Common Doppler Studies in Obstetrics

พ.ญ. ศรันยา ชิตะตระกูล
อาจารย์ที่ปรึกษา: น.พ. ธีระ ทองสง

Fetal circulation

รูปที่ 1 รูปแสดงระบบไหลเวียนโลหิตของทารกในครรภ์

ระบบการไหลเวียนเลือดของทารก เริ่มจาก Umbilical vein ที่รับเลือดที่มีออกซิเจนสูงจากรก วิ่งเข้าสู่ทารก ก็จะแบ่งส่วนหนึ่งเข้าตับทาง Portal sinus มาเชื่อมกับ Portal vein อีกส่วนหนึ่งแยกเข้าDuctus venosus เพื่อไปเชื่อมกับ Inferior vena cava นำเลือดเข้าสู่ Right atrium ขณะเดียวกันก็รับเลือดที่กลับจากศีรษะหรือ Superior vena cava เลือดที่มีออกซิเจนสูงส่วนใหญ่จะผ่าน Foramen ovale เข้าสู่ Left atrium จากนั้นลงไปLeft ventricle ออกจากหัวใจไปทาง Aorta และไปเลี้ยงอวัยวะบริเวณคอและศีรษะ ส่วนเลือดจาก Right atrium ที่ลงไป Right ventricle ก็จะออกไปยัง Pulmonary artery เพื่อไปที่ปอดแต่ปอดทารกยังไม่ทำงานมีความต้านทานสูงเลือดไหลไปได้น้อย ดังนั้นเลือดส่วนใหญ่จึงผ่าน Ductus arteriosus เข้าสู่ aorta ไปเลี้ยงส่วนต่างๆของร่างกาย และเลือดที่มีออกซิเจนต่ำจะผ่านทาง Hypogastric artery ออกจากทารกเป็น Umbilical artery กลับเข้าแลกเปลี่ยนออซิเจนและสารอาหารที่รก(1)

Doppler ultrasound

คลื่นเสียงความถี่สูงชนิด Dopplerได้มีการใช้มานานแล้ว ปัจจุบันมีการพัฒนาการใช้คลื่นเสียง Doppler มาช่วยในการประเมินสุขภาพทารกในครรภ์ จากภาพที่สะท้อนถึงการไหลเวียนของเลือด ที่สามารถบอกถึงความเร็วและปริมาณเลือดที่ไหลผ่าน การประเมินการไหลเวียนเลือดด้วย Doppler วิเคราะห์ได้ 2 วิธีคือ 1.วัดปริมาณไหลเวียนเลือดโดยตรง เป็นวิธีที่มีข้อจำกัดด้านการวัด มีความคลาดเคลื่อนได้มาก จึงไม่แนะนำให้ใช้วิธีนี้ 2.การประเมินทางอ้อมโดยการวิเคราะห์รูปคลื่น Doppler waveform เป็นที่นิยมมากกว่า ไม่ขึ้นกับการทำมุมของลำคลื่นเสียง(1)

การวิเคราะห์และแปลผล Doppler waveforms จากรูป wave form ข้างล่างนี้แสดงให้เห็นว่าความเร็วของเลือดในหลอดเลือดพุ่งแรงขณะ systole (แทนด้วย s waveform) และเลือดไหลช้าลงขณะคลายตัว (D waveform) ที่เส้น baseline แทนค่าเป็น 0 คือไม่มีความเร็วหรือเลือดหยุดนิ่ง นิยม set ให้ค่าที่อยู่เหนือ baseline เป็นค่าบวก คือความเร็วที่มีทิศทางไปข้างหน้า ส่วนใต้ต่อ baseline ความเร็วเป็นลบ หรือทิศทางไหลย้อนกลับ ในรูปตัวอย่างนี้ แสดงให้เห็นว่าขณะที่หัวใจบีบตัวเลือดพุ่งแรงไปข้างหน้า (S) ขณะคลายตัวเลือดไหลช้าลง (D) แต่ยังคงไหลไปข้างหน้า ไม่ย้อนกลับ ยังคงอยู่เหนือ baseline

รูปที่ 2  รูปแสดงรูปคลื่น Doppler indice ของเส้นเลือดแดงสายสะดือ: mean เป็นค่าคำนวณจากรูปคลื่นโดยคอมพิวเตอร์ (D= diastole; S=systole)

Doppler Index (DI)

