1. Trang chủ
  2. » Y Tế - Sức Khỏe

Kỹ thuật xử lý ảnh siêu âm trong bệnh viện TWQĐ 108

85 520 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 85
Dung lượng 4,29 MB

Nội dung

Nguyên lý tạo ảnh Đầu dò khi đợc kích thích bằng xung điện với chiều dài và cờng độ có thể điều chỉnh đợc thì khi phát ra xung âm lan truyền theo hớngcủa đầu dò vào môi trờng ở một vận t

Trang 1

DANH MỤC HèNH 4

DANH MỤC BẢNG 4

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 3

CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA THIẾT BỊ SIấU ằM 3

1.1 V t lý h c c a sụng ómậ ọ ủ 3

1.1.1 Bản chất của sụng óm 3

1.2 Phón lo i sụng ómạ 3

1.3 Cõc i l ng c tr ngđạ ượ đặ ư 4

1.4 Cõc tợnh ch t c a sụng siởu óm:ấ ủ 6

1.5 ng d ng c a sụng siởu óm trong y t Ứ ụ ủ ế 6

1.6 C s v t lý v k thu t c a ph ng phõp t o hớnh b ng siởu ómơ ở ậ ỏ ỹ ậ ủ ươ ạ ằ 7

1.6.1 CÈ sỡ vật lý cũa phÈng phÌp vẾ cÌc yếu tộ quyết ẼÞnh 7

1.6.2 Ký thuật cũa phÈng phÌp tỈo hỨnh bÍng siàu Ẫm 13

Chương 2: 20

CạC HOẠT ĐỘNG GHI NHẬN, XỬ LÝ ẢNH SIấU ằM Vá CạC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 20

2.1 Cõc ho t ng x lý nh siởu óm ch y uạ độ ử ả ủ ế 20

2.1.2 Khuếch đại bỳ trừ theo độ sóu (DGC hay TGC – Depth Gain Compensation or Time Gain Compensation) 20

2.1.3Khuy ch i t ng b - ee: Edge Enhancementế đạ ă ờ 20

2.1.4 Dải Ẽờng - DR: Dynamic Range 21

2.1.5ườ tÈng quan - CL: Correlation 22

2.1.6 Xữ lý hỨnh sau khi tỈo ảnh (Postprocessing) 22

2.2 Phần mềm cũa mÌy, cÌc chÈng trỨnh Ẽo vẾ tÝnh 23

2.3 K thu t siởu óm Doppler v ng d ng trong th m khõm b nh nhónỹ ậ ỏ ứ ụ ă ệ 24 2.3.1 Khõi quõt về siởu óm Doppler 24

2.3.2 Vấn đề cần quan tóm trong siởu óm Doppler 24

2.4 Nguyởn lý chung v siởu óm Dopplerề 24

2.4.1 Hiệu ứng Doppler 24

2.4.2 Ứng dụng hiệu ứng Doppler trong kiểm tra mạch mõu 25

2.4.3 Tợnh toõn tần số Doppler 25

Trang 2

2.6.1 Kỹ thuật Doppler sóng liên tục–CW(Continuous–Wave 32

Doppler) 32

2.6.2 Kỹ thuật Doppler sóng xung – PW (Pulsed- Wave Doppler) 32

2.6.3 Kỹ thuật Doppler màu 33

2.6.4 Doppler năng lượng 35

2.7 X lý tín hi u Dopplerử ệ 36

2.7.1 Kiểm tra tín hiệu dội 36

2.7.2 Lọc nhiễu: 36

2.7.3 Phân biệt chiều dòng chảy 37

2.8 Cách th c th hi n thông tin t tín hi u Dopplerứ ể ệ ừ ệ 41

2.8.1 Thể hiện bằng âm thanh 41

2.8.2 Thể hiện bằng phổ tần số 41

2.8.3 Thể hiện theo từng loại vận tốc 42

2.9 Thông tin thu đượ ừc t siêu âm Doppler v ng d ng trong kh o sátà ứ ụ ả m ch máuạ 43

2.9.1 Hướng dòng chảy 43

2.9.2 Sự phân bố tần số (vận tốc) trong dòng chảy ở vị trí lấy mẫu 43

2.9.3 Đặc tính nhịp đập 44

2.9.4 Xác định tần số trung bình (TAVmean) và lưu lượng dòng chảy Q .45

Chương 3 49

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH TRONG THIẾT BỊ SIÊU ÂM 49

VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN LÂM SÀNG TẠI BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108 49

3.1 T o d ng v x lý nh trong siêu âmạ ạ à ử ả 49

3.2 X lý tín hi u phátử ệ 50

3.3 Xö lý trªn kªnh thu tÝn hiÖu 50

3.4 T¹o d¹ng tia 51 3.5 X lý RF n ử đơ đườ 51ng

Trang 3

3.8 Hậu xử lý 543.9 ng d ng Doppler súng liờn t c v Doppler súng xung trong vi c ỏnhỨ ụ ụ à ệ đgiỏ cỏc th ng t n khỏc nhau c a tim.ươ ổ ủ 553.9.1 Doppler súng liờn tục và Doppler súng xung trong đỏnh giỏ thươngtổn tim (Tạp chớ Y Dược lõm sàng 108) 553.9.2 Doppler súng liờn tục và Doppler súng xung trong hẹp van hai lỏ 593.9.3 Đỏnh giỏ mức độ hẹp van động mạch chủ 643.9.4 Doppler súng liờn tục và súng xung trong chứng hẹp van độngmạch chủ 683.10 Một số ứng dụng lâm sàng khác 713.11 Chức năng, hoạt động của các khối x lý tớn hi u trong m t thi t bử ệ ộ ế ịsiờu õm 72

KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Trang 4

Hình 1.3 Sự tán xạ 10

Hình 1.4 Tia siêu âm bị phản xạ một phần tại ranh giới giữa hai vùng 12

Hỡnh 1.5 Trở khỏng và Biờn độ xung siờu õm phản xạ 15

Hỡnh 1.6 Thể hiện Mode B 16

Hỡnh 1.7 Thể hiện Mode TM 17

Hình 2.1: Xử lý khuyếch đại tăng bờ 21

Hình 2.2 Dải tín hiệu hồi âm 21

Hỡnh 2-3 Đầu thu, phỏt khụng nằm trờn cựng một đường thẳng 28

Hỡnh 2-4 Tần số Doppler trong trường hợp khảo sỏt mạch mỏu 29

Hỡnh 2-5 Hỡnh ảnh một số loại đầu dũ dựng trong siờu õm 30

Hỡnh 2-6 Độ phõn giải dọc của đầu dũ 31

Hỡnh 2-7 Độ phõn giải ngang của đầu dũ 32

Hỡnh 2-8 Hỡnh ảnh dũng chảy với Doppler màu 34

Hỡnh 2-9 Phương phỏp tỏch súng đơn biờn 38

Hỡnh 2-10 Phương phỏp tỏch súng phỏch 39

Hỡnh 2.11 Phương phỏp tỏch súng cầu phương 40

Hỡnh 2-12 Cỏc vựng vận tốc RBC qua mạch mỏu 42

Hỡnh 3.1 Quỏ trỡnh xử lý trong tạo ảnh siêu âm 49

Hỡnh 3.2 Bản ghi Doppler súng xung từ lối vào của van giả tại vị trớ van hai lỏ 55

