多普勒超声心动图的血流动力学定量检查

多普勒超声心动图的血流动力学定量检查

广东省人民医院心研所心内科 黄新胜

超声心动图在心血管疾病的诊断中起着非常重要的作用，M型超声心动图诊断的实用性主要局限于二尖瓣狭窄和心包积液。二维超声心动图通过多个切面观察整个心脏，对于心脏大小，心功能，瓣膜形态，室壁运动，心脏肿瘤，心包和大血管疾病的评价有重要的意义。在二维超声心动图基础上发展起来的多普勒超声心动图，不仅提供心脏、血管的解剖信息，而且能准确的提供血流动力学信息。随着科学技术的进步和仪器设备的改进，无创性多普勒超声心动图在很多方面可替代有创性心导管检查。

超声心动图诊断技术发展迅速，除了经胸超声心动图之外，经食道超声心动图技术在心血管疾病中得到了广泛的应用，血管内超声提供了详细的血管腔和动脉壁的切面图像，为冠心病的诊断和治疗提供重要的信息。超声心动图负荷试验是诊断冠心病的常用方法，对判断心肌梗塞病人的预后及冠心病的危险分级有重要的意义。心肌造影超声心动图能鉴别具有活性的心肌，为血管成形术提供重要的信息。

多普勒原理

一、 多普勒效应

1842年，奥地利数学和天文学家Christian Johan Doppler注意到从地球上固定位置观察星球出现不同的色彩，他提出所有的星球应发出纯白光谱，观察到的不同色彩是星球与观察者之间相对运动所引起的，这种运动引起到达观察者的光波波长（或频率）的改变，这种现象称为“多普勒效应”，并适用于任何波源与接收器之间的相对运动。如果一声波由朝向观察者运动的物体反射回来，反射回声的频率将高于发射频率，反之，一声波由背离观察者运动的物体反射回来，其反射回声的频率低于发射频率。

对于二维超声心动图来说，声靶是具有不同声阻的组织界面，反射波的强度取决于两种介质声阻的差别；而对于多普勒超声心动图来说，声靶是血流中的血细胞。高频的超声波被运动的血细胞反射回来，其反射回声的频率与发射频率之间出现了频率的变化，称为多普勒频移（Doppler shift）。多普勒频移值能提供血流在心脏和大血管中运动方向和速度的信息。

多普勒方程式是多普勒超声心动图中的一个基本公式。

Δf为多普勒频移值（hertz），即发射声波频率与接收声波频率之间的差值，f0 为发射声波频率，V为血流速度，θ为声束轴与血流之间的夹角，C为声波在人体组织中传播速度（1560m/s）。因此，对于一个已知的探头频率，能获得血流速度：

这里的K为常数，很明显准确的血流速度取决于声束与血流方向平行，对于一定的多普勒频移值（Δf），探头频率（f 0）越低，可测量越高的血流速度，因此，为了测量高速血流，应尽可能地选用低频探头。

二、脉冲多普勒超声心动图

脉冲多普勒超声仪的研制是多普勒超声心动图学的一个重要进展，与二维超声心动图具有不同的技术，二维超声心动图的接收器接收来自组织界面的所有回声，并利用其振幅信号组成灰阶图像，而脉冲多普勒超声心动图的接收器并不接收所有的反射回声，由一定的频率间歇“脉冲”式发出超声波，间歇发放的脉冲波由运动的血细胞反射回来，在发放脉冲的间歇接收反射回来的声波，且有一选择性的时间延迟，并利用其频移成分组成灰阶频谱。不同深度反射回来的信号在不同的时间内被接收，已知声波在组织中的传播速度C，在时间Td内，脉冲波从探头到达声靶，然后从声靶返回探头，其总距离为C·Td，而探头与声靶之间的距离为总距离的一半。仪器通过门电路控制，接收返回信号，以便能进行心脏、大血管特定部位的血流取样。这种定位探查能力称为距离选通或距离分辨，此区域称为取样容积。取样容积是一个三维体积，其宽度取决于探查区域超声束的宽度，而超声束的宽度又取决于探头频率、探头直径和聚焦技术，因此，在大多数仪器中，取样容积的宽度是不可调节的。取样容积的长度取决于脉冲群的长度，其数值等于脉冲波波长与脉冲波数目的乘积。在选定探头频率之后，脉冲波的波长即不可改变，但可通过改变发射脉冲波的数目达到调节取样容积长度的目的，从而使取样容积的大小适合所要探查的解剖结构。

脉冲多普勒超声心动图的局限性是可定量的最大血流速度受到脉冲重复频率的限制，所谓脉冲重复频率是指每秒钟发放脉冲群的次数。如前所述，脉冲多普勒的探头在发出一组脉冲波之后，要经过一个时间（Td）延迟后再发出下一组脉冲波，因此脉冲重复频率（PRF）为1/Td，脉冲重复频率必须大于多普勒频移的两倍，才能准确的显示频移的方向和大小。脉冲重复频率的1/2称为Niquist极限（Niquist limit）。如果血流速度快，多普勒频移超过这一极限，脉冲波多普勒的频移信号就不能准确的显示频移的方向和大小，出现伪误称为频率失真（frequency aliasing）。因此临床使用脉冲波多普勒超声心动图测量心血管特定部位的低速层流。