• S/D Ratio = S/D
• Pulsatility Index (PI) = S-D/A
• Resistance (Pourcelot) Index (RI) = S-D /S
  • S = Peak systolic frequency shift
  • D = End – diastolic frequency shift
  • A = Mean frequency shift

DoppIer indexต่างๆจะลดลงในตอนท้ายของการตั้งครรภ์ปกติมีการวิเคราะห์และแปลผลเส้นเลือดในทารกและมดลูกซึ่งมีหลากหลายเส้น(2) ในที่นี้จะกล่าวถึงเส้นเลือดที่มีความสำคัญและมีการนำมาใช้บ่อย คือ

• Umbilical artery
• Middle cerebral artery
• Ductus venosus
• Uterine artery

1. Umbilical arteries (UA)

เป็นเส้นเลือดที่สัมพันธ์โดยตรงกับสุขภาพทารกในครรภ์ เหมาะสมกว่าเส้นอื่นๆในการตรวจ Uteroplacental insufficiency สามารถตรวจหาได้ง่าย ไม่จำเป็นต้องเห็นตำแหน่งของสายสะดือ

หลักการ:ในรายที่ทารกมีปัญหามักสัมพันธ์กับการไหลเวียนของเลือดมาที่รกลดลง มีความต้านทานที่รกเพิ่มมากขึ้น จากรูปคลื่น Doppler จะเห็นว่าการไหลในช่วง Diastole ลดลงมากกว่าปกติรูปคลื่น Doppler ของ Umbilical artery จะมียอดคลื่นในช่วงหัวใจบีบตัว (Systole) และ End-diastolic velocity (EDV)ในปริมาณมาก ซึ่งแสดงถึงความต้านทานในรกต่ำ(3)

วิธีตรวจ ให้มารดานอนตะแคงซ้ายเล็กน้อย ยกศีรษะสูงเล็กน้อยวาง Doppler ที่หน้าท้องมารดาปรับหาตำแหน่ง Umbilical artery จนกระทั่งได้สัญญาณทั้งภาพและเสียงที่ชัดเจน การทำมุมของคลื่นเสียงกับเส้นเลือดควรทำไม่ต่ำกว่า 30 องศา และไม่เกิน 55 องศาการประเมินรูปคลื่นควรมีรูปคลื่นให้แปลผลอย่างน้อยที่สุด 3-5 คลื่นซึ่งได้มาจากต่างมุมกัน ทารกต้องอยู่ในภาวะสงบและไม่หายใจ เพราะ การหายใจของทารกทำให้ cardiac cycle สั้นเข้า มีผลให้การวัดคลาดเคลื่อน

รูปคลื่นของ Umbilical artery มีลักษณะเฉพาะคือ S/D ratio ค่อยๆลดลง เมื่ออายุครรภ์มากขึ้น สะท้อนถึงความต้านทานที่รกลดลง โดยเริ่มที่อายุครรภ์ 20 สัปดาห์ S/D ratio เท่ากับ 4.0 และลดลงเรื่อยๆ ประมาณ 30 สัปดาห์ S/D ratio ควรจะต่ำกว่า 3.0(4) เกณฑ์การวินิจฉัยผิดปกติ: -มีภาวะ Absent end-diastolic velocityหรือ Reversed end-diastolic velocity

-Flow index มีค่ามากเกิน 2 SD ของแต่ละอายุครรภ์

Umbilical artery wave form

รูปที่ 3 รูปแสดงรูปคลื่นดอพเลอร์ของเส้นเลือดแดงสายสะดือ(3) (A: Normal diastolic flow; B: Absent of End-diastolic flow; C: Reverse End diastolic flow)

2. Middle cerebral artery (MCA)

เป็นเส้นเลือดในสมองของทารกที่หาง่ายและได้รับการศึกษามากที่สุด มีความแรงและเร็วของการไหลเวียนเลือดมาก

หลักการ: end-diastolic flow ที่พบได้ตั้งแต่ 10-12 สัปดาห์ ซึ่งจะต่ำจาก ความต้านทานในเส้นเลือดที่สูง และจะลดลงเรื่อยๆ ตามอายุครรภ์ หากทารกที่มีปัญหา hypoxia หรือ IUGRจะมีการไหลเวียนเลือดเพิ่มขึ้นไปยังอวัยวะสำคัญ หรือที่เรียกว่าbrain sparing effectการวัดนี้จึงมีประโยชน์ในการช่วยวินิจฉัยภาวะ IUGRสำหรับทารกที่มีปัญหาเรื่องซีด จากสาเหตุใดก็ตาม การขาดออกซิเจนของทารก ส่งผลให้มีการไหลเวียนเลือดไปเลี้ยงสมองเพิ่มขึ้นความเร็วของเลือดในเส้นเลือดจะเพิ่มขึ้น พบว่า Peak systolic velocity (PSV)สูงขึ้น

