Beregning af hæmodynamiske parametre ved hjælp af ultralyd
Hæmodynamik er studiet af blodets strømningsdynamik. De fysiske love, der styrer blodgennemstrømningen, er grundlæggende inden for ekkokardiografi. Konventionel todimensionel (2D) ekkokardiografi og Doppler-undersøgelser er tilstrækkelige til at studere hastigheder, volumener og trykforhold i hjertet. Disse teknikker gør det muligt at beregne alle klinisk relevante hæmodynamiske parametre med få undtagelser. Før Doppler-æraen blev hæmodynamiske vurderinger udført ved hjælp af højre hjertekateterisering (med Swan-Ganz-kateter[pulmonalarteriekateter]). Men hæmodynamiske målinger fra Doppler-undersøgelser anses for at være pålidelige og sammenlignelige med kateterisering, og Doppler-undersøgelser har i vid udstrækning erstattet kateterisering.
Dette afsnit diskuterer hæmodynamiske principper, og hvordan disse kan udnyttes til at beregne slagvolumen, hjerteminutvolumen, trykforhold, sværhedsgraden af stenoser og regurgitationer osv. Disse beregninger er baseret på enkle matematiske ligninger, som er baseret på hæmodynamiske principper. Det er vigtigt at kende disse principper for at kunne forstå ekkokardiografi fuldt ud. I klinisk praksis udfører undersøgeren enkle målinger og Doppler-optagelser, som ultralydsmaskinen bruger til at beregne forskellige hæmodynamiske parametre.
Doppler-effekten
Det centrale princip i alle hæmodynamiske beregninger er Doppler-effekten, som blev diskuteret tidligere (se Doppler-effekten og Doppler-ekkokardiografi). Her giver kun et kort resumé af Dopplereffekten.
Dopplereffekten bruges til at vurdere hastigheden og retningen af blodgennemstrømningen. Det er muligt, fordi lydbølger, der rammer objekter i bevægelse, reflekteres med en ændret frekvens. Lydbølger, der rammer et objekt, der bevæger sig mod lydkilden, reflekteres med højere frekvens end de lydbølger, der udsendes fra lydkilden. Lydbølger, der rammer et objekt, der bevæger sig væk fra lydkilden, vil i stedet blive reflekteret med en lavere frekvens end de lydbølger, der udsendes fra lydkilden. Forskellen i frekvens mellem de udsendte og de reflekterede lydbølger kaldes Doppler-forskydning.
Erytrocytter i bevægelse vil ændre frekvensen af de reflekterede lydbølger. Erytrocytter, der strømmer mod transduceren, vil reflektere lydbølgerne med højere frekvenser, mens erythrocytter, der strømmer væk fra transduceren, vil reflektere lydbølger med lavere frekvenser (figur 1).
Doppler-forskydningen
Dopplerforskydningen afhænger af blodgennemstrømningshastigheden (v), frekvensen af den udsendte ultralyd (fe), frekvensen af den reflekterede ultralyd (fr), ultralydshastigheden i vævet (c) og cosinus af vinklen mellem blodgennemstrømningsretningen og den reflekterede ultralydsbølge (cos θ). Doppler-ligningen er som følger:
v = [c – (fr-fe)] / [2 -fu – cos ϴ]
Lydens hastighed (c) i menneskekroppen er konstant (1540 m/s), og cos ϴ kan ignoreres, medmindre der er en betydelig vinkelfejl (cos 0° = 1), hvilket gør denne formel lettere at håndtere.
Hastigheden og retningen af blodgennemstrømningen kan beregnes ved hjælp af Doppler-ligningen.
Blodgennemstrømning i hjerte og kar
En væske , der flyder i en lige cylinder, udviser laminar strømning, hvilket betyder, at strømningshastigheden er højest i midten af cylinderen og lavest langs cylindervæggene. Væsken flyder i koncentriske lag med gradvist faldende hastighed med stigende afstand fra cylinderens centrum. Dette resulterer i en parabolsk form af flowet (figur 2A).
Figur 2B illustrerer, hvordan flowprofilen ændrer sig, når cylinderens diameter mindskes. Som det fremgår, reduceres forskellen i hastighed mellem lagene, når diameteren bliver mindre. Det skyldes, at hastigheden i de ydre lag øges, når diameteren mindskes. Når flowet fortsætter i cylinderen, antager flowet gradvist en parabolsk form igen.
Disse principper er relevante, når man vurderer valvulære stenoser og regurgitationer. Uanset størrelse og placering har stenoser altid den samme effekt på blodgennemstrømningen; hastigheden accelererer lige før stenosen (præstenotisk acceleration), og flowet bliver turbulent efter at have passeret stenosen (poststenotisk turbulens). Som illustreret i figur 3 vil blodstrømmens stråle være mindst lige efter stenosen, og denne del kaldes vena contracta. Diameteren af vena contracta er lidt mindre end diameteren af den stenotiske åbning. Jo mere udtalt stenosen er (dvs. jo mindre åbningen er), desto større er den præstenotiske acceleration.