三、连续多普勒超声心动图

连续多普勒超声心动图的探头有两个超声晶体片，一个连续的发射超声束，一个连续的接收反射的回声，这一技术一次取样获得沿多普勒声束的全部血细胞反射的回声信号，因此不能进行距离选通。理论上连续波多普勒的脉冲重复频率为无穷大，最大流速可测值只取决于多普勒频移值的大小而无理论的限制性。然而，在实际的仪器设计中，连续波多普勒所测血流速度的大小要受转换器工作速度的限制，在大多数仪器中，连续波多普勒实际可测的最大血流速度常超过7m/s，高于临床医学上遇到的血流速度，因此连续波多普勒超声心动图主要用于测量心血管系统中狭窄，返流和分流的高速血流。

四、简化的Bernoulli方程

多普勒超声心动图测量血流动力学主要由压差推导出来的，当稳定流动的血流通过狭窄部位时，血流被加速，跨过狭窄部位的压力就减低，也就是血流动力学中的能量守恒，可用完整的Bernoulli方程来表示：

这里的P1为狭窄前的压力，P2为狭窄后的压力，ρ为血液密度，V1为狭窄前的速度，V2为狭窄后的速度，dv为瓣膜开放时的血流速度的变化，dt为瓣膜开放时间，ds为测量的压差通过的距离，即血流加速的距离，R为粘性阻力。V为血流速度。

方程式的左边表示通过狭窄部位的压差，右边第一项为迁移加速度（convective acceleration）造成的压差，第二项为流体加速度（flow acceleration）造成的压差，第三项为粘性摩擦（viscous friction）造成的压差。Bernoulli方程描述了两个心腔之间压差下降与（1）血流速度，（2）流体加速度，（3）粘性摩擦之间的关系，在临床医学中，大多数情况下略去粘性摩擦和流体加速度对压差的影响，也略去了狭窄部位近心侧血流速度的影响。对于血液，1/2ρ约等于4，多普勒超声心动图测得的高速血流速度，大多数能根据简化的Bernoulli方程转换成压差：

ΔP为两心腔之间的压差（mmHg），V为多普勒超声心动图测得的血流速度（m/s）。简化的Bernoulli方程主要用于（1）跨狭窄部位的压差，（2）两心腔之间的返流压差，（3）两心腔之间异常通道的压差，如室间隔缺损和动脉导管未闭。

在临床实践中，使用简化的Bernoulli方程是有限制性的。公式中记录的多普勒频移与实际血流速度的关系很明显的取决于多普勒声束与血流方向之间的夹角，即θ角。在理想的情况下，多普勒声束应平行于射流，θ为零度，多普勒频移反映真正的血流速度。在临床医学实践中，多普勒声束可能难以调整平行于射流，出现θ角。θ角越大，越低估真正的血流速度，结果低估压差。如果θ角小于30°，计算的血流速度误差（<14%）一般仍可接受。因此，必须多个肋间放置多普勒探头，改变取样角度，尽量减少由于大的θ角引起的误差。在多普勒超声心动图检查中，要想获得准确的压差，高度依赖操作过程，需要经验丰富的检查人员。尽管现代仪器中，可以矫正声束轴与血流方向之间的夹角，而实际工作中，是在二维超声的一个平面上来进行矫正的，而声束轴与血流方向之间是一个三维空间，必定会影响所测血流速度的准确性，因此，一般情况下，尽量不进行角度矫正。

在一些临床情况下，Bernoulli方程的其他因素对压差的影响是不能忽略的。在简化的Bernoulli方程中，略去了狭窄口近心侧血流速度（V1）的影响，且只有在当狭窄口远侧（V2）的血流速度明显大于近心侧的血流速度时，才可将近心侧血流（V1）对远心侧血流速度（V2）的影响忽略不计。在多数情况下，狭窄口近心侧的血流速度（V1）小于1.5m/s，略去其影响造成的压差误差小于9mmHg。在一些临床情况下，近心侧的血流速度（V1）足够大，相对于远心侧血流速度对压差的影响就不能忽略不计。这种情况见于主动脉瓣狭窄合并高输出状态（如贫血，脓毒血症，合并动静脉瘘等），严重的主动脉瓣返流或合并瓣下狭窄，这些情况左室流出道血流速度增加。略去近心侧血流速度的影响，简化的Bernoulli方程将高估实际压差，此时应使用下式计算压差：

当串联狭窄时，狭窄口的近心侧血流可能被更靠近心脏侧的狭窄口加速，如主动脉瓣下狭窄合并主动脉瓣狭窄，或右室流出道狭窄合并肺动脉瓣狭窄时，多普勒测量的最大瞬时压差实际上是通过两个狭窄口压差之和，如果将这一压差误认为是单一狭窄口的压差，则将高估狭窄的程度或掩盖远侧狭窄的存在。在一些情况下，尽管狭窄口近心侧（V1）的血流速度未见明显升高，但由于狭窄较轻或流经狭窄口的血流量明显减少，狭窄口远心侧血流速度（V2）增快不显著，略去V1造成相对误差增加，见于主动脉缩窄。

在大多数临床情况下，应用简化的Bernoulli方程，略去了粘性摩擦的影响。在长管状阻塞的情况下，如一些肌部室间隔缺损，管状主动脉瓣下狭窄或长管阻塞，粘性摩擦的影响可能有意义，此时应用简化的Bernoulli方程计算压差，可能低估实际压差。因为粘性摩擦造成的压差等于流动阻力和流率的乘积，如下式：

