nguyên lý siêu âm tông quat

NGUYÊN Lý CƠ BảN Về SIÊU ÂM CHẩN ĐOáN BSCKI Nguyn Vn Kn Siêu âm l loại âm đặc biệt đ ợc biết đến từ cách hàng ngàn năm, ngày siêu âm đợc ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học đời sống, y học từ 1941, Kard Dussik, ngời úc sử dụng kỹ thuật siêu âm lần để đo não thất Sau chiến tranh thể giới thứ nhiều kỹ thuật quân đợc đa ứng dụng với mục đích hoà bình, có kỹ thuật Sona, từ mở thời kỳ siêu âm 1950 W.D Keidel, nhà nghiên cứu ngời Đức ứng dụng phơng pháp siêu âm thăm khám tim mạch ông ta chiếu chùm tia siêu âm qua tim thu nhận sóng siêu âm phía đối diện 1953 hai bác sỹ Thuỵ Điển Helmut Hetz Inge Edler sử dụng thành công hệ thống siêu âm để khám tim mạch, từ khái niệm siêu âm lâm sàng trở thành phổ biến giới Tuy thời kỳ siêu âm ghi lại đợc số hình ảnh vận động thành thất, trớc van phát dịch màng tim Edler ngời mô tả hình ảnh hẹp van lá, hẹp van động mạch chủ, khối u nhĩ trái, tràn dịch màng tim siêu âm Những công trình đợc coi khởi đầu cho ngành siêu âm tim mạch, nhng tiếc nghỉ hu 1976 ông không tham gia phát triển thêm kỹ thuật siêu âm Đến hội nghị tim mạch châu Âu lần thứ năm 1960 có số nghiên cứu siêu âm tác giả Thuỵ Điển, Đức, tác giả đề nghị hãng Siemens chế tạo máy siêu âm cho họ Cũng từ năm 50 kỷ trớc nhóm nhà nghiên cứu Nhật Satomura, Yoshida Nimura trờng Đại học Osaka nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Doppler siêu âm, nghiên cứu đầu tiên, đặt móng cho phát triển siêu âm Doppler sau này, nh nghiên cứu Holen Hatle 1979 thay đổi huyết động bệnh hẹp van van động mạch chủ Kỹ thuật siêu âm màu Doppler đợc phát triển từ năm 1970 nhà nghiên cứu Mỹ Nhật Bản nh Brandestini, Kasai, Omoto Cho đến nhiều kỹ thuật siêu âm đại ã đợc áp dụng lâm sàng nh siêu âm tim qua thực quản, siêu âm buồng tim, lòng mạch, kỹ thuật siêu âm cản âm, siêu âm gắng sức, siêu âm tim 3D làm cho siêu âm tim trở thành ph ơng tiện thiếu ngành tim mạch với phát triển khoa học kỹ thuật ngày có nhiều kỹ thuật siêu âm đời, đòi hỏi bác sỹ siêu âm luôn cập nhật kiến thức, trang bị để phục vụ tốt cho chẩn đoán lâm sàng Và để sử dụng máy siêu âm tốt cần hiểu biết tính chất siêu âm nguyên lý cấu tạo máy siêu âm đợc dùng chẩn đoán hàng ngày Một số tính chất vật lý siêu âm Siêu âm loại dao động học đợc truyền môi trờng có tính đàn hồi Năng lợng học tác động vào phân tử vật chất môi trờng làm cho chúng giao động khỏi vị trí cân bằng, mặt khác tơng tác mà phân tử bên cạnh chu ảnh hởng giao động theo, tạo thành sóng lan truyền theo hớng định hết lợng Chính siêu âm truyền môi trờng chân không nh số dạng sóng khác Âm đợc chia thành loại theo tần số Những âm có tần số dới 16 Hz mà tai ngời nghe đợc hạ âm, nh sóng địa chấn Các sóng âm có dải tần từ 16 Hz đến 20.000 Hz đợc gọi âm nghe đợc, siêu âm có tần số 20.000 Hz Nh chất