多普勒超声心动图的诊断原理与临床应用

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1400页（4281字）

奥地利C．J．Doppler发现星球间相向运动时，光波频率增高，光谱向紫色端位移；背向运动时，光波频率降低，光谱向红色端位移。

这种由于光源和接收器之间相对运动引起的频率变化，称为多普勒频移，它与相对运动的速度成正比。这种物理学效应被称为多普勒效应。依据此效应，Baysballo进行了声学研究，发现此效应同样适用于声波频率的变化。1956年，日本Yoshida和Satomua首先根据这一原理应用连续波式多普勒技术，探查心脏瓣膜的运动及其时间变化。

1969年瑞典Elder等创举性地使用多普勒超声技术成功地探查了二尖瓣血流频谱。同年，美国Boker研究出脉冲式多普勒技术。

1976年，挪威Holen，Heter和Angelsen先后将连续波式多普勒技术与流体学理论，应用于心脏狭窄瓣膜的跨瓣压差及瓣口面积测量。1982年，日本Namekawa和美国Bommer等应用自相关技术和伪彩色编码，研究出彩色多普勒技术。

1992年，美国Acuson公司的技术人员研制出多普勒组织成像技术(DTI)，拓宽了以往多普勒技术只用于探测血流信息的范畴，应用到器官组织结构运动信息的探查，这是多普勒技术在超声医学应用中具有划时代性的创举。

多普勒超声技术的种类：(1)连续波式多普勒。双晶片探头，一个连续发射脉冲，另一个连续接收反射回来的声波。(2)脉冲波式多普勒。

发射一组脉冲波后，经过一个时间延迟后再接收反射回来的声波。时间延迟可人为地改变，可得到不同深度的反射回波，有利于病变的定位诊断。

但检测血流速度时，受其重复频率限制。

(3)高脉冲重复频率多普勒(略)。

(4)多点选通式多普勒。在脉冲式多普勒基础上，应用多个不同的时间延迟，沿声束不同深度取样，提供多处不同深度的血流信息，对多部位异常血流具有独到诊断能力。

(5)彩色多普勒血流显像。将获得的回声信号，经过相敏器、转换器、滤波器、自相关器等处理后，再经伪彩色编码转换为彩色信号显示出来。

它能较全面地显示心脏或血管内瞬时血流分布。

多普勒超声诊断原理：基于多普勒效应原理，将超声波发射到人体，与声靶相互作用，产生一系列物理学效应。对于影像超声，声靶是具有不同声阻抗的组织结构界面；对于多普勒超声，声靶则是血流中的血细胞或／和运动的心脏组织结构。(后者的探查需具DTI技术)将不同状态下声靶对超声波的不同回波信号，以各自不同的时相、速度、方向、彩色等参数显示出来，结合影像超声和临床资料进行判断。

正常血流的频谱形态为层流，异常血流的频谱为湍流。

正常多普勒频谱分析：多普勒频移值一般在1～10MHz，恰在人的听力范围。正常血流(层流)的音频性质如哨笛样乐音，异常血流(层流)的音频为粗糙的噪音。

频谱分析主要根据频谱的时相，方向，形态和幅值，宽度及灰阶度，判定其性质及程度。

迎向探头的血流，其频谱位于零位线的上方为正向，背向探头的血流其频谱位于零位线下方为负向。层流频谱清晰，其内不充填；层流频谱边缘粗糙且充填。彩色多普勒血流显像特征依据仪器规定的显示方法而定。一般将迎向探头的血流以红色表示，背向探头的血流以蓝色显示，其亮度代表速度值。

层流为五色镶嵌的喷射状血流束，流速过高时发生彩色返转。未显色的区域表示其流速过慢，低于检测阈值。

多普勒超声心动图的临床应用主要为瓣膜性心脏病、先天性心脏病及血管畸形、心肌病、冠心病以及心脏功能测定等。

1．狭窄性瓣膜病：二尖瓣狭窄：频谱形态及彩色多普勒的血流显像特征：二尖瓣狭窄时，舒张期左房向左室排血受阻，左房压力升高，取样容积置于左室流入道，可探入舒张期流速快，斜率慢的紊乱血流频散现象，此时可见舒张期增宽充填，幅度大且双峰消失的正向频谱。

