Vật lý học trong siêu âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG MÔN CÔNG NGHỆ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH I ĐỀ TÀI Vật lý học trong siêu âm Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện Phạm Xuân Bắc Lớp ĐTTT 07 – K57 MSSV 20121268 Mục Lục TỔNG QUAN 4 Chương I ÂM HỌC CĂN BẢN 5 1 Độ dài sóng và Tần số 5 2 Sư lan truyền của âm thanh 6 3 Đo đạc khoảng cách 7 4 Trở kháng âm 7 5 Sự phản hồi 8 6 Sự khúc xạ 9 7 Độ giảm thấu 10 Chương II DỤNG CỤ 11 1 Bộ phân phát 12 2 Đầu dò chính danh 12 3 Bộ phận tiếp nhậ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG MƠN: CƠNG NGHỆ CHẨN ĐỐN HÌNH ẢNH I ĐỀ TÀI: Vật lý học siêu âm Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực : Phạm Xuân Bắc Lớp : ĐTTT 07 – K57 MSSV : 20121268 Mục Lục TỔNG QUAN Chương I: ÂM HỌC CĂN BẢN Độ dài sóng Tần số Sư lan truyền âm Đo đạc khoảng cách .7 Trở kháng âm Sự phản hồi .8 Sự khúc xạ Độ giảm thấu 10 Chương II: DỤNG CỤ 11 Bộ phân phát 12 Đầu dị danh .12 Bộ phận tiếp nhận 13 Hiển thị hình ảnh 14 Đầu dò học dạng quạt 18 Array .18 Lựa chọn đầu dò 19 Lưu trữ hình ảnh 20 Chương III: CHẤT LƯỢNG HÌNH ẢNH 20 Độ phân giải không gian 20 Chương IV: CÁC BẪY HÌNH ẢNH 21 Chương V: SIÊU ÂM DOPPLER 25 Xử lý hiển thị tín hiệu Doppler .29 Dụng cụ Doppler 30 Doppler lượng 32 Lý giải tín hiệu Doppler .34 Một số nhận xét khác kỹ thuật 35 Các kiểu hoạt động: Ứng dụng lâm sàng .39 Có cần quan tâm tới tác dụng sinh học? 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 TỔNG QUAN Nền tảng ứng dụng siêu âm chuẩn đoán dựa phát hiển thị lượng âm học phản hồi từ giao diện bên thể người Các tương tác cung cấp thơng tin cần thiết để tạo nên hình ảnh chiều thể , có độ phân giải cao hiển thị theo thang xám thơng số dịng chảy Kỹ thuật hình ảnh độc đáo giúp siêu âm trở thành phương tiện hình ảnh học quan trọng hồn hảo Tuy nhiên, có dụng cụ siêu âm tinh xảo đắt tiền không đồng nghĩa với việc đương nhiên đạt giá trị chẩn đoán chất lượng cao Muốn gặt hái tối đa kết từ dụng cụ phức tạp đòi hỏi phải biết kết hợp phương tiện với kỹ bao gồm kiến thức nguyên tắc vật lý Người sử dụng máy phải hiểu rõ tảng tác động hỗ tương lượng âm với mô nắm vững phương pháp dụng cụ nhằm thu hình ảnh tối ưu Nhờ kiến thức ấy, người thực siêu âm thu nhiều thông tin cần thiết, tránh bẫy nhầm lẫn làm sai lạc chẩn đốn, tránh bỏ sót liệu lý giải lệch lạc ảnh giả Cả hình học siêu âm siêu âm Doppler dựa tượng phân tán lương âm giao diện vật chất có chất khác diện thể Chính biên độ lượng phản chiếu tạo nên hình ảnh siêu âm độ biến thiên tần số sóng siêu âm phân tán trở lại cung cấp thông tin liên quan tới dòng máu chảy Để tạo ra, phát xử lý liệu siêu âm, phải nắm vũng nhiều biến số nhiều số người sử dụng trực tiếp kiểm soát Muốn vậy, người thực siêu âm phải hiểu phương pháp tạo liệu siêu âm, lý thuyết thao tác dụng cụ để xử lý, lý giải lưu trữ hình ảnh lầm áp dụng lâm sang Chương cung cấp khái quát tính chất vật lý sóng âm, hình ảnh học siêu âm, cách phát dòng chảy, dụng cụ cần thiết với số điểm nhấn mạnh cần lưu tâm thực hành lâm sàng Chương I: ÂM HỌC CĂN BẢN Độ dài sóng Tần số Âm kết lan truyền lượng âm vật chất dạng sóng tạo nên tượng nén dãn lặp lặp lại Chuyển động vật lý hạn chế phân tử vật chất tạo nên sóng có áp lực giúp cho âm truyền Những biến đổi áp lực biểu thị dạng sóng