Tổng số lượt xem trang

Thứ Sáu, 12 tháng 8, 2011

DOPPLER và HIỆU ỨNG DOPPLER TRONG Y HỌC

Christian Andreas Doppler (năm 1836, lúc cưới vợ)


Christian Andreas Doppler (thường gọi sai là Johann Christian) sinh tại Salzburg (Austria) ngày 29 tháng mười một 1803. Bài báo làm cho tên ông nổi tiếng, "Về ánh sáng màu của các vì sao kép và về những ngôi sao khác của bầu trời" ("On the coloured light of the double stars and certain other stars of the heavens"), được trình bày vào ngày 25 tháng năm 1842 và xuất bản vào năm sau (Doppler, 1843). Vào lúc đó, Doppler là giáo sư toán học và hình học ứng dụng (practical geometry) tại Viện kỹ thuật Praha;  sau đó ông đã giữ các nhiệm vụ tại Schemnitz và Vienna, và qua đời ở Venice ngày 17 tháng 3 năm 1853. Một tư liệu đầy đủ của những sự kiện này có thể được tìm thấy trong một bài viết của Eden (1986).

Thậm chí hấp dẫn hơn bài báo của Doppler là một sự kiện cho rằng Doppler đã sai! Một người Anh, James Bradley, cha sở một thời gian của Bridstow, gần Ross-on-Wye ở Monmouthshire, đã  in một báo cáo trước đó lâu hơn,  kết luận rằng "khi mắt di chuyển theo nhiều hướng khác nhau, vị trí biểu kiến của đối tượng sẽ khác nhau." (Bradley, 1729). Doppler đã sử dụng điều này như là khởi điểm để giải thích về tác động của chuyển động tương đối giữa một nguồn ánh sáng trắng và quan sát viên — một sự lệch hướng tới màu xanh cho nguồn đến gần, và cho một nguồn rời xa (receding) hướng tới màu đỏ — nhưng rồi ông bỏ qua sự kiện đã biết rõ là bức xạ từ các ngôi sao thấy được sẽ trải rộng trên mỗi bên của quang phổ thành tử ngoại và hồng ngoại.
_______________

Bradley được biết nhiều do 2 phát kiến cơ bản trong thiên văn học (astronomy):  sự lạc ánh sáng (aberration of light), và sự dao động trục quả đất (nutation of the Earth’s axis). Giả thuyết ánh sáng lạc giúp Bradley cải tiến chính xác đánh giá về tốc độ ánh sáng có từ trước.


ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC ( Từ Christian Doppler: the man behind the effect, A. Roguin, British Journal of Radiology 75 (2002),615-619 © 2002 )

Có rất nhiều ứng dụng hiệu ứng Doppler trong y học: cardiology, cerebrovascular circulation, peripheral vascular circulation, obstetrics và female pelvis, urology, pediatrics, gastroenterology, oncology, ... trong khi nhiều khảo sát về tác động sinh học đến nay cho thấy không có bằng chứng ngẫu nhiên nào là không an toàn khi phơi nhiễm với kỹ thuật. 
Xem đầy đủ  trong Doppler Ultrasound in Medical Diagnosis





Luận văn Về ánh sáng màu của các vì sao kép và về những ngôi sao khác của bầu trời, trình ngày 25 tháng 5 năm 1842, lúc ông 39 tuổi.

Nguyên lý Doppler trong y học đầu tiên được áp dụng để phát hiện chuyển động tim và thời gian mở và đóng van tim. Satomura dùng các chùm siêu âm liên tục truyền đến tim qua thành ngực. Từ cấu trúc tim hồi âm có một độ lệch tần số, hay Doppler shift; hướng và độ lớn dựa vào tốc độ và hướng của chuyển động tim. Tần số và hồi âm tỉ lệ với thành phần của tốc độ đích theo đường của chùm siêu âm. Ban đầu sóng liên tục đơn giản được dùng, và phải chờ để nhận ra kiểu dòng chảy trong mạch hơn là xác định ngay trong mạch khi tạo hình và khảo sát ngay dòng chảy.



Năm 1964, Callagan và cs ứng dụng nguyên lý Doppler khảo sát dòng chảy máu thai nhi và nghiên cứu tuần hoàn thai chi tiết. Strandness và cs, từ đại học Washington, dùng siêu âm liên tục khảo sát dòng chảy mạch máu ngoại biên.



Pourcelot, từ Pháp, góp nhiều công trong nghiên cứu dòng máu chảy vào những năm 1960. Ông và cs góp phần chế tạo máy Doppler đầu tiên theo dõi hệ tim mạch của phi hành gia trong không gian.

                                                                        Léandre Pourcelot

Tiến bộ kỹ thuật của máy Doppler mang lại nhiều cải tiến song song trong các máy siêu âm. Doppler xung kết hợp với hình ảnh real-time cho ra các máy siêu âm duplex. Cải tiến hình 2 chiều real-time với dòng chảy màu chồng lên ( đầu tiên do Aloka Company Ltd, Japan vào năm 1982) nhằm xác định tốc độ máu hoặc mô, không chỉ cho phép khảo sát và nhận ra kiểu dòng chảy mà còn giúp nhận biết về giải phẫu và bệnh lý học.


Gần đây (2002), power Doppler giúp xác định các vùng tưới máu mô không lệ thuộc vào tốc độ dòng chảy hay hướng.