รูปที่ 4 เส้นเลือด middle cerebral artery ที่ระดับ circle of Willis

วิธีตรวจ : เริ่มจากการหาตำแหน่งของ Circle of Willis ที่ axial plane ของศีรษะทารกระดับต่ำกว่าระดับที่วัด BPD ใส่ Color หรือ Power flow จะสามารถเห็นเส้นเลือดได้ควรขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นไม่น้อยกว่า 50 % ของหน้าจอ วาง Sample volume ที่ส่วนต้นของเส้นเลือดที่ออกมาจาก Internal carotid artery ประมาณ 1-2 mm. โดยให้มุมของลำคลื่นเสียงกับเส้นเลือดใกล้ 0 องศามากที่สุด โดยกำหนด Sample volume ขนาด 1 mm.วางอยู่กลางเส้นเลือด การตรวจควรวัดอย่างน้อย 3ครั้งและแต่ละครั้งควรได้ 15-20 waveform และเลือกเอาค่า PSV ที่สูงที่สุด ทารกปกติค่า PSV จะสูงขึ้นตามอายุครรภ์ ส่วน PI จะต่ำในช่วง 15-20 สัปดาห์ และจะสูงเมื่อเข้าช่วงท้ายของไตรมาสที่ 2 เริ่มเข้าไตรมาสที่ 3(4)

เกณฑ์วินิจฉัยผิดปกติ:

• IUGR : PI สูง, RI ต่ำ(ต่ำกว่า umbilical a. RI)
• cerebral/umbilical ratio < 1.1 หรือ < 5th centile at GA นั้นๆ
• Fetal anemia : MCA-PSV>1.5 MoM (Multiple of median) (4)

รูปที่ 5 รูปแสดงรูปคลื่นดอพเลอร์ของ MCA(5) (A.Normal MCA waveform; B. Abnormal MCA doppler flow with increased diastolic flow)

3. Ductus venosus

Ductus venosus คือเส้นเลือดดำที่นำ High oxygenated blood จากรกผ่านทาง Umbilical vein ผ่าน Foramen ovale เพื่อไปยัง left Atrium มีการไหลเวียนของเลือดเร็ว Doppler ของ Ductus venosus สามารถบอกการทำงานของ right ventricle ได้(4)

หลักการ: ขณะที่ ventricular systole จะแสดงเป็น S wave และเมื่อ ventricular diastole จะแสดงเป็น D wave ซึ่งจะมีการไหลของเลือดผ่าน Ductus venosus ช่วง end diastolic filling จะมี right atrial contraction ให้เลือดไหลลง right ventricle ทำให้แรงดันใน left atrium มากกว่า right atrium จึงทำให้ Foramen ovale ปิด resistance ก็เพิ่มขึ้น ลือดเข้าสู่หัวใจลดลง เกิดเป็น a wave(4) เกณฑ์การวินิจฉัยผิดปกติ: Absent หรือ Reverse flow of a wave ( Poor cardiac function

รูปที่ 6 รูปแสดงรูปคลื่นดอพเลอร์ของ Ductus venosus(5) (A. Normal ductus venosus waveform; B. Absent A wave; C. Reversed A wave)

4. Uterine artery

Uterine artery มีการศึกษาถึงการนำมาช่วยทำนายภาวะการเกิดความดันโลหิตสูงจากการตั้งครรภ์ในรายที่มีความเสี่ยงสูง แต่ยังไม่เป็นที่แพร่หลาย

หลักการ: จากEnd-diastolic velocity ที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่อายุครรภ์ 14-20 สัปดาห์ ซึ่งสะท้อนถึงการมี trophoblast บุกรุกเข้าผนัง spiral arteriolesทำให้มีการขยายตัวและความต้านทานลดลง หลัง 20 สัปดาห์ S/D ratio จะลดลงเล็กน้อย และ diastolic notch ซึ่งเคยเห็นในช่วงแรกๆของอายุครรภ์ก็ควรจะหายไป หากยังคงอยู่ก็ใช้ทำนายได้ว่ามีโอกาสเกิด ภาวะ PIH(5) เกณฑ์การวินิจฉัยผิดปกติ: Increase resistance flow PI > 95thcentile หรือ Development of diastolic notch