Hỡnh 3.3 Sự hẹp van động mạch chủ 56

Hỡnh 3.4 Cỏc bản ghi Doppler súng xung tại van hai lỏ 57

Hỡnh 3.5 Triệu chứng hẹp van hai lỏ 58

Hỡnh 3.6 Hẹp van động mạch chủ 59

Hỡnh 3.7 Triệu chứng hẹp van hai lỏ 60

Hỡnh 3.8 Hẹp van hai lỏ và chảy ngược 61

Hỡnh 3.9 Hẹp van hai lỏ và chảy ngược 63

Hỡnh 3.10 Đỏnh giỏ tổn thương tim của bệnh nhõn 63

Hỡnh 3.11 Sự chờnh lệch huyết ỏp của bệnh nhõn hẹp van động mạch chủ 65

Hỡnh 3.12 Vận tốc dũng chảy trong động mạch chủ 67

Hỡnh 3.13 Doppler súng liờn tục và súng xung, chứng hẹp van động mạch chủ 68

Hỡnh 3.14 Bệnh nhõn cú chứng hẹp van động mạch chủ nhẹ 69

Hỡnh 3.15 Dopper liờn tục chứng hẹp van động mạch chủ và chảy ngược van hai lỏ 71

Hình 3.16 Sơ đồ khối chức năng của bộ xử lý tín hiệu Doppler 73

Hình 3.17 Sơ đồ khối bộ xử ký tín hiệu số DSP PCB 76

Hình 3.18 Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi quét số 78

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Trở kháng âm của một số môi trờng sinh học 8

Bảng 1.2 Tính chất âm học của một số môi trờng sinh học 11

Trang 5

âm ngày càng cao.

Trong kỹ thuật siêu âm chẩn đoán hiện nay người ta thường sử dụng kỹthuật siêu âm Doppler để đo dòng chuyển động của máu trong mạch và một

số chức năng khác mà ở siêu âm thường không thực hiện được Kỹ thuật siêu

âm Doppler đã chiếm vị trí hàng đầu trong những phương pháp chẩn đoán cácbệnh tim mạch Với sự phát triển mạnh của công nghệ điện tử - tin học, cácmáy siêu âm tim ngày càng được hoàn thiện, với nhiều tính nǎng, độ phângiải tǎng lên không ngừng và các kỹ thuật mới được đưa vào ứng dụng nhưsiêu âm trong lòng mạch máu, siêu âm tim qua thực quản, siêu âm tim stress,siêu âm tim cho thai nhi và siêu âm cản âm (các buồng tim và cơ tim) SiêuDoppler có nhiều ưu điểm, kỹ thuật này giúp cho bác sĩ có thể đưa ra nhữngchẩn đoán bệnh tốt hơn phục vụ quá trình khám và điều trị Trong suốt nhiều

Trang 6

năm qua, siêu âm Doppler đã có sự phát triển đáng kể cả về số lượng và tính

đa dạng trong công việc kiểm tra

Với sự yêu thích tìm hiểu về kỹ thuật siêu âm trong quá trình học tập, và được

sự động viên, hướng dẫn của TS.Vũ Văn Sơn, TS.Phan Trọng Hanh em đã

quyết định chọn đề tài tìm hiểu về “Kỹ thuật xử lý ảnh siêu âm trong Bệnh

viện TWQĐ 108” Nội dung của Luận văn gồm:

Chương 1: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA THIẾT BỊ SIÊU ÂM

Chương 2:CÁC HOẠT ĐỘNG GHI NHẬN, XỬ LÝ ẢNH SIÊU ÂM VÀ CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH TRONG THIẾT BỊ SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN LÂM SÀNG TẠI BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108

Do thời gian và kiến thức tìm hiểu về lĩnh vực này còn nhiều hạn chế,mặt khác trong quá trình học tập và nghiên cứu cơ hội được tiếp cận trực tiếpvới thiết bị còn chưa nhiều, Luận văn của em chắc chắn còn nhiều thiếu sót,

em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô để có thểhoàn thiện hơn những hiểu biết của em về lĩnh vực này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên

Lê Mạnh Hùng

Trang 7

tử A nào đó của môi trường thì phần tử này rời khỏi vị trí cân bằng bền.

Do tương tác các phần tử bên cạnh, một mặt kéo phần tử A về vị trí cânbằng, một mặt cũng chịu lực tác dụng và do đó cũng thực hiện daođộng Hiện tượng tiếp tục xảy ra với các phần tử khác của môi trường.Những dao động cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi được gọi làsóng đàn hồi hay sóng cơ

Về bản chất sóng âm là sóng cơ học; do đó tuân theo mọi quy luậtđối với sóng cơ, có thể tạo ra sóng âm bằng cách tác động một lực cơhọc vào môi trường truyền âm Ví dụ: Đánh vào mặt trống; tác độngdòng điện làm rung màng loa; tác động làm rung âm thoa; đạn baytrong không khí

1.2 Phân loại sóng âm

a Phân loại theo phương dao động

Dựa vào cách truyền sóng, người ta chia sóng cơ học làm hai loại:sóng dọc và sóng ngang

Sóng ngang là sóng mà phương dao động của các phân tử môitrường vuông góc tia sóng Sóng ngang xuất hiện trong môi trường cótính đàn hồi về hình dạng Tính chất này chỉ có ở vật rắn

Trang 8

Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phân tử môitrường trùng với tia sóng Sóng dọc xuất hiện trong các môi trường chịubiến dạng về thể tích, do đó nó truyền được trong cả vật rắn cũng nhưmôi trường lỏng và khí.

Sóng siêu âm ứng dụng trong siêu âm chuẩn đoán thuộc loại sóngdọc

b Phân loại theo tần số

Sóng âm được chia theo dải tần số thành ba vùng chính:

+ Sóng âm tần số cực thấp hay còn gọi là vùng hạ âm(infrasound),

1.3 Các đại lượng đặc trưng

Khi nói dến sóng âm người ta phải biết tới những đại lượng đặctrưng như: vận tốc truyền âm; tần số; chu kỳ và độ dài sóng âm; Hình1.biểu diễn sóng âm là tập hợp của các lực nén và dãn Sự thay đổi này làtuần tự theo dạng hình sin với các cực đại thể hiện áp lực cao nhất(max) và các cực tiểu thể hiện áp lực thấp nhất (min)

+ Khoảng thời gian thực hiện một nén và dãn gọi là một chu kỳ T

= [s]

+ Số chu kỳ thực hiện được trong một giây gọi là tần số f = [Hz]+ Vận tốc truyền sóng của sóng âm là quãng đường mà sóng truyềnđược trong một không thời gian Trong lý thuyết đàn hồi người ta đã

Trang 9

chứng minh được trong một môi trường đẳng hướng, vận tốc của sóngdọc bằng:

p / 1

v = α = E / p = [m/s]

Trong đó: α; E = 1/α; ρ lần lượt là Hệ số đàn hồi; Suất đàn hồi(còn gọi là suất Yang) và Khối lượng riêng của môi trường hay còn gọi

là mật độ của môi trường

+ Độ dài bước sóng λ = [m]: là quãng đường mà sóng truyền đượcsau khoảng thời gian bằng một chu kỳ, λ = vT = v/f

