คลื่นเสียงดอพเลอร์ของทารกในครรภ์ (Fetal Doppler)

สุชยา  ลือวรรณ


 ในปี ค.ศ. 1842    Christian Andreas Doppler ได้อธิบายถึงหลักการของคลื่นเสียงดอพเลอร์  (Doppler theory) เป็นครั้งแรก โดยให้คำนิยามของ Doppler Effect ว่า เป็นการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับเมื่อเป้าที่สัญญาณไปกระทบนั้นมีการเคลื่อนไหว โดยความถี่จะเพิ่มขึ้นถ้าเป้านั้นเคลื่อนเข้าหาสัญญาณ และความถี่จะลดลงเมื่อเป้านั้นเคลื่อนออกจากสัญญาณ ในทางคลินิก ได้มีการประยุกต์และนำมาใช้ในการตรวจคลื่นเสียงความถี่สูง เป็นสมการดอพเลอร์แสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Doppler shift กับความเร็วของเม็ดเลือดแดง โดยเมื่อultrasound หรือคลื่นเสียงความถี่สูง ที่มีความถี่แน่นอน (fo) ปล่อยคลื่นเสียงออกไปยังเส้นเลือดที่มีเม็ดเลือดแดงไหลเวียนอยู่ ความถี่ของคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับ (frequency shift, fd ) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร็วการไหลเวียนของเม็ดเลือดแดงในเส้นเลือด

 fd = (2(fo x cosA x V))/c

A              มุมที่ลำคลื่นเสียงทำกับหลอดเลือด
V              ความเร็วของเม็ดเลือดแดงในหลอดเลือด
c              ความเร็วของเสียงในเนื้อเยื่อมีค่า 1,540 m/sec

สัญญาณของคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับจะถูกนำมาแปลงเป็นภาพคลื่นเสียงที่สัมพันธ์กับช่วงเวลา ดังรูปที่ 2

รูปที่  2  แสดง Doppler effect ที่แสดงในรูปกราฟ (ดัดแปลงจาก  “Doppler Ultrasound in Obstetrics” โดย Abuhamad, Ultrasound Clin 1 (2006) 293–301)

คลื่นเสียงดอพเลอร์ชนิดต่าง ๆ ที่ใช้บ่อย

Pulse wave Doppler ultrasound (PW)

เป็นเทคนิคที่ตัวให้กำเนิดคลื่นเสียงหรือ Transducer ตัวเดียว ส่งสัญญาณออกไปเป็นจังหวะ และรับคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับมาเป็นจังหวะเช่นกัน มีประโยชน์ในการใช้คำนวณระยะหรือความลึกของวัตถุเป้าหมาย แต่มีข้อจำกัดที่ความเร็วของวัตถุเป้าหมาย (up to approximately 1.5 m/s)

Continuous wave Doppler ultrasound (CW)

เป็นเทคนิคที่มีตัวให้กำเนิดคลื่นเสียงหรือ Transducer 2 ตัว ส่งสัญญาณออกไปและรับกลับอย่างต่อเนื่อง มีความไวในการจับวัตถุเป้าหมายที่ผ่านแนวลำของคลื่นเสียงและส่งกลับ มาหาความเร็วในการเคลื่อนไหว วิธีนี้เหมาะในการวัด ความเร็วของการไหลเวียนเลือด

Color flow Doppler ultrasound

เป็น  pulse wave Doppler แบบหนึ่ง แต่คลื่นเสียงที่สะท้อนกลับสามารถแสดงผลเป็นสีได้ โดยถ้าวัตถุเป้าหมายหรือ มีการไหลเวียนของเลือดเข้าหา transducer จะแสดงออกเป็นสีแดง แต่ถ้าเคลื่อนออก จะแสดงเป็นสีน้ำเงิน มีประโยชน์ในการบอกทิศทางการไหลของเลือด

Spectral Doppler ultrasound

รูปแบบของการแสดงผลบนกราฟ จะบอกความเร็วการไหลเวียนเลือดบน แกน Y และแสดงเวลาบนแกน X และนำมาวิเคราะห์รูปคลื่นเสียงต่อไป

 การวิเคราะห์รูปคลื่นเสียงดอพเลอร์ (Doppler waveform analysis and Doppler indices)

รูปคลื่นเสียงดอพเลอร์ จะแสดงการไหลเวียนเลือดที่สัมพันธ์กับจังหวะการเต้นของหัวใจ ในช่วงที่มีการบีบและคลายตัว รวมถึงทิศทางการไหลไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ ในการวิเคราะห์รูปคลื่นเสียงจะทำให้ทราบถึงความเร็วของการไหลเวียนเลือด ความต้านทานต่อการไหลเวียนในแต่ละอวัยวะ ซึ่งรูปคลื่นที่ตรวจได้จะมีความแตกต่างกันทั้งใน artery และ vein

การวิเคราะห์รูปคลื่นสามารถวัดปริมาณการไหลเวียนของเลือดได้โดยตรง จะได้ค่าความเร็วของการไหลเวียนของเลือดในช่วงบีบตัวของหัวใจ (peak systolic velocity, PSV)  แต่ในการวัดแบบนี้ต้องอาศัยเทคนิคในการกำหนดมุมของลำคลื่นเสียง (Insonation) ให้ใกล้ 0 มากที่สุด (angle-dependent) ค่าที่ได้มีความแม่นยำสูง  อีกแบบหนึ่งคือการวิเคราะห์จากรูปคลื่นเสียงทางอ้อม ซึ่งไม่ขึ้นกับมุมในการวัด(angle-independent) ทำให้ง่ายต่อการวัดและความผิดพลาดลดลง ซึ่งรูปคลื่นที่ได้หรือ Spectral Doppler ก็มีความแตกต่างกันไปไม่ว่าจะเป็น arterial , venous หรือ cardiac Doppler

 

รูปที่  3  (a) แสดง  arterial doppler waveform, (b) แสดง venousl doppler waveform (c) แสดง cardiac doppler waveform