Pulse wave Doppler giúp xác định vị trí để đo tốc độ dòng chảy ở các van và buồng tim. Phương pháp này cho phép xác định vị trí âm thổi, đo kích thước lỗ thông từ đường kính phụt (jet diameter) và đo dòng chảy và áp lực động mạch phổi. Nguyên lý Doppler giúp xác định ejection fraction của tim, rất quan trọng trong cardiology. Cùng với siêu âm tim, nguyên lý Doppler với ứng dụng rộng rãi, giúp thay thế kỹ thuật thông tim, đặc biệt ở trẻ em có bệnh tim bẩm sinh. Tương quan giữa tốc độ dòng chảy Doppler và pressure gradients tạo nên cơ sở để tiếp cận hẹp van và hẹp mạch máu, van nhân tạo và đánh giá áp lực buồng tim. Nó còn giúp xác định luồng thông trong tim (thông liên nhĩ và liên thất), hẹp động mạch cảnh và động mạch ngoại biên và huyết khối tĩnh mạch sâu. Nguyên lý Doppler còn được áp dụng để khảo sát tim bẩm sinh của thai nhi còn trong bụng mẹ.

Trong nhi khoa, siêu âm Doppler có thể được sử dụng ở trẻ sơ sinh để khảo sát bệnh tim bẩm sinh, luồng thông trái--phải qua tồn tại ống động mạch (patent ductus arteriosus), cung lượng tim (cardiac output) và huyết động học não (Drayton và Skidmore, 1986). Thông tin Doppler bổ sung cho các phương pháp tạo hình truyền thống. Vì vậy, nó có ích trong trường hợp thông liên thất nhỏ (small ventricular septal defect), hẹp eo động mạch chủ (coarctation of the aorta), hẹp van hoặc luồng phun ngược (regurgitation), thông thương khác thường hay tổn thương lưu lượng hạn chế khác (Wilde, 1988). Tạo hình dòng chảy màu có vai trò quan trọng ở đây.

Nhiều kỹ thuật Doppler trong tim mạch người lớn được áp dụng cho trẻ sơ sinh. Tuy nhiên, tuần hoàn ở trẻ sơ sinh rất biến đổi (labile), chủ yếu do cơ chế kiểm soát chưa trưởng thành, và tình hình có thể phức tạp thêm bởi sự bất ổn ở bé bị bệnh rất nặng. Tồn tại luồng thông trái--phải là nguyên nhân chính của bệnh lý ở trẻ sơ sinh non tháng và khảo sát Doppler có thể cung cấp dữ liệu định lượng (Barron và ctv., 1984).

Ở trẻ nhỏ, mạch máu nhỏ và rất khó để xác định mặt cắt ngang của động mạch chủ. Tuy nhiên, nếu đo đạc cẩn thận, Claflin et al (1988) báo cáo lỗi ngẫu nhiên chỉ xảy ra ở 7% trường hợp trong khảo sát tính lập lại của việc đánh giá cung lượng tim ở trẻ sơ sinh.

Tạo hình siêu âm của não trẻ sơ sinh hiện là một kỹ thuật có giá trị để phát hiện xuất huyết trong não thất (Maklad, 1986). Các mạch não có thể tiếp cận thuận tiện bằng khảo sát Doppler ở trẻ sơ sinh là các động mạch não trước và giữa và các động mạch cảnh ở cổ.

Những mạch máu này là quá nhỏ cho siêu âm đo tỷ lệ dung lượng dòng máu tuyệt đối đáng tin cậy, do đó, cho đến nay nghiên cứu tập trung vào những thay đổi trong tỷ lệ lưu lượng và trên pulsatilities của dạng sóng dòng chảy tốc độ/thời gian (flow velocity/time waveforms). Hơn nữa, hầu hết các dữ liệu được công bố liên quan đến chỉ số Pourcelot vì, không giống như pulsatility index, chỉ số này không cần độ lệch Doppler trung bình mà chỉ cần tần số tối đa và tối thiểu (xem phương trình 7). Các kiểu dòng chảy thay đổi xảy ra trong hydrocephalus (Hill và Volpe, 1982) và tồn tại ống động mạch (Perlman và ctv., 1981). Các động mạch não trước, giữa và sau, vòng Willis và các nhánh bên có thể được nhìn thấy bởi Doppler color flow imaging (Mitchell và ctv., 1988b). Giá trị lâm sàng của điều này này vẫn còn đầy đủ để được chứng minh. Mặc dù các phương pháp là âm thanh, Drayton và Skidmore (1986) đã kết luận, từ tổng quan y văn, rằng cho đến nay không có nghiên cứu tín hiệu Doppler não nào được báo cáo là thích hợp cho các ứng dụng lâm sàng thường lệ. Các tác giả này cũng đã báo cáo công trình riêng của họ về một cách tiếp cận hứa hẹn dựa trên cách đo đạc thể tích mới tại ba vị trí của aorta, cho phép ước tính tỷ lệ dung lượng dòng chảy (volume flow rate) tới đầu, cổ và các chi trên, thông qua ống động mạch, và đến bụng và chân. Tuy nhiên, lỗi ngẫu nhiên không thể tránh khỏi xảy ra, và các kỹ thuật có thể áp dụng cho nghiên cứu trên cộng đồng hơn là cho cá nhân.

Oxy hóa màng ngoài cơ thể (extracorporeal membrane oxygenation) được sử dụng ngày càng thường xuyên, đặc biệt là ở Mỹ, trong điều trị trẻ sơ sinh suy hô hấp nặng và không đáp ứng với hỗ trợ thông khí quy ước. Nguy hiểm chính của thủ thuật là xuất huyết não và nhồi máu. Pulsatility bình thường giảm trong động mạch não trước, não giữa động mạch cảnh trong lúc bắt đầu điều trị. Cho đến nay, không có sự tương quan đáng tin cậy tìm thấy xảy ra giữa các đặc trưng của dòng chảy và sự khởi đầu của tai biến (Taylor et al, 1988a), mặc dù kết quả của tạo hình dòng chảy màu khá kích thích (Mitchell và ctv., 1988a).