Từ trên hình vẽ ta thấy bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữahai điểm có dao động cùng pha

Ngoài ra, để đặc trưng cho độ lớn của áp lực âm học mà các phần

tử trong môi trường nhận được khi chịu tác động của nguồn phát sóng

âm, người ta đưa ra hai đại lượng P và I (công suất và cường độ):

P: Mức năng lượng được truyền từ đầu dò vào môi trường, đơn vị

đo của P là [W] hoặc [mW] Thông thường năng lượng phát ra từ đầu

dò trong lĩnh vực siêu âm chẩn đoán, nằm trong phạm vi từ 1mW đến10mW

I: Cường độ sóng âm, biểu thị bằng năng lượng sóng âm trên mộtđơn vị diện tích, đơn vị của I là W/cm2 hoặc mW/cm2

Đối với sóng siêu âm, người ta chia làm 3 dải nhỏ:

- Từ 20 KHz đến 1 MHz thường dùng trong công nghiệp và điềutrị

- Từ 1 MHz đến 1GHz thường dùng trong chẩn đoán

- Trên 1 GHz thường dùng trong nghiên cứu cấu trúc (ví dụ nhưkính hiển vi siêu âm)

Trang 10

1.5 Ứng dụng của sóng siêu âm trong y tế.

Sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong y tế trong hai lĩnhvực chính Đó là:

Siêu âm chẩn đoán: Thực chất là tạo hình bằng siêu âm Sử dụngphổ biến dải tần số từ 2,5 MHz đến 10 MHz Ngoài ra người ta còn sửdụng các tần số khác trong đầu dò chuyên biệt; ví dụ như: Đầu dò siêu

âm nội mạch (Intraluminal), hay siêu âm da liễu (Dermatological) sửdụng tần số có thể lên tới 20 - 50 MHz

Trang 11

Siờu õm trị liệu: Tạo hiệu ứng nhiệt, xoa búp kớch thớch cơ Cú thểdựng riờng hoặc kết hợp với điện trị liệu (trong cỏc mỏy kớch thớchđiện) để tỡm Trigger (Điểm phỏt bệnh - điểm gốc) Tần số thường dựngtrong siờu õm trị liệu là 700 - 900 kHz tuỳ theo thế hệ mỏy Cụng suấtcủa đầu dũ

1 - 4W/cm2 (gấp cỡ 1000 lần so với siờu õm chẩn đoỏn)

1.6 Cơ sở vật lý và kỹ thuật của phương phỏp tạo hỡnh bằng siờu õm 1.6.1 Cơ sở vật lý của phơng pháp và các yếu tố quyết định

Tạo hình bằng siêu âm đợc đa vào ứng dụng trong chẩn đoán Yhọc từ những năm 50 Cơ sở của nó chính là sự phản hồi của tia siêu âm

từ các tổ chức trong cơ thể, sự phản hồi này phụ thuộc vào:

+ Tốc độ truyền của sóng âm trong môi trờng

+ Trở kháng âm của môi trờng

+ Sự hấp thụ của tổ chức

+ Thông số (f; λ ) của sóng siêu âm và cấu trúc hình học của tổchức

a Tốc độ truyền của sóng siêu âm

Đôi khi còn đợc ký hiệu là “c” - nh đã nêu trên, rất phụ thuộc vàomôi trờng truyền Bảng 1.1 cho ta thấy vận tốc truyền của sóng siêu âmtrong các môi trờng khác nhau là rất khác nhau Tốc độ trung bình củasóng siêu âm trong các tổ chức phần mềm v ≅ 1540m/s Biết đợc vận tốctruyền, khi đo thời gian đi và về của sóng siêu âm ta có thể định vị rõ đ -

ợc vị trí bề mặt của phản xạ

b Trở kháng âm của môi trờng và các định luật truyền âm

Trở kháng âm z:

Trở kháng âm của môi trờng cho bởi công thức sau:

Z = c x ρ (velocity x density) = [rayls];

Trong đó:

ρ = [kg/m3] - mật độ của môi trờng

c = [m/s] - vận tốc lan truyền của sóng âm trong môi trờng

Trang 12

Trở kháng âm của môi trờng có vai trò quyết định đối với biên độcủa sóng phản xạ trên mặt phân cách giữa hai môi tr ờng Trên bảng 1-1

ta có trở kháng âm của một số môi trờng khác nhau

Môi trờng Z (rayls)Không khí 0.0004 x 106

Khi sóng âm đợc truyền trong môi trờng đồng nhất và đẳng hớng

nó sẽ truyền theo phơng thẳng; khi gặp mặt phân cách đủ lớn (kích thớc

∅ >>λ) giữa hai môi trờng có trở kháng khác nhau, tức là vận tốctruyền âm khác nhau, tia âm sẽ tuân theo định luật phản xạ và khúc xạ.Một phần năng lợng của sóng âm sẽ phản xạ ngợc trở lại và phần cònlại sẽ truyền tiếp vào môi trờng thứ hai

Độ lớn của năng lợng phản xạ phụ thuộc vào sự khác biệt của trởkháng âm ∆z giữa hai môi trờng Hệ số phản xạ K đợc tính:

Trong đó:

θi: góc tới; θr: góc phản xạ; θt: góc khúc xạ

Pr - biên độ áp lực của sóng phản hồi

Pi - biên độ áp lực của sóng tới

Z1,Z2 - trở kháng âm của hai môi trờng

2

1 2

1 2

θ θ

Cos Z Cos Z

Cos Z Cos Z

P

p K

t

i t

i r

Trang 13

Hình1.2 Sự phản xạ và khúc xạ

ở đây sẽ xảy ra hai trờng hợp:

Trờng hợp 1: Tia tới vuông góc với mặt phân cách: θi = θ = 0

Hệ số phản hồi của mặt phân cách sẽ đợc tính theo công thức: Cosθi = cosθr= 1 nên:

Trờng hợp 2: Tia tới tạo một góc θi ≠ 0

Theo định luật phản xạ, góc phản xạ bằng góc tới θi = θr Sóngtruyền tiếp lúc này không còn cùng hớng với sóng tới và tạo một góc θt

≠ θi, hiện tợng này gọi là hiện tợng khúc xạ, góc khúc xạ θt phụ thuộcvào vận tốc truyền âm trong hai môi trờng và đợc xác định bởi côngthức:

sin θt = (c1/c2) x sin θiVới c2 > c1, khi sin θt = c1/c2, ta có θcritic = arcsin(c1/c2) thì sin θt =

1 và θt = 90 0 Hiện tợng này gọi là hiện tợng phản xạ toàn phần Nh vậyvới tất cả các góc θi ≥ θcritic sóng âm sẽ không khúc xạ đợc sang môi tr-ờng thứ hai, bên kia mặt phân cách và toàn bộ năng lợng đợc phản xạtrở lại môi trờng thứ nhất

Ngoài ra, dù với c2 > c1 hay c2 < c1, nếu góc tới θt ≈ 90 0 (tia tới đigần nh tiếp tuyến với mặt phân cách) thì sóng âm chỉ tr ợt trên bề mặtphân cách mà không truyền tiếp vào môi trờng thứ hai

Cả hai hiện tợng trên (phản xạ toàn phần và tia tới truyền tiếp tuyếnvới mặt phân cách) giải thích cho sự xuất hiện bóng lng bên (Lateralshadowing) ở những cấu trúc hình cầu và mặt cắt ngang cấu trúc ống

Từ hai công thức nêu trên ta thấy hệ số phản hồi của mặt phân cáchgiữa hai môi trờng phụ thuộc vào ∆Z = (Z1 - Z2) giữa hai môi trờng

2

1 2

1 2





 +

=

Z Z

Z Z K

Trang 14

∆Z càng lớn thì năng lợng phản xạ càng lớn và chỉ còn một phầnrất nhỏ năng lợng sóng siêu âm đi đợc xuống môi trờng bên dới mặtphân cách Nếu ∆Z là vừa đủ để nhận biết mặt phân cách thì một phầnlớn năng lợng của sóng siêu âm sẽ truyền xuống dới mặt phân cách vàtiếp tục cho thên thông tin về cấu trúc bên dới.