Arterial indicies

  • Systolic diastolic ratio (S/D)
  • Pulsatility index (PI)
  • Resistance index (RI) 
 

  • S/D
  • (S-D)/A
  • (S-D)/S 
Venous indicies

  • Preload index (PLI)
  • Pulsatility index (PI)
  • Peak velocity index 
 

  • (S-D)/S
  • (S-a)/TAMX
  • (S-a)/D
Cardiac indicies

  • E/A ratio
  • Volume flow (Q)
 

  • E/A
  • Mean velocity x 3.14xr2

ตารางที่ 1  แสดง doppler indicies ทั้งใน cardiac arterial และ venous  waveform   ที่ใช้บ่อย

 Fetal Doppler in Obstetrics

การประยุกต์ใช้คลื่นเสียงดอพเลอร์ในทารกโรคฮีโมโกลบินบาร์ท

 คลื่นเสียงดอพเลอร์ได้ถูกนำมาในทางสูติศาสตร์เป็นครั้งแรกในการตรวจหาการเต้นของหัวใจทางรกในครรภ์(1) โดยเริ่มต้นได้มีการพัฒนาเพื่อตรวจหาการเต้นของหัวใจทารกในครรภ์ ซึ่งได้มีการพัฒนาต่อมาเรื่อย ๆ และมีการใช้ประโยชน์กันอย่างแพร่หลาย รวมถึงการนำมาประยุกต์ใช้เพื่อประเมินสุขภาพและตรวจหาความผิดปกติของทารกในครรภ์

ทารกโรคฮีโมโกลบินบาร์ท (Hb Bart’s disease)  โดยพยาธิสภาพของโรคเป็นผลจากโลหิตจางจากเม็ดเลือดแดงถูกทำลายอย่างรุนแรง และภาวะเนื้อเยื่อขาดออกซิเจนอย่างรุนแรง  เพราะ Hb Bart’s ไม่สามารถปล่อยออกซิเจนให้เนื้อเยื่อได้  ผลที่ตามมาทำให้เกิดการทำงานของหัวใจล้มเหลว (congestive heart failure) แบบ high output heart failure ทำให้ทารกในครรภ์มีลักษณะบวมน้ำ (hydrops) ประกอบด้วย บวมทั่วตัว มีน้ำในช่องท้อง ช่องอก หรือเยื่อหุ้มหัวใจ หัวใจโต เป็นต้น ซึ่งสามารถตรวจได้จากคลื่นเสียงความถี่สูงแบบ 2 มิติ ทั่วไป แต่ในปัจจุบันคลื่นเสียงดอพเลอร์ได้เข้ามามีบทบาทในการตรวจหาความผิดปกติดังกล่าวในระยะเริ่มต้น ก่อนที่จะมีการรุนแรงจนกระทั่งเป็น hydrops fetalis ทำให้สามารถลดการทำหัตถการตรวจวินิจฉัยก่อนคลอด และภาวะแทรกซ้อนจากการทำหัตถการดังกล่าวได้

 Fetal arterial Doppler

Middle cerebral artery (MCA)

การไหลเวียนของเส้นเลือดในสมองโดยทั่วไปจะมีความแรงและเร็วค่อนข้างมากและมีความต่อเนื่องไปตลอด cardiac cycle  โดยพบว่าเส้นเลือด middle cerebral artery เป็นเส้นเลือดที่สามารถตรวจได้ง่ายในทารกในครรภ์ ซึ่งจะมีเลือดไหลเวียนคิดเป็น 80% ของเส้นเลือดที่ไหลเวียนในสมองทั้งหมด (2)  โดยสามารถตรวจพบได้ตั้งแต่อายุครรภ์ 10-11 สัปดาห์ โดยพบ end diastolic flow ได้ตั้งแต่ช่วง 10-12 สัปดาห์ ทารกปกติค่า end diastolic flow จะค่อนข้างต่ำจากความต้านทานที่สูง แต่ค่าความต้านทานจะลดลงเรื่อย ๆ โดยเฉพาะเมื่อทารกในครรภ์มีภาวะขาดออกซิเจน (hypoxia) จะมีการเพิ่มการไหลเวียนของเลือดไปยังอวัยวะสำคัญ ๆ เช่น สมอง  หัวใจ  ต่อมหมวกไตในขณะเดียวกันจะมีการลดลงของการเลือดที่ไปเลี้ยงอวัยวะอื่น ๆ รวมถึงระบบการไหลเวียนของรก ซึ่งเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “brain-sparing effect”

ในทารกที่มีภาวะซีดไม่ว่าจากสาเหตุใดก็ตาม รวมถึง Hb Bart’s Hydrop fetalis  จะมีการขาดออกซิเจนของทารกในครรภ์ ส่งผลให้มีการเพิ่มขึ้นของการไหลเวียนเลือดไปเลี้ยงสมอง จะสามารถตรวจพบ Middle cerebral artery peak systolic velocity (MCA-PSV)  เพิ่มสูงขึ้นได้  ในปี 1995  Mari G และคณะ(2;3) ได้รายงานเกี่ยวกับค่า MCA-PSV ที่สูงขึ้น ในทารกในครรภ์ที่มีภาวะซีด ซึ่งพบว่า sensitivity ของ MCA-PSV ในการทำนายภาวะซีดปานกลางถึงรุนแรงของทารกในครรภ์คิดเป็น 100% โดยที่ false-positive rate เป็น 12% ซึ่งใช้ค่า cut off ที่ 1.5.multiples of the median (MoM) นอกจากนี้ยังมีการศึกษาต่อมาอีกหลายรายงาน(4-13) ซึ่งต่างให้ความเห็นตรงกันในเรื่องของการใช้ MCA-PSV ในการทำนายภาวะซีดของทารกในครรภ์ และล่าสุดจากรายงานการศึกษา ของ K. Srisupundit(14) และคณะ ในปี 2009  เกี่ยวกับ การวัด MCA-PSV ของทารกในครรภ์ ในการตรวจหาภาวะ Hb Bart’s disease ในจำนวน 20 รายของทารกที่เป็นโรค พบว่า sensitivity คิดเป็น 85% โดยมี specificity 100% และ positive predictive value กับ negative predictive value คิดเป็น 100% และ 95.9% ตามลำดับ     นอกจากจะใช้ตรวจหาทารกซีดในครรภ์แล้วยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในกรณีทารกโตช้าในครรภ์ (Intrauterine  growth restriction, IUGR) ได้ โดยจะพบว่า pulsatility index (PI) จะเพิ่มขึ้น และ resistance index (RI) จะลดลงต่ำกว่า placental resistance (umbilical artery RI) เมื่อนำมาคำนวณเป็น cerebral/umbilical ratio (C/U ratio = CRI/URI) ถ้า < 1.1 จะบ่งชี้ว่ามีการไหลของเลือดไปยังสมองมากขึ้น ( brain-sparing effect ) บอกถึงภาวะขาดออกซิเจนของทารกในครรภ์ ซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่าการใช้ umbilical artery หรือ middle cerebral artery เพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ความน่าเชื่อถือจะลดลงถ้าอายุครรภ์มากกว่า 34 สัปดาห์ขึ้นไป   