这里η为粘性系数，L为狭窄段的长度，R为狭窄口的半径，V为射流的空间平均速度。血液的粘度在严重的贫血，红细胞增多症等可能也起作用。在一些长管状狭窄中，由于“压力恢复（pressure recovery）”的结果，多普勒和心导管测量的压差有明显的差异。当血流通过长管状狭窄时，势能转换为动能，表现为速度增快，最高的血流速度和最低的压力出现在射流紧缩（vena contracta）部位，在狭窄口的远侧，粘性阻力和湍流消耗部分能量，一部分能量重新转化为势能，因此，当狭窄口远侧的心导管放置在射流紧缩区的下游进行测量时，多普勒测量的跨狭窄压差可能比心导管测量的压差高。这种压力恢复的概念应用在一些类型的蝶瓣中，已显示有特定的意义。

流体加速度是血流通过狭窄口所需要的起始动力，人体自身瓣膜，这种动力对压差的影响可忽略不计，在某些人工瓣膜，流体加速度的动力对压差可能有明显的影响，因为人工瓣膜的开放需要显著的增加这种动力。

五、容积血流（volumetric flow）

多普勒超声心动图检查血流动力学的另一用途是测量容积血流。应用容积血流通过刚性试管的血流动力学原理，如果已知血流速度，将血流速度乘以试管的横切面积，求得容积血流率，即流率。用多普勒超声心动图记录心脏和大血管的血流速度，在心动周期中，因血流是搏动性，对多普勒血流频谱的时间——速度曲线进行积分（time velocity integral，TVI），由二维超声心动图测量血流通过的面积（A），可由下式计算每搏量（SV）和心输出量（CO）：

使用多普勒超声心动图进行容积血流测量时，必须进行如下假设：（1）血流通过的瓣口或管腔是圆形的，在血流测量期间，面积不变。（2）是层流且均匀流动的血流。（3）在整个测量过程中，取样容积相对固定于心脏或大血管的某一位置上。（4）多普勒声束轴与血流方向平行。是在这些假设的理想条件下来进行多普勒容积血流测量的，在临床医学应用中，必须注意这些假设的条件给实际测量带来的误差。

压差和瓣口面积的测量

连续多普勒超声心动图已成为探测狭窄病变程度的一种准确、可靠的方法。在大多数情况下，能准确的测量平均压差和峰压差。结合流率和压差的测量，能计算出瓣口面积，进一步提供狭窄和梗阻的病变程度。在房室瓣狭窄的病例，房室瓣舒张期血流减速度是评价瓣膜狭窄程度的客观方法。下面讨论多普勒超声心动图评价狭窄病变程度的临床应用。

一、 主动脉瓣狭窄

在大多数主动脉瓣狭窄的病人，多普勒超声心动图能可靠的测出狭窄的程度，能测出主动脉瓣的跨瓣峰压差、平均压差和瓣口面积，不仅可用于主动脉瓣狭窄，也可用于主动脉瓣上狭窄和瓣下狭窄。

（一） 压差

连续多普勒测量主动脉狭窄的跨瓣血流速度曲线表示左室与主动脉之间收缩期的瞬时压差。在动物模型中，心导管压差与多普勒测得的压差相关性良好。在主动脉瓣狭窄的病人，多普勒测压的前瞻性研究与心导管测得的压差显示可接受的相关性。

区分压差的类型是重要的，心导管记录的常常是峰间压差，是左室峰压与主动脉峰压的算术差，这是一种非生理性测量，因为这两个峰压并非同步出现。多普勒超声心动图应用简化的Bernoulli方程测量跨主动脉瓣峰速度计算出来的是最大瞬时压差，可能比心导管测得的峰间压差高30~40%。在过去，当比较这两种技术时，这种差异引起了混乱。

临床上最有用的是测量主动脉平均压差，是指收缩期主动脉瓣口两侧所有瞬时压差的平均值。在心导管检查中，同步记录主动脉压和左室压，如用导管撤退法测量压力，则需将左室压力曲线和主动脉压力曲线之间的面积进行积分，并除以左室射血时间，就得出平均压差。多普勒超声心动图对主动脉血流速度曲线按时间间隔分成多个计算点，将瞬时速度转化为瞬时压差，求得所有瞬时压差的算术平均值，即得出平均压差。现在大多数超声仪器都装有联机的计算软件，利用电子游标描绘主动脉血流频谱的轮廓后，就能方便而快速的获得平均压差。多普勒超声心动图获得的平均压差与心导管测量的平均压差有良好的相关性，为评价主动脉瓣狭窄程度提供了有价值的信息。

（二）瓣口面积

主动脉瓣狭窄的压差不仅取决于瓣口面积的大小，还取决于通过瓣口的血流量。当每搏量减少时，平均压差减低。因此仅仅测量主动脉瓣压差，在低心输出量时，可能低估狭窄的程度。在心导管实验室中，由Gorlin的水动力学公式能求出主动脉瓣口面积（AVA）：

这里的SV为每搏量，ΔPm为主动脉瓣口两端的平均压差，ET为左室射血时间。由于此公式联合了流量和压差因素，克服了由于每搏量减低时低估压差的现象。但由于每搏量和平均压差的计算相对较繁琐，在多普勒超声心动图中应用较少，而是根据连续方程的原理测量主动脉瓣口面积。连续方程的原理是在无返流和分流的情况下，通过非狭窄部位的流率（Q1）应等于通过狭窄部位的流率（Q2）：