Trong ung thư, kỹ thuật Doppler có tiềm năng lớn trong chẩn đoán khối u không xâm hại. Kết quả đầu tiên là do Wells và ctv (1977) phát hiện hiện tượng tân sinh mạch máu của tổn thương ác tính. Ví dụ, so sánh với động mạch vú bình thường và tổn thương lành tính, tổn thương vú ác tính tăng tín hiệu Doppler với tần số cao hơn và biên độ cao hơn, và dòng chảy liên tục trong suốt kỳ tâm trương. Burns et al (1982) đã chứng minh rằng tín hiệu tần số cao là do arteriovenous shunts; trở kháng thấp của giường mạch khối u giúp phân biệt các đặc tính khác của tín hiệu Doppler. Trong số 55 bệnh nhân bị bệnh vú ác tính, chỉ có 4% không có tín hiệu bất thường, trong khi có đến 84% âm tính thật trong 349 người có tổn thương lành tính. Mặc dù nghĩ các kết quả có thể tốt, phương pháp vẫn chưa đủ cho kiểm tra sàng lọc. Hiện nay, các ứng dụng quan trọng nhất trong bệnh vú là trong việc khảo sát ban đầu những cục u đáng ngờ và trong việc xử trí điều trị ung thư. Trong phụ nữ tiền mản kinh, Sambrook et al (1987) đã chỉ ra rằng các kết quả hữu ích nhất được lấy lúc giữa chu kỳ.
Taylor et al (1988b) phát hiện bất thường tín hiệu Doppler trong 44 /47 bệnh nhân với khối u ác tính nguyên phát của gan, thận, tuyến thượng thận và tuyến tụy. Có 2 loại tín hiệu khác nhau đã được ghi nhận: một tín hiệu vận tốc cao (n= 38) với độ lệch tần số Doppler vượt quá 3 kHz (bằng cách sử dụng tần số siêu âm 3 MHz) và một tín hiệu trở kháng rất thấp (n=9) chứng minh biến thiên systolic-diastolic ít. Trong ba bệnh nhân, cả hai loại tín hiệu đều có mặt. So với chụp động mạch, siêu âm Doppler nói chung nhạy với thông động-tĩnh mạch (arterio-venous shunting) hơn. Ngoài ra, tạo hình và khảo sát Doppler được bổ sung. Ví dụ, nó có thể không phân biệt được giữa cấu trúc các tổn thương lành tính và ác tính của tuyến giáp, nhưng phát hiện được tín hiệu tần số Doppler cao từ động mạch giáp trên là một chỉ báo đáng tin cậy của tình trạng cường giáp (Woodcock và ctv., 1985). Hơn nữa, follicular carcinoma của tuyến giáp làm tăng tín hiệu Doppler khác với adenoma.

Cho đến khi phát triển kỹ thuật tạo hình ảnh dòng chảy màu, ứng dụng kỹ thuật Doppler cho vấn đề ác tính bị giới hạn bởi khó khăn của một lượng lớn mô với chùm siêu âm đơn độc. Rubin et al (1987) đã chỉ ra không chỉ với những dòng chảy multidirectional, với nhiều kiểu động mạch phức tạp và arteriovenous shunts, có thể được chứng minh bởi tạo hình dòng chảy màu, mà còn có kiểu dòng chảy (trong mô hình động vật) có thể được cải tiến (và tăng cường) bởi thuốc vận mạch.

Nói chung, khối u có thể được x quang tăng cường chụp với chất tương phản, vừa cũng có thể được xác định bởi hình ảnh dòng chảy Doppler màu (Sumi và ctv., 1987). Việc sử dụng chất tương phản siêu âm sẽ có khả năng để tăng cường hiệu ứng này.

Trong sản khoa và khung chậu nữ, phát hiện tín hiệu Doppler từ một buồng trứng hoạt động rất dễ (Taylor, 1988). Vào đầu chu kỳ kinh nguyệt bình thường, cả hai buồng trứng cùng tăng tín hiệu trở kháng cao tương tự với biên độ thấp và không có dòng chảy tâm trương. Sau đó nang dominant phát triển làm tăng biên độ và tần số tín hiệu từ buồng trứng, có giá trị tối đa khoảng ngày 21, và với dòng chảy liên tục trong suốt thì tâm trương. Sau ngày 23, nhanh chóng có một đảo ngược các điều kiện hiện có vào đầu chu kỳ.

Ở phụ nữ với chu kỳ kích thích và buồng trứng phóng noãn 2 bên, thay đổi dòng chảy xảy ra đối xứng. Nếu mang thai, corpus luteum duy trì chức năng trong tam cá nguyệt đầu tiên và phổ dạng sóng hoạt động vẫn tồn tại trong suốt thời kỳ này. Sự hiện diện của dòng chảy luteal là bằng chứng tiếp tục mang thai ở bệnh nhân có nguy cơ sảy thai, và do đó có thể chẩn đoán xác định thai ngoài tử cung.

Siêu âm Doppler thường được sử dụng để đánh giá không xâm hại nhịp tim thai. Nhịp tim thai là một chỉ số tốt của tình trạng của bào thai, đặc biệt là trong giai doạn chuyển dạ (Flynn và Kelly, 1977). Chẩn đoán hình ảnh hiếm khi sử dụng để xác định vị trí tim, vì tự tín hiệu Doppler đủ để là bằng chứng (Callagan et al,1964). Có thể theo dõi liên tục với đầu dò đai vào bụng bà mẹ.

Kurjak et al (1988) đã chỉ ra rằng, cho đến cuối thập niên 1970, chỉ có nhịp tim thai nhi có thể được khảo sát trong khi mang thai ở người là khía cạnh sinh lý học tim mạch thai nhi duy nhất. Fitzgerald và Drumm (1977) phát hiện Doppler của dòng chảy trong tĩnh mạch rốn, đã bị Gill (1979) bỏ qua, mặc dù ông là người đầu tiên ước tính tỷ lệ dung lượng dòng máu trong rốn, bằng cách đo vận tốc trung bình và vùng mặt cắt ngang. Để có ích về lâm sàng, nói chung tốt hơn là mô tả dòng chảy bằng thuật ngữ (ml min ^-1 kg ^-1), nhưng cần ước tính trọng lượng thai nhi, vốn có sai sót lớn.