Nhìn vào bảng 1.1 ta thấy ∆Z giữa mô mềm và không khí hoặcgiữa mô mềm và xơng rất lớn, do đó trong ghi hình siêu âm nếu sóngsiêu âm gặp mặt phân cách này thì hầu hết năng lợng sẽ bị phản xạ trởlại, sóng truyền tiếp sẽ rất nhỏ và ta sẽ không nhận đ ợc thông tin từ dớimặt phân cách này, đó cũng chính là lý do tại sao trong siêu âm chẩn

đoán ta phải dùng gel tiếp xúc, nhằm tạo ra tiếp xúc không có khôngkhí - Airless Contact

Sự tán xạ :

Một hiện tợng quan trọng khác trong tạo hình bằng siêu âm, đó làhiện tợng tán xạ của siêu âm khi gặp các cấu trúc nhỏ (có kích th ớc ∅

>> λ) hoặc với bề mặt không đồng đều Khi đó tia siêu âm sẽ bị tán xạ

đi khắp các hớng và chỉ có một phần rất nhỏ chắc chắn tới đợc đầu dò.Tuy vậy, mặc dù việc ghi nhận các tia tán xạ là rất khó khăn, songchúng ta phải thừa nhận rằng chúng ta có một lợi thế đó là không phụthuộc vào góc tới của tia siêu âm, và rất quan trọng trong việc đánh giácác cấu trúc nhỏ, ví dụ nh sự đồng đều của nhu mô gan, tuỵ hay váchliên thất , và các máy siêu âm chẩn đoán ngày nay chủ yếu làm việctrên các tia tán xạ

Hình 1.3 Sự tán xạ

c Sự hấp thụ của tổ chức và sự suy giảm của năng lượng tia siờu

õm, khuếch đại bự

Trang 15

Khi sóng âm truyền đi trong tổ chức thì biên độ và năng lợng củatia âm bị suy giảm theo khoảng cách Hình 4 biểu diễn sự suy giảm củabiên độ áp âm theo khoảng cách, sự suy giảm tuân theo hàm số: p(z) =p0 x e- α.f.z

+ P - biên độ áp âm; p0 = p (z=0)

+ α - hệ số suy giảm âm của môi trờng truyền

+ f - tần số của sóng siêu âm

+ z - độ sâu cần tới

Các nguyên nhân gây ra sự suy giảm năng lợng của tia siêu âm là:

Sự hấp thụ của môi trờng do một phần năng lợng của tia siêu âm bịchuyển đổi thành năng lợng của các dao động nhiệt, nhng trong siêu âmchẩn đoán, phần năng lợng này quá nhỏ và không thể gây ra các biến

Đối với mô mềm và f = 0,2 MHz, có thể áp dụng công thức gần

đúng sau: Độ suy giảm D[dB] = f[MHz] x z[cm] x α

Trang 16

- H/p dist At 2MHz[cm]: Khoảng cách năng lợng bị giảm nửa, tại2MHz, tính bằng cm.

- Attenuat at 1MHz [dB/cm]: độ suy giảm với tần số 1MHz, tínhbằng dB/cm

Trên bảng 1-2 có đa ra suy giảm của sóng siêu âm trong một môitrờng khác nhau Ta thấy năng lợng siêu âm bị giảm mạnh trong môi tr-ờng không khí và xơng còn với mô mềm sự suy giảm này nằm trongkhoảng 0,4 - 1dB/cm

Từ công thức trên ta thấy sự suy giảm này cũng phụ thuộc rấtnhiều vào tần số, gần nh tỷ lệ thuận với tần số Sự phụ thuộc này là mộttrong những hạn chế của siêu âm chẩn đoán, bởi nh ta sẽ thấy dới đâytần số càng cao thì độ phân giải càng cao song độ suy giảm cũng cao và

do đó độ xuyên sâu càng kém

Hình 1.4 Tia siêu âm bị phản xạ một phần tại ranh giới giữa hai vùng

Khuyếch đại bù theo chiều sâu: DGC - Depth Gain Control:

Năng lợng siêu âm càng vào sâu thì càng suy giảm Khi vào sâutới 20 cm, với đầu dò 3,5 Mhz (α ≅ 1), theo công thức trên thì D = 70dB

= 3162 lần Nh vậy những mặt phản xạ có ∆z nh nhau nếu nằm ở những

độ sâu khác nhau sẽ cho những tín hiệu phản xạ có độ lớn khác nhau

Để khắc phục điều đó tín hiệu phải đợc bù hệ số khuyếch đại để tạo ấntợng ảnh đồng nhất Ngoài ra DGC cũng đợc điều chỉnh khác nhau khi

Trang 17

thăm khám bệnh nhân gày, béo khác nhau và chọn lựa vùng khảo sátnông sâu

d Thông số cuả sóng siêu âm và kích thớc hình học của hệ thống

Vì sóng siêu âm phản xạ trên mặt phân cách do đó năng lợng phảnxạ còn phụ thuộc vào kích thớc của mặt phân cách và độ dài bớc sóngcủa chùm tia Nếu ta đặt một vật rắn chìm vào trong môi tr ờng chất lỏngthì năng lợng phản xạ từ vật đó phụ thuộc vào kích thớc cuả vật so với

độ dài bớc siêu âm Vật phải có độ dài ít nhất lớn hơn λ /4 thì mới cókhả năng phản xạ sóng siêu âm Do đó sóng siêu âm có tần số càngcao, tức λ càng nhỏ thì càng dễ phát hiện và phân biệt đợc các vật nhỏsong cũng do đó mà khó vào sâu Ngời ta đa khái niệm “Haft PowerDistance” - Khoảng giảm nửa năng lợng - để chỉ khoảng cách mà tiasiêu âm có thể đi đợc cho tới khi năng lợng của chùm tia giảm đi cònmột nửa Với cùng một loại đầu dò trong những điều kiện nh nhau thì

đại lợng này là khác nhau cho những môi trờng khác nhau Trên bảng

1-2 là khoảng cách giảm nửa của một số môi trờng tiêu biểu

1.6.2 Kỹ thuật của phơng pháp tạo hình bằng siêu âm

a Nguyên lý tạo ảnh

Đầu dò khi đợc kích thích bằng xung điện với chiều dài và cờng

độ có thể điều chỉnh đợc thì khi phát ra xung âm lan truyền theo hớngcủa đầu dò vào môi trờng ở một vận tốc xác định bởi đặc tính của môitrờng (mật độ ρ và độ đàn hồi B); sóng âm sẽ gặp các mặt phản hồi trên