这里V1为非狭窄部位的血流速度，A1为非狭窄部位的面积，V2为狭窄部位的血流速度，A2为狭窄部位的面积。由于心脏和大血管的血流为搏动性的，在前述容积血流中：

这里的TVI1为非狭窄部位血流速度曲线的时间速度积分，TVI2为狭窄部位的血流速度曲线的时间速度积分。

主动脉瓣狭窄时，利用连续方程的原理测量左室流出道和主动脉瓣口的血流，TVI1为左室流出道速度曲线的时间速度积分，由脉冲多普勒超声心动图测得，A1为左室流出道的面积，TVI2为连续多普勒超声心动图测量的跨主动脉瓣口的时间速度积分，A2为主动脉瓣口面积。因为左室流出道和主动脉瓣的速度曲线轮廓是相似的，一种简化的方法是应用峰速度代替时间速度积分：

这里的V1为左室流出道峰速度，A1为左室流出道的面积，V2为主动脉瓣的峰速度。应用连续方程，由多普勒超声心动图测得的主动脉瓣口面积与心导管测得的主动脉瓣口面积相关性良好。

计算出的主动脉瓣口面积应与平均压差相关，与压差不成比例的主动脉瓣口面积可能与左室流出道面积测量有误有关。因为公式是由直径来计算左室流出道面积的。在胸骨旁切面图像欠理想的病例，尤其可能出现测量的误差。在这种情况下，可用左室流出道血流速度与主动脉瓣血流速度的比值，当比值小于0.20时，表示严重的主动脉瓣狭窄。

有明显的主动脉瓣或二尖瓣返流的情况下，连续方程比心导管技术测量主动脉瓣口面积更准确。因为心导管技术可能没有体现通过主动脉瓣口的全部血流量。另外，Gorlin公式有限制性，在低心输出量、低压差或心率异常的情况下，认为连续方程测量瓣口面积比心导管更准确。

（三）潜在的困难及限制性

主动脉瓣狭窄的病人，尤其是严重的主动脉瓣狭窄的病人，要获得准确的主动脉血流速度，需要经验丰富的操作者，因为减少声束轴与血流的夹角可能较困难。因此，当多普勒声束轴与射流不平行时，最常见的误差是低估跨主动脉瓣的压差。在所有主动脉瓣狭窄的病例，为了避免这一问题，必须选用多个探头位置，改变声束角度，直到获得最高血流速度的清晰血流频谱。

多普勒超声心动图在下列几种情况下，可能高估跨主动脉瓣的压差，如合并主动脉瓣下狭窄时，由于简化的Bernoulli方程忽略了主动脉瓣口近心侧血流速度。相似的情况见于高流量状态，当左室流出道的血流速度大于1.5~2.0m/s时，不能用简化的Bernoulli方程计算跨主动脉瓣压差，否则高估压差。此种情况还见于严重的贫血，合并严重的主动脉瓣返流。由于连续方程的原理不受高流量状态的影响，因此可以利用连续方程准确的计算主动脉瓣口的面积。

主动脉瓣口面积的测量依赖于准确的测量主动脉瓣的最大血流速度和左室流出道的面积。因为左室流出道的面积是测量左室流出道的直径计算出来的，如果直径测量有误，将引起左室流出道面积的明显误差。在大多数情况下，女性左室流出道直径为1.7~2.1cm，男性为2.0~2.4cm。左室流出道的血流速度分布是非匀速的，越靠近狭窄的主动脉瓣，速度越快。因此，为了准确的测量瓣口面积，必须将取样容积放置在左室流出道刚刚靠近血流加速的部位，获得最大的血流速度。心律不规则可能影响瓣口面积测量的准确性，因为不同的心跳每搏量和压差有变化，为了克服这一因素的影响，需要平均10个以上的心动周期。

（四）临床应用

多普勒超声心动图在绝大多数情况下探查主动脉瓣的狭窄程度是可靠的。如果出现（1）主动脉跨瓣压差低（平均压差小于25mmHg），（2）主动脉瓣口面积大于1.2CM2，（3）二维超声心动图主动脉瓣开放幅度大于10mm，表示轻度主动脉瓣狭窄。反过来，主动脉瓣峰血流速度大于4.5m/s或平均压差大于50mmHg，如果左室流出道的血流速度不快，多普勒超声心动图不会高估跨主动脉瓣的峰压差，提示重度主动脉瓣狭窄。

正常成人的主动脉瓣口面积约为3.0CM2。一般认为，当主动脉瓣口面积小于1.5CM2但大于或等于1.0CM2时,为轻度狭窄；当主动脉瓣口面积小于1.0CM2，但大于或等于0.7CM2时,为中度狭窄；当主动脉瓣口面积小于0.7CM2时，为重度狭窄。

另外，多普勒超声心动图检查的资料必须与二维超声心动图检查和临床结果相符，例如，多普勒超声心动图示轻度狭窄，但临床为重度狭窄，或二维超声心动图示重度狭窄（主动脉瓣严重钙化，瓣膜活动差并左心室肥厚），应进行心导管检查。多数有差异的情况是多普勒超声心动图低估了跨主动脉瓣的压差，因为声束轴与射流之间出现较大的夹角。然而，绝大多数主动脉瓣狭窄的病人，多普勒检查与二维超声心动图和临床结果相符，多普勒技术可替代心导管技术的压差测量。

有些病人主动脉瓣口面积的计算可能与主动脉瓣的平均压差不相符，这些病人由于左室收缩功能差，心输出量低而出现的低主动脉跨瓣压差。主动脉瓣口面积技术有误可由（1）严重的收缩末期主动脉瓣狭窄，（2）也可由对于其他病例来说不影响开放的轻度钙化引起，因为心肌收缩性能差而影响开放。通过运动或使用多巴酚丁胺使心输出量正常化后来区分这两种情况。轻度主动脉瓣狭窄的病人，随着心输出量的增加，跨瓣压差不会增加，而严重的主动脉瓣狭窄的病人，跨瓣压差则明显增加。

