bằng màu đỏ, dòng chảy đi xa đầu dò được thể hiện bằng màu xanh. Có thể đảo ngược chiều qui ước này trên máy (dòng chảy về đầu dò chuyển thành màu xanh).
+ Dòng chảy có tốc độ càng lớn được thể hiện bằng màu càng sáng: ví dụ khi tốc độ dòng chảy càng tăng thì màu xanh thẵm chuyển thành màu xanh tươi, màu đỏ chuyển thành màu xanh lá cây và màu vàng thậm chí thành màu sáng (trắng).
+Nếu tốc độ dòng chảy lớn sẽ có hiện tượng “aliasing” màu: chỗ tăng tốc biến thành màu đối lập nhưng phai nhạt; ví dụ như màu đỏ biến thành màu xanh nhạt.
+ Nếu có dòng rối (dòng chảy lộn xộn theo nhiều hướng với tốc độ khác nhau) thì có hình khảm màu: các ô đỏ, xanh, vàng nằm xen lẫn nhau không theo trật tự nào cả. ưu điểm của Siêu âm Doppler màu:

Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm: 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 tương đối tốc độ dòng chảy.

Cho nên siêu âm Doppler màu cần phải giải quyết một số khó khăn đó là:
– 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 900) và vừa cho hình ảnh Doppler màu (nó có hình ảnh rõ nét nhất khi góc giữa sóng âm và vật là 00), muốn giải quyết mâu thuẫn này 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 phương pháp điện tử.
– Phân tích trong thời gian thực rất nhiều các chỉ số, Hình ảnh siêu âm Doppler màu được tạo lên do nhiều đường phát tín hiệu (L) và trên mỗi đường này lại cần có nhiều xung (I) để có tín hiệu tốt, để đi hết chiều dài của đường phát cần có thời gian (T) và nó ngược lại với PRF ( PRF cao thì T giảm và ngược lại), với PRF là 5kHz thì T khoảng 200 microgiây. Số lượng ảnh thu được cho phép phân tích trong thời gian thực và nó phụ thuộc vào Tx I xL. Nếu L là 20 đường và I là 10 xung trên 1 đường và 200 microgiây cho mỗi đường phát thì mỗi hình ảnh sẽ mất 40 miligiây và ta có 25 ảnh /giây. Ngược lại nếu PRF thấp hơn, số xung và số đường phát nhiều hơn thì số ảnh sẽ ít hơn. Chính vì vậy mà trên siêu âm màu muốn có nhiều hình/giây thì cần phải giảm kích thước ảnh (giảm chiều sâu để tăng PRF, giảm chiều rộng để giảm số lượng đường phát)

Do đó để có thể thực sự phân tích đầy đủ về hình thái và tính chất huyết động của mạch máu 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.

2.4. Siêu âm Doppler năng lượng hay siêu âm Angio

Đo tín hiệu Doppler thấp nên tín hiệu Doppler (Δf) được biến đổi mã hoá năng lượng. Hình ảnh này được gọi là siêu âm năng lượng hay siêu âm màu mã hoá năng lượng. Hình ảnh mới này không còn là hình siêu âm Doppler màu nữa và có nhiều điểm khác so với siêu âm Doppler màu:
– Không nhận biết được chiều của dòng chảy về phía đầu dò hay đi xa đầu dò.
– Toàn bộ lòng mạch được lấp đầy các pixel màu vì Doppler năng lượng có độ nhạy gấp 3 lần Doppler màu và có hình ảnh chụp mạch trên siêu âm Doppler (Angio Doppler). Các mạch máu nhỏ cũng được nhiền thấy( các động mạch liên thuỳ thạn).
– Hình ảnh chụp nhu mô có thể được thấy
– Bằng siêu âm Doppler năng lượng có thể phát hiện tưới máu trong u, các mạch tân tạo tăng mạch trong viêm cũng có thể được phát hiện.
– Không có hiện tượng “aliasing” màu, cũng như không còn phải phụ thuộc vào góc . Siêu âm Doppler năng lượng được ứng dụng chủ yếu trong thăm khám các mạch máu nhỏ và nhất là có tốc độ dòng chảy thấp mà siêu âm Doppler màu thông thường không đủ độ nhạy để phát hiện.