รูปที่ 7 รูปแสดงรูปคลื่นดอพเลอร์ของเส้นเลือดแดงมดลูก(3)

Doppler Velocimetry ในกรณีทารกโตช้าในครรภ์(3)

{tabulizer:style[gr.alterora.elemental_1_orange.css]}

IUGR มีความสัมพันธ์กับการลดลงของการไหลเวียนเลือดที่รก ความต้านทานที่รกสูงกว่าปกติ ค่า S/D ratio และ PI ของเส้นเลือดแดงสายสะดือสูงขึ้น umbilical RI เป็นสัดส่วนกับเส้นเลือดที่ผิดปกติในรกด้วย (เช่นมีการหนาตัว อุดตัน) ซึ่งแสดงถึงความต้านทานที่สูงขึ้น การเพิ่มขึ้นของ umbilical S/D ratio อาจเกิดนำมาก่อนการโตช้า และเมื่อตรวจพบว่าโตช้า ความต้านทานใน aorta และ renal artery ก็เพิ่มขึ้น การไหลเวียนเลือดที่ไตลดลง น้ำคร่ำน้อยลง ขณะเดียวกันมีการกระจายเลือดชดเชยด้วยการเพิ่มการไหลเวียนเลือดที่สมอง (brain sparing effect) end-diastolic flow ของ MCA มากขึ้น ซึ่งสัมพันธ์กับ oxygen saturation ที่ลดลง(6) ดอพเลอร์มีประโยชน์มากในการประเมินความเสี่ยงของทารกที่วินิจฉัย IUGR จากวิธีอื่น (real-time ultrasound) ความผิดปกติของ umbilical S/D ratio อาจทำนายภาวะทุพพลภาพของทารกแรกคลอดได้ดีกว่า NST(7) AEDV ที่พบในรายโตช้าสัมพันธ์กับการมี fetal distress ในระยะคลอดและการตายปริกำเนิดอย่างชัดเจน ทารก IUGR ที่มีดอพเลอร์ปกติจะมีความเสี่ยงน้อย แต่ความเสี่ยงมากขึ้นเมื่อดอพเลอร์ของเส้นเลือดแดงสายสะดือผิดปกติ (เช่น ความต้านทานมากขี้นเมื่อตรวจซ้ำ หรือมี AEDV) ซึ่งสัมพันธ์กับความต้านทานใน MCA เพิ่มขึ้น และความเสี่ยงยิ่งเพิ่มขึ้นเมื่อความต้านทานใน MCA กลับลดลงมาในภายหลัง และความเสี่ยงสูงสุดเมื่อหัวใจล้มเหลวมีการไหลย้อนกลับใน ductus venosus และ inferior vena cava มี pulsatile umbilical vein(8) ในบรรดาทารกที่เป็น IUGR แต่ดอพเลอร์ปกติ ไม่มีความจำเป็นต้องตรวจสุขภาพถี่(9) บางการศึกษาสนับสนุนว่าทารกที่สงสัย IUGR แต่ umbilical Doppler ปกติ และน้ำคร่ำปกติ อาจไม่จำเป็นต้องทดสอบสุขภาพทารกในครรภ์ เนื่องจากไม่พบว่ามี metabolic acidemia หรือ chronic asphyxia ในระยะคลอด(10) ในขณะที่การไหลเวียนเลือดที่เส้นเลือดสายสะดือยังลดลงไม่มากแต่ cerebroplacental ratio ผิดปกติแล้ว พยากรณ์จะแย่กว่ารายที่อัตราส่วนนี้ปกติอยู่ อัตราส่วนนี้ช่วยให้ทำนายผลลัพธ์การตั้งครรภ์ได้ดีกว่า umbilical Doppler เพียงอย่างเดียว โดยเฉพาะในรายอายุครรภ์น้อยกว่า 34 สัปดาห์(11) ในทารกที่เป็น IUGR ที่มีความผิดปกติของการไหลเวียนเลือดในเส้นเลือดต่าง ๆ สัมพันธ์กับการเพิ่ม nucleated red blood cell count ขณะคลอด metabolic acidemia น่าจะเป็นปัจจัยหลักของการเพิ่มนี้(12)