Mặc dù tình trạng lâm sàng của bào thai được báo cáo nhiều là có tương quan với các giá trị của tốc độ dung lượng dòng máu trong tĩnh mạch rốn và trong động mạch chủ của thai (Gill et al, 1984; Griffin et al, 1985), kỹ thuật này không được rộng rãi chọn lựa . Việc đo cần kỹ năng và kiên nhẫn, Kurjak et al (1988) đề xuất do quan tâm đến nhiều kỹ thuật phân tích dạng sóng Doppler của bào thai dễ làm hơn và nhanh hơn . Lý do là với các máy duplex real-time mới, với tín hiệu Doppler xung đáng tin cậy, được xác định chính xác từ các mạch máu thai. Các số đo thông thường của pulsatility được áp dụng, nhưng với kết quả tiên đoán tình trạng bào thai thay vì thống nhất  hóa ra đáng thất vọng. Ví dụ, pulsatility ước tính trong động mạch rốn thiếu độ nhạy và độ chuyên biệt cần thiết để có thể sử dụng như một test tiền cứu cho chậm phát triển trong tử cung (IUGR) (Trudinger et al, 1986), mặc dù dường như không có gì nghi ngờ rằng có sự gia tăng trong dạng sóng pulsatility trong chậm phát triển bào thai, có lẽ là vì giảm dòng chảy tâm trương do tăng trở kháng của bánh nhau.

Mất tín hiệu dòng chảy tâm trương trong aorta của thai là một điềm xấu (Hackett và ctv., 1987). Có lẽ là vì hiệu ứng não tiết kiệm (sparing), do giảm pulsatility index trong động mạch cảnh trong (và tăng trong các động mạch rốn và aorta) trong bào thai với xác nhận IUGR sau sanh (Wladimiroff và ctv., 1986).

Tín hiệu dòng chảy Doppler máu có thể dễ dàng được lấy ở động mạch chậu ngoài và trong từ bà mẹ, và thông thường, từ các động mạch tử cung và buồng trứng (Taylor và ctv., 1985). Chỉ số pulsatility trong cả hai động mạch tử cung và buồng trứng giảm khi mang thai khoảng hơn 12 tuần. Sử dụng động mạch chậu ngoài như một mốc giải phẫu, tín hiệu Doppler có thể được lấy từ động mạch arcuate (Campbell và ctv., 1983). Dạng sóng thường có pulsatility thấp và tốc độ cao trong suốt tâm trương, nhưng pulsatility tăng nếu có tình trạng thiếu trophoblast invasion. Trong thai kỳ muộn hơn, tăng pulsatility là một chỉ số khá tốt của nguy cơ bào thai (fetal compromise) (Campbell et al, 1986; Trudinger et al, 1987). Tạo hình dòng chảy màu thực hiện khảo sát này dễ dàng hơn (Pearce  và McParland, 1988) và có thể giúp giải quyết nghi ngờ về độ tin cậy của các phương pháp (Hanretty và ctv., 1988).

Nghiên cứu dòng chảy trong các mạch riêng rẻ không phải là phương pháp tốt để phát hiện IUGR. Vì điều này, tự nhiên là phải cố tìm xem có thể thu được thông tin cần thiết bằng cách khảo sát mối quan hệ giữa dòng chảy thành đôi của mạch máu không. Ví dụ, từ thai 26 tuần trở đi, tỷ lệ dung lượng dòng chảy trong tĩnh mạch rốn và động mạch chủ xuống vẫn không đổi trong thai kỳ bình thường (Chen và ctv., 1988). Có vẻ như là tỷ lệ dòng chảy có thể thay đổi nếu bào thai bị nguy hại (compromise).

Với chỉ hình ảnh siêu âm đơn độc, hầu như không thể phân biệt giữa hydatidiform mole, hydropic degeneration, degenerating fibroids hoặc dysgerminomas buồng trứng và hiếm nhưng nghiêm trọng là gestational trophoblastic neoplasia. Khối u này có nhiều mạch, tuy nhiên, có thể  phát hiện được trong trường hợp động mạch tử cung tăng độ lệch tần số Doppler thì tâm thu và tâm trương (Taylor và ctv., 1987b).

Chẩn đoán bệnh tim bẩm sinh trước sinh của tạo hình siêu âm đang được thực hiện khá tốt (Allan et al, 1986). Thông tin bổ sung có thể thu được bằng siêu âm duplex và có bằng chứng rõ ràng rằng color flow imaging có thể giúp ích trong việc làm rõ các bất thường về tim mạch (DeVore et al, 1987; Matsumura et al, 1987).


Trong niệu học, một trong các ứng dụng lâm sàng sớm nhất của hiệu ứng siêu âm Doppler là đánh giá mạch cấp máu để ghép thận (Sampson, 1969). Sử dụng siêu âm duplex để xác định vị trí động mạch thận chính và các nhánh segmental trong xoang thận, các nhánh interlobular giữa các tháp thận và các nhánh arcuate tại chỗ nối corticomedullary hiện tại cho phép phát hiện sớm các dấu hiệu thải ghép do tắc hoặc hẹp (liên kết với high-velocity jets) (Taylor et al,1987a). Thải ghép cấp tính do mạch thường được liên kết với tăng trở kháng mạch máu thận, mà kết quả là tăng chỉ số đập (pulsatility index).
Với ngưỡng pulsatility index PI= 1,5, Rigsby et al (1982) tìm thấy rằng độ nhạy là 79% và độ chuyên biệt là 90%; tăng ngưỡng làm tăng độ chuyên biệt. Mặc dù sinh thiết vẫn cần thiết cho chẩn đoán xác định hoại tử ống thận cấp tính (acute tubular necrosis), chỉ số pulsatility vẫn không đổi và do đó có thể được sử dụng để phân biệt các tình trạng thải ghép, đặc biệt là trong thời kỳ hậu phẫu, để lựa chọn cách điều trị thích hợp (Piccirillo và ctv., 1988).
Hẹp động mạch thận làm phổ Doppler rộng ra và tăng vận tốc tâm thu (Dubbins, 1986), mặc dù Rigsby et al (1988) khuyên nên thận trọng với các vấn đề kỹ thuật vì mỡ, cơ bắp và hơi đường ruột. Mạch máu của u carcinomas thận có xu hướng giảm trở kháng dòng chảy động mạch thận, và điều này làm giảm chỉ số đập và tăng độ lệch tín hiệu tần số Doppler trong thì tâm trương (Dubbins và Wells, 1986).

