kỹ thuật siêu âm tim đánh dấu mô

1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong thực hành lâm sàng, một trong những vấn đề quan trọng mà các nhà tim mạch học quan tâm là đánh giá chức năng tim, bởi vì đánh giá chức năng tim không những liên quan đến việc lựa chọn chiến lược điều trị mà còn góp phần vào tiên lượng sống còn của bệnh nhân. Trong những thập kỷ qua, để đánh giá chức năng tim, siêu âm tim là phương pháp được lựa chọn đầu tiên, đặc biệt là siêu âm tim qua thành ngực. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trò của siêu âm tim qua thành ngực trong đánh giá chức năng tim. Trong thực hành, phương pháp đánh giá chức năng tim, đặc biệt là chức năng thất trái, thường được sử dụng là siêu âm M-mode và phương pháp Simpson. Các phương pháp này đánh giá chức năng thất trái bằng một chỉ số có tính chất định lượng là phân suất tống máu thất trái. Tuy nhiên thực tế nó chỉ là bán định lượng, có sự thay đổi khá nhiều giữa người đánh giá này và người đánh giá khác và giữa những lần đánh giá. Nó cung cấp một lượng giá chủ quan về bề dày lớp nội mạc, tiêu tốn thời gian, và có độ nhạy tương đối thấp trong việc phát hiện những bất thường kín đáo về co bóp cơ tim. Hơn nữa, đánh giá phân suất tống máu thất trái chủ yếu dựa vào hoạt động xuyên tâm cơ tim, ít cân nhắc đến biến dạng theo chiều dọc [41]. Gần đây, để khắc phục hạn chế của siêu âm M-mode và siêu âm 2D theo phương pháp Simpson trong đánh giá chức năng thất trái, siêu âm Doppler mô đã được đưa vào thực hành lâm sàng. Nó nhạy cảm hơn phân suất tống máu để phát hiện những bất thường kín đáo về chức năng thất trái, nhưng nó bị hạn chế với sự đo lường theo trục dọc và biến dạng theo hình nan hoa [33]. Mặt khác, phương pháp này phụ thuộc góc. Trong khi cơ tim biến dạng đồng thời theo ba chiều, và chỉ có biến dạng dọc theo chùm tia siêu âm mới có thể được đánh giá bằng hình ảnh Doppler mô [15]. Nếu góc âm thanh lớn hơn 20 độ, sự biến dạng xuất phát từ Doppler mô bị giới hạn một cách đáng 2 kể đáng kể [29]. Doppler mô cũng không thể phân biệt được chuyển động chủ động hay thụ động của cơ tim [29]. Siêu âm tim đánh dấu mô (speckle tracking echocardiography) là một thuật toán mới xuất hiện, nó có khả năng phân tích hình ảnh siêu âm tim trên 2D, không phụ thuộc góc, cung cấp một lượng giá khách quan và có khả năng tái lập lại về chức năng theo từng vùng và toàn bộ tim cơ tim [41]. Vì vậy, kỹ thuật siêu âm tim đánh dấu mô có thể đánh giá chức năng thất và sự suy giảm chức năng tim kín đáo cho dù phân suất tống máu bình thường. Kỹ thuật siêu âm tim đánh dấu mô ra đời mang đến một bước tiến mới cho ngành tim mạch nói riêng và y học nói chung. 