3. Phân tích phổ Doppler trong siêu âm chẩn đoán

Phổ Doppler là tất cả các tín hiệu Doppler phản xạ về có nhiều tần số khác nhau, phân tích phổ Doppler là xắp xếp các tín hiệu có tần số khác nhau này theo trật tự nhất định. Các máy siêu âm Doppler hiện đại ngày nay có phân tích phổ Doppler thời gian thực, tức là các tấn số Doppler được phân tích tức thời khi thăm khám đang tiến hành. Hệ thống máy tính điện tử trong máy siêu âm tính toán, phân tích phổ Doppler theo phép biến đổi nhanh Fourier.

3.1.Nguyên tắc của phân tích phổ Doppler

Nếu như máu chảy trong lòng mạch liên tục, nếu như mạch máu thẳng và có đường kính không thay đổi, nếu như tốc độ dòng chảy giống nhau trên cả mặt cắt của mạch máu thì phổ Doppler sẽ là đường thẳng và không cẩn phải phân tích phổ Doppler. Nhưng trên thực tế thì dòng chảy trong lòng mạch có tốc độ rất khác nhau, kích thước lòng mạch thay đổi và có hướng 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 thường và khi nào thì không bình thường và cần phải phân tích phổ Doppler.

3.2. Phân tích phổ Doppler bằng âm thanh.

Phân tích phổ Doppler được ứng dụng đầu tiên bằng tín hiệu âm thanh, do dựa trên thực tế là tai người có thể phân tích được tiếng nói của người này khác với người kia mà người ta có thể ứng dụng để phân biệt tín hiệu Doppler trên âm thanh có các tần số khác nhau để chẩn đoán bệnh, và ngay cả các máy Doppler hiện đại nhất cũng đều có bộ phận để phân tích tín hiệu Doppler bằng nghe. Nhưng ta không thể định lượng được bằng nghe để chẩn đoán mức độ hẹp hay tắc của mạch. Chính vì vậy mà cần thiết phải biểu hiện phổ Doppler bằng đường vẽ.

3.3. Cửa sổ thăm khám Doppler

Cần phải hiểu khái niệm cửa sổ thăm khám Doppler, đó là hình một thể tích không gian ba chiều tuy nhiên chỉ biểu hiện không gian hai chiều trên màn hình. Kích thước và hình dạng của cửa sổ không biểu hiện hoàn toàn tương ứng trên phổ Doppler. Điều cần phải lưu ý là phân tích phổ Doppler chỉ thực hiện trong vùng cửa sổ Doppler này, nếu như cửa sổ Doppler được điều chỉnh thích hợp thì mạch máu được thăm khám thực hiện chính xác.

Hình cửa sổ Doppler

Hai đường song song (mũi tên đen) chỉ chiều dài của Doppler, đường A là đường thu tín hiệu Doppler, đường b là trục của dòng chảy, góc θ tạo bởi đường A và đường B là góc Doppler

3.4. Phổ doppler biểu hiện bằng đường vẽ

Phân tích phổ doppler là bóc tách các tần số khác nhau của tín hiệu doppler thu được thành các tần số (tốc độ khác nhau) tạo lên phổ Doppler và biểu diễn nó thành đường ghi trên màn hình. Phổ doppler ghi được biểu thị cả tốc độ (cm/s) và tần số (kHz), nhờ có góc  được biết trước mà máy tính có thể tính toán chuyển đổi tần số thành tốc độ, và hầu hết các máy ngày nay đều có biểu thị tốc độ của dòng chảy khi phân tích phổ Doppler.

3.5. Một số điểm đặc trưng của dòng chảy trên phân tích phổ Doppler

3.5.1. Chiều dòng chảy:Chiều dòng chảy được tính một cách tương đối so với đầu dò và được biểu hiện bằng phổ Doppler ở trên đường 0 và phổ doppler  nằm dưới đường 0, tuy nhiên chiều dòng chảy này không phải là tuyệt đối vì có thể thay đổi chiều dòng chảy bằng cách xoay đầu dò 1800 hay bấm vào nút đảo chiều trên máy, chính vì vậy mà chiều dòng chảy phải dựa vào các mạch máu có chiều dòng chảy cố định như động mạch chủ hay động mạch cảnh để so sánh.

