Nghiên cứu về công nghệ fibroscan trong kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô gan và ứng dụng thực tiễn trong chẩn đoán và điều trị tại bệnh viện hữu nghị việt đức

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu công nghệ FibroScan kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô gan ứng dụng thực tiễn chẩn đoán điều trị Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức NGUYỄN ANH ĐỨC Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Duy Hải Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu công nghệ FibroScan kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô gan ứng dụng thực tiễn chẩn đoán điều trị Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức NGUYỄN ANH ĐỨC Ngành Kỹ thuật Y sinh Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Duy Hải Trường: Điện – Điện tử HÀ NỘI, 2022 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Anh Đức Đề tài luận văn: Nghiên cứu công nghệ FibroScan kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô gan ứng dụng thực tiễn chẩn đoán điều trị Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức Ngành: Kỹ thuật y sinh Mã số HV: 20202194M Tác giả, người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 08 tháng 10 năm 2022 với nội dung sau: Đã chỉnh sửa lỗi tả, lỗi chế Đã chỉnh sửa, bổ sung trích dẫn tài liệu tham khảo hình ảnh Đã bổ sung danh mục tài liệu tham khảo mục “Tài liệu tham khảo” Đã trình bày lại theo quy định thể thức luân văn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Giảng viên hướng dẫn PGS.TS Vũ Duy Hải Tác giả luận văn Nguyễn Anh Đức CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Phan Kiên LỜI CẢM ƠN Dưới hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Duy Hải, luận văn: “Nghiên cứu công nghệ FibroScan kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô gan ứng dụng thực tiễn chẩn đoán điều trị Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức” hoàn thành Trước hết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Duy Hải tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin gửi lời cảm đến ơn thầy, giáo tận tình truyền đạt kiến thức quan trọng bổ ích suốt trình học tập trường Đại học Bách khoa Hà Nội Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn y bác sĩ Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức, đặc biệt GS.TS Trần Bình Giang, TS Phạm Gia Anh, TS Nguyễn Sỹ Lánh ThS Nguyễn Lan Hương tạo điều kiện sở liệu vật chất, góp phần hồn thành khóa luận tốt nghiệp Thêm vào đó, xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo phòng người đồng nghiệp tơi Phịng Vật tư-Thiết bị y tế, Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức hỗ trợ cho tơi có hội nghiên cứu đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ tơi, tới gia đình bạn bè - người ủng hộ, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình học tập qua Khóa luận tơi cịn hạn chế lực thiếu sót q trình nghiên cứu Tơi xin lắng nghe tiếp thu ý kiến giáo viên phản biện để hoàn thiện, bổ sung kiến thức Cuối cùng, xin kính chúc thầy giáo Ban lãnh đạo phòng ban chức Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dồi sức khỏe thành công nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Anh Đức MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN ĐIỀU TRỊ BỆNH XƠ GAN 1.1 Giới thiệu chung bệnh xơ gan 1.1.1 Xơ gan gì? 1.1.2 Các giai đoạn xơ gan 1.1.3 Điều trị bệnh xơ gan 1.1.4 Sự cần thiết đánh giá xơ hóa gan 1.2 Các kỹ thuật sử dụng chẩn đoán điều trị xơ gan .10 1.2.1 Phương pháp xâm lấn 10 1.2.2 Phương pháp không xâm lấn 12 1.2.3 So sánh kỹ thuật xâm lấn với khơng xâm lấn chẩn đốn điều trị xơ gan 17 CHƯƠNG 2.KỸ THUẬT SIÊU