Bất lực với  nguyên nhân giải phẫu và mạch máu có khả năng chữa trị. Mặc dù các chỉ số áp suất dương vật-cánh tay có được do khảo sát Doppler đã được chấp nhận như một test sàng lọc (Abelson, 1975) kết quả có thể không rõ ràng. Tuy nhiên nếu khảo sát duplex chứng tỏ có giãn động mạch lưng dương vật và tăng dòng chảy khi cương do papaverine gây ra, có thể loại trừ bất lực do nguyên nhân động mạch (Hricak et al,1986). Trong trường hợp nghi ngờ rò rỉ tĩnh mạch nên khảo sát thêm chụp tĩnh mạch thể hang (cavernosography).


Trong bệnh đường tiêu hóa (Gastroenterology), từ thập niên 1980 các nghiên cứu Doppler ở bụng đã phát triển, đã tập trung chú ý chủ yếu vào tĩnh mạch Cửa, cấp máu cho ruột và ghép gan. Hiển nhiên rằng vận tốc dòng máu chảy trung bình được đo bằng một hệ thống Doppler xung với một khối lượng mẫu bao gồm máu ở trung tâm lòng mạch mà không phải tất cả máu còn lại nên có xu hướng đánh giá cao tỷ lệ khối lượng lưu lượng máu. Moriyasu et al (1986) mô phỏng máu chảy trong tĩnh mạch Cửa bằng mô hình tuần hoàn, và thiết bị của họ có một yếu tố điều chỉnh là 0,57. Họ kiểm tra tính hợp lệ của điều chỉnh này trong tĩnh mạch chủ dưới trên chó. Ở người, họ ước tính tỉ lệ khối lượng lưu lượng trong tĩnh mạch Cửa là 889 +/- 284 ml min^-1 (mean± 1SD) trong các tình nguyện viên bình thường nhịn ăn. Kết quả chưa được công bố của riêng của chúng tôi so sánh tốt với điều này: chúng tôi đo khối lượng lưu lượng được 864 +/- 188 ml min ^-1 trong đối tượng bình thường nằm ngửa và quan sát thấy điều này đã giảm xuống còn 662 +/- 169 ml min ^ -1 ở tư thế đứng. Zoli et al (1986) đã chỉ ra rằng dòng chảy trong tĩnh mạch Cửa không bị ảnh hưởng bởi bệnh gan mạn tính, mặc dù tăng khẩu kính kết hợp làm giảm vận tốc dòng máu chảy.
Sự tồn tại tĩnh mạch Cửa và hướng dòng chảy là cân nhắc quan trọng trong việc đánh giá tiền phẫu cho bệnh nhân chuẩn bị đặt thông giảm áp (decompressive shunts) hay ghép gan. Ví dụ, khi dòng chảy từ gan, splenorenal shunting chọn lọc ở xa là không thích hợp và cần có một shunt toàn bộ. Một vấn đề khác là phát hiện thrombus một phần trong tĩnh mạch Cửa, thường không thể nhìn thấy trên hình ảnh thời gian thực, nhưng làm tăng dòng chảy rối trên duplex scanning (Alpern và ctv., 1987) và điều này thấy rõ trên siêu âm màu dòng chảy. Cavernous transformation của tĩnh mạch Cửa hiếm gặp, chẩn đoán có thể được xác nhận bằng phát hiện tín hiệu Doppler vận tốc thấp và non-pulsatile tương đối, (Raby và Meire, 1988).
Ở người lành mạnh, tỷ lệ khối lượng lưu lượng máu trong động mạch mạc treo tràng trên, được đo bằng siêu âm duplex, là 517±19ml min^-1 (mean ±1 SD) (Qamar và ctv., 1986a). (Như được dự kiến, pulsatility index giảm sau ăn (Qamar và ctv., 1986b)). Điều này so sánh với 703 ± 24 ml min^ -1, lưu lượng được đo bằng  trục thân tạng (coeliac) ở các đối tượng nhịn ăn, và ngay lập tức tăng 38% sau khi uống một bữa ăn lỏng (Qamar và ctv., 1985). Điều quan trọng cần lưu ý rằng các phương pháp khác để đo lưu lượng máu ruột là xâm hại và không phù hợp cho nghiên cứu bệnh nhân (Qamar và Read 1985). Lưu lượng máu trong động mạch mạc treo tràng trên được so sánh trong đối tượng nhịn ăn bình thường và trong bệnh nhân với hội chứng dumping (Aldoori và ctv., 1985). Sau một bữa ăn lỏng, tỷ lệ lưu lượng khối lượng tăng xấp xỉ gấp đôi trong cả hai nhóm trong vòng 5 phút, nhưng vẫn còn cao nhiều trong hơn 45 phút ở bệnh nhân có hội chứng dumping.
Máy siêu âm xách tay duplex  là công cụ  giúp đánh giá ban đầu của  ghép gan (Taylor và ctv., 1986). Biến chứng thải ghép được xác định bởi Doppler bao gồm tắc động mạch gan và tắc và hẹp tĩnh mạch Cửa. Phương pháp Doppler này bổ sung cho việc tạo hình siêu âm, và có thể phát hiện gan tắc mật, tụ dịch trong gan và ngoài gan, và khí trong tĩnh mạch Cửa do hoại tử ruột.
Beckly (1984) đã miêu tả một kỹ thuật nội soi Doppler thú vị với dự báo xuất huyết trong loét dạ dày. Sự hiện diện của tín hiệu động mạch mạnh trong đáy ổ loét là một dấu hiệu cảnh báo.