3.5.2. 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 xắp xếp này tuỳ thuộc vào mức độ dòng chảy có trật tự hay không có trật tự, Khi có trật tự thì gọi là dòng chảy thành lớp, khi không có trật tự gọi là dòng chảy rối.
Dòng chảy thành lớp : được đặc trưng bằng chuyển động có trật tự của các tế bào máu theo các đường thẳng song song với thành mạch. Dòng chảy này là đặc trưng của dòng chảy bình thường của hầu hết các động mạch và một số tĩnh mạch lớn. Trong dòng chảy lớp thì đa số các tế bào máu di chuyển cùng một tốc độ cho nên phổ Doppler biểu hiện là đường mảnh và có khoảng trống phía dưới gọi là cửa sổ phổ Doppler, trên siêu âm Doppler màu biểu hiện có đường đỏ đậm sát thành mạch tương ứng với tốc độ thấp và đỏ nhạt hơn ở giữa lòng mạch tương ứng với tốc độ cao hơn. Trên âm thanh thì dòng chảy lớp có tiếng thanh trong như tiếng sáo.

Dòng chảy rối :

Chuyển động của các thành phần máu không còn cùng một tốc độ nữa 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 (bờ của phổ Doppler không còn tập trung thành đường mảnh nữa). Dòng chảy rối ít biểu hiện bằng hình bờ viền phổ Doppler dày ra chỉ ở cuối thì tâm thu và đầu tâm trương, chiều dày phổ Doppler càng rộng thì mức độ dòng chảy rối càng nhiều. Dòng chảy rối trung bình thì cửa sổ tín hiệu Doppler bị lấp đầy, và dòng chảy rối nặng thì bờ phổ Doppler không rõ nữa và có cả dòng chảy đi và tới đầu dò. Bình thường thì không có dòng chảy rối nặng ở các mạch máu bình thường. Dòng chảy rối nặng thường gặp trong các trường hợp hẹp khít của lòng mạch và càng có dòng chảy rối nhiều thì mức độ hẹp càng nặng.

Dòng chảy rối đôi khi là biểu hiện của mạch bệnh lý nhưng cũng cần biết rằng dòng rối gặp cả ở mạch bệnh lý và mạch bình thường. Các mạch ngoằn ngoèo, xoắn vặn thì có dòng rối, một ví dụ điển hình là hầu như luôn thấy dòng chảy rối ở vùng hành cảnh. Vùng có dòng chảy đảo chiều thường thấy ở đoạn to nhất của động mạch cảnh trong vùng hành cảnh, và được thấy dòng rối cả trên siêu âm Doppler xung hay Doppler màu. Nói chung dòng rối ở mạch bình thường thì không bao giờ rối loạn nhiều, dòng rối nhiều thường có trong hẹp mạch nhất là hẹp khít

Doppler cũng ảnh hưởng đến phổ Doppler. Thường thì trên các máy siêu âm Doppler khi để cửa sổ ghi Doppler rộng thì viền phổ Doppler cũng dày lên. Tuy nhiên chiều dày phổ Doppler rộng ra là một dấu hiệu chung của mạch bệnh lý.

3.6. Sức đập:

Phổ Doppler biểu diễn thay đổi tốc độ trong lòng mạch ở mỗi kỳ tâm thu. Hình ảnh phổ Doppler bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: yếu tố huyết động, chức
năng tim, yếu tố thành mạch, lưu lượng máu đến và đi ở vùng thăm dò…
Cản trở dòng đến:

ở mạch máu bình thường không có cản trở dòng đến thì trong thì tâm thu có tốc độ dòng chảy tăng lên đột ngột và nhanh chóng tới đỉnh. Nếu dòng đến bị cản trở nhiều do tổn thương gây tắc ở đầu gần so với vùng thăm khám thì tâm thu tốc độ tăng lên từ từ (thời gian tăng tốc tâm thu kéo dài) và đỉnh tâm thu và tâm trương đều thấp hơn bình thường. Hậu quả là phổ Doppler có dạng sóng dẹt và thấp, và ta có thể đo được ảnh hưởng của dòng đến tới thời gian tăng tốc tâm thu.