ÂM ĐÀN HỒI MÔ 19 2.1 Cơ sở lý thuyết vật lý 19 2.1.1 Khái niệm độ cứng mức biến dạng - đặc tính đàn hồi 19 2.1.2 Sự đàn hồi mô .21 2.2 Kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô 24 2.2.1 Giới thiệu .24 2.2.2 Tạo hình đàn hồi 26 2.2.3 Các kỹ thuật siêu âm đàn hồi mô 29 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ FIBROSCAN VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU TRỊ TẠI KHOA UNG BƯỚU CỦA BỆNH VIỆN HỮU NGHỊ VIỆT ĐỨC .40 3.1 Giới thiệu chung 40 3.2 Nguyên lý kỹ thuật 44 3.2.1 Cấu tạo máy 44 3.2.2 Nguyên lý kỹ thuật đầu dò đo độ đàn hồi biến dạng 45 3.2.3 Sự lan truyền kích thích tần số thấp 55 3.2.4 Tính tốn độ đàn hồi 56 3.2.5 Đánh giá kỹ thuật .58 3.2.6 Chức đo thông số suy giảm có kiểm sốt (Controlled Attenuation Parameter- CAP) 62 3.3 Kỹ thuật siêu âm đàn hồi thống qua có kiểm sốt rung (VCTE) máy FibroScan 67 3.3.1 Một số giới hạn thực kỹ thuật 68 3.3.3 Kỹ thuật siêu âm đàn hồi thống qua có kiểm sốt rung (VCTE) để dự đoán kết chẩn đoán liên quan đến gan 71 3.3.4 Sử dụng kỹ thuật siêu âm đàn hồi thoáng qua thực tế .73 3.4 Ứng dụng thực tiễn điều trị chẩn đoán điều trị Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức 74 3.4.1 Giới thiệu bệnh viện 74 3.4.2 Đề án nghiên cứu triển khai Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức 76 KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Các giai đoạn xơ gan [5] Hình 1-2 Các giai đoạn chuyển biến từ gan bình thường đến ung thư gan [6] Hình 1-3 Hình ảnh giai đoạn xơ gan từ F0 đến F4 Hình 1-4 Hình ảnh xơ gan bù xơ gan bù Hình 1-5 Bỏ rượu bia để điều trị bệnh xơ gan hiệu Hình 1-6 Xác định tổn thương gan để đánh giá mức độ bệnh [11] Hình 1-7 Mơ sinh thiết qua da 11 Hình 2-1 Lị xo có đặc tính đàn hồi .19 Hình 2-2 Sự biến dạng lò xo .19 Hình 2-3 Gan dạng mô mềm thể người 22 Hình 2-4 Ví dụ hình ảnh siêu âm đàn hồi mô 25 Hình 2-5 Kỹ thuật siêu âm đàn hồi tĩnh tái tạo lại biểu đồ đàn hồi “hình ảnh biến dạng” cách tính tốn biến dạng liên quan đến lực nén tĩnh người vận hành tác dụng lên mơ đầu dị siêu âm Tuy nhiên, điều kiện biên biến thiên ứng suất tác dụng, thông số quan trọng, khơng tính đến 26 Hình 2-6 a: sóng dọc (P) lan truyền biến thiên thể tích liên tiếp vật thể Độ dời vật thể song song với phương truyền với tốc độ VL Các sóng siêu âm sử dụng siêu âm sóng dọc Âm sóng dọc dải tần số nghe được; b: sóng biến dạng (S) lan truyền liên phương vng góc với phương truyền với tốc độ VS .27 Hình 2-7 Hitachi với chế độ “eMode” máy siêu âm Hi Vision 900 Siemens với chế độ “eSie Touch Elastography Imaging” máy siêu âm Acuson Antares phiên thương mại phương pháp siêu âm đàn hồi tĩnh: a: hình ảnh biến dạng ung thư biểu mơ; b: hình ảnh biến dạng tuyến giáp 30 Hình 2-8 Kỹ thuật đo rung dựa việc sử dụng hai chùm sóng siêu âm tần số gần tập trung vào điểm hình ảnh, hydrophone sau ghi lại sóng âm rung động mô gây lực xạ siêu âm Hình ảnh tạo cách quét vùng [26] 30 Hình 2-10 Máy rung tạo xung có tần số thấp (có thể điều chỉnh từ 10 Hz đến 500 Hz) mơ, tạo sóng biến dạng Đầu dò siêu âm, đặt máy rung, cho phép theo dõi, cách tương quan trục hạt siêu âm nghìn lần giây, lan truyền sóng biến dạng phụ thuộc vào độ sâu theo thời gian Sau tính tốc độ sóng biến dạng suy mô- đun Young mô 32 Hình 2-9 Áp lực xạ lực xạ siêu âm, làm cho trung tâm mơ dịch chuyển Việc nghiên cứu dịch chuyển, đặc biệt điểm nén cực đại thời gian giãn mơ, thu thông tin độ cứng mô Thông số dịch chuyển ước tính tương quan trục điểm siêu âm đường tương ứng tiêu điểm .32 Hình 2-11 So sánh (a) mô số học thông số thời gian/độ sâu (b) Thơng số thời gian/độ sâu bó lâm sàng Việc khai thác độ dốc cho phép tính tốc độ sóng cắt từ suy mơ-đun