二、二尖瓣狭窄

多普勒超声心动图已成为选择性评价二尖瓣狭窄程度的诊断方法，几乎所有的二尖瓣狭窄的病人，都能准确的探测到二尖瓣的平均跨瓣压差和瓣口面积。

（一）压差

二尖瓣狭窄的多普勒速度曲线的平均跨二尖瓣压差与心导管的平均跨二尖瓣压差显示良好的相关性。从技术角度来说，获得跨二尖瓣的多普勒血流频谱相对容易。二尖瓣的射流常常是中央型的，朝向左室心尖方向，因此，心尖部超声窗能获得准确的多普勒血流速度频谱。

由连续多普勒获得的跨二尖瓣的平均压差与同步心导管获得的左房——左室舒张期压差相符，然而由肺毛细血管嵌压与左室压获得的跨二尖瓣压差可能高估实际压差约30~50%，因为肺毛细血管嵌压的压力曲线“缩减（dampening）”和固有的延迟。因此，多普勒超声心动图获得的二尖瓣狭窄的跨瓣压差比常规的左右心导管检查更准确，即使是穿房间隔导管直接测量左房压，因为导管的人为摆动及充满液体导管的振动，影响压力测量的准确性。

（二）瓣口面积

Hatle等提出用多普勒超声心动图的舒张期压差减半时间（PHT）来计算二尖瓣口面积。测量左房和左室间的舒张期压力减低率，这一舒张期压差减半时间的概念首先由Libanott和Rodbard在心导管实验室描述的，并定义为左房左室之间舒张期峰压差减低50%所用的时间。在严重的二尖瓣狭窄的病人，左房左室之间的减低慢，相反，二尖瓣狭窄不严重的病人，左房与左室之间的压差较快的达到平衡。压差减半时间可由二尖瓣狭窄的二尖瓣速度曲线减速时间来获得，延长血流减速度至基线，测量峰速度至延长的减速线到基线处的时间为减速时间（DT）。多普勒超声心动图舒张期压差减半时间与同步的心导管Gorlin公式计算的二尖瓣口面积相关性良好，并推导出一经验公式：

这里的MVA为二尖瓣口面积（cm2），PHT为舒张期压差减半时间（ms）。

在大多数情况下，多普勒超声心动图舒张期压差减半时间与心导管的舒张期压差减半时间相关性良好，是评价二尖瓣狭窄程度的良好指标。在临床上，对二尖瓣口面积小于2.0 CM2是有用的，因为二尖瓣口面积与舒张期压差减半时间呈反比的关系，且二者之间是曲线相关而非直线相关。因此，狭窄程度越轻，准确性越差，狭窄程度越重，准确性越高。心率和心输出量的变化对舒张期压差减半时间的影响小，因此在心律不齐，如房颤及合并二尖瓣返流的情况下，这一技术仍然适用。部分病人舒张期二尖瓣血流频谱的下降支呈曲线形态，确定下降支的斜率较困难，不同的人会出现不同的结果，因此其重复性较差，此时应结合二维或彩色多普勒血流显像技术，有可能提高二尖瓣面积测量的准确性。另外，舒张期压差减半时间与二尖瓣口面积之间的直接关系未能从理论上得到证明，220也只是经验常数，还有待进一步研究。

根据连续方程的原理，在无瓣膜返流和心内分流的情况下，通过正常瓣口的血流量应等于通过狭窄的二尖瓣口血流量。在二尖瓣狭窄的病人，利用连续方程最准确的方法是测量通过左室流出道和二尖瓣口的血流，二尖瓣口面积（MVA）可由下式求出：

这里A1为左室流出道的面积，TVI1为左室流出道速度曲线的时间速度积分，TVI2为跨二尖瓣速度曲线的时间速度积分。

（三）潜在的困难与限制性

与主动脉狭窄相反，多普勒超声心动图获得跨二尖瓣压差的技术较容易，利用彩色多普勒血流显像的引导，连续多普勒超声心动图将探头置于心尖部位，于心尖四腔心切面或两腔心切面，几乎都能获得可靠的跨二尖瓣压差。极少数情况下，如心尖超声窗很难获得清晰的图像，可以用经食道超声心动图。因此多普勒超声心动图被认为是探查跨二尖瓣压差的金标准。

舒张期压差减半时间估测二尖瓣口面积有限制性，因为舒张期压差减半时间描述的是左房和左室之间相对的压力变化，不仅受二尖瓣狭窄程度的影响，而且也受左房的驱动压、左房顺应性、左室顺应性及整个心脏腔室的顺应性影响。因此，当左房顺应性显著变化（二尖瓣狭窄球囊成形术后即刻、二尖瓣置换术后即刻）或左室顺应性异常时（二尖瓣狭窄球囊成形术后即刻、左心室肥厚、充盈受限、严重的主动脉瓣返流），舒张期压差减半时间可能不能准确的估测二尖瓣口面积。如二尖瓣狭窄球囊成形术后24~48小时内，舒张期压差减半时间可能不能准确的估测二尖瓣口面积。

应用连续方程计算二尖瓣口面积，取决于左室流出道面积和血流速度的准确测量。因为是测量搏动心跳之间的相对血流量，因此，在心律不规则如房颤时，这一技术的准确性减低，需要平均8~10个心动周期。当合并明显的二尖瓣返流和主动脉瓣返离时，这种方法不准确。