ค่า Doppler จะปกติในทารกขนาดตัวเล็กโดยธรรมชาติแต่ไม่เป็น IUGR แต่จะผิดปกติเฉพาะในรายที่เป็น IUGR อันเนื่องจากการเสื่อมของเส้นเลือดบริเวณรก Doppler จึงช่วยทำนาย IUGR มากกว่า SGA(13) และ Doppler ยังช่วยบอกถึงความสามารถของทารก IUGR ในการปรับตัวด้วย รายที่ปรับตัวด้วยการพัฒนาเพิ่ม capillary angiogenesis และพัฒนา terminal villi จะยังคงมี end-diastolic flow ให้เห็น ต่างกับรายที่ไม่พัฒนาดังกล่าวจะพบ reverse หรือ AEDV(14)

แนวทางในการดูแลรักษาทารกที่โตช้าในครรภ์

เอกสารอ้างอิง

1. Cunningham FG, Leveno KJ, Bloom SL, Hauth JC, Rouse DJ, Spong CY. Williams obstetrics. 23 ed. New York: McGraw-Hill Professional; 2010.
2. Hendricks SK, Sorensen TK, Wang KY, Bushnell JM, Seguin EM, Zingheim RW. Doppler umbilical artery waveform indices–normal values from fourteen to forty-two weeks. Am J Obstet Gynecol 1989 Sep;161(3):761-5.
3. (Berkley E, Chauhan SP, Abuhamad A. Doppler assessment of the fetus with intrauterine growth restriction. Am J Obstet Gynecol 2012 Apr;206(4):300-8.
4. ภาควิชาสูติศาสตร์และนรีเวชวิทยา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. Fetal surveillance:From evidence to practice”; 2013 Mar 14-15; Chiangmai, Thailand. หน้า 69-79. 2013.
5. Ghi T, Youssef A, Piva M, Contro E, Segata M, Guasina F, et al. The prognostic role of uterine artery Doppler studies in patients with late-onset preeclampsia. Am J Obstet Gynecol 2009 Jul;201(1):36-5.
6. Sutterlin MW, Seelbach-Gobel B, Oehler MK, Heupel M, Dietl J. Doppler ultrasonographic evidence of intrapartum brain-sparing effect in fetuses with low oxygen saturation according to pulse oximetry. Am J Obstet Gynecol 1999 Jul;181(1):216-20.
7. Trudinger BJ, Cook CM, Jones L, Giles WB. A comparison of fetal heart rate monitoring and umbilical artery waveforms in the recognition of fetal compromise. Br J Obstet Gynaecol 1986 Feb;93(2):171-5.
8. Turan OM, Turan S, Gungor S, Berg C, Moyano D, Gembruch U, et al. Progression of Doppler abnormalities in intrauterine growth restriction. Ultrasound Obstet Gynecol 2008 Aug;32(2):160-7.
9. McCowan LM, Harding JE, Roberts AB, Barker SE, Ford C, Stewart AW. A pilot randomized controlled trial of two regimens of fetal surveillance for small-for-gestational-age fetuses with normal results of umbilical artery doppler velocimetry. Am J Obstet Gynecol 2000 Jan;182(1 Pt 1):81-6.
10. Baschat AA, Weiner CP. Umbilical artery doppler screening for detection of the small fetus in need of antepartum surveillance. Am J Obstet Gynecol 2000 Jan;182(1 Pt 1):154-8.
11. Bahado-Singh RO, Kovanci E, Jeffres A, Oz U, Deren O, Copel J, et al. The Doppler cerebroplacental ratio and perinatal outcome in intrauterine growth restriction. Am J Obstet Gynecol 1999 Mar;180(3 Pt 1):750-6.
12. Baschat AA, Gembruch U, Reiss I, Gortner L, Harman CR, Weiner CP. Neonatal nucleated red blood cell counts in growth-restricted fetuses: relationship to arterial and venous Doppler studies. Am J Obstet Gynecol 1999 Jul;181(1):190-5.
13. Bates JA, Evans JA, Mason G. Differentiation of growth retarded from normally grown fetuses and prediction of intrauterine growth retardation using Doppler ultrasound. Br J Obstet Gynaecol 1996 Jul;103(7):670-5.
14. Todros T, Sciarrone A, Piccoli E, Guiot C, Kaufmann P, Kingdom J. Umbilical Doppler waveforms and placental villous angiogenesis in pregnancies complicated by fetal growth restriction. Obstet Gynecol 1999 Apr;93(4):499-503.