siêu âm khác với giao động học khác đợc đặc trng số đại lợng vật lý nh: tần số, biên độ , chu kỳ Chu kỳ khoảng thời gian thực nén dãn Đơn vị thờng đợc tính thời gian ( s, ms) Biên độ khoảng cách lớn đỉnh cao thấp Nó biểu thị cho độ mạnh sóng âm có liên quan mật thiết với lợng nguồn phát Đơn vị đo decibel ( db ) Tần số ( f ) số chu kỳ giao động giây, đơn vị đo Hz 1KHz 1000Hz MHz 1.000.000 Hz Trong thực hành lâm sàng đầu dò siêu âm chẩn đoán thờng có tần số 1- 20 MHz Giữa tần số bớc sóng có mối liên quan mật thiết với nhau, tần số cao, bớc sóng ngắn Bớc sóng( ) độ dài chu kỳ giao động Bớc sóng thờng đợc đo đơn vị đo chiều dài nh mm, siêu âm chẩn đoán bớc sóng thờng 0,151,5 mm Tốc độ siêu âm ( c ) quãng đờng mà chùm tia siêu âm đợc đơn vị thời gian, thờng đợc đo m/s Tốc độ siêu âm không phụ thuộc vào công suất máy phát mà phụ thuộc vào chất môi trờng truyền âm Những môi trờng có mật độ phân tử cao, tính đàn hồi lớn, siêu âm truyền tốc độ cao ngợc lại môi trờng có mật độ phân tử thấp tốc độ nhỏ Ví dụ xơng từ 2700- 4100 m/s; tổ chức mỡ 1460-1470 m/s; gan 1540-1580 m/s; phổi 650-1160 m/s; 1545-1630m/s; nớc1480m/s; không khí 330m/s Trong siêu âm chẩn đoán ngời ta thờng lấy giá trị trung bình tốc độ siêu âm thể 1540m/s, tơng đơng với tốc độ siêu âm mô mền nói chung, đối tợng chủ yếu thăm khám siêu âm Ngoài tốc độ siêu âm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trờng, nhng siêu âm chẩn đoán nhiệt độ thể tơng đối định nên yếu tố không đợc đề cập tới Giữa tốc độ truyền âm, bớc sóng tần số có mối liên hệ qua phơng trình sau: C = f Năng lợng siêu âm ( P ) biểu thị mức lợng mà chùm tia siêu âm truyền vào thể Giá trị phụ thuộc vào nguồn phát , siêu âm chẩn đoán để đảm bảo an toàn máy thờng phát với mức lợng thấp vào khoảng 1mw đến 10mw Tuy nhiên kiểu siêu âm siêu âm Doppler thờng có mức lợng cao máy siêu âm đại ngời sử dụng chủ động thay đổi mức phát lợng để nâng cao tính an toàn cho bệnh nhân, thai nhi trẻ em Cờng độ sóng âm ( I ) mức lợng sóng âm tạo nên đơn vị diện tích Thờng đợc đo đơn vị W/cm Cờng độ sóng âm suy giảm dần đờng truyền nhng tần số không thay đổi Ngời ta tính cờng độ sóng âm tơng đối đo dB Khác với cờng độ sóng âm, đại lợng giá trị tơng đối, cho biết khác cờng độ siêu âm vị trí không gian dB = 10 Log 10 ( I ) I0 I : Cờng độ siêu âm điểm I : Cờng độ siêu âm ban đầu Sơ đồ minh hoạ cách tính chu kỳ, biên độ, bớc sóng, tần số siêu âm Quá trình lan truyền sóng âm thể 2.1.Trong môi trờng đồng Là môi trờng có cấu trúc giống nhau, đặc trng cho môi trờng hệ số mật độ môi trờng ( ) Khi chiếu chùm tia siêu âm vào môi trờng đồng nhất, xuyên qua với lợng giảm dần hết lợng Sở dĩ có suy giảm lợng đờng truyền có tơng tác siêu âm phần tử nhỏ thể, gây hiệu ứng toả nhiệt tạo vi bọt, nhiên siêu âm chẩn đoán sử dụng công suất thấp nên