hình sin ( Hình 1-1 ) Trong trục Y áp lực điểm trục X thời gian Biến đổi áp lực theo thời gian xác định đơn vị đo đạc âm Khoảng cách điểm tương ứng đường cong áp lực – thời gian gọi độ dài sóng ƛ , cịn thời gian T để hồn tất vòng gọi chu kỳ Số chu kỳ đơn vị thời gian gọi tần số f âm Tần số chu kỳ tỷ lệ nghịch với Nếu biểu thị chu kỳ T giây f = 1/T hay f = T.x giây -1 Đơn vị tần số âm hertz (Hz) Hz chu kỳ giây Người ta biểu thị tần số cao kilohertz (1 kHz = 1000Hz ) megahertz ( Mhz; 1Mhz = 1.000.000 Hz ) Trong tự nhiên, tần số âm trải rộng từ 1Hz tới 100.000Hz ( 100 Khz) Khả nghe người giới hạn khoảng 20 – 20000 Hz Siêu âm khác âm nghe mặt tần số, cao gấp 500 tới 1000 lần âm nghe Tần số sóng âm sử dụng chẩn đoán thường nằm khoảng đến 15 MHz, tần số cao 50 đến 60 MHz nghiên cứu số ứng dụng hình ảnh học chuyên biệt Nhìn chung, tần số sử dụng hình ảnh học siêu âm cao ứng dụng Doppler Ngoài mặt tần số, chung nguyên tắc ứng dụng âm Sư lan truyền âm Phần lớn ứng dụng lâm sàng siêu âm sử dụng xung lượng ngắn truyền vào thể lan qua mơ Các sóng âm mang áp lực truyền theo hướng thẳng góc với phương dao động phần tử mơi trường (sóng ngang) mơ dịch, sóng lan trùng với phương dao động phần tử (sóng dọc) Tốc độ sóng lan truyền qua mơ biến đổi nhiều tùy thuộc tính vật lý mơ mà sóng qua, Tốc độ lan truyền bị chi phối chủ yếu độ kháng môi trường với lực nén, Độ kháng lại phụ thuộc vào tỷ trọng môi trường độ cứng hay độ đàn hồi Tốc độ lan truyền tăng độ cứng tăng giảm tỷ trọng tăng, Trong thể người, tốc độ lan truyền xem số mơ khơng bị tần số hay độ dài sóng âm chi phối Hình 1-2 cho thấy tốc độ lan truyền chuẩn số vật liệu Tốc độ lan truyền âm thể người khoảng 1540 m/giây Đây giá trị trung bình từ mơ bình thường Mặc dù giá trị đặc trưng phần lớn mô, số mô đặc biệt phổi thơng khí mỡ có tốc độ lan truyền âm thấp 1540 m/s số khác xương có tốc độ lan truyền cao Chính khác biệt tốc độ mà máy siêu âm đo số mơ bình thường dẫn tới sai lệch hiển thị qua ảnh giả ( Hình 1-3 ) Tốc độ lan truyền sóng âm c liên quan tới tần số độ dài sóng qua biểu thức sau: c = f.ƛ (1) Như vậy, tần số MHz có độ dài sóng mô 0,308mm ƛ = c/f = 1540m.s-1 / 5.000.000 s-1 = 0.000308 m = 0.308mm Đo đạc khoảng cách Tốc độ lan truyền giá trị đặc biệt quan trọng ứng dụng lâm sàng siêu âm mang tính định để xác định khoảng cách từ đầu dò tới giao diện máy phản chiếu Chính tính tốn thời gian giúp siêu âm thu thập thơng tin Một sóng siêu âm truyền vào thể, thời gian phản hồi ghi nhận, dễ dàng tính độ sâu giao diện nơi phát sinh phản âm dựa tốc độ lan truyền sóng mơ biết Thí dụ, thời gian từ lúc phát sóng siêu âm đến nhận phản âm 0,05 ms, tốc độ lan truyền âm 1540 m/s , khoảng đường sóng âm 7,7 cm ( 154000 0,00005 = 7,7 cm) Vì thời gian đo gồm thời gian sóng âm đến giao diện trở đầu dò đường cũ nên khoảng cách từ đầu dò đến giao diện 7,7 : = 3,85 cm Độ xác việc đo đạc tùy thuộc vào chênh lệnh nhiều hay tốc độ ước định với tốc độ lan truyền thực sóng âm mơ khảo sát ( xem Hình 1-2 1-3 ) Trở kháng âm Các đầu dò siêu âm hành dựa khản phát hiển thị âm phản hồi , tức phản âm (Hình ảnh học dựa lan truyền sóng siêu âm ứng dụng lâm sàng không ) Để sinh phản âm, cần có giao diện phản chiếu Âm qua môi trường hồn tồn đồng khơng gặp phải giao diện để phản chiếu môi trường lên phản âm, tức dạng nang Nơi tiếp giáp