เทคนิคการวัด

เริ่มต้นจากหาตำแหน่งของ Circle of Willis ที่ axial plane ของศีรษะทารกต่ำกว่าระดับที่วัด biparietal diameter (BPD) โดยใส่ color หรือ power flow จะสามารถเห็นเส้นเลือด middle cerebral artery ดังรูปที่ 4 ควรขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นไม่น้อยกว่า 50% ของหน้าจอ วาง sample volume ที่บริเวณส่วนต้นของเส้นเลือดที่ออกมาจาก internal carotid artery ประมาณ 1-2 mm.  โดยให้มุมของลำคลื่นเสียงกับเส้นเลือดใกล้ 0 องศาให้มากที่สุด และกำหนดให้ sample volume ขนาด 1 mm. วางอยู่กลางเส้นเลือด(15) (โดยขนาดของ sample volume สามารปรับเปลี่ยนได้ ขึ้นกับอายุครรภ์)  ในการวัดแต่ละครั้งควรได้ 15-30 waveform ที่มีลักษณะเหมือนหรือใกล้เคียงกัน และควรวัดอย่างน้อย 3 ครั้ง   ในการวิเคราะห์ waveform ให้เอาค่า PSV สูงสุดที่สามารถวัดได้ ทารกปกติค่า  PSV จะเพิ่มสูงขึ้นตามอายุครรภ์ ส่วน PI จะต่ำในช่วง 15-20 สัปดาห์ และจะสูงขึ้นเมื่อเข้าสู่ช่วงท้ายของไตรมาสที่ 2  เริ่มเข้าไตรมาสที่ 3 (16)

รูปที่ 4 ก.  แสดง Color doppler ของ circle of Willis (MCA ; middle cerebral artery) ข.  แสดง  Doppler  waveform ของ Middle cerebral artery

Splenic artery

ม้ามเป็นอวัยวะที่มีบทบาทเกี่ยวกับ red cell alloimmunization โดยเป็นแหล่งทำลายเม็ดเลือดและยังช่วยชดเชยภาวะซีดจากเม็ดเลือดแดงถูกทำลายด้วยการสร้างเม็ดเลือดแดงใหม่มาทดแทน การที่ม้ามโตขึ้นเป็นสิ่งบ่งชี้ว่ามีภาวะ erythroblastosis. และทารกที่มีภาวะซีด ออกซิเจนไปเลี้ยงยังอวัยวะต่าง ๆ ลดลง เกิดภาวะขาดออกซิเจนหรือ hypoxia และในที่สุดทำให้เกิดปัญหา hydrops fetalis  ตามมา ดังนั้นถ้ามีการตรวจวัดการไหลเวียนของเลือดที่ไปยังม้าม ก็น่าจะช่วยทำนายภาวะซีดได้ เพราะในม้ามที่โตจะมีการไหลเวียนของเลือดเพิ่มมากขึ้น  ในปี 1995 Abuhamad(17) และคณะ ได้รายงานครั้งแรกเกี่ยวกับการใช้ splenic artery ในการวินิจฉัย IUGR  จากปัญหา Chronic hypoxia ที่มีผลทำให้การไหลเวียนของเลือดไปยังม้ามเพิ่มขึ้นและได้นำไปสู่การศึกษาต่อมาของ  Bahado-Singh et al ในปี 2000(18) ศึกษา Doppler velocity ของทารกที่มีภาวะซีดจาก rhesus alloimmunization  จะมีการไหลเวียนของเลือดที่ไปยังม้ามเพิ่มมากขึ้น มีผลให้ค่า PSV ของ splenic artery จะสูงขึ้นสัมพันธ์กับปริมาณเลือดที่ไหลเวียนเพิ่มขึ้นด้วย โดยพบว่าถ้าใช้ค่า cut off  PSV > 1.5 MOM จะมี sensitivity 80% และ false positive rate 12.5%  นอกจากนี้ยังมีการศึกษาอื่น ๆ ที่เข้ามาสนับสนุน เช่น Correa, Jr. ปี 2009 พบว่า splenic artery PI and PSV จะมีค่าสูงขึ้นในทารกที่มีภาวะซีดรุนแรงมาก (severe anemia) รวมถึงการศึกษาล่าสุดที่เป็น preliminary report โดย Tongsong et al ปี 2009 ของโรงพยาบาลมหาราชนครเชียงใหม่(19) จากการตรวจ splenic artery doppler ในสตรีตั้งครรภ์ ที่มารับการเจาะเลือดสายสะดือเพื่อตรวจหาโรคเลือดจางธาลัสซีเมียที่รุนแรง พบว่าใน ทารก Hb’s Bart disease จะมีค่า PSV และ PI สูงขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลที่มีการศึกษามาก่อนหน้านี้

