多普勒效應在超聲心動圖上的應用

張皓南 張麟

【摘要】自20世紀50年代起始，臨床醫師便始將M型超聲心動圖應用于心臟檢查。經過幾十年的發展，這一技術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師提供心血管系統結構、心內血流和壓力以及心臟功能等重要信息，已成為心血管專科醫師在醫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，譬如結構性心臟病、心肌疾病、心包積液、急性心肌梗死后機械并發癥等。而目前的許多類型的超聲心動圖儀器，如連續波多普勒（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，因此有必要以此為點具體探討多普勒效應在超聲心動圖上的應用。

【關鍵詞】多普勒效應;超聲心動圖;頻移;超聲血流成像系統

前言

1842年奧地利科學家克里斯琴·約翰·多普勒發現了紅移現象，首次提出，星球發光顏色的變化，是星球運動相對于地球上觀察者位置的函數。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，被稱為多普勒效應;光波頻率的改變成為多普勒頻移。。關乎多普勒效應，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是運動的，觀察者接收到的頻率和聲源發出的頻率就會不同”，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測算出有無血流或組織的活動，若有則可測得相應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，垂直時不產生多普勒效應，無法測出流速。

1.3利用多普勒效應測定心臟收縮功能

利用多普勒超聲血流成像系統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為纖維結構，直徑在心動周期中無明顯變化，血液流經時會發生凝集現象使自身呈現平坦分布，因此在瓣環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臨床應用

2.1常見的超聲多普勒及其應用

1）連續波多普勒：以頻譜顯示，可單獨使用亦可與二維超聲心動圖結合，接收取樣線經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合。其頻譜可顯示小容積血流的方向、性質、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，便于進行相關的定量分析。

2.2 超聲心動圖診療心臟病方面的優勢

研究結果表明用超聲心動圖主要對患者的心臟的結構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測。

總結

多普勒效應的發現與應用得以讓超聲技術更為流暢地融入醫學臨床領域中，超聲心動圖利用超聲的特殊物理學特性檢查心臟，并且結合探頭發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，使醫學診療效果更佳，診治更全面。目前多普勒超聲技術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驗并付諸應用。在今后的研究中，除了繼續完善已經獲得的參數外，我們應繼續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，這樣才能繼續讓超聲心動圖技術在臨床上得到更廣泛的應用。

參考文獻

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

[2]報，1992，3：70-73

[3]蓋麗平，王保芳.醫用物理學[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]. 臨沂醫專學人民衛生出版社，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，昆明醫科大學2021級臨床卓越班

通訊作者：張麟 昆明醫科大學第二附屬醫院