mơi trường có tính chất vật lý khác giao diện âm Chúng tạo nên phản chiếu mức độ khác lượng âm tới Như vậy, sóng siêu âm từ mô sang mô khác hay gặp phải thành mạch máu tế bào máu lưu thông, phần lượng âm truyền đến phản hồi Lượng phản âm hay phân tán trở lại nhiều tùy vào khác biệt độ trở kháng âm vật chất tạo nên giao diện Độ trở kháng âm, Z , tính tỷ trọng p mơi trường sóng lan qua tốc độ lan truyền c sóng âm mơi trường ( Z= pc ) Tại giao diện hai mơi trường có độ chênh lệch lớn độ trở kháng âm mơ với khí với xương, lượng phản hồi gần hồn tồn, cịn độ khác biệt hơn, phần lượng tới phản hồi, phần lại tiếp tục tới Tương tự tốc độ lan truyền, độ trở kháng âm hoàn toàn độc lập với tần số sóng mà tỉ lệ thuộc vào tính chất vật lý mơ mà sóng lan qua Sự phản hồi Khi gặp giao diện âm, hình thức sóng phản chiếu tùy vào kích thước tính chất bề mặt giao diện ( Hình 1-5 ) Một giao diện rộng tương đối trơn láng, phản hồi âm tựa gương soi phản chiếu ánh sáng Những giao diện gọi mặt phản xạ phản hồi khơng khác gương soi Những thí dụ mặt phản xạ gồm vịm hồnh, thành bàng quang căng đầy nước tiểu nội mạc tử cung Lượng lượng phản xạ từ giao diện âm phần lượng tới xác định hệ số phản hồi R Nếu chùm sóng tới thẳng góc với mặt phản xạ, lượng lượng phản hồi tính biểu thức sau: R = (Z2 – Z1 )2/(Z2 + Z1)2 (2) Trong Z1 Z2 độ trở kháng âm mơi trường tạo nên giao diện Vì đầu dị phát sóng phản xạ trở lại đầu dò, việc hiển thị giao diện lệ thuộc nhiều vào góc phản âm Các mặt phản xạ phát sinh sóng phản âm chùm âm tới thẳng góc với giao diện Nếu chùm sóng tới khơng tạo góc vng với giao diện, sóng phản xạ xa đầu dị khơng phát phản âm ( Xem hình 1-5 A ) Phần lớn phản âm thể không sinh từ mặt phản xạ mà từ nhiều giao diện nhỏ nhiều rải rác bên tạng đặc Kích thước chúng nhỏ nhiều so với độ dài sóng sóng âm tới Sóng phản hồi theo hướng Những giao diện gọi mặt phản hồi khuếch toán yếu tố tạo nên hình thái phản âm khác tạng đặc mô (xem Hình 1-5 B) Trong số ứng dụng chẩn đốn, chất cấu trúc phản hồi tạo nên mâu thuẫn quan trọng Thí dụ, muốn thấy rõ thành mạch máu, sóng tới phải tạo góc 90º Trong đó, hình ảnh học Doppler địi hỏi góc tạo sóng tới với mạch máu phải nhỏ 90º Sự khúc xạ Một tượng khác xảy sóng âm từ mơ sang mô khác mà tốc độ lan truyền môi trường sau cao thấp so với mơi trường trước, đổi chiều hướng sóng tới tiếp tục Sự đổi chiều gọi khúc xạ tuân theo luật Snell : Sinθ1/sinθ2 = c1 / c2 (3) Trong θ1 góc sóng tới tạo với giao diện, θ góc khúc xạ, c1 c2 tốc độ sóng âm lan truyền mô tạo nên giao diện ( Hình 1-6) Hiện tượng khúc xạ quan trọng nguyên nhân gây hiển thị sai lệch hình ảnh siêu âm cấu trúc ( Hình 1-7 ) Khi đầu dị nhận sóng phản âm, ước định vật phát nằm hướng cố định nhìn từ đầu dị Nếu sóng bị khúc xạ, phản âm nhận hình ảnh hiển thị thực xuất phát từ độ sâu hay vị trí khác cho thẳng góc với giao diện làm tượng làm ảnh giả giảm Độ giảm thấu Khi lượng âm truyền môi trường đồng nhất, tác động xảy lượng chủ yếu truyền dạng nhiệt độ Khả thực tác động lệ thuộc số lượng lượng âm sinh Công suất âm, biểu thị watt (W) milliwatt (mW) số lượng âm sinh đơn vị thời gian, Mặc dù đo cơng suất cho biết tương quan lượng với thời gian thực khơng liên quan tới phân bố lượng không gian Cường độ dùng để khả phân bố lượng không gian Cường độ, I, tỷ số công suất với độ rộng vùng