張皓南 張麟

【摘要】自20世紀50年代起始，臨床醫(yī)師便始將M型超聲心動圖應(yīng)用于心臟檢查。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，這一技術(shù)在臨床實踐中得以不斷地提高與完善。目前超聲心動圖能夠為臨床醫(yī)師提供心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、心內(nèi)血流和壓力以及心臟功能等重要信息，已成為心血管?？漆t(yī)師在醫(yī)療工作中不可或缺的重要工具。超聲心動圖對很多心血管疾病起著決定性的診斷作用，譬如結(jié)構(gòu)性心臟病、心肌疾病、心包積液、急性心肌梗死后機械并發(fā)癥等。而目前的許多類型的超聲心動圖儀器，如連續(xù)波多普勒（CWD）、脈沖波多普勒（PWD）、彩色多普勒（CDFI）的基本原理都離不開多普勒效應(yīng)，因此有必要以此為點具體探討多普勒效應(yīng)在超聲心動圖上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】多普勒效應(yīng);超聲心動圖;頻移;超聲血流成像系統(tǒng)

前言

1842年奧地利科學家克里斯琴·約翰·多普勒發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，首次提出，星球發(fā)光顏色的變化，是星球運動相對于地球上觀察者位置的函數(shù)。這種因光波和接收器之間的相對運動而引起光波頻率變化的效應(yīng)，被稱為多普勒效應(yīng);光波頻率的改變成為多普勒頻移。。關(guān)乎多普勒效應(yīng)，更貼近我們的一種定義是“當聲源或觀察者兩者之中至少有一個相對于介質(zhì)是運動的，觀察者接收到的頻率和聲源發(fā)出的頻率就會不同”，這種定義有利于我們的初步理解。我們本次主要探討的是多普勒超聲心動圖，以此更深入地了解超聲心動圖的測量手段。

1 作用原理

1.1基本原理

由多普勒效應(yīng)可知，入射超聲進入人體后，遇到活動的小界面或大界面，散射或反射回聲的頻率發(fā)生改變，即多普勒偏移。界面活動朝向探頭時，回聲頻率升高，呈正頻移;反之，回聲頻率降低，呈負頻移。頻移的大小與活動速度呈正比。[4]由此我們可利用多普勒效應(yīng)測算出有無血流或組織的活動，若有則可測得相應(yīng)的活動方向及活動速度。

1.2具體測定血液速度的原理

我們體內(nèi)的紅血球無時無刻地在我們的血管中暢游，多普勒超聲技術(shù)正是通過檢測紅血球反射回來的頻移來求得血流速度。

有這樣一個公式V=C△f/（2focosθ）其中V是指血流速度，而△f指多普勒頻移，C是超聲波在組織中的傳播速度（為已知常量），fo是發(fā)射頻率，θ是聲束與血流方向的夾角，由此不難得出當超聲束與血流平行時測得的流速最大，垂直時不產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，無法測出流速。

1.3利用多普勒效應(yīng)測定心臟收縮功能

利用多普勒超聲血流成像系統(tǒng)我們可以測定心輸出量、主動脈血流頻譜、心臟左室舒張功能等，在這里我們著重討論測定心輸出量這一模塊。由1.2我們可自然地分析到利用多普勒超聲測定心輸出量要滿足3個條件：

1）心臟瓣口或血管管腔橫截面積的準確測量;

2）測量部位流速分布呈平坦型或近似平坦型;

3）多普勒超聲束與血流方向平行

由于心臟各瓣膜的瓣環(huán)為纖維結(jié)構(gòu)，直徑在心動周期中無明顯變化，血液流經(jīng)時會發(fā)生凝集現(xiàn)象使自身呈現(xiàn)平坦分布，因此在瓣環(huán)部位每一瞬間每一點的流速幾乎相等。因此脈沖多普勒取樣容積（Sample Volume）測得的局部流速可代表整個橫截面積的空間平均流速。測量時應(yīng)控制θ角等于0或180度，每搏輸出量（Sv）可得

Sv=A·VI

其中A為瓣環(huán)面積，VI為流速積分即每次心臟搏動時橫截面積為A的血柱通過的距離。

2臨床應(yīng)用

2.1常見的超聲多普勒及其應(yīng)用

1）連續(xù)波多普勒：以頻譜顯示，可單獨使用亦可與二維超聲心動圖結(jié)合，接收取樣線經(jīng)過部位上所有頻移信號，常用于測定高速血流，缺點是不能區(qū)分信號來源深度。

2）脈沖波多普勒：也是用頻譜顯示，與二維超聲心動圖結(jié)合。其頻譜可顯示小容積血流的方向、性質(zhì)、速度等，但一般不用于測定高速血流。

3）彩色多普勒：在心臟或血管內(nèi)多線、多點取樣，將回聲處理后進行彩色編碼，顯示血液流速剖面圖，最直觀、信息最大、敏感性高，便于進行相關(guān)的定量分析。

2.2 超聲心動圖診療心臟病方面的優(yōu)勢

研究結(jié)果表明用超聲心動圖主要對患者的心臟的結(jié)構(gòu)及血流方面進行更準確測量。而心電圖主要對心臟的電活動進行精準監(jiān)測。

總結(jié)

多普勒效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用得以讓超聲技術(shù)更為流暢地融入醫(yī)學臨床領(lǐng)域中，超聲心動圖利用超聲的特殊物理學特性檢查心臟，并且結(jié)合探頭發(fā)出的超聲波進行不同部位和角度檢測，由此可得到不同層次和方位的切面圖，使醫(yī)學診療效果更佳，診治更全面。目前多普勒超聲技術(shù)在心臟功能測定方面的研究已取得了很大的進展 ，尤其在心輸出量方而積累了極為寶貴的經(jīng)驗并付諸應(yīng)用。在今后的研究中，除了繼續(xù)完善已經(jīng)獲得的參數(shù)外，我們應(yīng)繼續(xù)致力于為它尋找出一種更準確、簡便、不受或少受心外因素影響的指標來估價心臟功能，這樣才能繼續(xù)讓超聲心動圖技術(shù)在臨床上得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

[1]吳治湘.多普勒超聲心電圖的臨床應(yīng)用.[J].生物醫(yī)學工程學雜志，1992，4：91-95

[2]報，1992，3：70-73

[3]蓋麗平，王保芳.醫(yī)用物理學[M].北京：科學出版社，2019.8

[4]朱天剛，霍勇，張運.超聲心電圖規(guī)范化培訓教材[M].北京：石軍.多普勒超聲心動圖測定心功能.[J]. 臨沂醫(yī)專學人民衛(wèi)生出版社，2012.12

[5]Gardin JM.Estmation of volume flow by Doppler echocardio-graphy.Echocardiography 1987，4：11

作者簡介：張皓南（2002）男，昆明醫(yī)科大學2021級臨床卓越班

通訊作者：張麟 昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院