đờng truyền và tạo ra các sóng phản xạ và tán xạ quay trở về đầu dò và

đợc thu nhận tại đây

Khoảng thời gian mất cho sóng âm đi đến và quay trở về từ mặt phảnhồi sẽ xác định độ sâu của mặt phản hồi bởi công thức:

d = c x t/2Trong đó:

d: Khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồic: Vận tốc sóng âm trong môi trờng

t/2: Thời gian cho sóng âm đi từ đầu dò đến mặt phản hồi

Độ lớn của biên độ sóng phản hồi phụ thuộc vào biên độ sóngphát đi, góc tới của sóng âm và trở kháng âm của mặt phản hồi Đầu dò

Trang 18

sẽ biến đổi sóng hồi âm thành tín hiệu điện thông qua hiệu ứng áp điện,tín hiệu điện này mang thông tin về độ lớn biên độ, thời gian tiếp nhận,các thông tin này sau đó đợc xử lý và thể hiện thành hình ảnh trên mànhình.

b Các hình thức thể hiện

A - mode (Amplitude mode):

Tín hiệu hồi âm đợc thể hiện bằng xung hình gai (xung nhọn) trêndao động ký qua hệ thống trục tung và trục hoành, chiều cao của xungthể hiện độ lớn của biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí của xung thể hiệnkhoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi Loại hình thể hiện này th ờng

đợc dùng trong đo đạc vì có độ chính xác cao

Xét trờng hợp cụ thể sau:

Trang 19

Vật cần nghiên cứu là môi trờng có ba lớp trở âm khác nhau:

Hỡnh 1.5 Trở khỏng và Biờn độ xung siờu õm phản xạ

Tại thời điểm xung siêu âm từ đầu dò đi vào Z1, Z 2, Z 3 Sau mộtthời gian sóng siêu âm đi qua mặt phân cách giữa Z1 và Z2 sẽ có mộtxung phản xạ tại t2 Lợng sóng siêu âm đi qua Z 1 và Z2 ta lại nhận đợcmột xung phản xạ tại t3 Lợng sóng siêu âm vợt qua Z3 đến biên giớimôi trờng và không khí lại nhận đợc một xung phản xạ toàn phần tại t4.Ngời ta gọi các xung siêu âm phản xạ trên là hình ảnh cấu trúc của vậtchất trên đờng tia siêu âm đi qua Ta có định nghĩa sau: ảnh ở mode A(Amplitude ) là ảnh cấu trúc của vật chất trên một đ ờng tia siêu âm điqua thể hiện bằng các xung phản xạ

Kiểu ghi hình ảnh này ngời ta ít dùng vì lí do:

+ Chỉ có hình ảnh một đờng nằm trong vật chất

+ Sự khác nhau giữa cấu trúc thực và xung phản xạ làm bác sỹkhó tởng tợng ra vật chất cần thăm dò Mode A này chỉ sử dụng trongmôi trờng đơn giản ví dụ nh mắt

B - mode (Brightness Mode) :

Tín hiệu hồi âm đợc thể hiện bởi những chấm sáng, độ sáng củanhững chấm này thể hiện biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí các chấm sángxác định khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi

Là phơng pháp đo theo độ sáng (B: brighness), thực chất Mode B là

"Chụp ảnh" cấu trúc vật chất trên đờng tia siêu âm đi qua

Đầu dò

Z1 Z2 Z3a

b

Trang 20

Lấy ảnh ở Mode A phần trên để điều chế độ sáng trên màn hình(Xung siêu âm lớn sẽ sáng nhiều còn xung siêu âm bé sẽ sáng ít vàkhông có xung thì không sáng):

Hỡnh 1.6 Thể hiện Mode B

Hình ảnh này đợc gọi là kiểu B (Brighness modulation) Vậy ảnhcủa Mode B là ảnh phản ánh cấu trúc vật chất của những điểm nằmtrong mặt phẳng mà tia siêu âm quét qua thể hiện bằng độ sáng tối khácnhau Do đó ảnh của Mode B là một lát cắt

TM - mode (Time Motion Mode) :

Dùng để thể hiện sự chuyển động cùng phơng với tia siêu âm củacác vật thể theo thời gian bằng cách thể hiện hình ảnh B - mode theodiễn biến thời gian với các tốc độ quét khác nhau Kết quả là các nguồnhồi âm đứng yên thì sẽ tạo ra đờng thẳng ngang qua màn hình, còn nếumặt phản hồi chuyển động thì sẽ ra đờng cong phản ảnh sự chuyển độngcủa mặt phản hồi

Mode TM cho biết quỹ đạo chuyển động của những điểm trên đ ờng tia siêu âm đi qua Giống nh mode A khi đo mode TM đầu dò phải

-đứng yên, điểm B chuyển động thì quỹ đạo của A là một vạch dài thẳngcòn quỹ đạo của B là một hình sin kéo dài:

Mode B

A

a BaA'

x

Đầu dò

Trang 21

Hỡnh 1.7 Thể hiện Mode TM

Nh vậy mode TM là khảo sát quỹ đạo chuyển động của vật chấttheo thời gian Để thực hiện mode A và TM cần một đầu dò đơn, đứngyên ở một vị trí ảnh Mode A là các xung trên đờng của một tia siêu âm

đi qua và độ lớn xung là quan trọng Trong khi ảnh của Mode TM là quỹ

đạo chuyển động của vật thể trên đờng một tia siêu âm đi qua và ở đâyquỹ đạo chuyển động là quan trọng Còn ảnh ở mode B là ảnh của mộtmặt cắt mà tia siêu âm đi qua, nó thể hiện cấu trúc của vật chất bằng độsáng, độ đậm nhạt khác nhau

Trên màn hình hiện thị của TM - mode, biên độ chuyển động củamặt phản hồi đợc biểu thị trên trục tung, thời gian trên trục hoành, nhờvậy có thể tính toán đợc vận tốc chuyển động của mặt phản hồi, khi tốc

độ quét đã đợc xác định

Phơng pháp A - mode, B - mode và TM - mode có thể gọi chung là

siêu âm một chiều (hay một bình diện).

Nh vậy: Ưu điểm của siêu âm một chiều là bằng phơng pháp tơng

đối đơn giản, rẻ tiền ta có thể xác định đợc chính xác vị trí của bề mặtphản xạ và trong điều kiện TM có thể đo đợc biên độ chuyển động củavật theo phơng song song với chùm tia siêu âm

Nhợc điểm của phơng pháp: Không cho hình ảnh tổng thể của vậtcần chẩn đoán Không đánh giá đợc các chuyển động có phơng vuônggóc với phơng truyền của tia siêu âm

Hình ảnh tĩnh và hình ảnh động

Cơ sở của kiểu thể hiện hình ảnh siêu âm hai chiều này là B mode, đợc dùng trong hầu hết các thiết bị siêu âm chẩn đoán từ trớc đếnnay, từ các máy “Static Scanner” (Máy quét tĩnh) của thời kỳ sơ khaicủa ngành siêu âm chẩn đoán thuộc thập niên 50, 60 cho đến các máyquét hoạt động “Real Time Scanner” từ những thập niên 70 trở lại đây

-Theo cách thể hiện của B - mode trong siêu âm một chiều thì t ơngxứng với mỗi vị trí đầu dò trên cơ sở và mỗi hớng của chùm tia nhất

định thì trên màn hình ta có một đờng tạo ảnh (line of sight) Bmode phản ánh các mặt phản hồi đợc tạo ra bởi các cấu trúc cơ thể nằm trên

Trang 22

-đờng truyền của chùm tia siêu âm Với các máy “Static Scanner”, sựtổng hợp tất cả các đờng tạo ảnh tơng xứng với nhiều vị trí đặt đầu dòtrên cơ thể theo chiều hớng khác nhau trong cùng một mặt phẳng sẽ tạothành hình ảnh siêu âm phản ánh các cấu trúc giải phẫu theo thiết diệncắt ngang qua bởi mặt phẳng nói trên.