phân bố I(w/cm2) = Công suất (w) / Vùng (cm2) (4) Khi sóng âm qua mơ, độ giảm thấu lượng yếu tố quan trọng ứng dụng lâm sàng ảnh hưởng độ sâu qua mơ tức liên quan tới thông tin thu thập Điều lại liên quan tới việc chọn lựa đầu dị việc điều chỉnh hàng loạt thơng số cài đặt 26 Trong đa số ứng dụng lâm sàng, hướng sóng thực hướng trái ngược với chiều dòng chảy, sóng siêu âm thường tiến vật di chuyển theo góc gọi góc Doppler (Hình 1-21, B) Trong trường hợp này, biến thiên tần số  F giảm tỷ lệ với cos góc Như F  ( FR  FT )  (2 FT v / c) cos  Trong  góc tạo trục dịng chảy với chùm sóng tới Nếu đo góc Doppler, ta ước lượng tốc độ dịng chảy Muốn đo tốc độ xác địi hỏi phải đo xác biến thiên tần số Doppler lẫn góc tới chùm sóng Nếu góc Doppler gần 90 0, cos  gần Nếu góc tới 90 , khơng có chuyển động tương đối vật tới xa đầu dị nghĩa khơng có biến thiên tần số Doppler (Hình 1-22) 27 Vì 600, biến đổi cosin xảy nhanh nên đo dạc thực góc nhỏ 60 Trên 600, biến đổi nhỏ góc Doppler thường kèm thay đổi lớn cos  dẫn tới tốc độ ước lượng có sai số lớn Như vậy, sai sót nhỏ góc Doppler tạo sai sót lớn ước lượng tốc độ Những nhận xét quan trọng sử dụng máy duplex màu dòng chảy Thu hình ảnh tối ưu thành mạch trục đầu dị vng góc với thành mạch kho khác biệt tần số Doppler thu tối đa kho trục đầu dò tạo với chiều dòng chảy góc tương đối nhỏ Khi thăm khám mạch máu ngoại biên, cần có máy điều chỉnh tần số Doppler theo góc Doppler để có tốc độ Việc cho phép liệu thu từ máy có tần số Doppler khác nhay so sánh loại trừ sai sót lý giải thơng tin số thu từ góc Doppler khác Khi khám bụng, người ta khuyên nên đo tốc độ từ góc điều chỉnh để định tính dịng chảy dùng liệu biến thiên tần số Doppler Mối hỗ tương tần số đầu dị, FT góc Doppler, với biên thiên tần số Doppler tốc độ di chuyển vật biểu thị phương trình Doppler, quan trọng sử dụng máy Doppler lâm sàng Xử lý hiển thị tín hiệu Doppler Nhiều tùy chọn để xử lý biến thiên tần số Doppler  F thu thập thông tin liên quan tới chiều tốc độ dòng máu Biến thiên tần số Doppler thu nằm dải tần số âm thi Tai phân tích tín hiệu nghe thấy này, người thực siêu âm đào tạo để nhận định số đặc tính dịng chảy Thông thường, liệu Dopple hiển thị dạng đường biểu diễn thời gian phổ tần số phản âm Biểu thức Fourier dùng để phân tích tần số Phổ tần số Doppler sau biểu thị biển thiên theo thời gian tần 28 số Doppler ghi thể tích mẫu, đường viền phổ hiển thị tần số tối đa thời điểm, bề rộng phổ thời điểm biểu thị dải tần số ghi (Hình 123, A) Đối với nhiều máy, biên độ tần số hiển thị theo thang xám Khi diện số lượng lớn tần số khác thời điểm chu kỳ tim, người ta gọi xóa cửa sổ phổ (spectral broadening) Trong máy hình ảnh học Doppler màu, thông tin tốc độ hiển thị tính chất hình ảnh (Hình 1-23, B) Ngoài việc phát biến thiên Doppler từ điểm ảnh, máy cịn cung cấp phạm vi nhỏ để dùng Doppler xung kèm với phân tích phổ để hiển thị đủ liệu Doppler Dụng cụ Doppler Trái nghịch với siêu âm mode A, M mode B theo thang xám, thông tin thu từ giao diện mô, dụng cụ Doppler thiên thơng tin dịng chảy Các máy Doppler đơn giẩn sử dụng sóng liên tục hai đầu dị phát sóng thu âm liên tục (CW Doppler) Các chùm sóng phát nhận chồng thể tích độ sâu từ bề mặt đầu dị (Hình 1-24, A) Mặc dù xác định chiều dịng chảy CW Doppler, dụng cụ không cho phép phân biệt chuyển động