không cảm thấy tăng nhiệt độ trình thăm khám Mỗi môi trờng có hệ số hấp phụ siêu âm ( ) khác nhau, nên mức độ suy giảm siêu âm khác Ngoài độ suy giảm siêu âm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trờng tần số chùm tia siêu âm, tần số cao mức độ suy giảm nhanh nên độ xuyên sâu Trong siêu âm hệ số thờng đợc tính đơn vị dB/ cm tần số 1MHz Một số tổ chức, quan thể có hệ số hấp phụ nh sau: Phổi 41; xơng sọ 20; 3,3 ; thận 1; gan 0,94; não 0,85; mỡ 0,65; máu 0,18; nớc 0,0022 Ví dụ chiếu chùm tia siêu âm với tần số MHz qua cm thận cờng độ siêu âm bị giảm dB Tơng tự nh chùm tia siêu âm bị giảm lợng nhiều chiếu qua phổi, xơng hầu nh không thay đổi xuyên qua máu nớc Trong thực hành lâm sàng mức độ suy giảm siêu âm cao thông thờng sử dụng đầu dò có tần số lớn MHz, nhiên nói xác mối quan hệ tần số hệ số hấp phụ không hoàn toàn tuyến tính, nhng giải tần số siêu âm chẩn đoán thông thờng, coi gần nh tuyến tính nghĩa tần số tăng lên 2MHz hệ số hấp phụ tăng lên gần gấp đôi Do muốn nâng cao độ xuyên sâu để thăm khám phận xa đầu dò ngời thầy thuốc buộc phải giảm tần số nguồn phát tăng lợng chùm tia siêu âm, nhng để đảm bảo tính an toàn cho bệnh nhân điều kiện thứ thờng thực đợc 2.2.Trong môi trờng không đồng Cơ thể ngời môi trờng không đồng nhất, bao gồm nhiều quan, tổ chức có cấu trúc khác Khi chùm tia siêu âm truyền tới biên giới hai môi trờng có độ trở kháng âm khác nhau, phần theo hớng ban đầu tiếp tục vào môi trờng tiếp theo, phần bị phản xạ trở lại, mức độ phản xạ nhiều hay phụ thuộc vào độ chênh lệch trở kháng hai môi trờng Trở kháng âm (z) đại lợng vật lý biểu thị cho khả cản trở không cho chùm tia siêu âm xuyên qua môi trờng, phụ thuộc vào mật độ tốc độ truyền âm môi trờng: Z= c : Mật độ môi trờng c : Tốc độ siêu âm thể Z : Độ trở kháng rayl( kg/m /s ì 10 ) Ví dụ độ trở kháng âm số tổ chức, quan thể nh sau: không khí 0,0004; mỡ 1,38; gan 1,65; 1,7; xơng 7,8Nh nói môi trờng truyền âm có mật độ phân tử lớn, dộ rắn cao độ trở kháng lớn Khi sóng siêu âm truyền tới mặt phân cách hai môi trờng có độ trở kháng âm khác nhau, phần lợng chùm tia siêu âm phản xạ trở tỷ lệ thuận với độ chênh lệch trở kháng môi trờng Và chúng đợc đặc trng đại lợng gọi hệ số phản xạ R Để đơn giản xét trờng hợp đặc biệt chùm siêu âm phát từ đầu dò vuông góc với mặt phẳng phân cách phận cần thăm dò, lúc tỷ lệ chùm tia siêu âm phản xạ quay trở đợc tính theo công thức sau: (Z Z1 ) R= (Z + Z1 ) Z : Độ trở kháng âm môi trờng Z : Độ trở kháng âm môi trờng Ngợc lại với độ trở kháng độ truyền âm qua hai môi trờng có cấu trúc khác Ngời ta tính hệ số truyền âm qua môi trờng theo công thức sau: 4Z Z1 PT = ( Z1 + Z ) PT: Percentage transmitted (% ) Ví dụ hệ số phản xạ hệ số truyền âm hai môi trờng xơng tổ chức mô mền nh sau: ( 7,8 1,63) R= = 0,654 = 0,43 ( 7.8 + 1,63) Nh chùm