彩色多普勒血流显像可见占据全舒张期，超始于狭窄瓣口向左室腔伸延的五色镶嵌的窄带型血流束。在瓣口短轴切面上，血流束显色范围大致反映瓣口面积。

定量分析指标：(1)二尖瓣跨瓣压差。常用简化伯努利方程Δ=4V²计算。式中V为通过狭窄瓣口射流的最大流速。(2)二尖瓣口面积测量。

有两种方法：一是压差半降时间法，依据Hatle经验公式计算。式中PHT为压差半降时间，220为常数。

二是连续性方程法，用公式计算。式中ACA二升主动脉截面积，SV1二收缩期流速积分，DV1二舒张期流速积分。三尖瓣狭窄：类似二尖瓣狭窄。主动脉瓣狭窄：频谱形态及彩色多普勒血流显像特征：主动脉瓣狭窄时，左室收缩期射血受阻，左室压力升高，瓣口血流呈高速喷射状态。

取样容积置于主动脉瓣口远侧端，可探及收缩期高幅宽带充填负向单峰层流频谱，上升速慢，峰值后移，射血时间延长。瓣口流速明显增快，一般为3．5～4m／s，(成人正常为1．35m／s)。

彩色多普勒血流为始于狭窄瓣口指向主动脉的五色镶巅喷射状明亮血流束。

由于流速高于极限频率，多出现彩色返转，表现为蓝色血流束中心套以红色斑点。同理，在主动脉瓣口短轴切面上的血流束可大致反映瓣口面积。定量分析指标：①主动脉瓣均值压差。

山东张运研究发现最大瞬时压差与收缩晚期压差的均值，可准确地预测峰间压差。以公式计算，式中V₁二收缩期最大流速，V₂二收缩晚期1／3总所测最大流速。

②主动脉瓣口面积测量。

测量方法较多，其中Skjaerpe法测量的主动脉瓣口面积不受任何瓣膜口返流的影响。以公式计算。式中SVI’二主动脉瓣环处收缩期流速积分，SVI二主动脉瓣口处收缩期流速积分。

③AoA二主动脉瓣环面积。④肺动脉瓣狭窄：类似主动脉瓣狭窄。

2．返流性瓣膜病：(1)二尖瓣关闭不全：频谱形态及彩色多普勒血流显像特征：二尖瓣关闭不全，左室收缩时，除将大部分血液射入主动脉外，还有部分血液经二尖瓣口返流入左房，致使左房充盈增加。将取样容积置于瓣口左房侧，可记录到全收缩宽带充填负向单峰频谱，上升与下降支均陡直且峰顶园钝。

取样容积置于瓣口处可记录至双向高幅频谱。彩色多普勒血流显像为全收缩期自瓣口返入左房的蓝色为主的血流束。

利用返流束与左房面积之比，可进行定量性分析。(2)三尖瓣关闭不全(类似二尖瓣关闭不全。)(3)主动脉瓣关闭不全：频谱形态及彩色多普勒血流显像特征：主动脉瓣关闭不全时，舒张期左室不仅接受正常由左房流入的血液，还要接受主动脉返流之血液，致使左室舒张期充盈增加。

将取样容积置于左室流出道内，可探及舒张期宽带充填的正向单峰频谱，(在胸骨上凹处探测为负向)且上升支陡直。彩色多普勒血流显像为全舒张期自主动脉瓣口延伸至左室流出道以红色为主的血流束，中心常套以蓝色斑点回声。定量分析指标中，以返流分数测定较为准确，张运提出如下计算公式：RF=1－，式中RF=主动脉瓣返流分数，MF=二尖瓣血流量，SV=左室全部心搏量。