từ độ sâu thay đổi nguồn tỉn hiệu phát khẳng định cách chắn Nhờ rẻ tiền di chuyển dễ dàng, thuở đầu, CW Doppler dùng giường phòng mổ giúp khẳng định có dịng chảu hay khơng mạch máu nơng Do hạn chế CW Doppler, đa số máy áp dụng kỹ thuật Doppler xung với cổng lấy mẫu Khác CW Doppler, máy Doppler xung phát xung lượng ngắn (Hình 1-24, B) Xung âm tạo nên khoảng cách thời gian phát nhận âm, từ xác định độ sâu vật phản xạ Trong hệ thống Doppler xung, thể tích mẫu hay cổng thu liệu kiểm soát hình dáng, 29 độ sâu vị trí Khi kết hợp với hình ảnh học 2D, mode B, hiển thị tức thời dạng máy duplex, người ta kiểm sốt thấy vị trí cổng Doppler hình Kiểu siêu âm Doppler thơng dụng hình ảnh học Doppler dịng màu (Hình 1-25, A).7 Trong máy này, thơng tin dịng chảy phần hình ảnh Các vật tĩnh hay di chuyển chậm tảng hình ảnh mode B Pha tín hiệu cho thơng 30 tin diện chiều chuyển động biến đổi tần số tín hiệu phản âm liên quan tới tốc độ vật khảo sát Tín hiệu phản hồi từ hồng cầu thể màu tùy theo hướng di chuyển chúng phía hay xa đầu dò độ bão hòa màu dùng để tốc độ tương đối hồng cầu chuyển động Hình ảnh học Doppler màu phát triển thành siêu âm duplex thường quy mang lại thêm nhiều khả Việc sử dụng độ bảo hòa màu để hiển thị biến thiên tần số Doppler cho phép ước lượng phần dịng chảy với điều kiện nắm biến thiên góc Doppler Hiển thị dịng chảy tồn hình ảnh giúp xác định vị trí hướng mạch máu cần khảo sát vào lúc Từ đó, người ta hiển thị rối dịng chảy nhỏ khu trú mạch máu, chìa khóa cho kết luận hẹp máu nhận định tính chất không thành mạch mảnh xơ vữa, chấn thương bệnh lý khác Phải quan sát dòng chảy điểm mạch máu khơng sợ bỏ sót tia nơi hẹp dịng xốy khu trú Độ tương phản dịng chảy bên lòng mạch (1) cho phép thấy mạch nhỏ mà bình thường khơng thấy máy siêu âm thường (2) tăng độ rõ nơi thành mạch khơng Hình ảnh học Doppler màu giúp xác định xác chiều dịng chảy với đo góc Doppler Hạn chế Doppler màu lệ thuộc góc, tượng vượt ngưỡng (aliasing), khơng thể hiển thị tồn phổ Doppler hình ảnh ảnh giả nhiễu sình Doppler lượng Một cách khác để hiển thị thông tin tần số với Doppler màu dùng đồ màu hiển thị cơng suất tín hiệu Doppler thay chuyển dịch tần số trung bình (Hình 1-25, B).8 Hình ảnh khơng cung cấp thơng tin chiều vận tốc dòng chảy Doppler lượng khơng lệ thuộc nhiều vào góc Doppler Doppler màu Trái nghịch với Doppler màu nhiễu lên chỗ màu gì, Doppler lượng làm cho nhiễu tạo nên màu đồng khơng ảnh hưởng tới hình ảnh Nhờ sử dụng tối đa dải động máy, giúp điều chỉnh gain việc phát dòng chảy tăng độ nhạy cảm với dòng chảy 31 32 Lý giải tín hiệu Doppler Phải đánh giá liệu Doppler phổ hình ảnh màu bao gồm chuyển dịch Doppler tần số biên độ, góc Doppler, phân bố tần số khơng gian mạch máu biến thiên tín hiệu tạm thời Vì tín hiệu Dopplẻ khơng mang ý nghĩa giải phẫu nào, người thực phải lý giải tín hiệu Doppler xác định chất tồn cảnh Phát hiên biến thiên tần số Doppler đồng nghĩa với chuyển động vật khảo sát tức với diện dòng chảy Dấu hiệu biến thiên tần số (dương âm) cho biết chiều tương đối dòng chảy so với đầu dò Hẹp mạch máu điển hình thường kèm với dịch chuyển Doppler rộng tâm thu lẫn tâm trương nơi hẹp dịng xốy sâu nơi hẹp 33 Đối với mạch máu ngoại biên, phân tích biến đổi Doppler cho phép dự đốn xác mức độ hẹp mạch máu Hơn nữa, phân tích biến đổi vận tốc dịng máu