（四）临床应用

在大多数情况下，多普勒超声心动图的平均压差和舒张期压差减半时间获得的二尖瓣口面积能准确的提供二尖瓣狭窄的程度，然而对于每一个例来说，二尖瓣的平均压差、二尖瓣面积应与临床症状相符。

二尖瓣狭窄的平均跨瓣压差取决于二尖瓣狭窄的程度和R—R间期，因此在计算跨瓣压差与二尖瓣口面积的关系时，必须考虑心率的因素。不过在休息状态下，心率在60~90次/分，压差与二尖瓣口面积之间的相关性良好。如果不出现这种相关性，可能是舒张期压差减半时间计算二尖瓣口面积的问题。前面已经讨论了其限制性，此时应该使用不受影响的连续方程的方法来测量二尖瓣口面积。

二尖瓣的跨瓣压差和面积已被人为的分为轻度狭窄（压差<5mmHg，MVA>1.5CM2），中度狭窄（压差5~10mmHg，MVA1.0~1.5CM2）和重度狭窄（压差>10mmHg，MVA<1.0CM2）。然而，每个人的体表面积和对运动的生理反应不同，一定的瓣口面积对一些人产生症状，而对另一些人可能很少或没有症状。当多普勒资料与临床症状不符合时，为了提供瓣膜损害病人运动时的生理反应信息，测量运动时的多普勒参数是有用的。

三、左室流出道的动力性梗阻

肥厚性心肌病或高血压病心脏肥厚的病人，左室流出道常有动力性梗阻，连续多普勒超声心动图能记录到代表动力性梗阻的收缩晚期高峰的血流速度曲线。左室流出道的峰速度能由简化的Bernoulli方程转化为压差，与同步的心导管和手术获得的压差相符，当心导管测量压差时，血流速度随着左室收缩性能和左室负荷条件的不同而动态的变化。

肥厚性心肌病的病人常出现二尖瓣返流，与左室流出道梗阻引起的二尖瓣结构变形有关。由连续多普勒超声心动图记录的二尖瓣返流的射流信号也是朝向心底部的高速收缩期信号，可能会被误认为是左室流出道的血流信号，这两种收缩期血流信号应根据它们的频谱形态、血流的起止时间和多普勒声束的角度来进行区分。

实际应用

大多数肥厚性心肌病的病人能通过详细的二维和多普勒超声心动图检查获得所有的形态学和血流动力学信息。在技术上获得左室流出道的血流速度较主动脉瓣狭窄的射流速度容易。M型或二维超声心动图检查二尖瓣收缩期前向运动的程度及与室间隔并置的程度都与梗阻程度相关，与血流速度成正比，这样可确信不低估压差。

静息状态下，左室流出道可无压差或仅有轻度压差，在多普勒超声心动图检查过程中，应吸入亚硝酸异戊酯，当左室流出道出现动力性梗阻时，能诱导出一高速的血流，因为亚硝酸异戊酯减轻心脏的后负荷，使左室流出道的动力性梗阻加重。

四、右室流出道梗阻

多普勒超声心动图也能用于测量右室流出道梗阻，多普勒获得的跨右室流出道的压差与心导管获得的压差相关性良好。因为肺动脉血流搏动的幅度较体循环低，因此多普勒超声心动图获得的最大瞬时压差与心导管获得的峰间压差的相关性比主动脉狭窄的最大瞬时压差与心导管的峰间压差相关性更好。多普勒超声心动图还能测量肺动脉瓣、瓣下或瓣上的狭窄。

临床应用

虽然右室流出道梗阻在先天性心脏病中较常见，但在成人心脏病中较少见。右室流出道梗阻的病人，二维超声心动图往往较难显示右室流出道和肺动脉瓣，因此如果不注意寻找，容易出现遗漏，而测量三尖瓣返流速度信号能克服这种遗漏。因此在无其他原因的情况下，如测量出较高的右室收缩压，应怀疑有右室流出道梗阻的可能性。

五、人工瓣膜（prosthetic valve）

在过去，评价人工瓣膜的梗阻是困难的，用心导管测量跨人工瓣膜的压差需要双导管，即人工瓣膜近心侧和远心侧导管，必须进行穿房间隔或左室穿刺。现在多普勒超声心动图对人工瓣膜梗阻能提供准确的测量，已成为探查人工瓣膜是否存在梗阻及梗阻程度的主要选择方法。

（一）压差

临床上关于简化的Bernoulli方程是否能应用于人工瓣膜在初期曾有争论，尤其是用于球型主动脉人工瓣膜，虽然多普勒测量到相对高的峰血流速度(>3.5~4.0m/s)，但心导管的峰间压差却较小。同步进行多普勒超声心动图和心导管的前瞻性研究显示多普勒超声心动图的平均压差与心导管的平均压差相关，这一结果适用于人工二尖瓣和人工主动脉瓣。

进一步研究显示，多瓣口的机械瓣和管状形态的机械瓣，如双叶碟瓣，在体外试验中，多普勒测量的压差与心导管测量的压差有差异，这一差异可能由于“压力恢复”和非均匀流速引起的局部压差所致，较小的人工瓣膜在高流量状态下，这些差异更明显。