tia siêu âm qua tổ chức xơng vào mô mền có 43% lợng bị phản xạ trở lại có 57% lợng tiếp tục qua Tơng tự nh bề mặt phân cách không khí mô mền R= 0,998, hay hệ số truyền âm 1- 0,998 = 0,002 hay =0,2% Do thực hành phải tạo môi trờng chất lỏng ( gel siêu âm ) đầu dò thể để chùm tia siêu âm xuyên vào thể, mà không bị phản xạ trở lại Những ví dụ mà mô tả xét điều kiện chùm tia siêu âm vuông góc với bề mặt phân cách môi trờng truyền âm có độ trở kháng khác thể Nhng thực tế phức tạp ta có tợng phản xạ toàn phần tợng sóng âm trợt bề mặt phân cách hai môi trờng, tợng hay gặp đờng chùm tia siêu âm có cấu trúc hình cầu số trờng hợp đặc biệt khác Ngoài mặt phẳng phân cách môi trờng không phẳng tợng phản xạ xuyên qua có tợng tán xạ siêu âm , lúc có phần nhỏ sóng siêu âm theo hớng khác có sóng trở đợc đầu dò Hiện tợng tán xạ siêu âm thờng gặp siêu âm gặp cấu trúc nhỏ có đờng kính nhỏ bớc sóng ( 24 hình/ giây ) nh vận động quan đợc thể liên tục giống nh vận động thực thể gọi siêu âm hình ảnh thời gian thực ( real time ) Tất máy siêu âm hình ảnh thời gian thực - Siêu âm kiểu TM Để đo đạc thông số siêu âm khoảng cách, thời gian cấu trúc có chuyển động, nhiều siêu âm 2D gặp nhiều khó khăn Do để giúp cho việc đo đạc dễ dàng ngời ta đa kiểu siêu âm M-Mode hay gọi TM ( Time motion ), kiểu siêu âm vận động theo thời gian, chùm tia siêu âm đợc cắt vị trí định, trục tung đồ thị biểu biên độ vận động cấu trúc, trục hoành thể thời gian Nh cấu trúc không vận động thành đờng thẳng, cấu trúc vận động biến thành đờng cong với biên độ tuỳ theo mức độ vận động cấu trúc Sau dừng hình dễ dàng đo đợc thông số khoảng cách, biên độ vận động, thời gian vận đọngKiểu TM đợc sử dụng nhiều siêu âm tim mạch - Siêu âm Doppler Đây tiến lớn siêu âm chẩn đoán cung cấp thêm thông tin huyết động, làm phong phú thêm giá trị siêu âm thực hành lâm sàng, đặc biệt siêu âm tim mạch Kiểu siêu âm đợc giới thiệu phần riêng - Siêu âm kiểu 3D Trong năm gần siêu âm 3D đợc đa vào sử dụng số lĩnh vực, chủ yếu sản khoa Hiện có loại siêu âm 3D, loại tái tạo 13 lại hình ảnh nhờ phơng pháp dựng hình máy tính loại đợc gọi 3D thực hay gọi Live 3D Siêu âm 3D đầu dò có cấu trúc lớn, mà ngời ta bố trí phần tử nhiều theo hình ma trận, phối hợp với phơng pháp quét hình theo chiều không gian nhiều mặt cắt, mặt cắt theo kiểu 2D đợc máy tính lu giữ lại dựng thành hình theo không gian chiều Ngày có số máy siêu âm hệ có siêu âm chiều cho tim mạch, nhiên ứng dụng chúng hạn chế kỹ thuật tơng đối phức tạp đặc biệt giá thành cao Tóm lại năm gần với phát triển khoa học, kỹ thuật phơng tiện siêu âm chẩn đoán phát triển không ngừng, nhiều công nghệ đợc áp dụng nên máy móc hệ sau ngày cho hình ảnh với độ phân giải cao, với nhiều tính u việt cung cấp cho thông tin chi tiết xác hơn, việc ứng dụng siêu âm chẩn đoán ngày rộng