3 2. LỊCH SỬ: Hình ảnh tốc độ biến dạng bằng Doppler mô được phát triễn ở Đại học khoa học và kỹ thuật Norwegian, Trondheim, Norway là luận án tiến sĩ, một về kỹ thuật, một về y khoa, và là kết quả của sự hợp tác nghiên cứu thành công giữa kỹ thuật và y khoa trong đánh giá chức năng thất trái (TT). Một trong những điểm quan trọng về chức năng trục dọc là hình ảnh tốc độ biến dạng theo trục dọc của thất trái. Nó làm phương pháp thô cho tất cả các đoạn của thất được đưa vào phân tích. Phương pháp có giá trị nguyên bản là mô hình cơ chế phối hợp với đại học Leuven, Belgium và được mô tả trong một bài báo từ Trondheim vào năm 1998 và năn 2000. Bài báo cơ bản bàn về độ tin cậy (1998), thông qua lâm sàng bằng cách so sánh với siêu âm tim và chụp động mạch vành. Giá trị của đo lường biến dạng (strain) từ tích phân tốc độ biến dạng (strain rate) được thực hiện ở Rikshospitalet, Oslo, Norway bằng cách so sánh với trắc vi âm thanh (ultrasonomicrometry) cho dù cơ bản nó chỉ là trung bình, với sự đồng thuận chưa cao chỉ khoảng 10% nhưng thực tế có mối tương quan tốt giữa hai phương pháp khi làm nghiên cứu. Nghiên cứu về sự biến dạng cơ tim trong nhồi máu cơ tim đầu tiên được thực hiện ở đại học Linköping và sau này ở Leuven [2]. Hình 2: Hai hình tốc độ biến dạng đầu tiên: bên trái là từ người bình thường, bên phải là từ bệnh nhân nhồi máu cơ tim thành dưới (inferior). Thang màu nguyên bản được chuyển đổi, strain rate dương tính cho màu đỏ, âm tính cho màu xanh da trời (nguồn: A. Støylen). 4 3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG [52]: Nguyên lý cơ bản của việc ước tính tốc độ trên hình siêu âm tim hai chiều (2D) dựa trên cơ sở của đánh dấu mô rất đơn giản: một đoạn nào đó của mô cơ tim thể hiện trên hình ảnh siêu âm như một mẫu gồm những phần tử có màu xám (hình 3.1). Hình 3.1: Một đoạn cơ tim thể hiện trong không gian với những phần tử có màu xám còn gọi là mô hình đốm (speckle pattern) trên hình ảnh siêu âm. Mô hình này là một đánh dấu về mặt âm thanh của mô. Bằng cách theo dõi sự chuyển động của các đốm, chúng ta có được sự chuyển động trên 2D của đoạn cơ tim đó.T- đầu dò [2]. Một mô hình được tạo ra từ sự phân bố trong không gian của các giá trị màu xám được gọi là một mô hình đốm. Mô hình này đặc trưng cho các mô cơ tim về mặt âm học và được xem như là một đơn vị của mỗi đoạn cơ tim. Vì 5 vậy, nó có thể đóng vai trò như là một dấu ấn ngón tay của đoạn cơ tim trong hình ảnh siêu âm. Nếu vị trí của đoạn cơ tim trên hình ảnh siêu âm tim thay đổi, vị trí của các đốm âm thanh sẽ thay đổi theo (hình 3.2). Do đó, việc theo dõi các cấu trúc âm thanh theo chu kỳ tim cho phép theo dõi sự chuyển động của vùng cơ tim này trên hình ảnh 2D. Đây là nguyên lý cơ bản của kỹ thuật siêu âm tim đánh dấu mô (speckle tracking echocardiography) (STE). Hình 3.2: Mẫu đánh dấu mô: sự phản chiếu và tương tác của chùm tia siêu âm vào mô cơ tim, những đốm xuất hiện trong hình ảnh siêu âm tim 2D theo hệ thống xám (grey scale two-dimensional). Những đốm này đại diện cho các đánh dấu mô, chúng được theo dõi từ hình này sang hình khác trong suốt chu kỳ tim. Nguyên lý này dựa trên sự tương tác của dòng siêu âm phản chiếu lại tạo ra mẫu đốm ngẫu nhiên không đồng đều. Sự phân phối ngẫu nhiên của các đốm đảm bảo rằng mỗi vùng của cơ tim có một đơn vị mẫu, một dấu ngón 6 (đánh dấu mô) (hình 3.3a). Các đánh dấu mô theo sự chuyển động của cơ tim vì thế khi cơ tim di chuyển từ hình này đến hình kế, vị trí của đánh dấu mô này sẽ thay đổi theo, duy trì khá ổn định (hình 3.3b). Vì vậy, nếu một vùng được định nghĩa như một hình, thuật toán tìm kiếm sẽ có thể nhận ra vùng tìm kiếm đó (hình 3.3c), và vì vậy, tìm kiếm một điểm mới của vùng [7]. Hình 3.3a. Cấu trúc đốm điển hình ở cơ tim. Hai vùng lớn cho biết mẫu đốm hoàn toàn khác nhau, do tính ngẫu nhiên của sự tương tác. Điều này tạo ra sự đặc trung mẫu đốm ứng với vùng được lựa chọn. b. Khi mẫu đốm ở thành tim được trình bày bằng M-mode, những điểm sáng, tối thay đổi là những đường sáng tối. Những đường này duy trì độ lớn không bị gián đoạn, thể hiện mẫu tương đối ổn định, các đốm di chuyển dọc theo chuyển động thật của cơ tim, và vì vậy sự chuyển động của cơ tim được đánh dấu bằng các đốm. c. Đánh dấu mô. Việc xác định một vùng trong cơ tim sẽ được định nghĩa như một mẫu đốm trong đó (đỏ). Trong đó khu vực cần đánh giá được xác định (màu xanh da trời), vị trí mới của các đốm ở hình kế tiếp (màu xanh lá) có thể được nhận ra bằng cách xác định mẫu đốm tương tự ở vị trí mới. Sự di chuyển của vùng (mũi tên màu xanh dày) có thể được đo. 7 3.1.Nguồn gốc vật lý của các đánh dấu mô Hình ảnh siêu âm dựa trên xung động- thí nghiệm echo: một xung động siêu âm được truyền đi, và sau đó các tín hiệu âm thanh phản hồi lại được thu lại. Sự phản hồi xảy ra ở quá trình chuyển đổi giữa các mô khác nhau (ví dụ: máu-cơ) hoặc tại các vị trí chuyên biệt, nhỏ hơn nhiều so với bước sóng, trong đó vận tốc âm thanh vùng hoặc mật độ khối khác nhau từ môi trường xung quanh của nó (ví dụ: sợi collagen trong cơ tim). Những âm thanh phản hồi về sau có điện thế tương đối nhỏ và được xem như là những phản hồi phân tán hay tán xạ. Vị trí có sự tán xạ được xem như vị trí tán xạ hoặc nói một cách đơn giản là tán xạ. Mỗi tán xạ sẽ phản ánh sóng tới giống như nó nhận được nhưng biên độ thấp hơn.Vì mô cơ tim chứa nhiều vị trí tán xạ, tín hiệu được phát hiện bởi đầu dò là sự chồng chất, có nghĩa là sự nhiễu của những phản hồi âm thanh riêng lẻ xảy ra ở những tán xạ riêng lẻ (hình 3.4). Vì khoảng cách từ đầu dò đến mỗi tán xạ khác nhau nên sự phản hồi sóng siêu âm sẽ đến ở nhưng thời điểm khác nhau (hình 3.4). Tín hiệu nhận được được gọi là tín hiệu tần số radio (RF) và được sử dụng để xây dựng một hình ảnh siêu âm. Trên hình 3.5 đường viền bao bên ngoài của tín hiệu RF được ghi nhận và màu sắc được mã hóa như sau: sóng phản hồi có điện thế cao được thể hiện biểu diễn là những điểm ảnh có màu sáng, sóng phản hồi điện thế thấp cho màu tối (hình 3.5). 8 Hình 3.4: Sự tán xạ: Mỗi vị trí tán xạ (vòng tròn nhỏ) trong một phân đoạn mô cơ tim (hình vuông) sẽ phản chiếu thành sóng được đầu dò truyền qua khi nó nhận, nhưng ở biên độ thấp hơn. Do có sự khác biệt nhỏ trong khoảng cách từ đầu dò đến vị trí tán xạ, những sóng phản hồi riêng lẻ (S1-S6) đến ở những mốc thời gian hơi khác nhau. Tín hiệu RF nhận được (S1 + + S6) là tổng (thí dụ: sự giao thoa) của mỗi tán xạ riêng lẻ. 9 Hình 3.5: Mô hình tín hiệu RF: vỏ bao (phía trên: đường đậm), tín hiệu RF (phía trên: đường nét đứt), sóng phản hồi có điện thế cao được mã màu sáng, điện thế thấp cho màu tối (dưới). Sự phân bố trong