超音波ドップラー血管超音波検査

頭部の主要動脈の狭窄および閉塞病変が、脳血管疾患の病因において極めて重要であることはよく知られています。同時に、頸動脈および椎骨動脈の狭窄は、初期だけでなく重度であっても、ほとんど症状なく進行することがあります。血管神経病変の進行においては、静脈還流の寄与も重要であり、時には亜臨床的に進行することもあります。これらの疾患の迅速な診断は、TCDG、画像の3次元再構成を伴うデュプレックスおよびトリプレックス検査などの最新の超音波検査法と大きく関連しています。しかしながら、今日に至るまで、人間の血管を超音波で位置特定する最も単純かつ一般的な方法は、超音波ドップラーグラフィー（USDG）です。血管神経学における超音波ドップラーグラフィーの主な役割は、頭部の主要動脈および静脈の血流障害を特定することです。超音波ドップラー法で頸動脈または椎骨動脈の潜在性狭窄が検出された場合、デュプレックス画像、MRI、または脳血管造影を用いて確認することで、脳卒中を予防するための積極的な保存的治療または外科的治療が可能になります。したがって、超音波ドップラー法の主な目的は、頸動脈、椎骨動脈、および眼動脈・静脈の脳前部における血流の非対称性および／または方向を特定することです。ほとんどの場合、血流障害の有無、側性、局在、長さ、および重症度を特定することができます。

超音波ドップラーグラフィーの大きな利点は、実施に際して禁忌がないことです。超音波による位置特定は、病院、集中治療室、手術室、外来診療室、救急車内、さらには事故現場や自然災害現場など、ほぼあらゆる状況で実施できます。ただし、独立した電源ユニットが利用可能であることが条件となります。

超音波ドップラー法は、運動物体から反射された信号の周波数偏移を数学的に解析したHAドップラー（1842）の効果に基づいています。ドップラー周波数偏移の式は次のとおりです。

F _d = (2F ₀ xVxCosa)/c,

ここで、F ₀は送信される超音波信号の周波数、V は線流速度、a は血管軸と超音波ビーム間の角度、c は組織内の超音波の速度 (1540 m/s) です。

センサーの半分は、周波数4MHzの超音波振動を「連続波」モードで発信します。センサーのもう半分は、発信部の表面に対して斜めに配置され、血流から反射された超音波エネルギーを記録します。センサーの2つ目の圧電結晶は、最大感度領域がセンサーの音響レンズから3mm離れた、4.5mm×3.5mmの円筒形になるように設置されています。

そのため、送信周波数は反射周波数と異なります。この周波数差は、音声信号または「エンベロープ」曲線の形でグラフィック記録、あるいは特殊なフーリエ周波数アナライザーを用いたスペクトログラムによって分離・再現されます。さらに、超音波センサーに向かう血流は受信周波数を上昇させ、反対方向に向かう血流は受信周波数を低下させることから、血流の方向を特定することも可能です。

頭部の主要動脈の循環には特異な性質があります。通常、心拍周期のどの段階でも血流はゼロに低下せず、血液は脳に継続的に流れます。上腕動脈と鎖骨下動脈では、隣接する2つの心拍収縮周期間の血流線速度は方向を変えることなくゼロに達します。また、大腿動脈と膝窩動脈では、収縮期末期に短時間の逆循環が見られます。流体力学の法則（血液はいわゆるニュートン流体の一種と考えることができます）によれば、血流には主に3つの種類があります。

• 平行型では、中心層と壁層の両方の血液層の流量が実質的に等しくなります。この血流パターンは上行大動脈に典型的に見られます。
• 放物線状、または層流状の心筋では、中心層（最大速度）と壁側層（最小速度）の勾配が存在します。これらの層間の速度差は収縮期に最大、拡張期に最小となり、これらの層は互いに混ざり合うことはありません。同様の血流の変化は、影響を受けていない頭部の主要動脈にも認められます。
• 乱流または渦流は、主に狭窄部における血管壁の凹凸によって発生します。その後、層流は狭窄部への直接通過と出口の接近に応じてその性質を変化させます。赤血球の無秩序な運動により、血液の整列した層が混ざり合います。