Tăng tốc tâm thu chịu ảnh hưởng của cả chức năng tim và cản trở dòng đến. Phổ Doppler có thể dẹt và thời gian tăng tốc kéo dài nếu như tống máu ra từ thất trái chậm do rối loạn chức năng cơ tim hay do hẹp van động mạch chủ. Khi ta thấy có phổ Doppler tròn thấp và thời gian tăng tốc tâm thu kéo dài thì cần kiểm tra ở mạch khác để xác định đó là do cản trở dòng đến hay do tim.

Cản trở dòng đi:

Tốc độ của dòng đi phụ thuộc vào sức cản( trở kháng) của của tuần hoàn do động mạch. Sức cản tuần hoàn thay đổi ở từng vùng khác nhau của cơ thể và thể hiện trên phổ Doppler của mạch máu nuôi dưỡng vùng đó, ví dụ như động mạch cảnh trong có phổ điển hình của mạch máu có sức cản thấp với hình đỉnh tâm thu rộng và dòng đến xuất hiện cả trong thì tâm trương do máu lên não có dòng đến không bị ngừng trong thì tâm trương. Sức cản bình thường và cao nhất là ở các mạch máu các chi, chúng có phổ

Doppler với đỉnh tâm thu nét và hẹp, có sóng ngược chiều sớm trong thì tâm trương do có dòng đến muộn trong kỳ tâm trương. Sóng đảo chiều là sóng phản xạ, là đặc trưng của động mạch có sức cẩn lớn. Phổ Doppler của các mạch ngoại vi có sức cản lớn có sóng 3 pha do có 3 thành phần sóng: hai pha đến và một ngược chiều.

Thay đổi phổ Doppler giúp cho chẩn đoán tắc mạch, ví dụ như khi có tổn thương tắc của động mạch cảnh trong thì phổ Doppler thay đổi từ 1 pha bình thường ở động mạch cảnh gốc tới 2 thậm chí 3 pha.

Để định lượng được sức cản dòng đi thì người ta sử dụng nhiều chỉ số khác nhau nhưng chỉ số sức đập của Gosling và chỉ số sức cản của Pourcelot và tỷ số tâm thu / tâm trương là hay được 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 như có thể thấy 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 như vậy ở mạch ngoại biên nhưng là bệnh lý khi có giãn mạch đầu xa do tắc mạch đầu gần.

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

4. Triệu chứng học của hẹp động mạch

Có hai nguyên nhân gây thiếu máu não hay thiếu máu ngoại biên là do: các tổn thương gây hẹp khít hay huyết khối động mạch làm thay đổi tưới máu ở vùng phía sau tổn thương, di chuyển của huyết khối hay mảnh xơ vữa gây lên tắc mạch ở vùng sau tổn thương.

Thăm khám siêu âm có mục đích làm chẩn đoán xác định có hẹp, đánh giá mức độ hẹp và ảnh hưởng của nó đến huyết động, mô tả các tổn thương mảng xơ vữa và nếu có thể thì đánh giá tiên lượng khả năng gây tắc mạch của mảng xơ vữa.

4.1. Chẩn đoán có hẹp động mạch bằng siêu âm :

Các phương pháp thăm khám Doppler đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các hẹp động mạch, siêu âm cắt lớp gặp nhiều khó khăn trong việc đánh giá hẹp động mạch, cho dù đã dùng các đầu dò có tần số khác nhau và có độ phân giải cao.

Siêu âm cắt lớp: có thể trực tiếp đánh giá được mức độ hẹp lòng mạch bằng cách đo thiết diện ngang cuả mạch và đo diện tích còn lại của lòng mạch trên lớp cắt ngang. Tuy nhiên không phải lúc nào cũng cắt được lớp cắt ngang vuông góc hoàn toàn với lòng mạch do vị trí của mạch, hay do nó chia nhánh, đường đi ngoằn ngoèo.

Tỷ lệ % hẹp = (1- diện tích còn lại/diện tích của cả lòng mạch) x 100.

Mảng xơ vữa cũng không phải lúc nào cũng đánh giá được một cách chính xác do tính chất giảm âm cuả nó, hay do có các vôi hoá cản trở thăm khám. Kết hợp với siêu âm Doppler thì có thể vạch ra được gianh giới của lòng mạch nếu như độ phân giải không gian ít nhất phải bằng độ phân giaỉ không gian của siêu âm cắt lớp (tuy nhiên nó bao giờ cũng thấp hơn phân giải không gian của siêu âm cắt lớp), hay kích thước của hình ảnh màu không phụ thuộc vào cường độ tín hiệu của Doppler (điều này cũng khó thực hiện, ngày nay với siêu âm Doppler năng lượng thì có thể thực hiện đươc, tuy nhiên ta không biết chiều của dòng chảy). Trong thực tế thì siêu âm Doppler màu có thể giúp vẽ được bờ ngoài của mảng xơ vữa nhưng không thể đo đạc được chĩnh xác các kích thước của mảng xơ vữa.