Trong tuần hoàn mạch máu não (cerebrovascular circulation), sự phổ biến của máy duplex, và gần đây hơn, các máy tạo hình dòng chảy màu trong thời gian thực (real-time colour flow imaging systems) đã thay thế cho công việc cực nhọc và tận tụy với các máy siêu âm 2 chiều vận hành bằng tay đã được thực hiện trong một thập kỷ hoặc lâu hơn nữa trước đó. Ví dụ, White et al (1980) đã mô tả hình ảnh động mạch đốt sống (vertebral) và trình bày dòng đảo ngược trong hội chứng " cắp máu" (của động mạch dưới đòn). Hơn nữa, Piney et al (1981) đã kết luận rằng một máy Doppler xung multigated, có đủ khả năng để khám phát hiện routine bệnh nhân bị hẹp chỗ chia đôi động mạch cảnh (carotid artery bifurcation) với mức độ ít hoặc nhiều.

Duplex scanning là kỹ thuật đáng tin cậy cho việc khám phát hiện ban đầu bệnh nhân với nghi ngờ lâm sàng bệnh carotid (Malat và ctv., 1986). Kỹ thuật này có độ nhạy preliminary so với chụp angiography, và là tuyệt vời để theo dõi bệnh nhân với tổn thương sớm hoặc cơn thiếu máu não thoáng qua (transient ischaemic attacks, TIA), và sau thủ thuật endarterectomy.

Đánh giá mức độ lan rộng bệnh carotid từ phổ tần số Doppler cũng là một phương pháp tốt (Spencer và Reid, năm 1979; Sheldon et al, 1983; Morin et al, 1988). Cơ sở của kỹ thuật này là lưu lượng máu bị rối loạn bởi mảng xơ vữa lồi vào lòng mạch, dòng chảy rối làm tăng độ lệch tần số Doppler trên phổ rộng ra hơn so với dòng chảy từ động mạch bình thường.

Ví dụ, so với biplanar angiography, Hames et al (1985) thấy rằng độ nhạy của duplex là 93% và độ chuyên biệt là 98% trong 85 bệnh nhân với hẹp hơn 50%; kết quả ít chính xác hơn nếu hẹp với mức độ thấp hơn. Một đầu mối thêm cho mức độ nghiêm trọng của bệnh được cung cấp bởi hướng của dòng chảy periorbital, đảo ngược khi mức độ hẹp carotid artery tăng trên khoảng 50% (Sillesen và ctv., 1987).

Mặc dù độ chính xác của duplex scanning tương tự như angiography trong đánh giá của các đoạn gần của động mạch cảnh chung chỗ chia đôi, chụp angiogram tiền phẫu vẫn còn cần thiết để tìm nhiều hơn bệnh ở đoạn gần và đoạn xa và để đánh giá hệ thống đốt sống-thân nền (vertebrobasilar), đặc biệt là trước khi làm bắt cầu vertebral hoặc subclavian.

Một trong những hạn chế quan trọng nhất của khảo sát duplex đoạn ngoài sọ động mạch cảnh là chỉ đánh giá được một dung lượng nhỏ của lòng mạch tại một thời điểm. Tạo hình dòng chảy màu này có lợi thế cho phép khảo sát kiểu dòng chảy, và xác định nhanh các nhánh bên và tìm các biến dị giải phẫu có liên quan (Zierler và ctv., 1987). Tuy nhiên phương pháp duplex thiếu khả năng định lượng, và do đó cả hai cần tiếp tục bổ sung lẫn nhau.

Mặc dù hiện nay ứng dụng chính của siêu âm trong thần kinh học là đánh giá các động mạch ngoài sọ, kỹ thuật Doppler xuyên sọ (đo vận tốc dòng chảy tâm thu và tâm trương các động mạch não chính) cho thấy đáng tin cậy và có tính lập lại (Arnolds và von Reutern, 1986). Các nghiệm pháp đè ép tĩnh và động có thể được sử dụng cho việc xác định các động mạch não giữa, trước và sau, và động mạch thân nền (basilar) có thể xác định được vị trí qua lỗ chẩm không chút mơ hồ.

Các khảo sát Doppler cung cấp thêm dữ liệu huyết động học cho angiography và cho phép thực hiện nghiên cứu hàng loạt trong điều kiện bệnh lý. Ví dụ, Padayachee et al (1986) đã mô tả việc đánh giá của dòng chảy của vòng động mạch Willis ở bệnh nhân có bệnh động mạch cảnh ngoài sọ và làm sáng tỏ hiệu quả của các đường tuần hoàn bên.



Khám phá của Doppler không được áp dụng thực hành khi ông còn sống. Phải hơn 100 năm sau nó mới có tác động lên vũ trụ học (cosmology), khí tượng học (meteorology) và y học. Trong y học, khái niệm Doppler, bằng những kỹ thuật không xâm lấn, cung cấp thông tin về dòng máu chảy và chuyển động mô. Sự dễ dàng thực hiện và sự chính xác cho phép đo đạc hàng loạt mà không làm bệnh nhân khó chịu hay phải gặp nguy hiểm.

CUỘC ĐỜI CỦA MỘT THIÊN TÀI
 


 Christian Doppler (29 November 1803 – 17 March 1853) nhà toán học và vật lý học Áo.