เทคนิคการวัด

เริ่มจาก axial plane ของ fetal abdomen ที่ตำแหน่งของ stomach .ใส่ color doppler เพื่อหาตำแหน่งของ splenic artery ที่ออกมาจาก celiac axis  ทางด้านหลังของ stomach ไปยัง splenic hilum  ใส่ Pulsed Doppler  โดยใช้ sample volume 2 mm. อาจปรับเป็น 3 mm. ขึ้นกับขนาดของเส้นเลือด (17) ปรับ angle ให้ใกล้ 0 มากที่สุด หรือไม่เกิน 30 องศา วาง sample volume บริเวณ proximal ของ splenic artery ที่แยกออกมาจาก celiac axis   ในการวิเคราะห์ waveform ให้เอาค่า PSV ที่สูงที่สุดที่สามารถวัดได้ และควรวัดอย่างน้อย 3 ครั้ง

รูปที่  5   ภาพอัลตราซาวด์ axial plane ระดับ abdomen  แสดงตำแหน่งของ spleen และ splenic artery และการวาง sample volume ของ pulse doppler. และ Doppler waveform ของ splenic artery

Arterial Doppler เส้นอื่น ๆ ที่ใช้ในการตรวจหาภาวะซีดในครรภ์ ได้แก่ Thoracic aorta แต่ไม่เป็นที่แพร่หลายในการใช้   ในปี 1989 Copel et al. (20) พบว่า fetal aortic Doppler มีประโยชน์เพียงเล็กน้อยในการทำนายภาวะซีดของทารกในครรภ์ และในปี 1990  Nicolaides et al. (21) ก็ได้ข้อสรุปคล้ายกันในการใช้ aortic Doppler velocity โดยพบว่าค่าที่ได้จะใกล้คียงกันในทารกที่เป็น hydrops และไม่เป็น hydrops โดยจากการศึกษาของ Steiner et al. ในการใช้ peak thoracic aorta velocity ในการตรวจทารกที่มีภาวะซีดพบว่า  sensitivity เป็น 64%, specificity 74%, positive predictive value 73% และ negative predictive value คิดเป็น 66% และอีกเหตุผลที่ไม่นิยมในการใช้เนื่องการปรับมุมของลำคลื่นเสียงทำได้ยาก ซึ่งอาจมีผลให้ความน่าเชื่อถือลดลง

Fetal venous Doppler

Umbilical vein (UV)

เป็นเส้นเลือดที่นำ high oxygenated blood จากรกมายังทารกในครรภ์ โดยทั่วไปสามารถทำการตรวจวัดได้ในส่วนที่อยู่ใน umbilical cord และในตัวทารก ในไตรมาสแรก จะสามารถพบลักษณะ pulsation ของ waveform ได้ แต่จะต้องหายไปหลัง 13 สัปดาห์ และกลายเป็น continuous waveform แต่ถ้ามีความต้านทานต่อการไหลเวียนเพิ่มขึ้นในช่วง atrial systole อาจเจอลักษณะที่เป็น notchingหรือ pulsation ได้ ซึ่งมักพบในรายที่มีทารกโตช้าในครรภ์ (IUGR)  หรือ cardiac insufficiency เช่น hydrops เป็นต้น ซึ่ง แต่ถ้าเป็นการวิเคราะห์เชิงปริมาณก็สามารถทำได้โดยการวัดความเร็วการไหลเวียนเลือด(mean velocity) ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยหรือคงที่ตลอดการตั้งครรภ์  ปริมาณของเลือดที่ไหลเวียนจะเพิ่มขึ้นตามอายุครรภ์ ซึ่งสามารถคำนวณอัตราการไหลเวียนได้จาก     Umbilical vein flow(ml/min) = vessel cross section area(cm2) x mean velocity(cm/sec) x 60(sec/min)

แต่ในทางปฏิบัติโดยส่วนใหญ่จะเป็นการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ คือการดูจากลักษณะของ waveform ว่าเป็น continuous หรือ pulsation มากกว่าการคำนวณเชิงปริมาณ ในปี 1993  Kirkinen และ Jouppila (22)  ได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของ umbilical vein ในทารกที่เป็น Rhesus Isoimmunization พบว่าจะมีการเพิ่มขึ้นของ maximal flow velocimetry  ซึ่งจะทำนายความต้องการในการ exchange transfusion ของทารกในครรภ์ที่มี severe hemolytic disease

เทคนิคการวัด

หาตำแหน่งของ umbilical vein ทั้งที่อยู่ในสายสะดือ หรือ ในช่องท้อง  ถ้าต้องการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ sample volume ไม่จำกัดเรื่องมุมของลำคลื่นเสียง แต่ถ้าต้องการวิเคราะห์เชิงปริมาณต้องให้อยู่ในแนวใกล้ 0 องศา และ sample volume ต้องอยู่ภายในเส้นเลือด

  

รูปที่  6   ภาพอัลตราซาวด์ axial plane ระดับ abdomen แสดงตำแหน่งของ intra-abdominal umbilical vein, การวาง sample volume ของ pulse doppler. และ Doppler waveform

Ductus venosus (DV)