Vào những năm 60, để thực hiện sự tổng hợp nói trên ngời ta phảidùng hệ thống cánh quét (scanning arm) Cấu tạo bởi các trục và khớpnối để điều khiển đầu dò

Do hạn chế về mặt kỹ thuật, để có đợc một hình siêu âm cắtkhoanh lớp cơ thể thì phải mất rất nhiều thời gian và hình ảnh nhận đ ợcchỉ là hình ảnh tĩnh của các cấu trúc, vì vậy ng ời ta gọi hệ thống này làquét ảnh tĩnh Tuy nhiên u điểm của hệ thống này là cho cái nhìn tổngthể về các cấu trúc và mối liên quan giữa các cấu trúc chỉ trên một hình

Để nhìn thấy sự chuyển động tức thời của cấu trúc trong cơ thể(đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực tim mạch ) thì tốc độ tạo hình phảithật nhanh, tốc độ tạo hình thờng dùng (FR – Frame rate) khoảng 25hình/giây; của những năm 70 của thế hệ máy siêu âm mới ra đời chophép ghi hình tức thời sự chuyển động của các cấu trúc trong cơ thể gọi

là máy quét hình ảnh động (Real time Scanner), tốc độ quét hình củamáy này đạt đợc nhờ kỹ thuật quét chùm tia siêu âm và khả năng xử lýthông tin nhanh của máy điện toán

Có hai cách quét chủ yếu đợc sử dụng trong máy quét hình ảnh động:

+ Quét điện tử - Electronic Scanning: Các tia siêu âm đợc quét

bằng cách dùng bộ điều khiển khoá điện tử để đóng mở nguồn nuôi cáctinh thể sắp xếp kề cận nhau theo một thứ tự thời gian thì các tia siêu

âm sẽ đợc quét theo một phơng nhất định

+ Quét cơ học - Mechanical Scanning: Tia siêu âm đợc quét khi

các chấn tử đợc quay quanh một trục hoặc dao động theo kiểu con lắc

Một nhợc điểm của máy ghi hình ảnh động là diện khảo sát( Field of view) bị hạn chế, không cho một hình ảnh tổng quát nh trong

kỹ thuật ghi hình tĩnh nói trên, do kỹ thuật ghi hình động bị hạn chế bởi

ba yếu tố:

+ Số hình trong 1 s - Frame rate - FR

+ Mật độ đờng cho một hình - Line Density - N

Trang 23

+ Độ sâu khảo sát - d.

Liên quan chặt chẽ với nhau bởi công thức:

1/FR = N x t = 2N x d/c

ở đây: 1/FR thực chất sẽ là thời gian tạo một hình;

t: thời gian tạo một đờng hình (line) - là thời gian cho tia siêu âm đi và

về tới đầu dò

Thông thờng ở độ sâu khảo sát 20cm, với số đờng tạo ảnh cho mộthình là 150 thì số hình trong một giây không thể vợt quá 25 hình Nhvậy nếu sử dụng diện khảo sát rộng thì đòi hỏi mật độ đờng tạo ảnh lớn

để đảm bảo chất lợng hình và đồng thời giới hạn tốc độ tạo hình củamáy

Một vài năm gần đây nhờ những tiến bộ trong kỹ thuật vi xử lý,ngời ta đã tạo ra thế hệ máy có đồng thời hai u điểm của hai thế hệ máynói trên, vừa có hình động vừa có khảo sát trên diện rộng gọi là Realtime - E.F.O.V (Extended Field Of View) - Siêu âm thời gian thực vớitrờng nhìn mở rộng, ngời ta vừa di chuyển đầu dò theo một thiết diệncắt ngang cơ thể vừa ghi nhận hình ảnh, hình ảnh đợc tổng hợp liên tục

từ các góc quét riêng biệt với các vị trí của dầu dò, kết quả nhận đ ợc làmột hình tổng quát, đồng thời vẫn giữ đợc tính động của hình ảnh Đểthực hiện đợc kỹ thuật này ngời ta phải sử dụng thuật toán Fuzzy - logicvới sự xử lý cực nhanh của máy diện toán và bộ vi mạch xử lý truyềnthông đa phơng tiện - M.V.P - Multimedia Video Processor

Siêu âm với trờng nhìn mở rộng cho phép đánh giá các tổ chứctrong sự tơng quan toàn thể với cấu trúc xung quanh, giúp bác sĩ thực sựnhìn thấy toàn cảnh thay vì phải tởng tợng bằng cách ghép các mảnhhình riêng biệt lại với nhau Kỹ thuật này đã thực sự kết hợp đ ợc u điểmcủa siêu âm chẩn đoán - độ an toàn cao - với hình ảnh cấu trúc toàn thể

mà trớc đây chỉ có trên các hình CT hay MR, nói một cách khác, kỹthuật này thức sự mở ra một chân trời mới đối với siêu âm chẩn đoán

Trang 24

Chương 2:

CÁC HOẠT ĐỘNG GHI NHẬN, XỬ LÝ ẢNH SIÊU ÂM VÀ CÁC

PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 2.1 Các hoạt động xử lý ảnh siêu âm chủ yếu

2.1.1 Sự khuếch đại - Gain

Tín hiệu được thu nhận tại đầu dò trước khi thể hiện thành hìnhảnh đều phải được xử lý, một trong những bước xử lý quan trọng làkhuyếch đại tín hiệu do biên độ của chúng quá nhỏ Hệ số khuyếch đại,thường được tính bằng dB, là một tỷ số giữa biên độ sau khi khuyếchđại và biên độ trước khi khuyếch đại:

Gain = RX = 20 Log (U2/U1) = [dB]

ở đây: U2 là biên độ tín hiệu sau khi khuyếch đại

U1: biên độ tín hiệu trước khi khuyếch đại

2.1.2 Khuếch đại bù trừ theo độ sâu (DGC hay TGC – Depth Gain Compensation or Time Gain Compensation)

Trong khi khuyếch đại tín hiệu một yếu tố không thể bỏ qua là hiệntượng làm suy giảm năng lượng sóng âm của môi trường (Attenuation),hậu quả của hiện tượng này là làm cho tín hiệu trở về đầu dò từ độ sâucàng xa thì có biên độ càng bé, vì vậy cần phải có sự bù lại cho mất mátnăng lượng nói trên DGC hay TGC thực chất là sự khuyếch đại giatăng theo thời gian: sau khi sóng âm được truyền đi, những tín hiệu hồi

âm từ những mặt phản hồi ở xa thì được khuyếch đại nhiều hơn so vớinhững tín hiệu hồi âm ở những mặt phản hồi gần

2.1.3 Khuyếch đại tăng bờ - ee: Edge Enhancement

EE có tác dụng tăng độ phân dải dọc theo phương truyền của tiasiêu âm bằng cách tăng độ vi phân của tín hiệu, khi tăng EE hình siêu

âm được biểu thị có hạt nhỏ hơn (fine - grained), các bề mặt vuông gócvới phương truyền của tia siêu âm được vẽ ra rõ nét hơn (ví dụ như các

Trang 25

lớp thành mạch ), vỡ vậy phộp xử lý này được gọi là khuyếch đại tăngbờ.