Là nhà khoa học với trực giác thiên tài về toán học, điện học, từ học và quang học, tuy vậy Doppler đã không được công nhận bởi các đồng nghiệp trước khi xuất hiện bảng tường trình về hiệu ứng mang tên ông (effet Doppler). Rồi phải còn thêm một thế kỷ nữa mới làm y học quan tâm và làm bất tử hóa người khám phá.

Christian Andreas Doppler sinh năm 1803 ở Salzbourg, trong một gia đình giàu có gồm những thợ cả đẽo đá (maitre de tailleur de pierres), ở cách Mozart vài nhà. Vậy chẳng có gì dự định cho Doppler trở thành một nhân vật rất nổi tiếng sau này.


Nơi chào đời ở  Salzburg.

May mắn thay, thể tạng yếu ớt của Doppler khiến ông không thể tiếp tục đi theo nghề nghiệp của gia đình và sau này, khi học tiểu học và trung học có kết quả, rõ ràng là ông rất giỏi về môn khoa học. Thầy dạy của Doppler gởi gắm để ông được vào học ở Institut Polytechnique de Vienne, ở đây ông học toán và vật lý. Tốt nghiệp vào năm 21 tuổi, ông trở lại Salzbourg, ở đây ông dạy những môn học này để kiếm sống. Nhưng ông còn muốn biết thêm nữa và trở lại Vienne để tu nghiệp về cơ khí và thiên văn học, lần này ở đại học. Ông trở thành phụ tá cho giáo sư ông và vào lúc 28 tuổi, ông viết tài liệu đầu tiên trong số 51 tài liệu xuất bản khoa học.

NHỮNG NĂM THÁNG “ KHỔ CỰC ”

Từ 30 đến 32 tuổi, đối với Doppler chẳng có gì là tốt đẹp cả. Ông thất bại vì không hoàn thành được chương trình đào tạo académique để được chức giáo sư và, để sống sót, ông phải chấp nhận làm việc như thư ký trong một xưởng chế tạo bông, xa lánh tất cả mọi người. Chán nản, ông phải thực hiện những vận động cần thiết để có thể di cư qua Hoa Kỳ, ông bán của cải tài sản của mình và đi Munich, ở đây vừa đúng lúc, người ta đề nghị với ông một chức giáo sư dạy toán cơ bản và hình học ở Collège d’Enseignement Général d’Etat de Prague.


Để có thể mải mê nghiên cứu ngoài chức trách nặng nề giáo sư giảng dạy, Doppler trải qua rất nhiều giờ trong những căn phòng chật hẹp và dơ bẩn. Những người đương thời đánh giá ông là quá nghiêm khắc với sinh viên và hơn nữa, cho ông là bị bệnh lao và như thế chỉ hợp với công việc trong nghĩa địa. Mặc dầu ông đưa đơn để tìm những nhiệm sở có tham vọng hơn, nhưng ông bị từ chối, ở Institut Polytechnique de Vienne cũng như ở Institut de Prague. Lúc được 33 tuổi, ông cưới Mathilde, người gốc Salzbourg, mang lại cho ông 5 người con. May mắn thay, một năm sau đám cưới, ông tìm được một nhiệm sở phó giáo sư ở Institut Technique de Prague.


Nhà ở Praha


HIỆU ỨNG DOPPLER.

Tài năng sư phạm của Doppler làm ông nổi tiếng và ông trở thành associé của Hội Khoa Học Hoàng Gia của Bohême. Tuy nhiên ông chỉ trở thành hội viên chính thức sau 6 năm. Vào lúc 39 tuổi, ngày 25 tháng năm 1842, chính trước hội đồng này mà ông đã trình bày công trình khiến ông sẽ trở thành nổi tiếng : “ Về ánh sáng màu của các vì sao kép và về những ngôi sao khác của bầu trời ”, áp dụng vào thiên văn học điều mà ông mô tả đối với các tần số âm thanh. Ông liên kết sự thay đổi màu sắc của ngôi sao (không thấy được bởi những kỹ thuật vào thời đó) khi nó dần dần xích lại gần trái đất. Sau đó, năm 1845, Buys Ballot  (Hà lan)  chứng minh hiệu ứng “ Doppler ” lên các âm thanh  bằng cách dùng một đầu máy xe lửa kéo theo một toa lộ thiên với nhiều lính kèn: các nhạc công trompette điều khiển một nốt nhạc duy nhất trong một con tàu đang chuyển động, trong khi trên cạnh đường những nhạc công khác phát lại nó. Buys Ballot qua kiểm tra thực nghiệm chứng tỏ rằng tần số âm thanh thay đổi lúc đoàn tàu đến gần và đi xa.


Luận văn Về ánh sáng màu của các vì sao kép và về những ngôi sao khác của bầu trời, trình ngày 25 tháng 5 năm 1842, lúc ông 39 tuổi.



Hiệu ứng Doppler đã được phát hiện ra như thế nào? (từ SchoolNet, Phan Minh Chánh giới thiệu)

Vào cuối những năm 30 của thế kỷ XIX, xe lửa có vận tốc 30 dặm/giờ đã có mặt khắp các con đường ở nông thôn. Trước đó, tốc độ di chuyển của con người vẫn chưa vượt qua được tốc độ của những con ngựa chậm chạp. Sau khi xe lửa ra đời, người ta liền chú ý đến sự chuyển động của vật thể gây ra ảnh hưởng đối với những âm thanh do vật thể phát hiện ra.