            Ductus venosus เส้นเลือดที่นำ high oxygenated blood จากรกผ่านมาทาง umbilical vein เพื่อไปยัง left atrium ผ่านทาง foramen ovale ซึ่งจะมีการไหลเวียนของเลือดเร็ว ทำให้ง่ายต่อการตรวจหาด้วย color Doppler สามารถตรวจเจอได้ตั้งแต่อายุครรภ์ 10 สัปดาห์ ความเร็วการไหลเวียนของเลือดจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งคงที่ตอนอายุครรภ์ 22 สัปดาห์ คลื่นเสียง Doppler ของ ductus venosus จะสามารถบอกถึงการทำงานของ right ventricle ได้ ในช่วง ventricular systole แรงดันใน right atrium จะต่ำกว่า ductus venosus ทำให้มี การไหลเวียนของเลือดเข้าไปใน right atrium มาก ซึ่งจะแสดงออกเป็น  S wave ในช่วงที่มีการบีบตัวเต็มที่ ของ ventricle   tricuspid valve จะเปิด เลือดจะไหลจาก right atrium ไปยัง right ventricle ซึ่งเป็นจังหวะของ ventricular diastole จะเห็น เป็น D wave  ซึ่งในช่วงนี้ก็จะมีการไหลของเลือดผ่าน ductus venosus ตาม cardiac cycle  ช่วง end diastolic filling  จะมีการบีบตัวของ right atrium (atrial contraction) เพื่อให้เลือดไหลลง right ventricle  ในช่วงนี้แรงดัน ใน left atrium จะมากกว่า right atrium ทำให้มีการปิดของ foramen ovale   resistance ที่เพิ่มขึ้นทำให้การไหลของเลือดเข้าสู่หัวใจลดลง เกิดเป็น a wave เนื่องจากการไหลเวียนเลือดใน ductus venosus บอกถึง cardiac function

ในปี 1983  Oepkes,D et al ได้ทำการศึกษา พบว่า ทารกในครรภ์ที่มีภาวะ severe anemia จะมี การไหลเวียนของเลือดผ่านทาง ductus venosus แรงและเร็วขึ้น  ซึ่งอาจจะเป็นไปได้ว่า เกิดจากการเพิ่มขึ้นของ cardiac preload และ venous return กลับเข้าหัวใจ  ต่อมา ปี 2001  Y. H. LAM และคณะ(23) ได้ ศึกษา Doppler ของ ductus venosus ในทารกที่เป็น Hb Bart disease ช่วงอายุครรภ์ 12-13 สัปดาห์ พบว่า มีการไหลเวียนของเลือดขึ้น โดยพบมีการเพิ่มของ  velocity during ventricular systole( Vmax)  30% , minimum forward velocity during atrial systole (Vmin) 50% และ time-averaged maximum Velocity (TAMX) 20%  ส่วนค่า  Vmax/Vmin ratio, pulsatility index for veins (PIV) และ preload index (PLI) ก็ต่ำลงอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ  การเพิ่มขึ้นของ Vmax สัมพันธ์กับ ventricular contraction เนื่องจาก ในภาวะซีดความหนืดของเลือดจะลดลง และการเพิ่ม cardiac contractility เพื่อเพิ่ม pressure gradient ในการผ่านไปยัง ductus venosus ได้ ส่วน Vmin ที่เพิ่มขึ้นก็สัมพันธ์กับ atrial contraction ที่โดยมากมักพบในกรณีที่เป็น severe congestive heart failureแล้ว  ในปัจจุบัน การใช้ ductus venosus เพื่อตรวจหาภาวะซีดจาก Hb Bart disease ยังไม่เป็นที่แพร่หลาย ยังคงอยู่ในขั้นการศึกหาหลักฐานสนับสนุนต่อไป แต่สำหรับการใช้เพื่อประเมินการทำงานของหัวใจหรือ ภาวะ congestive heart failure ของทารกในครรภ์ได้มีการนำมาใช้มากขึ้น โดยสามารถวิเคราะห์เชิงคุณภาพ จากลักษณะของ waveform ถ้ามี absent หรือ reverse flow ของ a wave จะเป็นตัวบ่งชี้ถึง poor cardiac function

เทคนิคการวัด

Plane ที่ดี ควรเป็น mid-sagittal plane หรือ oblique transverse ของ fetal abdomen ที่เห็น umbilical vein ไล่จาก cord insertion ต่อมาเป็น ductus venosus มาเปิดเข้า inferior vena cava  ใส่ color doppler เพื่อช่วยหาตำแหน่งบริเวณที่มี high velocity หรือ aliasing จะเห็นเป็นแนวแคบ ๆ ต่อเข้า IVC   วาง sample volume ให้อยู่ภายใน vessel โดยเปิด volume sample  ให้พอดีกับขนาดเส้นเลือด โดยมากใช้  2 mm. ในช่วงครึ่งแรกของการตั้งครรภ์ และมุมของลำคลื่นเสียงน้อยกว่า 30 องศา โดยสามารถปรับมุมจากทางด้านหน้าไล่ลงมาจากระดับ fetal umbilicus หรือ จากทางด้านหลังคือ ไล่มาจากระดับ chest ก็ได้ ถ้าใน plane นี้ไม่สามารถปรับหามุมที่เหมาะสมได้ ให้เปลี่ยนเป็น oblique transverse plane แทน จะทำให้เห็นได้ดีกว่า

สำหรับผู้เริ่มต้นวัด Doppler ต้องระวัง เส้นเลือดที่อยู่ใกล้ ๆ เช่น IVC, hepatic vein จะทำให้แปลผลเป็น abnormal waveform ได้ เพราะเส้นเลือดดังกล่าว ในทารกปกติจะมี reverse  a wave ได้ และในกรณีที่มี pulsatile flow ใน left portal vein จะมีลักษณะเป็น mirror image กับ DV ได้ ให้แยกโดยการดูจาก a wave จะเป็น peak มากกว่าเป็น nadir ซึ่งปัญหานี้จะพบบ่อยในอายุครรภ์น้อย ๆ และที่สำคัญในการวัด venous doppler ท่าและการหายใจของทารกในครรภ์จะมีผลต่อ waveform ได้

รูปที่  7   ภาพอัลตราซาวด์ mid sagittal plane  ระดับ abdomen  กับ chest แสดงตำแหน่งของ ductus venosus การวาง sample volume ของ pulse doppler. และ Doppler waveform ในทารกปกติ  และลักษณะของ reverse a wave ในทารกผิดปกติ

Inferior vena cava (IVC)