Hình 2.1: Xử lý khuyếch đại tăng bờ

2.1.4 Dải động - DR: Dynamic Range

ở phần trên, hình ảnh siêu âm hai chiều đợc tạo bởi các tín hiệuphản hồi của tia siêu âm, ghi lại theo vị trí dới dạng ma trận và theotrình tự thời gian với tốc độ thời gian thực Các tín hiệu phản hồi nàynằm trong khoảng rất rộng

Trang 26

mặt phân cách các cơ quan (bề mặt các cơ quan) cho tín hiệu khoảng

100àV ữ 100mV Các nhu mô của các cơ quan cho tín hiệu phản hồitrong khoảng 10àV ữ 100mV Các chất lỏng cho tín hiệu phản hồi cỡkhoảng 10àV

Nh vậy, toàn bộ dải tín hiệu thu đợc sẽ nằm trong khoảng

10àVữ10V, tức là tỷ lệ Umax/Umin = 106 lần, hay nói cách khác Umax/Umin

= 120dB Nhng thực chất là trong chuẩn đoán ngời ta không cần quansát toàn bộ dải tín hiệu trên cùng một lúc Về mặt ý nghĩa dải động làkhoảng tín hiệu cần thiết có thể biểu diễn đợc và là một tỷ lệ giữa tínhiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất trong khoảng tín hiệu cần quan tâm.Các dải rộng thờng gặp là 35, 40, 45, 50, 55 hoặc 60 dB Mỗi dải động

đợc chọn thờng đợc biểu diễn bởi 64 mức xám (grey scale)

Thay đổi dải động của tín hiệu để đáp ứng độ tơng phản của hình

ảnh siêu âm cực đại Các giá trị DR thấp cần thiết khi cần nhìn rõ các ờng bao và do đó thờng đợc sử dụng khi chẩn đoán tim mạch Các giátrị DR cao cho phép biểu thị rõ các cấu trúc và do đó th ờng đợc sử dụngkhi chẩn đoán nội tổng quát

đổi hoặc thay đổi chậm (ví dụ: vùng bụng, mạch ngoại vi ) để cảithiện ảnh, tạo hiệu ứng làm dịu ảnh nhờ loại bỏ đợc những nhiễu tứcthời gây ra do các chuyển động của cơ, mô

Trong ví dụ trên, độ mịn cực đại đạt đợc với CL3 = 50/50 Đối vớinhững vật thể chuyển động nhanh, ví dụ nh tim, thì CL làm mờ (blur)các chuyển động của van tim, thành tim , do đó, khi khảo sát các biên

độ chuyển động, nên đặt CL ở giá trị thấp nhất = CL0 = 100/0

2.1.6 Xử lý hình sau khi tạo ảnh (Postprocessing)

Trang 27

Chức năng này cho phép ngời sử dụng làm nổi rõ hoặc làm mờ đicác mức xám (grey scale) riêng lẻ hoặc nhóm mức xám ở các ảnh siêu

âm để giúp cho việc đọc hình đợc dễ dàng nhất bằng cách thay đổi hệ sốkhuyếch đại cho các mức thang xám Hình vẽ trên là một ví dụ Hậu xử

lý có thể đợc thực hiện ở mode thời gian thực (B-mode) hoặc ở chế độ

ảnh dừng

2.2 Phần mềm của máy, các chơng trình đo và tính

Thiết bị chính bao gồm thân máy, bàn phím, màn hình và phần lutrữ hình ảnh Toàn bộ giao tiếp để điều khiển và xử lý ảnh đ ợc thực hiệnqua bàn phím Qua bàn phím có thể đa tên, tuổi bệnh nhân, các chú dẫntrên hình, các pictogram thay đổi chế độ, mode làm việc của máy,thực hiện các phép xử lý hình, các phép đo

Các chế độ làm việc thông dụng:

Tuỳ theo chế độ đo của máy và hãng sản xuất, các chế độ làm việcsau thờng đợc cài đặt trên máy: B, 2B, 4B, B+M, M, các chế độ có thểkết hợp đồng thời với A - mode

- Tính thể tích hình tròn: dùng Track ball để chỉ ra đờng kính của cơ

quan hay bộ phận cần đo Thể tích sẽ đợc tính theo công thức tính thểtích hình cầu tròn Phơng pháp này đơn giản song không chính xác vìhình dạng của các khối cần đo thờng không phải là hình cầu tròn

- Tính thể tích Elip: Thể tích hình Elip có thể đợc tính theo 3 cách:

Tính theo đờng kính dài và ngắn: Để tính theo công thức này, cần

phải nạp vào máy kích thớc của hai đờng kính L và D Thể tích sẽ đợctính theo công thức:

V = π LD2/6

Tính theo diện tích lớn nhất của hình Elip: Dùng track ball hoặc

joystick vẽ theo đờng bao quanh của thiết diện lớn (a) chiều dài của trụcdọc (l) Thể tích sẽ đợc tính theo công thức:

L

A V

π

3

8 2

=

Trang 28

Tính theo phơng pháp Simson: Cách nạp dữ liệu cũng giống nh

ph-ơng pháp tính theo diện tích lớn của hình Elip song máy sẽ tính thể tíchcủa hình bằng cách tính thể tích của từng lát cắt sau đó cộng lại:

V = (πh/4) * (D12 + D2 + + Dn )

Phơng trình này đúng với bất kỳ một cấu trúc dạng cầu nào

2.3 Kỹ thuật siờu õm Doppler và ứng dụng trong thăm khỏm bệnh nhõn

2.3.1 Khỏi quỏt về siờu õm Doppler.

Siờu õm Doppler là phương phỏp ứng dụng hiệu ứng Doppler Người taphỏt súng siờu õm tới bộ phận cần khảo sỏt chức năng và thu hồi súng phản

xạ Từ sự khỏc biệt tần số tới và phản hồi ta sẽ cú cỏc thiết bị xử lý và hiển thịlờn màn ảnh Ảnh được hiển thị sẽ cho biết tỡnh trạng và hoạt động của cỏc

cơ quan

2.3.2 Vấn đề cần quan tõm trong siờu õm Doppler.

Về khớa cạnh kỹ thuật ta quan tõm tới hai vấn đề Đú là :

Phõn tớch súng phản hồi để tớnh tần số Doppler, nhờ đú khảo sỏt được sựchuyển động của vật cần khảo sỏt

Hiển thị lờn màn ảnh sự phõn bố của vật chuyển động đú

2.4 Nguyờn lý chung về siờu õm Doppler

2.4.1 Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng siờu õm Doppler được tỡm ra vào năm 1845 bởi Christian

Andreas Doppler (1803-1853), hiệu ứng Doppler được phỏt biểu:

Nếu súng siờu õm được phỏt ra từ một nguồn phỏt cố định đến một đầuthu cố định thỡ tần số thu bằng tần số phỏt

Nếu cú sự chuyển động tương đối giữa đầu thu và đầu phỏt thỡ tần số màđầu thu nhận được khỏc với tần số phỏt tại nguồn phỏt

Trang 29

Nhờ sự thay đổi tần số này, người ta có thể xác định được vận tốc và hìnhảnh đối tượng và được sử dụng để xác định dòng chảy của mạch máu trong cơthể.