Siêu âm cắt lớp cũng cho phép phát hiện được hậu quả cơ học của hẹp khít hay tắc mạch. Một động mạch bình thường thì thành mạch luôn đập, di độngtheo
theo chiều ngang trong khi trước chỗ tắc hay hẹp rất khít thì đập ngang này mất đi và được thay bằng đập mạnh theo trục giống như chuyển động của pitông. Dấu hiệu này không phải là dấu hiệu đặc hiệu nhưng nó có giá trị gây chú ý để định hướng cho người khám. Ghi phổ Doppler cũng không phải có khả năng kỳ diệu để chẩn đoán hẹp động mạch. Phối hợp với siêu âm màu cũng không phải là cải thiện được nhiều độ hạy và độ đặc hiệu của siêu âm Doppler. Ngày nay người ta phải phối hợp nhiều phương pháp thăm khám siêu âm khác nhau (hai bình diện Doppler liên tục, Doppler xung và Doppler màu) trong thăm khám bệnh lý mạch máu, nó giúp cho chẩn đoán khá chính xác các bệnh lý mạch máu với điều kiện thầy thuốc tiến hành thăm khám có đủ kinh nghiệm, và hiểu được rõ ràng các bẫy trong chẩn đoán, các giới hạn của phương pháp.

4.2. Hậu quả của hẹp động mạch :

Hẹp động mạch gây lên rối loạn dòng chảy tại chỗ (là cơ sở của các dấu hiệu trực tiếp), gây rối loạn dòng chảy ở đầu xa (tạo lên các dấu hiệu gián tiếp). Phát hiện các bất thường dòng chảy đòi hỏi phải có kinh nghiệm và thời gian, các hẹp nhiều đoạn hay hẹp dài cũng có những thay đổi dòng chảy không giống nhau, để đơn giản ta nghiên cứu thay đổi dòng chảy ở một đoạn ngắn.

4.2.1.Dấu hiệu trực tiếp:

Hẹp lòng mạch gây lên hai biến đổi chính được phát hiện trên siêu âm Doppler:
– 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 như thành mạch còn đều nhẵn. Mối tương quan giữa tăng tốc và mức độ hẹp tồn tại nếu như lưu lượng máu qua vùng tổn thương còn được đảm bảo, nhưng trong những trường hợp hẹp quá khít thì không còn mối tương 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 thường, dòng chảy gồm nhiều vêc tơ có các cường độ và các hướng khác nhau, ngưỡng mà từ đó dòng chảy mất tính chất bình thường để trở lên rối loạn được xác định bằng số Reynolds (nó không có kích thước), nó phụ thuộc vào kích thướng lòng mạch, tốc độ dòng chảy và độ nhớt của máu. Số Reynolds tăng khi tốc độ dòng chảy tăng, như thế là tăng tốc độ dòng chảy là kết quả của hẹp lòng mạch và tạo điều kiện cho dòng chảy rối loạn. Điều này giải thích cho hiện tượng khi làn nghiệm pháp gắng sức thì sẽ tăng tốc độ dòng chảy động mạch và phát hiện được các rối loạn dòng chảy do hẹp lòng mạch mà ở điều kiện nghỉ ngơi bình thường không phát hiện được. Chạy trên thảm quay hay đơn giản là co duỗi chân nhiều lần có thể làm xuất hiện các rối loạn dongf chảy do hẹp mà không phát hiện được khi nghỉ ngơi. Khi làm nghiệm pháp gắng sức thì giải phóng các chất giãn mạch, nó lamg giảm sức cản ngoại biên, làm giảm áp lực tại chỗ nên làm tăng trênh áp tống qua chỗ hẹp cho len làm tăng lưu lượng và tăng tốc độ dòng chảy.