IVC flow velocimetry waveform จะบ่งบอกถึง การทำงานของ right atrium และ blood flow pattern ใน venous system ของลำตัวส่วนล่าง แต่อย่างไรก็ดี IVC waveform ก็ยังสามารถบอกถึงการทำงานของ right ventricle ได้  ในช่วง ventricular systole แรงดันใน right atrium จะต่ำกว่า IVC ทำให้มี การไหลเวียนของเลือดเข้าไปใน right atrium มาก ซึ่งจะแสดงออกเป็น  S wave ในช่วงที่มีการบีบตัวเต็มที่ ของ ventricle   tricuspid valve จะเปิด เลือดจะไหลจาก right atrium ไปยัง right ventricle ซึ่งเป็นจังหวะของ ventricular diastole จะเห็น เป็น D wave  ช่วง end diastolic filling  จะมีการบีบตัวของ right atrium (atrial contraction) มี stiffnessของ right ventricle  ทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น เกิดเป็น negative a wave ของ IVC ซึ่งเป็นภาวะปกติ แต่ถ้า A wave มีขนาดโตขึ้น หรือมีความเร็วเพิ่มมากขึ้น มักจะสัมพันธ์กับความผิดปกติของทารกในครรภ์ เช่น  anemia, non-immune hydrops และใน severely growth-retarded fetuses ที่มี absence of end-diastolic flow ใน umbilical artery

เทคนิคการวัด

สามารถวัดได้จาก Coronal plane ของ chest และ abdomen จะเห็น IVC เข้าสู่ right atrium โดยมี DV และ  left hepatic vein มาเปิดเข้า ซึ่งสามารถวัดได้จาก 2 ตำแหน่ง คือ ช่วงที่เข้าสู่ right atrium หรือ ช่วงระหว่างที่ renal vein และ DV มาเปิดเข้า ซึ่งควรเลือกในตำแหน่งที่มุมของลำคลื่นเสียงน้อยที่สุด หรือไม่เกิน 30 องศา(24) Doppler waveform ของ IVC จะเป็น triphasic เหมือน DV waveform นอกจากนี้ยังสามารถนำมาวิเคราะห์หา preload index ซึ่ง sensitivity และ specificity สูงในการตรวจหา cardiogenic hydrops fetus

รูปที่  9   ภาพอัลตราซาวด์ parasagittal plane  ระดับ abdomen  กับ chest แสดงตำแหน่งของ    inferior vena cava การวาง sample volume ของ pulse doppler. และ Doppler

Fetal cardiac Doppler

            ค่าดัชนีของคลื่นเสียงดอพเลอร์หัวใจทารกในครรภ์ เป็นค่าที่วัดในเชิงปริมาณ  และมักจะสัมพันธ์กับมุมในการวัด ในการวัดให้ได้ค่าที่แม่นยำนั้น sample volume ควรวางในตำแหน่งใต้ต่อลิ้นหัวใจ โดยมุมของลำคลื่นเสียงควรอยู่ในช่วง 15-20 องศา ของทิศทางการไหลเวียน   การวัด Doppler ควรทำในขณะที่ทารกไม่หายใจ เพื่อหลีกเลี่ยงความคลาดเคลื่อนที่อาจจะเกิดขึ้น   อาจใช้ color Doppler ช่วยในการกำหนดทิศทางโดยวาง sample volume ในตำแหน่งที่สีของ blood flow เข้มหรือ ชัดมากที่สุด

เนื่องจาก การไหลเวียนเลือดของทารกในครรภ์ต่างจากในผู้ใหญ่ เลือดที่ออกจาก right ventricle จะมากกว่า left ventricle  ในช่วงที่อายุครรภ์มากขึ้นพบว่า ventricular compliance จะเพิ่มขึ้น  total peripheral vascular resistance จะลดลง preload จะเพิ่มขึ้น และ combined cardiac output ก็เพิ่มขึ้นด้วย  compliance ของ left heart จะเพิ่มขึ้นเร็วกว่า right heart ตามอายุครรภ์  และพบว่า pulmonary vascular resistance ของทารกในครรภ์จะสูง โดย การไหลเวียนที่ไปยัง pulmonary vascular bed นั้นจะค่อย ๆ ไปด้วยอัตราทีช้า ๆ และเพิ่มขึ้นเมื่ออายุครรภ์มากขึ้น   ในส่วนของ cardiac output จะขึ้นตรงกับ preload และ ventricular compliance  การที่มี right to left shunt ของ foramen ovale  และ การไหลเวียนของเลือดผ่าน ductus arteriosus เป็นปัจจัยสำคัญของรูปแบบการไหลเวียนของเลือดที่มี high oxygenated blood ไปเลี้ยงยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย คือ เลือดที่เข้ามายัง left atrium ส่วนใหญ่ผ่านมาจาก foramen ovale  และ 2ใน 3 จาก right ventricle เข้าไปยัง ductus arteriosus โดยตรง

Doppler waveform of atrioventricular valves

จะเป็นลักษณะของ biphasic  โดยที่ peak แรก (E wave) จะสัมพันธ์กับ early ventricular filling ในช่วง diastole  และ peak ที่ 2  (A wave) จะสัมพันธ์กับ atrial systole หรือ  atrial kick. ซึ่งจะต่างกับหลังคลอดที่  A wave จะสูงกว่า E wave เมื่ออยู่ในครรภ์(25)  ค่า E/A ratio เป็นดัชนีที่ใช้บอก ventricular preload และ compliance โดยค่าจะเพิ่มสูงขึ้นตามอายุครรภ์  การทำงานช่วง  ventricular diastolic   ช่วงไตรมาสแรก ค่าความเร็วการไหลเวียนสูงสุดในช่วงของ E และ A wave  จะสูงใน right ventricle แต่หลังจากนั้นจนกระทั่งคลอด ใน left ventricle จะสูงมากกว่า

Mitral valve            ค่า E wave มีค่า 15 cm/s ที่อายุครรภ์ 12 สัปดาห์ จะเพิ่มขึ้นถึง 50 cm/s ตอนครบกำหนด