rãi Cõu hi lng giỏ Bn cht ca súng siờu õm l súng õm cú tn s trờn 20.000 Hz (Khoanh vo ỏp ỏn ỳng ) a- ỳng b- sai Siờu õm l phng phỏp chn oỏn vụ hi i vi ngi bnh cú th lm i lm li nhiu ln a -ỳng b sai Trong mỏy siờu õm b phn x lý trung tõm l ni phỏt súng siờu õm ch khụng phi l u dũ siờu õm a- ỳng b- sai Trong quỏ trỡnh lm siờu õm thỡ chn u dũ phự hp theo c quan cn thm khỏm s mang li cht lng hỡnh nh siờu õm tt nht a ỳng b - sai , Ti liu tham kho : I Ti liu ting Vit 1Phan Trng Duyt , K thut siờu õm v ng dng sn khoa,1995 nh xut bn khoa hc v k thut 1-40 Nguyn Phc Bo Quõn , Siờu õm bng tng quỏt , 2011 nh xut bn Thun Húa 1-112 B mụn CHA trng HY H Ni , bi ging chn oỏn hỡnh nh ,2000 6982 II Ti liu ting Anh 14 1Hagen-anser SL Textbook of Diagnostic Utrasonography Phyladelphia JB lippincott,1995 2Higashi Y ,Mizushima A, Introduction to Abdominal Utrasonography,Newyork Spriger-Verlag,1991 15 [...]... đọngKiểu TM đợc sử dụng nhiều trong siêu âm tim mạch - Siêu âm Doppler Đây cũng là một tiến bộ lớn của siêu âm chẩn đoán vì nó cung cấp thêm những thông tin về huyết động, làm phong phú thêm giá trị của siêu âm trong thực hành lâm sàng, đặc biệt đối với siêu âm tim mạch Kiểu siêu âm này đợc giới thiệu trong một phần riêng - Siêu âm kiểu 3D Trong những năm gần đây siêu âm 3D đã đợc đa vào sử dụng ở một... là siêu âm hình ảnh thời gian thực ( real time ) Tất cả các máy siêu âm hiện nay đều là hình ảnh thời gian thực - Siêu âm kiểu TM Để đo đạc các thông số siêu âm về khoảng cách, thời gian đối với những cấu trúc có chuyển động, nhiều khi trên siêu âm 2D gặp nhiều khó khăn Do đó để giúp cho việc đo đạc dễ dàng hơn ngời ta đa ra kiểu siêu âm M-Mode hay còn gọi là TM ( Time motion ), đó là kiểu siêu âm. .. các xung sẽ phản ánh chính xác khoảng cách từ các vị trí xuất hiện sóng siêu âm phản xạ - Siêu âm kiểu 2D: Hay còn gọi là siêu âm 2 bình diện, kiểu siêu âm này hiện nay đang đợc sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các chuyên khoa Có thể nói 12 chính siêu âm 2D là một cuộc cách mạng trong ngành siêu âm chẩn đoán Vì bằng kiểu siêu âm này chúng ta có thể nhìn đợc các cấu trúc bên trong của cơ thể và sự... mở ra thời kỳ ứng dụng rộng rãi của siêu âm trên lâm sàng Nguyên lý của siêu âm 2D nh sau: những tín hiệu siêu âm phản xạ đợc đầu dò tiếp nhận sẽ biến thành dòng điện xoay chiều, dòng điện này sẽ mang theo 2 thông tin về mức độ chênh lệch trở kháng tại biên giới giữa các cấu trúc khác nhau và khoảng cách của các cấu trúc này so với đầu dò Dòng điện sau đó đợc xử lý biến thành các chấm sáng có mức độ... về khoảng cách từ cấu trúc phản xạ siêu âm đến đầu dò Khoảng cách này đợc tính bằng công thức: D= cìt 2 D: Khoảng cách c: tốc độ siêu âm trong cơ thể t: thời gian từ khi phát xung đến khi nhận xung Những tín hiệu này sau khi sử lý tuỳ theo