(4)肺动脉瓣关闭不全类似主动脉瓣关闭不全。但部分正常人的右室流出道内可探及局限的舒张期层流或高速逆向血流束，历时短暂，血流束一般小于1cm。

3．先天性心脏病：房间隔缺损：由于左心房压力高于右心房，因此房间隔缺损时的心内分流多为房水平的左向右分流。当出现肺动脉高压、右心衰时，右心房压力可高于左心房，此时可发生房水平的右向左分流。频谱特征及彩色多普勒血流显像特征：取样容积置于房间隔缺损处右房侧，可探及始于收缩未期和舒张早期，终止于舒张未期的增宽充填三峰或双峰频谱，左向右分流时为正向，反之为负向，亦可为双向。彩色血流显像为舒张早期或收缩中晚期，彩色血流束穿过房间隔进入右房、且指向三尖瓣口。

左向右分流时血流束朝向探头，为红色，仅之为蓝色。根据分流血流束穿隔部位，有助于判断房间隔缺损类型。定量分析指标：多用肺／体循环血流量的比值Qp／Qs来定量分流程度。

室间隔缺损：由于左心室压力常高于右心室，因此，室间隔缺损时的心内分流多为室水平的左向右分流。发生肺动脉高压或合并肺动脉瓣狭窄时，可出现双向或右向左分流。频谱形态及彩色多普勒血流显像特征：取样容积置于室间隔缺损处右室侧，可探及增宽充填的单峰频谱。

起始时相可变，多数分流始于R波后的收缩期，亦有延续至舒张早、中期者，大部分占据全收缩期。由于分流速度大，频谱上升支陡直，峰顶园钝，轮廓曲线近于对称，且多为正向，两心室压力相近时为双向。彩色多普勒血流显像多为收缩期自左心室穿隔进入右心室的红色血流束，出现双向分流时，可见红、蓝两条血流束先后穿梭于室间隔缺损处。依据异常血流束的穿隔部位，有助于判断室间隔缺损类型。

定量分析指标亦多用肺／体循环血流量的比值Qp／Qs来定量分流程度。

动脉导管未闭：没有并发症的病人，由于主动脉压力高于肺动脉，因此，不论在收缩期或舒张期，均为左向右分流，即由主动脉流向肺动脉。

此时，肺动脉接受来自右心室和主动脉两处的血流，肺循环血流量增加，分流的血液回流至左心室，致左心室负荷加重，导致左心室扩大。合并肺动脉高压时，可引起右心室扩大，发生右向左分流。

频谱形态及彩色多普勒：血流像特征：取样容积置于肺动脉分叉与降主动脉间可疑异常通道的近端，亦可将取样容积置于肺动脉内进行多点探查。探及分流信号后，多需改用连续波式多普勒，测定最大血流速度。其频谱为起始于舒张早期的增宽充填高幅单峰形态，湍流频谱可占全舒张期。肺动脉高压时，频谱可只占舒张期的一部分。

由于主动脉压力高于肺动脉，无论是收缩期，还是舒张期，均表现为左向右分流。但收缩期由主动脉流入的血流只能干扰肺动脉血流，不能改变肺动脉本身的血流方向和性质，因此，收缩期的血流频谱不能作为动脉导管未闭的特征性频谱，只有舒张期肺动脉瓣关闭探及的层流频谱，才是动脉导管未闭特异性诊断指标。彩色多普勒血流显像为收缩和舒张期，尤以舒张期的红色血流束由降主动脉穿过未闭导管进入肺动脉。

由于分流速度高，常常在红色血流束，中套以红、蓝、绿镶嵌的斑点，分流的异常血流多沿肺动脉外侧走行，其内侧可出现有相反方向的蓝色血束。

肺动脉压高于主动脉时，亦可出现以蓝色为主的血流束，自肺动脉经未闭导管进入降主动脉。

(安徽医科大学第一附属医院赵强副教授撰)