ค่า A wave จะมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตลอดการตั้งครรภ์ ค่าประมาณ 35-65 cm/s

ค่า E/A ratio จะมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตลอดการตั้งครรภ์ ค่าประมาณ 0.5-1

Tricuspid  valve   ค่า E wave มีค่า 20 cm/s ที่อายุครรภ์ 12 สัปดาห์ จะเพิ่มขึ้นถึง 50 cm/s ตอนครบกำหนด

ค่า A wave จะมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตลอดการตั้งครรภ์ ค่าประมาณ 35-60 cm/s

ค่า E/A ratio จะมีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตลอดการตั้งครรภ์ ค่าประมาณ 0.5-1

ในการนำมาใช้ ส่วนใหญ่จะเป็นการดูลักษณะของ waveform เช่น ภาวะ regurgitation ที่จะช่วยบ่งชี้ถึงการทำงานของหัวใจและภาวะ congestive heart failure

เทคนิคการวัด

ใน Plane four chamber view ไม่ว่าจะเป็น tricuspid หรือ mitral valve ควรปรับ sample volume ขนาด 2.0 – 3.0 mm โดยวางให้อยู่ใน ventricle หรือ อยู่ระหว่าง valve เพื่อดูภาวะ regurgitation โดยปรับ มุมให้น้อยกว่า 30 องศาจากแนว inter-ventricular septum ดังรูปที่ 10

 

รูปที่  10  Doppler   waveform แสดง tricuspid regurgitation (นำมาจากwww.fetalmedicineusa.com/…/tricuspidflow2)

Doppler waveforms of the semilunar valves

            จะเป็นลักษณะของ  uniphasic ค่าดัชนีที่ใช้บ่อยได้แก่ peak systolic velocity (PSV) และ time to peak velocity (TPV) ซึ่งทั้งสองค่าจะสูงขึ้นตามอายุครรภ์(25) .  ค่า PSV ของblood flow ที่ผ่านไป aorta จะสูงกว่าที่ผ่าน pulmonary artery เพราะการลดลงของ afterload และขนาดที่ลดลงของ aorta ซึ่งค่า dopppler เหล่านี้จะบอกถึง ventricular contractility, arterial pressures,และ afterloads.

เทคนิคการวัด

Aortic valve            วาง sample volume ที่ ascending aorta ต่ำกว่า leaflets

Pulmonary valve วาง sample volume ที่ pulmonary trunk  ต่ำกว่า leaflets

                ในทารกปกติ PSV ของทั้ง 2 valve จะค่อย ๆ เพิ่มขึ้นจาก 30 cm/s ตอน 12 สัปดาห์ จนถึง 80 cm/s ตอนครบกำหนด ซึ่ง aorta มักจะสูงกว่าใน pulmonary artery สำหรับการประยุกต์นำมาใช้ใน ทารก Hb Bart disease ยังมีรายงานค่อนข้างน้อย

 บทสรุป

            โดยสรุปแล้วในปัจจุบัน คลื่นเสียงดอพเลอร์ได้เข้ามามีบทบาทในการวินิจฉัยความผิดปกติของทารกในครรภ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Hb Bart disease โดยอาศัยหลักการของภาวะซีดของทารกในครรภ์ ที่ทำให้ตรวจพบความผิดปกติของเส้นเลือดต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น artery, vein หรือ ในหัวใจเอง ทำให้ลดอัตราการทำหัตถการวินิจฉัยก่อนคลอดลง ซึ่งมีผลให้ลดค่าใช้จ่ายของประเทศและลดอัตราการเกิดภาวะแทรกซ้อนจากการทำหัตถการให้น้อยลง  ถึงแม้จะกล่าวถึงการใช้คลื่นเสียง ดอพเลอร์ในหลายส่วนของร่างกาย แต่ที่นิยมกันอย่างแพร่หลายและมีหลักฐานการศึกษาอย่างชัดเจนว่ามีประสิทธิภาพในการวินิจฉัยทารกภาวะซีดในครรภ์ ก็คือ middle cerebral artery ที่มี sensitivity คิดเป็น 85% โดยมี specificity 100%(14) และจากmeta analysisในการศึกษาเรื่อง noninvasive methods of detecting fetal anemia พบว่า Doppler middle cerebral artery จัดเป็น gold standard ในการคัดกรองทารกซีดในครรภ์(26) สำหรับเส้นเลือดอื่น ๆ ยังคงมีประโยชน์ในการเข้ามาช่วยประกอบการพิจารณา แต่ยังไม่มีหลักฐานอ้างอิงที่ชัดเจนนัก  ทั้งนี้ในการวัดคลื่นเสียงดอพเลอร์ที่จะได้ค่าที่ถูกต้องและแม่นยำต้องขึ้นกับเทคนิคในการวัด ดังที่ได้กล่าวถึงในแต่ละส่วนข้างต้นไปแล้ว แต่หลักการที่สำคัญคือ การเลือกตำแหน่งที่ถูกต้อง  การขยายภาพให้มองเห็นตำแหน่งที่ต้องการวัดบนหน้าจอให้มากกว่า 50%  การปรับมุมลำคลื่นเสียงให้ใกล้เคียง 0 องศาให้มากที่สุด รวมถึงการปรับขนาด sample volume ให้พอดีกับขนาดของเส้นเลือดวางตำแหน่งให้อยู่ภายในเส้นเลือด และต้องทำในขณะที่ไม่มีสิ่งรบกวนอื่น ๆ เช่น การหายใจหรือการเคลื่อนไหวของทารกในครรภ์ เป็นต้น

