Beregning av hemodynamiske parametere ved hjelp av ultralyd
Hemodynamikk er studiet av blodstrømningsdynamikk. De fysiske lovene som styrer blodstrømmen, er grunnleggende i ekkokardiografi. Konvensjonell todimensjonal (2D) ekkokardiografi og Doppler-studier er tilstrekkelig for å studere hastigheter, volumer og trykkforhold i hjertet. Disse teknikkene gjør det mulig å beregne alle klinisk relevante hemodynamiske parametere, med få unntak. Før Doppler-æraen ble hemodynamiske vurderinger utført ved hjelp av kateterisering av høyre hjerte (med Swan-Ganz-kateter[lungearteriekateter]). Hemodynamiske målinger fra Doppler-studier anses imidlertid som pålitelige og sammenlignbare med kateterisering, og Doppler-studier har i stor grad erstattet kateterisering.
Denne delen omhandler hemodynamiske prinsipper og hvordan disse kan utnyttes til å beregne slagvolum, hjerteminuttvolum, trykkforhold, alvorlighetsgrad av stenoser og regurgitasjoner osv. Disse beregningene er basert på enkle matematiske ligninger som bygger på hemodynamiske prinsipper. Det er grunnleggende å kjenne til disse prinsippene for å kunne forstå ekkokardiografi fullt ut. I klinisk praksis utfører undersøkeren enkle målinger og Doppler-registreringer, som ultralydmaskinen bruker til å beregne ulike hemodynamiske parametere.
Dopplereffekten
Det sentrale prinsippet for alle hemodynamiske beregninger er dopplereffekten, som er omtalt tidligere (se Dopplereffekten og Doppler-ekkokardiografi). Her gis kun en kort oppsummering av dopplereffekten.
Dopplereffekten brukes til å vurdere blodstrømmens hastighet og retning. Dette er mulig fordi lydbølger som treffer objekter i bevegelse, reflekteres med en endret frekvens. Lydbølger som treffer et objekt som beveger seg mot lydkilden, vil bli reflektert med høyere frekvens enn lydbølgene som sendes ut fra lydkilden. Lydbølger som treffer et objekt som beveger seg bort fra lydkilden, vil i stedet bli reflektert med en lavere frekvens enn lydbølgene som sendes ut fra lydkilden. Forskjellen i frekvens mellom de utsendte og de reflekterte lydbølgene kalles dopplerforskyvning.
Erytrocytter i bevegelse vil endre frekvensen på de reflekterte lydbølgene. Erytrocytter som strømmer mot transduseren, vil reflektere lydbølgene med høyere frekvens, mens erytrocytter som strømmer bort fra transduseren, vil reflektere lydbølgene med lavere frekvens (figur 1).
Dopplerforskyvningen
Dopplerforskyvningen avhenger av blodstrømningshastigheten (v), frekvensen til den utsendte ultralyden (fe), frekvensen til den reflekterte ultralyden (fr), ultralydhastigheten i vevet (c) og cosinus til vinkelen mellom blodstrømningsretningen og den reflekterte ultralydbølgen (cos θ). Doppler-ligningen er som følger:
v = [c – (fr-fe)] / [2 -fu – cos ϴ]
Lydens hastighet (c) i menneskekroppen er konstant (1540 m/s), og cos ϴ kan ignoreres med mindre det er en betydelig vinkelfeil (cos 0° = 1), noe som gjør denne formelen enklere å håndtere.
Hastigheten og retningen til blodstrømmen kan beregnes ved hjelp av Doppler-ligningen.
Blodstrømning i hjerte og blodårer
En væske som strømmer i en rett sylinder, har laminær strømning, noe som innebærer at strømningshastigheten er høyest i midten av sylinderen og lavest langs sylinderveggene. Væsken strømmer i konsentriske lag, med gradvis avtagende hastighet med økende avstand fra sylinderens sentrum. Dette resulterer i en parabolsk form på strømningen (figur 2A).
Figur 2B illustrerer hvordan strømningsprofilen endrer seg når sylinderdiameteren minker. Som illustrert, reduseres forskjellen i hastighet mellom lagene når diameteren blir mindre. Dette forklares med at hastigheten i de ytre lagene øker når diameteren minker. Etter hvert som strømningen fortsetter i sylinderen, antar strømningen gradvis en parabolsk form igjen.
Disse prinsippene er relevante ved vurdering av klaffestenoser og regurgitasjoner. Uansett størrelse og plassering har stenoser alltid den samme effekten på blodstrømmen; hastigheten akselererer like før stenosen (pre-stenotisk akselerasjon), og strømmen blir turbulent etter at den har passert stenosen (post-stenotisk turbulens). Som illustrert i figur 3, vil blodstrømmen være smalest rett etter stenosen, og denne delen kalles vena contracta. Diameteren på vena contracta er litt mindre enn diameteren på den stenotiske åpningen. Jo mer uttalt stenosen er (dvs. jo mindre åpningen er), desto større er den pre-stenotiske akselerasjonen.