Young mơ [38] 33 Hình 2-12 a: thiết bị tái tạo hình ảnh tốc độ cao thiết kế cho thí nghiệm tái tạo hình ảnh qua đảo ngược thời gian; b: đầu dò siêu âm (4 MHz) đặt cố định máy rung cho phép tạo sóng biến dạng thống qua vật thể nghiên cứu 34 Hình 2-13 1: Đầu dị siêu âm, gắn máy rung, tạo xung tần số thấp vật thể (khoảng 50 Hz) Sóng biến dạng tạo đường biên đầu dò tiếp xúc với mặt phẳng tái tạo sóng bán phẳng truyền đi; 2: Thiết bị sau chuyển sang chế độ tái tạo hình ảnh tốc độ cao để theo dõi sóng biến dạng truyền qua vật thể 35 Hình 2-14 a: Siêu âm đàn hồi tuyến vú Một khối ung thư biểu mô tuyến thể độ cứng lớn hình ảnh đàn hồi sẫm màu hình ảnh siêu âm; b: hình ảnh siêu âm đàn hồi thứ hai tổn thương [45] 36 Hình 2-15 1: Các sóng siêu âm hội tụ liên tiếp độ sâu khác để tạo lực áp lực xạ Các giao thoa hình thành từ sóng biến dạng tạo thành nón Mach siêu âm (trong tốc độ từ nguồn lớn tốc độ sóng tạo ra) tạo nên sóng biến dạng bán phẳng; 2: Máy siêu âm sau chuyển sang chế độ tạo hình tốc độ cao để theo dõi sóng biến dạng truyền qua vật thể 37 Hình 2-16 Ung thư biểu mơ thâm nhiễm ống dẫn trứng Hình ảnh B-mode làm lên khối giảm phản âm với đường viền mờ với bóng mờ phía sau vùng tổn thương Tổn thương phân loại ACR5 Tạo hình đàn hồi mang lại hình ảnh lượng mô cứng với độ cứng 150 kPa (7,1 m/s) [50] .39 Hình 3-1 Máy FibroScan 502 Touch (Echosens) 40 Hình 3-2 Đầu dị siêu âm máy FibroScan (Echosens) 41 Hình 3-3 So sánh tín hiệu siêu âm liên tiếp để tính tốn biến dạng cục theo hàm liên quan thời gian không gian (Echosens) 41 Hình 3-4 Các giai đoạn xơ hóa gan theo thang điểm METAVIR hình ảnh xét nghiệm sinh thiết 43 Hình 3-5 Máy Fibroscan bao gồm đầu dò, hệ thống điện tử chuyên dụng phận điều khiển 44 Hình 3-6 Máy FibroScan 530, bao gồm: A Máy chính, B Bàn phím, C: Giá đỡ, D: Khóa cột giá đỡ, E: Bánh xe có khóa, F: Giá để đầu dò, G: Giá để lọ gel, H: Cột giá đỡ .45 Hình 3-7 Mơ hình chế độ truyền T1 đặt phía bên vật thể (mơ) 47 Hình 3-8 Hiệu ứng nhiễu xạ Tổng hợp sóng cắt phân cực ngang đến từ nguồn mở rộng làm sinh sóng cắt phân cực dọc trục máy rung 48 Hình 3-9 Chế độ phản xạ Đầu dò T2 gắn cố định vào trục rung .49 Hình 3-10 Kết vận tốc biến dạng mô đun biến dạng thu 100 đường RF độ sâu từ đến 90mm So sánh chế độ truyền chế độ phản xạ 51 Hình 3-11 Đầu dị siêu âm máy FibroScan 53 Hình 3-12 Các loại đầu dị máy FibroScan 53 Hình 3-13 Sự hoạt động đầu dị a) Piston dao động tạo sóng tần số thấp biên độ thấp b) Đầu dò siêu âm đặt piston mơ .54 Hình 3-15 Các đường RF thu tần số lặp lại 4000 Hz q trình lan truyền sóng đàn hồi tần số thấp 55 Hình 3-14 Biên độ đô đàn hồi dịch chuyển gan bệnh nhân hàm độ sâu thời gian Vận tốc sóng đàn hồi, VS, độ dốc hình sóng .55 Hình 3-16 Vị trí đặt đầu dị để đo độ đàn hồi gan 56 Hình 3-17 Phương pháp tính độ đàn hồi (độ cứng) mô gan .57 Hình 3-18 Bệnh nhân nằm ngửa đặt cánh tay phải sau đầu thực phép đo thăm khám điều trị máy FibroScan .58 Hình 3-19 Sự lan truyền sóng đàn hồi gan có cấp độ xơ hóa khác nhau: (a) F0, (b) F2, (c) F4 Các đường chấm trắng thể vận tốc truyền sóng biến dạng, có độ dốc tăng dần thể phân loại xơ hóa 59 Hình 3-20 Các phép đo độ đàn hồi cho cấp độ xơ hóa (trục tung thang đo logarit) Phía phân vị thứ 25 75 (tổng 100) Do đó, chiều dài hộp phạm vi liên phần tư (interquartile range- IQR) Đường kẻ ô biểu thị giá trị trung bình (phân vị thứ 50) Giá trị liền kề phía giá trị quan sát lớn nhỏ phân vị thứ 75 cộng với IQR 1,5 lần Giá trị liền kề phía giá trị quan sát nhỏ lớn phân vị thứ 25 trừ 1,5 lần IQR 59 Hình 3-21 Đường cong ROC (Receiver Operating Characteristic) thể độ đàn hồi gan cho tiên lượng METAVIR cấp cao F1, F2, F3 F4 Vùng