theo thời gian biểu phổ Doppler giúp thu thập thông tin kháng lực mạng mạch máu phía xa dịng chảy Hình 1-27 thí dụ minh họa biến đổi phổ Doppler biến đổi sinh lý kháng lực mạng mạch xa động mạch cánh tay bình thường Trong hình 1-27, A, người ta bơm máy đo huyết áp cánh tay lên mức tâm thu để ngăn không cho máu đến nhánh xa động mạch cánh tay Việc làm giảm biên độ tâm thu cắt đứt dịng tâm thu Hình 1-27, B, cho thấy đường biểu diễn sóng độnh mạch cánh tay sau kết thúc phút ép chặt Trong thời gian thiều máu bơm căng túi cao su để làm nghẽn mạch cẳng tay, giãn mạch xảy Phổ Doppler phản ánh mạng mạch máu xa có kháng lực thấp với tăng biên độ tâm thu dịng nhanh sang tâm trương Chỉ số Doppler tỷ số tâm thu/tâm trương, số kháng, số nhịp đập, so sánh dòng tâm thu tâm trương, cung cấp số kháng lực mạng mạch ngoại biên dùng để đánh giá độ tưới máu thận ghép, tử cung Như vậy, siêu âm Doppler giúp nhận định mạch máu, xác định chiều dòng chảy, đánh giá hẹp tắc định tính dịng chảy tới tạng u Phân tích biến thiên tần số Doppler theo thời gian giúp kết luận hẹp đoạn gần kháng lực mạng mạch xa Đa số cơng trình sử dụng hình ảnh học Doppler xung nhấn mạnh đến khả phát chỗ hẹp, huyết khối rối loạn dòng chảy, chủ yếu động mạch tĩnh mạch ngoại biên Trong ứng dụng này, tảng việc phân tích đo tần số đỉnh tâm thu, cuối tâm trương vận tốc, phân tích phổ Doppler tính toán số tỉ số tần số vận tốc Những biến đổi phổ thể qua số so sánh dòng tâm thu tâm trương cung cấp nhận định kháng lực đưa đến nhận định số bệnh lý (Hình 1-28) Biến đổi chí số quan trọng tình trạng thải ghép tạng sớm, rối loạn chức nhu mơ bệnh lý ác tính Mặc dù số hữu ích, ta cần ghi nhớ việc đo đạc không bị ảnh hưởng kháng lực mạch ngoại biên mà nhiều yếu tố khác, bao gồm nhịp tim, huyết áp, độ dài độ đàn hồi thành mạch chèn ép tạng từ Khi lý giải phải ý đến tất giá trị Mặc dù hình ảnh Doppler màu giúp cho việc lý giải dễ dàng hơn, tính phức tạp hình Doppler màu thực lại hình ảnh yêu cầu nhiều hình phổ Doppler đơn giản để dánh giá Tuy nhiên, hình ảnh Doppler màu có nhiều ưu điểm hình ảnh học duplex Doppler xung liệu tho thuộc phần nhỏ vùng cần khảo sát Để tin tưởng khảo sát Doppler thường quy có độ nhạy cảm độ chuyên biệt phát hiên rối loạn dòng chảy, cần thực nghiên cứu có phương pháp đặt mẫu nhiều vị trí vùng cần khảo sát Các dụng cụ Doppler màu cho phép đồng thời đặt mẫu nhiều nơi bớt nhạy với sai sót Một số nhận xét khác kỹ thuật Mặc dù nhiều vấn đề ảnh giả gặp hình ảnh học mode B, bóng lưng, gặp siêu âm Doppler, phát hiển thị thông tin tần số liên quan tới vật di chuyển hình thành nhóm nhận xét đặc biệt kỹ thuật mà không gặp kiểu siêu âm khác Hiểu biết nguồn gốc ảnh ảnh hưởng chúng lên phân tích số đo dòng chảy quan trọng Các nguồn gốc sinh ảnh giả Doppler bao gồm sau Tần số Doppler Mục đích sơ khởi Dopplẻ đo xác đặc tính dòng bên cấu trúc mạch máu Các hồng cầu di chuyển nguồn gốc tín hiệu Doppler giữ vai trò điểm khuếch tán mặt phản xạ Sự tương tác dẫn tới hậu 34 cường độ âm khuếch tán thay đổi theo tỷ lệ lũy thừa bốn tần số Điều cóa ý nghĩa chọn tần số cho khảo sat Tần số tăng cải thiện độ nhạy Doppler tăng độ giảm thấu mô kết không xuyên thấu sau Cân nhắc thận trọng độ nhạy độ xuyên thấu, người ta thường dùng đầu dò đến 3,5 MHz Lọc thành Các dụng cụ Doppler phát chuyển động khơng từ hồng cầu