không gian của các giá trị màu xám trên hình ảnh siêu âm (mô hình đốm) tượng trưng cho sự giao thoa kết cấu và hủy kết cấu của các phản hồi âm thanh từ những tán xạ riêng lẻ trong cơ tim. Vị trí chính xác của mỗi tán xạ đối với đầu dò sẽ quyết định cách thức mà những phản hồi tương tác. 3.2.Sự chuyển động của các đánh dấu mô Nếu tín hiệu phân tán (mô) di chuyển xa đầu dò, có nghĩa là dọc theo chùm tia siêu âm, tất cả những phản hồi riêng lẻ sẽ đến muộn do thời gian di chuyển tăng lên của sóng siêu âm. Tuy nhiên, thời gian đến tương đối của chúng được bảo tồn và vì thế dẫn đến sự giao thoa giữa chúng. Trên hình ảnh siêu âm, chúng ta thấy các giá trị màu xám (các đánh dấu mô) (hình 3.6A). Nếu mô di chuyển không song song với đầu dò, có nghĩa là, vuông góc với dòng hình ảnh, những tán xạ trong đoạn cơ tim này sẽ không cho sóng hồi 10 âm vì chúng là không còn trong chùm tia siêu âm (hình 3.6B). Các tín hiệu đánh dấu mô (mẫu đốm) không còn được phát hiện. Tuy nhiên, nếu chúng ta thay đổi vị trí của các đầu dò siêu âm để có được dòng tiếp theo của một hình ảnh 2-D, các vị trí phân tán tương đối giống nhau và cùng một tín hiệu RF, các tín hiệu đánh dấu mô được đo (hình 3.6C). Điều kiện duy nhất cho kỹ thuật này hoạt động là sự chuyển động của các mô chậm hơn nhiều so với chuyển động của chùm tia siêu âm. Bởi vì sóng âm thanh di chuyển với tốc độ khoảng 1.530 m / giây và mô cơ tim thường di chuyển ở mức xentimet/giây (chậm hơn khoảng 10.000 lần). [...]... cơ tim trong cấu trúc thành TT ảnh hưởng đến sự lan truyền và sự tán xạ của sóng siêu âm và sự xuất hiện của mô cơ tim trong hình ảnh siêu âm tim Tán xạ lớn hơn và những đốm sáng hơn được nhìn thấy khi các sợi cơ tim và chùm tia siêu âm vuông góc [14] Ví 28 dụ, ở mặt cắt bốn buồng mỏm, đốm sáng ở giữa vách liên thất đại diện cho lớp giữa của các sợi chạy theo hướng xoắn vuông góc với chùm tia siêu âm. .. 5.4A) [45] Hình 5.4: Mối liên hệ giữa sự biến đổi về hướng sợi cơ tim (A) và mô hình đốm trên siêu âm tim (B) Hình A: Hướng sợi cơ đi theo hướng xoắn sang tay phải ở lớp dưới nội tâm mạcvà hướng sang tay trái ở lớp dưới ngoại tâm mạc Còn lớp giữa chạy theo hướng chu vi Hình B: trên hình ảnh siêu âm những sợi cơ vuông góc với mặt phẳng siêu âm cho các đốm có màu sáng (đầu mũi tên) LA: nhĩ trái, RA: nhĩ... trong thời kỳ tâm trương.Vì vậy, hai chủ thể có thể có cùng sự biến dạng nhưng có thể có tốc độ biến dạng khác nhau [2] 4.6 Sự biến dạng cơ tim: Từ ngữ S cơ tim được sử dụng trong tim mạch đầu tiên bởi tác giả Mirsky và Parmley [27] để mô tả sự biến dạng cơ tim Cơ tim dày lên trong thời kỳ tâm thu cho giá trị âm Hình 4.4: M-mode thất trái Biến dạng xuyên thành là sự dày lên của thành tim (nguồn: Stoylen)... trong thời kỳ đổ đầy đầu tâm trương Trong thì tâm thu, sự xoắn xảy ra đồng thời với sự 26 ngắn lại theo trục dọc và theo hướng xuyên tâm Trong thì tâm trương, sự tháo xoắn đến trước sự kéo dài và giãn nở ra của tâm thất [31] Vì vậy, sự xoay và xoắn của thất trái là cực kỳ quan trọng trong cơ chế tim Tuy nhiên, phương pháp luận của cận lâm sàng này bị giới hạn do kỹ thuật xâm lấn hoặc cộng hưởng từ... nội tâm mạc Kết quả là sự xoay của lớp ngoại tâm mạc chiếm ưu thế, mỏm tim xoay ngược chiều kim đồng hồ, đáy tim xoay cùng chiều kim đồng hồ (hình 5.7) 30 Hình 5.6: Sự co bóp và sự xoay của cơ tim Khi các sợi cơ tim ở lớp ngoại tâm mạc co bóp, lực xoay theo cùng chiều kim đồng hồ ở đáy tim và lực xoay ngược chiều kim đồng hồ ở mỏm tim 31 Hình 5.7: Sự xoay của thất trái: Sự xoay của đáy và mỏm tim. .. độ đặc hiệu cao cho S xuyên tâm và chu vi trong chẩn đoán rối loạn chức năng vùng, giúp chẩn đoán chính xác vận động thành bình thường, giảm động hay vô động khi so sánh với cộng hưởng từ [4] -Xơ hóa cơ tim: Việc phát hiện xơ hóa cơ tim phụ thuộc vào việc đánh giá đặc điểm mô cơ tim và sự thay đổi hình dạng cơ tim trong chu kỳ tim Mô sợi có thể khu trú (sau nhồi máu cơ tim) hoặc lan tỏa (tăng hậu tải... dạng cơ tim theo vùng một cách độc lập với góc âm thanh và vì vậy lượng giá đồng thời biến dạng theo trục dọc và xuyên tâm thì tâm thu Kết quả nghiên cứu cũng xác định tính chính xác của STE bằng trắc vi âm thanh (sonomicrometry) và cộng hưởng từ (CMR) Cơ chế của biến dạng xuyên tâm: Trong thì tâm thu, khi cơ tim ngắn lại theo trục dọc và theo hướng chu vi thì sẽ dày lên theo hướng xuyên tâm (theo... tối do song song với chùm tia siêu âm (mũi tên vàng) [53] Các sợi cơ tim ở các lớp được nối với nhau bằng sự chuyển tiếp sắc sảo từ nội tâm mạc đến lớp giữa và từ lớp giữa đến ngoại tâm mạc, về trục dọc 29 Sự co thắt của 3 lớp sợi cơ tim này tạo ra sự dịch chuyển không những theo trục dọc, hướng xoắn, lan tỏa mà còn tạo ra sự xoay của cơ tim Những sợi cơ tim ở lớp ngoại tâm mạc chạy hướng về phía tay... dòng máu tống ra khỏi TT Đánh giá sự biến dạng trên 2D bằng STE có thể được áp dụng cho cả tâm nhĩ và thất phải S tối đa đo được là S tâm thu tối đa, S tối đa ở cuối tâm thu (lúc van động mạch chủ đóng) hoặc S tối đa ở bất kể thời gian nào (tâm thu hoặc đầu tâm trương) Mốc thời gian được sử dụng để đo S tối đa trong đánh giá chức năng tâm thu tùy thuộc vào mong muốn của người đánh giá [53] Trong thực... Trong đánh giá chức năng tâm trương: trong thì tâm thu, một lượng lớn năng lượng đàn hồi được tích trữ trong tế bào cơ tim và trong gian bào khi xoắn Biểu hiện cơ học đầu tiên của thì tâm trương là tháo xoắn nhanh chóng, phần lớn tiến trình này phải hoàn thành trước khi van hai lá mở Sự tháo xoắn này thiết lập sự chênh áp từ đáy tới mỏm tim trong tâm thất hoặc sức hút thì tâm trương trong đầu tâm trương, . bộ tim cơ tim [41]. Vì vậy, kỹ thuật siêu âm tim đánh dấu mô có thể đánh giá chức năng thất và sự suy giảm chức năng tim kín đáo cho dù phân suất tống máu bình thường. Kỹ thuật siêu âm tim đánh. lý cơ bản của kỹ thuật siêu âm tim đánh dấu mô (speckle tracking echocardiography) (STE). Hình 3.2: Mẫu đánh dấu mô: sự phản chiếu và tương tác của chùm tia siêu âm vào mô cơ tim, những đốm. kỷ qua, để đánh giá chức năng tim, siêu âm tim là phương pháp được lựa chọn đầu tiên, đặc biệt là siêu âm tim qua thành ngực. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh vai trò của siêu âm tim qua thành