 เอกสารอ้างอิง

  1. Callaghan DA, Rowland TC, Goldman DE. Ultrasonic Doppler Ultrasound observatioon o f the fetal heart. Obstet Gynecol 1964;(23):637-41.
  2. Mari G, Moise KJ, Jr., Deter RL, Kirshon B, Carpenter RJ, Jr., Huhta JC. Doppler assessment of the pulsatility index in the cerebral circulation of the human fetus. Am J Obstet Gynecol 1989 Mar;160(3):698-703.
  3. Mari G, Adrignolo A, Abuhamad AZ, Pirhonen J, Jones DC, Ludomirsky A, et al. Diagnosis of fetal anemia with Doppler ultrasound in the pregnancy complicated by maternal blood group immunization. Ultrasound Obstet Gynecol 1995 Jun;5(6):400-5.
  4. Papantoniou N, Daskalakis G, Anastasakis E, Marinopoulos S, Mesogitis S, Antsaklis A. Increasing the noninvasive management of rhesus isoimmunization. Int J Gynaecol Obstet 2008 Jun;101(3):281-4.
  5. Moise KJ, Jr. The usefulness of middle cerebral artery Doppler assessment in the treatment of the fetus at risk for anemia. Am J Obstet Gynecol 2008 Feb;198(2):161-4.
  6. Bullock R, Martin WL, Coomarasamy A, Kilby MD. Prediction of fetal anemia in pregnancies with red-cell alloimmunization: comparison of middle cerebral artery peak systolic velocity and amniotic fluid OD450. Ultrasound Obstet Gynecol 2005 Apr;25(4):331-4.
  7. Ahmed B, Ghaffari Z, Ismail RS, Saleh N. Non-invasive diagnosis of fetal anemia due to maternal red-cell alloimmunization. Saudi Med J 2005 Feb;26(2):256-9.
  8. Cosmi E, Dessole S, Uras L, Capobianco G, D’Antona D, Andrisani A, et al. Middle cerebral artery peak systolic and ductus venosus velocity waveforms in the hydropic fetus. J Ultrasound Med 2005 Feb;24(2):209-13.
  9. Hernandez-Andrade E, Scheier M, Dezerega V, Carmo A, Nicolaides KH. Fetal middle cerebral artery peak systolic velocity in the investigation of non-immune hydrops. Ultrasound Obstet Gynecol 2004 May;23(5):442-5.
  10. Scheier M, Hernandez-Andrade E, Carmo A, Dezerega V, Nicolaides KH. Prediction of fetal anemia in rhesus disease by measurement of fetal middle cerebral artery peak systolic velocity. Ultrasound Obstet Gynecol 2004 May;23(5):432-6.
  11. Shah NK, Martin WL, Whittle MJ. Middle cerebral artery Doppler velocimetric assessment in two cases of hydrops fetalis without fetal anaemia. Prenat Diagn 2004 Jan;24(1):17-8.
  12. Detti L, Mari G. Noninvasive diagnosis of fetal anemia. Clin Obstet Gynecol 2003 Dec;46(4):923-30.
  13. Deren O, Onderoglu L. The value of middle cerebral artery systolic velocity for initial and subsequent management in fetal anemia. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol 2002 Feb 10;101(1):26-30.
  14. Srisupundit K, Piyamongkol W, Tongsong T. Identification of fetuses with hemoglobin Bart’s disease using middle cerebral artery peak systolic velocity. Ultrasound Obstet Gynecol 2009 Jun;33(6):694-7.
  15. Mari G, Abuhamad AZ, Cosmi E, Segata M, Altaye M, Akiyama M. Middle cerebral artery peak systolic velocity: technique and variability. J Ultrasound Med 2005 Apr;24(4):425-30.
  16. Woo JS, Liang ST, Lo RL, Chan FY. Middle cerebral artery Doppler flow velocity waveforms. Obstet Gynecol 1987 Oct;70(4):613-6.
  17. Abuhamad AZ, Mari G, Bogdan D, Evans AT, III. Doppler flow velocimetry of the splenic artery in the human fetus: is it a marker of chronic hypoxia? Am J Obstet Gynecol 1995 Mar;172(3):820-5.
  18. Bahado-Singh R, Oz U, Deren O, Kovanchi E, Hsu CD, Copel J, et al. Splenic artery Doppler peak systolic velocity predicts severe fetal anemia in rhesus disease. Am J Obstet Gynecol 2000 May;182(5):1222-6.
  19. Tongsong T, Tongprasert F, Srisupundit K, Luewan S. High fetal splenic artery peak velocity in fetuses with hemoglobin Bart disease: a preliminary study. J Ultrasound Med 2009 Jan;28(1):13-8.
  20. Copel JA, Grannum PA, Green JJ, Belanger K, Hobbins JC. Pulsed Doppler flow-velocity waveforms in the prediction of fetal hematocrit of the severely isoimmunized pregnancy. Am J Obstet Gynecol 1989 Aug;161(2):341-4.
  21. Nicolaides KH, Bilardo CM, Campbell S. Prediction of fetal anemia by measurement of the mean blood velocity in the fetal aorta. Am J Obstet Gynecol 1990 Jan;162(1):209-12.
  22. Kirkinen P, Jouppila P, Eik-Nes S. Umbilical vein blood flow in rhesus-isoimmunization. Br J Obstet Gynaecol 1983 Jul;90(7):640-3.
  23. Lam YH, Tang MH, Tse HY. Ductus venosus Doppler study in fetuses with homozygous alpha-thalassemia-1 at 12 to 13 weeks of gestation. Ultrasound Obstet Gynecol 2001 Jan;17(1):30-3.
  24. Rizzo G, Arduini D, Romanini C. Inferior vena cava flow velocity waveforms in appropriate- and small-for-gestational-age fetuses. Am J Obstet Gynecol 1992 Apr;166(4):1271-80.
  25. Alfirevic Z, Neilson JP. Doppler ultrasonography in high-risk pregnancies: systematic review with meta-analysis. Am J Obstet Gynecol 1995 May;172(5):1379-87.
  26. Pretlove SJ, Fox CE, Khan KS, Kilby MD. Noninvasive methods of detecting fetal anaemia: a systematic review and meta-analysis. BJOG 2009 Nov;116(12):1558-67.