mà cịn từ cấu trúc lân cận Để loại bỏ tín hiệu tần số thấp này, đa số máy sử dụng lọc gọi lọc “thành” lấy tất tín hiệu thấp ngưỡng tần số định sẵn Tuy hiệu việc loại trừ nhiễu tần số thấp, lọc lấy đí tín hiệu từ dịng máu vận tốc thấp (Hình 1-29) Trong số tình lâm sàng, đo vận tốc thấp quan trọng nên lựa chọn lọc khơng làm sai lạc nghiêm trọng kết lý giải Thí dụ, khơng phát dòng tĩnh mạch vận tốc thấp dùng lọc khơng xác khơng hiển thị dịng tâm trương có vận tốc thấp làm tính toán sai số Doppler số tâm thu/tâm trương số kháng Nhìn chung, phải lựa lọc mức thấp nhất, thường khoảng 50 đến 100 Hz Xóa cửa sổ phổ tương ứng với diện dải rộng vận tốc dòng điểm chu kì xung tiêu chuẩn quan trọng hẹp mạch khít Gain gệ thống cao biến đổi dải động hiển thị theo thang xám phổ Doppler gợi ý mở rộng phổ; đặt gain ngược lại làm tượng phổ rộng dẫn tới chẩn đốn khơng Mở rộng phổ gặp chọn thể tích mẫu rộng đặt thể tích mẫu q gần với thành mạch dịng có tốc độ thấp (Hình 1-30) 35 Vượt ngưỡng (aliasing) Đây ảnh giả phát sinh từ việc mơ hồ trng đo đạc biến thiên tần số cao Để bảo đảm mẫu sinh từ độ sâu chọn sẵn dùng hệ thống Doppler xung, cần chờ phản âm từ vùng khảo sát trở trước phát xung Điều giới hạn khả xử lý xung, dùng PRF thấp cho độ sâu lớn PRF đồng nghĩa với độ rõ ràng độ sâu tối đa Nết PRF nhỏ hai lần biến thiên tần số tối đa sinh từ vật di chuyển (giới hạn Nyquist), aliasing xáy Hình 1-31 minh họa nguồn gốc aliasing Khi PRF nhỏ hai lần dịch chuyển tần số phát hiện, hiển thị biến thiên tần số thấp thực Vì cần PRF nhỏ để đến mạch sâu, nết có vận tốc dịng cao, tín hiệu từ mạch sâu bụng có khuynh hướng aliasing (Hình 1-31, C D) Có thể giảm aliasing cách tăng PRF, tăng góc Doppler (Hình 1-31, D) (như giảm biến thiên tần số) cách dùng đầu dị có tần số thấp 36 Góc Doppler Khi đo Doppler, cần điều chỉnh lại góc Doppler hiển thị số đo vận tốc Các số đo độc lập với tần số Doppler Độ xác tốc độ ước lượng Doppler 37 tùy thuộc nhiều vào mực xác việc đo góc Doppler Điều quan trọng góc Doppler vượt 600 Nói chung, cố gắng giữ cho góc Doppler 60 0hoặc thấp thay đổi nỏ góc Doppler 600 lại làm thay đổi đáng kể vận tốc đo đo đạc khơng xác đẫn tới sai số tốc độ lớn góc Doppler nhỏ Kích thước thể tích mẫu Trong hệ thống Doppler xung, độ dài thể tích mẫu Doppler người thực kiểm sốt cịn độ rộng lệ thuộc tính chất chùm sóng Phân tích tín hiệu Doppler địi hỏi điều chỉnh thể tích mẫu để loại trừ tối đa nhiễu ngồi ý muốn từ thành mạch Các kiểu hoạt động: Ứng dụng lâm sàng Các máy siêu âm hoạt động nhiều kiểu, gồm thời gian thực, Doppler màu, Doppler phổ hình ảnh học mode M Hình ảnh tùy thuộc kiểu hoạt động Khi quét, xung siêu âm phát từ đầu dò chuyển thành đường ngắm di chuyển đổi hướng quét theo chuỗi để sinh hình ảnh Điều có nghĩa số lượng xung siêu âm đến điểm thể bệnh nhân sau quãng thời gian tương đối nhỏ lượng tương đối nhỏ đặt vị trí Ngược lại, hình ảnh học Doppler phổ kiểu hoạt động khơng qt nhiều xung siêu âm phát lặp lặp lại dọc theo đường thẳng để thu thập liệu Doppler Trong kiểu này, chùm sóng cố định dẫn tới khuynh hướng làm nóng đáng kể Trong hình ảnh học, PRF thường vài ngàn hertz vói xung ngắn Thời gian xung Doppler dài so với kiểu hình ảnh học khác Ngồi ra, để tranh aliasing ảnh giả khác Doppler, thường cần dùng PRF cao Thời gian xung dài PRF cao làm cho thông số