（二）临床应用

每一种人工瓣膜有其固有的梗阻程度，最好的方法是对人工瓣膜的系列评价，也就是植入人工瓣膜后就用多普勒测量压差，每一例病人以此作为追踪检查的对照。在其他情况下，人工瓣膜是否存在病理性梗阻，应将多普勒超声心动图测量的压差与发表资料的相应类型与大小的人工瓣膜在大多数病人的固有压差进行比较（表1~3）。对于特殊类型的人工瓣膜，临床资料应考虑是否存在压力恢复。对于特定类型与大小的人工瓣膜，在大多数情况下，跨瓣压差超过正常人工瓣膜两倍标准差，应考虑有病理性梗阻。

表1 各种类型正常二尖瓣位置人工瓣的多普勒测值

MG(mmHg) PHT(ms) EOA(CM2)

机械瓣 Starr-Edwards 4.6±2.4 109.5±27 2.0±0.5

St.Jude 3.5±1.6 76.5±17 2.9±0.6

Bjork-shiley 2.9±1.6 90.0±22 2.4±0.6

Beall 6.0±2.0 129.0±15 1.7±0.2

生物瓣 Carpentier-Edwards 6.5±2.0 90.0±25 2.5±0.7

Hancock 4.3±2.0 129.0±31 1.7±0.4

Ionescu-Shiley 3.3±1.2 93.0±25 2.4±0.8

表2 各种类型正常主动脉位置人工瓣的多普勒测值

ΔP(mmHg) MG(mmHg)

机械瓣 Starr-Edwards 39.0±12.0 24.0±4.0

St.Jude 25.0±5.0 12.5±6.0

Bjork-shiley 24.0±9.0 14.0±5.0

生物瓣 Carpentier-Edwards 23.0±9.0 14.0±6.0

Hancock 23.0±7.0 11.0±2.0

Ionescu-Shiley 25.0±8.0 14.0±4.0

表3 各种类型正常三尖瓣位置人工瓣的多普勒测值

Vmax(m/s) MG(mmHg) PHT(ms)

St.Jude 1.3±0.3 2.7±1.1 108±32

异种生物瓣 1.3±0.2 3.2±1.1 145±37

（引自Reisner SA.J Am Soc Echocardigr 1988,1:201）

与人体自身瓣膜梗阻一样，人工瓣膜的跨瓣压差也取决于流量，例如在严重的人工瓣膜瓣周漏或高流量状态下，能使跨人工瓣膜的压差升高，并不是人工瓣膜本身的梗阻。因此，最终决定是否存在人工瓣膜梗阻时，需要考虑血流量的影响。在主动脉瓣位置，能计算左室流出道血流速度与人工瓣膜峰速度的比值。对于每一种类型与大小的人工瓣膜，能在文献中查到这种无量化比值的正常值。能通过连续方程计算人工主动脉瓣的面积，方法与主动脉瓣狭窄的方法相似。然而，如果有明显的压力恢复，计算的瓣口面积可能不准确。

在二尖瓣位置，舒张期压差减半时间反映梗阻程度，相对的不受流量或R-R间期的影响。用于二尖瓣狭窄的常数220不能用于计算人工二尖瓣口的面积，然而其舒张期压差减半时间能与发表的资料进行比较来决定病人的压差减半时间是否表示人工二尖瓣的梗阻。能用连续方程测量人工二尖瓣口的真实面积。

心内压力的测量

在多普勒超声心动图问世以前，有创性心导管技术一直是临床上测量心内压力的唯一方法，而多普勒超声心动图能测量两心腔或心腔与大血管之间的瞬时压差，通过设定一个心腔的压力，就能获得第二个心腔的压力。因此多普勒超声心动图技术开辟了无创性测量心内压力及压力变化率的心途径。

一、二尖瓣返流

存在二尖瓣返流时，多普勒超声心动图的二尖瓣返流速度曲线代表左房与左室之间的收缩期瞬时压差，根据这一曲线，能推测左房与左室之间的各种关系。

在左室收缩压最高时出现的多普勒血流峰速度表示左室与左房之间的最大瞬时压差。研究者试图通过无创性二尖瓣返流峰速度来估测左房压，即通过袖带测量肱动脉压减去多普勒测量的左室——左房的压差。然而这种方法可能不可靠，因为袖带法肱动脉压反映中心主动脉压可能存在误差，同时，对于绝对的左房压来说，左室与左房之间的压差较大，肱动脉的收缩压也较大，这两者较小的误差，可能引起左房压较明显的误差。临床上更多的是将左室与左房之间的压力关系作为病人血流动力学的间接信息。

严重的急性二尖瓣返流，二尖瓣速度曲线出现几种现象。如果二尖瓣返流的射流峰速度小于4m/s（左房与左室之间的压差小于64mmHg），说明体循环压力低，左房压力高。收缩中晚期的速度曲线可能出现中断现象，是由左房压力曲线的高V波引起，反映大量的血流进入无顺应性的左房。病人舒张期二尖瓣前向血流速度快，因为二尖瓣开放时，跨二尖瓣的驱动压力增加。

利用二尖瓣返流速度信号测量左室等容收缩期的血流速度，因为等容收缩期，左房压力相对稳定，多普勒血流速度增快率直接反映左室压力升高率。通过简化的Bernoulli方程，将若干毫秒间隔的速度转换成压差，在等容收缩期能重建左室压力曲线，通过重建能获得左室压力升高率的峰值（rate of pressure rise，RPR）。RPR测量简单，是临床上有用的指标。在二尖瓣返流的病例，如在等容收缩期返流的血流速度在1~3m/s之间，计算压力随时间的变化率就是32mmHg除以两个速度之间的时间间隔（3m/s的压差为36mmHg，1m/s的压差为4mmHg，两者之差为32mmHg）。多普勒测量的结果（dp/dt）与心导管尖端带有高度精密的压力计测量的dp/dt相关性良好，而且提供了非射血期收缩性能的指标。