Số Reynolds tăng khi kích thước lòng mạch tăng, như vậy không có dòng chảy rối ngay tại chỗ hẹp vì ở đó lòng mạch bị hẹp lại nhưng ngay lập tức nó xuất hiện ở sau chỗ hẹp do ở đó lòng mạch rộng ngay ra đột ngột trở về bình thường ( thường hay giãn nhẹ); nếu có giãn sau hẹp thì chắc chắn sẽ có dòng chảy rối. Giảm độ nhớt của máu do điều trị chống đông hay thiếu máu cũng tạo điều kiện xuất hiện dòng rối.

ở người bình thường thì số Reynolds khoảng 2000, nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến việc xuất hiện dòng rối như: hẹp trên cơ sơ của mảng xơ vữa thì có dòng rối nhiều hơn khi hẹp có thành mạch đều nhẵn, ở thì tâm thu thì dòng rối nhiều hơn thì tâm trương.

Trên siêu âm Doppler màu có dòng chảy mất bão hoà màu và dòng rối khảm màu sau hẹp, nếu mức độ hẹp càng nhiều thì chúng càng tăng.

Dấu hiệu gián tiếp: Các dấu hiệu gián tiếp trước và sau chỗ hẹp cũng phụ thuộc vào mức độ hẹp
– Trước chỗ hẹp: Hẹp lòng mạch làm cho sưc cản thành mạch tăng lên, chính vì vậy mà chỉ số sức cản ( RI) và chỉ số sức đập (PI) cũng tăng lên tức là dòng chảy trong kỳ tâm trương giảm. Dấu hiệu này càng rõ ràng nếu đo ngay sát vùng hẹp, càng đo xa vùng hẹp thì càng không chính xác, nhất là đo trước vùng có mạch nối bàng hệ ( có sức cản thấp) thì chính mạch bàng hệnày làm giảm chỉ số sức cản và nếu tuần hoàn bàng hệ nhiều thì có thể làm cho các chỉ số này giảm đi.
– Sau chỗ hẹp:

Do sức cản tăng ở vùng hẹp, ở mức độ hẹp nhất định thì gây giảm áp lực mạch, nên thành mạch phản ứng lại bằng giãn mạch để giảm sức cản nhằm duy trì lưu lượng dòng chảy bình thường. Do vậy mà các chỉ số sức cản và sức đập đều giảm đi ở sau chỗ hẹp, mặt khác vùng hẹp như cái lọc đã lọc các thành phần tốc độ nhanh để cho phổ một pha, dạng đường cong có biên độ thấp và có dòng chảy tâm trương liên tục.

Hệ thống các mạch bàng hệ cũng đóng vai trò lọc đối với đường tốc độ do nó có sức trở kháng riêng và cũng do có nhiều đường dẫn lưu ra khỏi vùng hẹp làm cho phổ Doppler mất tính đồng bộ trở lên không còn 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 nhưng không cho biết tính chất giải phẫu của hẹp

4.3. Hậu quả của tắc mạch.

Dấu hiệu trực tiếp: Dấu hiệu trực tiếp của tắc mạch rất đơn giản đó là không có tín hiệu dòng chảy trên siêu âm Doppler ở vùng tắc mạch

Dấu hiệu gián tiếp trước chỗ tắc: biểu hiện bằng tăng các chỉ số sức cản (RI) và chỉ số sức đập (PI) do giảm dòng chảy liên tục thì tâm trương. Dấu hiệu này càng rõ nếu mới tắc, dấu hiệu này không rõ nếu tắc cũ đã có các tuần hoàn bàng hệ qua chỗ tắc .

Dấu hiệu gián tiếp sau chỗ tắc: tuỳ thuộc vào mức độ tuần hoàn bàng hệ

-Khi không có tuần hoàn bàng hệ: thì sau chỗ tắc không có tín hiệu dòng chảy.
-Khi tuần hoàn bàng hệ tái tạo lại dòng chảy sau chỗ tắc thì dòng chảy bị thay đổi nhiều với chỉ số sức cản giảm, giảm lưu lượng dòng chảy chung và mất thay đổi tốc độ dòng chảy bình thường. Dòng chảy sau tắc có phổ Doppler thay đổi tuỳ thuộc vào hệ thống tuần hoàn bàng hệ nhiều hay ít.