Christian Doppler quan sát rất kỹ sự vận động của xe lửa, ông bắt đầu suy đoán cái gì đã dẫn đến sự thay đổi những âm thanh mà ông quan sát được. Đến năm 1843, trong cách giải thích của Christian Doppler về quan điểm của chính ông đã bao hàm sóng ánh sáng, đồng thời ông đưa ra lý luận phổ biến: đối với người quan sát đứng yên không chuyển động thì sự chuyển động của vật thể sẽ dẫn đến sự biến đổi tần số của ánh sáng và âm thanh do vật sinh ra, tần số này hoặc là cao lên hoặc là thấp đi. Christian Doppler khẳng định chính sự biến đổi này đã giải thích được màu đỏ và màu xanh của chòm sao Song Tử xa xôi. Trong chòm sao Song Tử, ngôi sao nào chuyển động gần về phía trái đất thì tần số ánh sáng sẽ giảm và nó mang màu gần đỏ.



Năm 1844, Christian Doppler đã trình lên Hiệp hội khoa học Bohemian một bản luận văn. Trong luận văn ông đã đưa ra lý luận của riêng mình: Sự vận động của một vật thể chuyển động về phía người quan sát sẽ làm nén sóng âm thanh và sóng ánh sáng, nó có thể làm thanh điệu cao hơn và khiến tần suất của màu sắc cũng trở nên cao hơn (màu xanh). Nếu như vật thể lùi ra xa phía người quan sát thì hiện tượng đó sẽ xảy ra ngược lại (dần dần chuyển thành màu đỏ). Christian Doppler nói rằng đây chính là lời giải thích cho hiện tượng mỗi khi chúng ta quan sát những ngôi sao ở cách xa trái đất, tại sao ánh sáng của chúng lại có màu xanh và màu đỏ. Nếu như nói một cách chuẩn xác thì Christian Doppler đã đúng, nhưng ở vào thời đại của ông thì máy móc không thể nào quan sát được sự biến đổi siêu nhỏ này.

Người ta yêu cầu Christian Doppler phải chứng minh được lý luận của mình, nhưng ông lại không có cách nào có thể lấy ánh sáng để chứng minh, bởi vì kính viễn vọng và các thiết bị thời đó không đủ hiện đại. Do vậy mà Christian Doppler quyết định mượn âm thanh để giải thích nguyên lý của mình.

Thí nghiệm năm 1845 của Christian Doppler đã mang lại cho ông sự nổi tiếng. Ông mời một nhạc công đứng lên trên xe lửa, dùng kèn trumpet tấu một bản nhạc. Trên sân ga là một số các nhạc sĩ khác rất giỏi phân biệt âm, họ ghi chép lại những nhạc điệu nghe được mỗi khi xe lửa tiến lại gần và lùi ra xa ga. Khi so sánh những ghi chép của các nhạc sĩ đứng cố định dưới sân ga với khúc nhạc thực tế di động do nhạc sĩ chơi trên xe lửa thì ban đầu có cảm giác hơi cao sau đó lại hơi thấp.

Christian Doppler lại bố trí đội kèn thứ hai đứng dưới sân ga làm lại thí nghiệm. Khi xe lửa đi qua, họ thổi cùng một âm điệu với người nhạc công chuyển động cùng với xe. Người nghe có thể dễ dàng nhận ra sự khác biệt, các nốt nhạc của bản nhạc di động và các nốt nhạc của bản nhạc đứng yên có ảnh hưởng qua lại với nhau tạo thành những phách xung.


Sau khi Christian Doppler chứng minh sự tồn tại của hiệu ứng này, ông đã đặt tên cho nó là hiệu ứng Doppler.
 
CHƯA ĐƯỢC 3 NĂM VINH QUANG.

Vào năm 1844, sức khỏe của ông trở nên suy sụp và ông phải nghỉ bệnh kéo dài trong hai năm. Lúc ông 44 tuổi, ông rời Prague để đi Schemnitz, thành phố mỏ cổ nhất của Slovaquie. Ông đang dạy ở Académie des Mines et des Fôrets thì cách mạng bùng nổ và lay động đế chế Áo. Tình hình ở Slovaquie trở nên nguy hiểm và ông lánh mình về Vienne, ở đây ông tìm lại được việc làm.



Vào năm 1850, sau cùng ông trở thành giám đốc của Viện Vật Lý mới, được thành lập để đào tạo các giáo sư. Ông được bầu vào Viện hàn lâm khoa học và được bổ nhiệm làm giáo sư vật lý thí nghiệm ở Université Impériale et Royale de Vienne. Ông là người đầu tiên chiếm giữ ghế giáo sư rất mới này, được tạo ra một cách đặc biệt bởi hoàng đế Franz Josef I. Trong số những ứng viên đối địch vào chức vụ này có một tu sĩ dòng thánh Augustin 20 tuổi, Johann Gregor Mendel, người cha tương lai của di truyền học hiện đại…

    Tem do Bưu điện Áo phát hành để kỷ niệm lần thứ 150 ngày công bố hiệu ứng Doppler.
Xem thêm  các ứng dụng của hiệu ứng Doppler qua tem thư, download  theo link ở đây A philatelic introduction to the Doppler effect and some of its applications

Bị bệnh lao dày vò, một lần nữa Doppler buộc phải nghỉ ngơi (*). Ông hy vọng phục hồi lại sức khỏe nhờ khí hậu địa trung hải và chọn Venise làm nơi dưỡng bệnh. Nhưng tình trạng sức khỏe của ông nặng dần và ông qua đời trong đôi tay của vợ mình vào lúc chưa tròn 50 tuổi. Doppler được chôn cất ở Venise, nơi  đô thị dành cho ông một ngôi mộ danh dự (“ tombe d’honneur ”) trong khi những nhà vật lý thành phố gắn một tấm bia tưởng niệm trên một hàng cột của nghĩa địa.

Bia tưởng niệm ở Saint Michele, Venice, Italia

(*) Có tài liệu nói rằng ông bị lao phổi và lan đến thanh quản nên nói rất khó khăn.

( Phần cuộc đời của một thiên tài được trích từ Effet Doppler, LE GENERALISTE 5/5/2011, Bs Nguyễn văn Thịnh dịch đăng trong Y Dược Ngày nay, Thời sự Y học số 225).
Đăng nhận xét