kiểu siêu âm mà cho ta các thông tin khác nhau về cấu trúc và chức năng của các cơ quan mà ta cần nghiên cứu Ngoài ra máy siêu âm còn chứa nhiều chơng trình phần... tế, chúng ta có thể lựa chọn cho phù hợp 4 các kiểu siêu âm - Siêu âm kiểu A: Đây là kiểu siêu âm cổ điển nhất, ngày nay chỉ còn sử dụng trong phạm vi hẹp, nh chuyên khoa mắt với mục đích đo khoảng cách, vì nó rất chính xác trong chức năng này Các tín hiệu thu nhận từ đầu dò đợc biến thành những xung có đỉnh nhọn, theo nguyên tắc biên độ của sóng siêu âm phản xạ càng lớn, biên độ của xung càng cao và... dò sector đa tần hoặc 3,5 MHz 3.2 Bộ phận sử lý tín hiệu và thông tin Tín hiệu siêu âm phản hồi từ cơ thể đợc đầu dò thu nhận, sau đó biến thành dòng điện Dòng điện này mang theo thông tin về độ chênh lệnh trở kháng giữa 11 các cấu trúc mà chùm tia siêu âm đã xuyên qua ( khi độ chênh lệch trở kháng giữa hai cấu trúc càng lớn, năng lợng của chùm tia siêu âm phản xạ càng cao, sẽ tạo ra dòng điện xoay... kém hơn và để làm siêu âm tim thì thờng có kích thớc to hơn đầu dò điện tử cùng loại, nhng đầu dò loại này thờng rẻ hơn Theo mục đích thăm khám, để làm siêu âm tim tốt nhất đơng nhiên là đầu dò sector, đối với ngời Việt Nam trởng thành tần số thích hợp là 3,5 MHz, tuy nhiên nếu có loại đa tần từ 2-4 MHz là tối u, còn đối trẻ em là 5 MHz, hoặc thích hợp hơn là loại 4-8 MHz Để làm siêu âm bụng tổng quát... giữ lại và dựng thành hình theo không gian 3 chiều Ngày nay có một số máy siêu âm thế hệ mới đã có siêu âm 3 chiều cho cả tim mạch, tuy nhiên ứng dụng của chúng còn hạn chế do kỹ thuật tơng đối phức tạp và đặc biệt là giá thành cao Tóm lại trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật các phơng tiện siêu âm chẩn đoán cũng phát triển không ngừng, nhiều công nghệ mới đã đợc áp dụng... Siêu âm kiểu 3D Trong những năm gần đây siêu âm 3D đã đợc đa vào sử dụng ở một số lĩnh vực, chủ yếu là sản khoa Hiện nay có 2 loại siêu âm 3D, đó là loại tái tạo 13 lại hình ảnh nhờ các phơng pháp dựng hình máy tính và một loại đợc gọi là 3D thực sự hay còn gọi là Live 3D Siêu âm 3D do một đầu dò có cấu trúc khá lớn, mà trong đó ngời ta bố trí các phần tử nhiều hơn theo hình ma trận, phối hợp với phơng ...sàng Và để sử dụng máy siêu âm tốt cần hiểu biết tính chất siêu âm nguyên lý cấu tạo máy siêu âm đợc dùng chẩn đoán hàng ngày Một số tính chất vật lý siêu âm Siêu âm loại dao động học đợc truyền... siêu âm tạo l ợng 1J giây Còn cờng độ siêu âm lợng chùm tia siêu âm tạo đơn vị diện tích, nên đo mW/cm Cờng độ siêu âm chia ra, cờng độ siêu âm đỉnh cờng độ siêu âm cao nhất, thòng trung tâm chùm... âm phản xạ - Siêu âm kiểu 2D: Hay gọi siêu âm bình diện, kiểu siêu âm đợc sử dụng phổ biến tất chuyên khoa Có thể nói 12 siêu âm 2D cách mạng ngành siêu âm chẩn đoán Vì kiểu siêu âm nhìn đợc cấu