Các dấu hiệu gián tiếp có vai trò trong việc đánh giá tình trạng huyết động gây ra do hẹp hay tắc động mạch nhưng nó không có vai trò để chẩn đoán xác định nguyên nhân gây tắc hay hẹp cũng như tình trạng giải phẫu vùng hẹp-tắc.  Các dấu hiệu gián tiếp không có tính đặc hiệu, chỉ có các dấu hiệu trực tiếp tại vùng tổn thương mới có giá trị chẩn đoán xác định.

Phối hợp siêu âm Doppler và siêu âm cắt lớp trong thăm khám mạch máu có tác dụng hỗ trợ nhau, giúp cho dễ dàng hiểu và phân tích phổ Doppler ghi được ở vùng nghi ngờ tổn thương cũng như trước và sau vùng tổn thương. Nó cho phép phân tích được những thay đổi ghi nhận được trên phổ Doppler do các thay đổi bình thường của đường đi của mạch máu, hay do hình thái giải phẫu của vùng chạc ba động mạch, không đánh giá quá mức độ hẹp do đoạn hẹp dài. Phối hợp hai loại siêu âm Doppler và siêu âm cắt lớp giúp cho loại bỏ được các bẫy trong chẩn đoán.

4.4. Các biểu hiện tổn thương thành mạch:

Cho dù có một số hạn chế thì siêu âm cũng là phương pháp tốt để cho thấy trực tiếp trên cơ thể sống các tổn thương xơ vữa thành mạch, nó là phương pháp không can thiệp và cho nghiên cứu thành mạch ở các diện cắt khác nhau, cũng như theo dõi tiến triển của bệnh.

Nghiên cứu hình thái các mảng xơ vữa có vai trò hết sức quan trọng cho dù nó vẫn chưa giúp ích nhiều cho phẫu thuật. Ví dụ như tổn thương của động mạch cảnh khi mảng xơ vữa gây hẹp tới trên 70% thì có chỉ đinh phẫu thuật và thường có biểu hiện lâm sàng. Nhưng ở những người có các mảng xơ vữa thì luôn có nguy cơ tắc mạch ngay cả khi các mảng xơ vữa chưa gây hẹp nhiều và chưa có thay đổi của phổ

Doppler, di chuyển của của huyết khối, hay bong thành phần mảng xơ vữa, lắng đọng tiểu cầu thường xảy ra trong các mảng xơ vữa tiến triển. Với các máy siêu âm thế hệ mới có độ phân giải cao cùng phối hợp siêu âm Doppler màu cho phép nghiên cứu rõ hơn các mảng xơ vữa nhất là các mảng xơ vữa đồng âm hay giảm âm. Siêu âm là phương pháp tốt để nghiên cứu thành mạch của các mạch máu nằm nông như động mạch cảnh, động mạch đùi…

4.4.1.Hình ảnh thành mạch bình thường:

Một mạch máu bình thường có cấu trúc hình ống, bờ đều nhẵn, trong lòng không có âm vang. Hình ảnh siêu âm bình thường của thành mạch với đầu dò tần số cao bao gồm 3 lớp: lớp trong cùng màu xám giảm âm là gianh giới giữa dòng chảy và lớp nội mạc, lớp giữa tăng âm là gianh giới giữa nội mạc và lớp cơ, lớp ngoài giảm âm gần như trống âm là gianh giới giữa lớp cơ và ngoại mạc. Trong thực tế khi đo chiều dày thành mạch bao gồm chiều dày cả lớp nội mạc và trung mạc.

4.4.2. Tổn thương xơ vữa:

Cùng với tuổi già và thâm nhiễm xơ vữa thành mạch, lớp trung mạc dày ra và tăng đậm trong khi bờ trong lòng mạch ngày càng không rõ nét, bờ không đều và vôi hoá từng lớp.

Hình chiều dày lớp nội mạc và trung mạc bình thường của động mạch cảnh trong 50 Với những tổn thương khu trú thì khi thăm khám siêu âm cần phải đo các kích thước của mảng xơ vữa (chiều dày, chiều dài, chiều ngang) và cấu trúc âm của nó.