cao tăng lượng lượng dùng để quét Doppler màu có điều kiện hoạt động nằm hình ảnh học thời gian thực hình ảnh học Doppler Doppler màu có khuynh hướng sử dụng xung dài Mỗi người thực phải biết rõ bật từ chế độ hình ảnh sang chế độ Doppler làm thay đổi điều kiện khảo sát tiềm tàng hiệu sinh học Với máy hành hình ảnh, tác dụng sinh học thường nhỏ khơng dùng tới cường độ gây nhiệt Siêu âm Doppler tiềm tàng hiệu nhiệt lớn Kiểm tra bươc đầu số máy cho thấy nhiệt độ tăng 0C giao diện mô mềm/xương nễu giữ nguyên vùng hội tụ Do đó, phải lưu ý khảo sát Doppler gần giao diện mô mềm/xương sản phụ vào tam cá nguyệt thứ hai thứ ba Trong ứng dụng này, phải nhớ nguyên tắc ALARA (as low as reasonably achievable, thấp đủ để hoạt động), người thực nên dùng yếu tố âm thấp mà đủ thu liệu cho chẩn đốn Có cần quan tâm tới tác dụng sinh học? Mặc dù rõ ràng bác sĩ thực phải biết tác dụng sinh học xếp vào vị trí thứ yếu một yếu tố quan trọng khác cho việc sử dụng an tồn người thực Kiến thức kỹ người thực đình quan trọng tỷ lệ nguy cơ-lợi ích sử dụng siêu âm để khảo sát tình lâm sàng chun biệt Thí dụ, nhấn mạnh không tưởng nguy làm lưỡng lự cho định siêu âm, hậu đưa bệnh nhân làm khảo sát khác có hại Sự khéo léo kinh nghiệm người thực lý giải kết khảo sát giữ ảnh hưởng lên hiệu tồn diện khảo sát Về khía cạnh phát triển nhanh chóng siêu âm tràn lan bàn tay nahf lâm sàng đào tạo ít, dường bệnh nhân chịu thiệt nhiều chẩn đốn thiếu sót từ định khơng đúng, kỹ thuật khảo sát sai sót 38 lý giải Điều hại hiệu sinh học Khơng chẩn đốn bất thường rõ rệt bỏ sót chẩn đốn thai tử cung nguy hiểm thực thực vậy, người thực không đào tạo đủ cỏ thể mối nguy hiểm hành chẩn đoán siêu âm Để kết luận, hiểu biết tác dụng sinh học thiết yếu để sử dụng cẩn thận quan trọng để bảo đảm có hiệu nhiều nhát cho chẩn đoán Mọi người sử dụng máy siêu âm phải cẩn thận: phải nắm vững đầy đủ nguy tiềm tàng lợi ích rõ rệt siêu âm phương pháp khác Với thơng tin đó, người thực điều chỉnh thông số khảo sát áp dụng nguyên tắc ALARA tránh tối đa điều kiện có hại cho bệnh nhân giữ mục tiêu chẩn đoán 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Âm học Chivers RC, Parry RJ Ultrasonic velocity and attenuation in mammalian tissues J Acoust Soc Am 1978;63: 940 – 953 Goss SA, Johnston RL, Dunn F Comprehensive compilation of empirical properties of mammalian tissues J Acoust Soc Am 1978;64: 423 – 457 Merritt CRB, Kremkau FW, Hobbins JC Diagnostic Ultrasound: Bioeffects and Safety Ultrasound in Obstetrics and Gynecology Dụng cụ Merritt CRB Doppler US: The basics Radiographics 1994:11:109-119 Các bẫy hình ảnh Burns BN Interpretation and analysis of Doppler singnals Siêu âm Doppler Merritt CRB Doppler color flow imaging 40 ... người thực siêu âm phải hiểu phương pháp tạo liệu siêu âm, lý thuyết thao tác dụng cụ để xử lý, lý giải lưu trữ hình ảnh lầm áp dụng lâm sang Chương cung cấp khái quát tính chất vật lý sóng âm, hình... liệu lý giải lệch lạc ảnh giả Cả hình học siêu âm siêu âm Doppler dựa tượng phân tán lương âm giao diện vật chất có chất khác diện thể Chính biên độ lượng phản chiếu tạo nên hình ảnh siêu âm độ... hình ảnh học siêu âm, cách phát dòng chảy, dụng cụ cần thiết với số điểm nhấn mạnh cần lưu tâm thực hành lâm sàng Chương I: ÂM HỌC CĂN BẢN Độ dài sóng Tần số Âm kết lan truyền lượng âm vật chất