对多普勒血流速度曲线下降率的分析，作为左室舒张率的一种测量来评价舒张功能。同等容收缩期指标相似，多普勒血流速度曲线的下降支若干毫秒间隔的速度转换成压差，重建等容舒张期的左室压力曲线。这种方法没有等容收缩期指标准确，因为左房压力在等容舒张期不稳定，且也需要假定绝对的左房压力，然而对于区分病人左室舒张是正常的还是明显的异常则是有用的指标。

（二）主动脉返流

主动脉返流速度取决于左室与主动脉的瞬时压差，多普勒超声心动图速度曲线反映左室与主动脉之间的压力关系，测量主动脉返流的舒张期压差减半时间，方法与测量二尖瓣狭窄的压差减半时间相同，能用于间接测量主动脉返流的程度。严重的主动脉返流，舒张期压差减半时间短，因为舒张期主动脉压快速下降，左室舒张压快速增加，压差减半时间小于300毫秒，表明严重的主动脉返流。

能将主动脉返流信号舒张末期血流速度转换成主动脉与左室之间的瞬时压差，能粗略的估计左室舒张末压。舒张末期血流速度快速减低，表示舒张末期左室压力快速升高。在严重的主动脉返流的情况下，左室舒张压快速升高，在主动脉瓣开放前血流完全停止，表明左室舒张压已超过主动脉压。

（三）三尖瓣返流

三尖瓣返流是进行心内压力测量应用最广泛的返流，60%以上的肺动脉压力正常的病人和90%以上的肺动脉压力升高的病人，用多普勒超声心动图能探及三尖瓣返流。三尖瓣返流的峰速度表示收缩期右室和右房之间的压差，用于计算右室收缩压。多普勒超声心动图测得的右室和右房之间的压差加上假定的右房压即为右室收缩压。在无右室流出道梗阻的情况下，这一技术能准确的用于计算肺动脉收缩压。

这里RVSP为右室收缩压，PASP为肺动脉收缩压，ΔP为右室与右房之间的压差，PRA为估计的右房压。

如果用三尖瓣返流速度曲线计算肺动脉收缩压，需要估计右房压。临床上建议由颈静脉压估计右房压，并推导出一回归方程，颈静脉压正常或轻度升高的病人，右房压为14mmHg，颈静脉压明显升高的病人，右房压为20mmHg，然而这些数值普遍高估正常病人的肺动脉收缩压。

可根据临床和超声心动图大致估计右房压力，当多普勒超声心动图检查无三尖瓣返流，右房大小正常是，估计右房压为5mmHg，当显示中度三尖瓣返流，右房轻度扩大时，估计右房压为10mmHg，当显示重度三尖瓣返流，右房明显扩大时，估计右房压为15mmHg。

还能用超声心动图测量下腔静脉来详细分析右房压，临床上使用的方法包括用二维超声心动图检查下腔静脉。右房压正常的病人，下腔静脉直径小于2cm，吸气时陷落超过50%。如果三尖瓣返流的最大血流速度小于2.5m/s（正常的右室与右房压差），加上下腔静脉以上的检查结果，右房压应估计为5mmHg。如果下腔静脉吸气时陷落小于50%，且淤血不严重，右房压估计为10mmHg。如果二维超声心动图显示下腔静脉严重的淤血，吸气时完全无陷落，右房压估计为20mmHg。

轻度三尖瓣返流的病人，能使用对比增强的方法，将震荡的盐水或绿靛花青染剂快速注入肱静脉，然后进入右心，增强三尖瓣返流信号，以便记录三尖瓣返流的收缩期峰速度。

与二尖瓣返流一样，能用右室等容收缩期三尖瓣返流速度的增加率探测右室的dp/dt。由三尖瓣返流信号获得的dp/dt与心导管获得的dp/dt显示良好的相关性，能用作右室收缩性能的非射血期指标。

三尖瓣返流的速度曲线反映右室与右房之间的收缩期相对压差，在严重的三尖瓣返流的情况下，因为右房压的大V波，三尖瓣返流曲线将出现中断现象。

（四）肺动脉返流

多普勒超声心动图能在较高比例的病人中获得肺动脉返流曲线，因为多普勒超声心动图探测的肺动脉返流速度是肺动脉与右室之间的舒张期压差，因此能用舒张末期速度探测肺动脉舒张压。将肺动脉返流舒张末期血流速度代入简化的Bernoulli方程，计算肺动脉与右室的舒张末期压差，此压差加上估计的右房压得出肺动脉舒张末压。由计算的肺动脉收缩压（由三尖瓣返流速度测量）和肺动脉舒张压（由肺动脉返流速度测量）求出肺动脉平均压。如果肺动脉返流严重，右室与肺动脉压将快速的达到平衡，结果肺动脉返流速度快速的减低，在舒张末期前血流可完全停止。

研究表明，多普勒超声心动图测量的舒张早期肺动脉返流压差与肺动脉平均压高度一致，因此肺动脉平均压（MPAP）、肺动脉收缩压（SPASP）和肺动脉舒张压（DPAP）可由下式表示：

正常的肺动脉收缩压不超过30mmHg，平均压小于20mmHg；当肺动脉收缩压升高，但不超过50mmHg时，为轻度肺动脉高压；当肺动脉收缩压为50~75mmHg，中度肺动脉高压；当肺动脉收缩压大于75mmHg时，为重度肺动脉高压。

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