Các kích thước mảng xơ vữa: Để đo kích thước mảng xơ vữa cần phải cắt nhiều lớp ở các bình diện khác nhau. Đo các kích thước : chiều dày mảng xơ vữa, lan toả mảng xơ vữa theo chiều dài, mảng xơ vữa chiếm toàn bộ chu vi thành mạch hay chỉ một phần lòng mạch, cũng cần phải mô tả vị trí mảng xơ vữa liên quan với các vị trí giải phẫu như: chỗ chia đôi động mạch cảnh, động mạch đùi…

Bề mặt mảng xơ vữa: cần phải được thăm khám kỹ lưỡng, nó được mô tả là đều hay không đều có những chỗ lõm vào hay không, hay có những hốc nham nhở hay không và mục đích là tìm những hình loét của mảng xơ vữa.

Cấu trúc âm mảng xơ vữa: được mô tả là đồng âm, giảm âm thậm chí rỗng âm, và tăng âm. Các mảng xơ vữa tăng âm có thể có bóng cản âm hay không có bóng cản âm. Ngoài ra mảng xơ vữa còn đồng đều âm hay không đều.
– Mảng đồng âm, đồng đều bám vào thành tương ứng với lớp lipid bám vào thành không có thâm nhiễm xơ hay vôi hoá.
– Mảng có âm không có bóng cản là tổ chức mỡ đã biến đổi xơ hoá

– Mảng tăng âm có bóng cản chứng tỏ có vôi hoá trong mảng xơ vữa.
– Mảng xơ vữa không đều, có bờ gồ ghề hay lồi lõm thường hay gặp ở

Có hình giảm âm hay trống âm trong mảng xơ vữa không phải luôn luôn có nghĩa là có loét vì có chảy máu bên trong mảng xơ vữa cũng có biểu hiện tương tự. Nói chung người ta coi mảng xơ vữa tiên lượng xấu khi có cấu trúc âm không đều và nhất là khi nó có các vùng rỗng âm bên trong, với bờ không đồng đều. Tuy nhiên không thể chỉ dựa vào các dấu hiệu trên siêu âm để quyết định có phẫu thuật hay không cho bệnh nhân. Các bẫy trong chẩn đoán: trong siêu âm cắt lớp mạch máu chủ yếu liên quan đến các hình giả do:
– Các âm nhắc lại trong lòng mạch có thể cho hình giống như mảng xơ vữa hay huyết khối, nhưng khi thay đổi vị trí đầu dò thì hình này cũng thay đổi theo nên ta có thể dễ dàng phân biệt được.
– Thành mạch có thể không được thấy rõ do chùm sóng âm tiếp tiếp với thành mạch, hình này thường thấy khi cắt ngang lòng mạch hay những vùng  mạch ngoằn ngoèo, vùng gấp góc…; động mạch và tĩnh mạch chạy song song thì thành của chúng có thể không thấy rõ và cho hình giả là chạc ba động mạch nên cần làm nghiệm pháp ấn mạnh đầu dò thì tĩnh mạch sẽ xẹp.
– Các lớp cắt trên siêu âm có độ dày nhất định phụ thuộc vào độ phân giải không gian của từng máy, chính vì vậy mà cấu trúc bên ngoài mạch có thể chồng vào bên trong lòng mạch hay thành mạch cho hình giả (hiệu ứng khối).

4.5. Huyết khối:

Huyết khối mới thông thường có âm và đều âm, điều này đúng chủ yếu với huyết khối tĩnh mạch, còn huyết động mạch có hình ảnh thay đổi và đa dạng. Thường thì cùng một nơi tắc mạch có huyết khối ở nhiều giai đoạn khác nhau, lẫn cả huyết khối mới và cũ. Thường thì huyết khối hay xuất hiện ở vùng tổn thương xơ vữa có trước và cho hình ảnh phối hợp mảng xơ vữa và huyết khối.

Huyết khối cũ có ít dấu hiệu đặc trưng, có cấu trúc âm không đều, có thể ít âm. Cục huyết khối dính vào thành cho hình ảnh cục tắc mạch có âm, có thể tăng âm, gianh giới rõ.

Nguồn: “Bài giảng siêu âm tổng quát” – do PGS.TS Phạm Minh Thông [Trưởng khoa Chẩn đoán hình ảnh BV Bạch Mai] chủ biên

Xem tất cả siêu âm tại: https://ykhoa.org/category/khoa-hoc/khoa-hoc-can-lam-sang/sieu-am/