2.4.2 Ứng dụng hiệu ứng Doppler trong kiểm tra mạch máu

Các thiết bị Doppler được thiết kế để thu được dịch chuyển Doppler từcác tín hiệu nhận được Các thay đổi này nằm trong phạm vi nghe thấy(thường từ 200 Hz tới 1500 Hz), điều này cho phép các bộ khuếch đại âmthanh cùng với tai nghe hoặc loa được sử dụng làm thiết bị đầu ra

Với kiểm tra dòng trong mạch máu, nguyên lý siêu âm Doppler là khimột chùm sóng siêu âm với tần số nhất định tới các mạch máu và gặp các yếu

tố hữu hình, mà chủ yếu là các tế bào hồng cầu (Red Blood Cells –RBCs) DoRBC có đường kính 7µm nhỏ hơn rất nhiều so với bước sóng của sóng âm(thường từ 0,2 mm đến 0,5 mm) nên tán xạ Rayleigh xảy ra, một phần sóng

âm phản xạ lại với một tần số khác với tần số chùm siêu âm phát đi, đượcnhận tại bộ phận thu sóng phản xạ Sự thay đổi tần số này là cơ sở để tính tốc

độ di chuyển của các tế bào máu

2.4.3 Tính toán tần số Doppler

Hiệu ứng Doppler là hiện tượng thay đổi tần số quan sát được nếu cóchuyển động tương đối giữa nguồn phát và nguồn thu Cụ thể, tần số tại đầuthu lớn hơn ( hay nhỏ hơn) tần số sóng siêu âm tại đầu phát khi đầu thu vàđầu phát chuyển động lại gần nhau (hay ra xa nhau) Nếu giả thiết :

s

f : Tần số sóng phát

r

f : Tần số sóng thu

Xét mối quan hệ giữa tần số f s của sóng âm tạo bởi nguồn chuyển động

và tần số sóng thu f r thu được tại đầu thu chuyển động Giả thiết rằng nguồn

và đầu thu chuyển động trên cùng một đường thẳng

Trang 30

Giả sử tại thời điểm t=0, nguồn S và đầu thu R cách nhau một khoảng d.

Nguồn chuyển động với vận tốc v S và đầu thu chuyển động với vận tốc v R

Trong khoảng thời gian t, đầu thu R dịch chuyển một khoảng v R⋅ t

sóng âm truyền với tốc độ c sẽ đi được một khoảng là c.t Ta có:

c.t =d +v R.t (2.1)

Hay

R

v c

d t

Trang 31

Hay ' ( S).

R

d c v t

c v

τ + −

=

− (2.6)

Với nguồn phát, khoảng thời gian giữa các sóng là τ Số lượng sóng do

nguồn phát ra trong khoảng thời gian τ phải bằng số lượng sóng thu được ở

đầu thu trong khoảng thời gian τ ’, có nghĩa là :

Trang 32

Từ công thức (2.13) có thể thấy, tần số đo được tại đầu thu chuyển động

xa khỏi nguồn nhỏ hơn tần số đo được tại nguồn phát, và ngược lại khi đầuthu chuyển động về phía nguồn phát tần số đo được tại đầu thu lớn hơn tạiđầu phát

Đối với trường hợp của khảo sát mạch máu, đầu phát và đầu thu là tĩnh,ngoài ra đầu phát và đầu thu có thể không cùng nằm trên một đường thẳng.Giả sử góc θt là góc tạo bởi hướng truyền tới và phương của vật thể khảo sát,

còn góc θR là góc tạo bởi phương chuyển động của vật và hướng thu.

Khi đó, tốc độ vật tán xạ tương đối với đầu phát sẽ là v.cos θt.

Tốc độ vật tán xạ tương đối với đầu thu sẽ là v.cos θR.

Hình 2-3 Đầu thu, phát không nằm trên cùng một đường thẳng.

Trang 33

2 .s cos

D

f v f

= (2.16)

Hình 2-4 Tần số Doppler trong trường hợp khảo sát mạch máu.

Như vậy, với tần số sóng âm cho trước và đo được dịch chuyển tần sốDoppler của sóng siêu âm phản hồi về từ mục tiêu, ta có thể tính được tốc độdòng chảy trong mạch máu

Với f S = − 2 10Mhz và với các giá trị sinh lý, tần số ∆f nằm trong phạm vitần số nghe được từ 50 Hz-10 kHz Phân tích các kết quả này, ta có thể xác

định được các chỉ số về vận tốc các mạch máu

2.5 Đầu dò siêu âm Doppler.

Đầu dò siêu âm là một trong những phần quan trọng nhất của một máysiêu âm nói chung Nhiệm vụ của đầu dò là phát sóng siêu âm rồi nhận sóngsiêu âm dội lại, tiến hành xử lý và chuyển đổi ra các tín hiệu điện, sau đó hiển

Trang 34

thị lên màn hình Các đầu dò rất đa dạng về chủng loại và kích thước Vớitừng bộ phận trên cơ thể sẽ có những đầu dò riêng biệt tương ứng.

- Có thể phân loại các đầu dò như sau:

 Siêu âm tổng quát (màu hay Doppler)

 Siêu âm sản phụ với đầu dò TV.

 Siêu âm tim (màu) với đầu dò TEE.

 Siêu âm qua ngõ trực tràng TRUS.

 Siêu âm mô mềm : tuyến giáp, tuyến vú, mắt

 Siêu âm mạch máu Doppler-TCD.

 Siêu âm khớp cơ

Hình 2-5 Hình ảnh một số loại đầu dò dùng trong siêu âm.

Đầu dò siêu âm có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của thiết bị Ta cần chú

ý các nguyên lý lựa chọn tần số cho hệ sóng liên tục hoặc hệ sóng xung, từ đólựa chọn tần số tối ưu

Tần số sóng tối ưu: là tần số mà khi ta đã biết khoảng cách tới đầu dò thìcường độ của sóng tán xạ ngược là lớn nhất

- Độ phân giải của đầu dò

Trang 35

Độ phân giải dọc : Là khả năng phân biệt hai vật nằm trên trục truyền củachùm siêu âm Độ phân giải dọc còn chỉ ra vật nhỏ nhất có thể được phát hiệntheo đường truyền của chùm tia Với bước sóng không đổi, xung ngắn thì độphân giải dọc tăng.

Hình 2-6 Độ phân giải dọc của đầu dò.

Độ phân giải ngang của đầu dò : Là khả năng phân biệt hai vật thể gầnnhau nằm trên đường thẳng vuông góc với trục chùm tia, tức là khả năng củachùm tia siêu âm có thể phát hiện ra các vật thể nằm cắt đường chùm tia Độphân giải ngang là thông số chính để đánh giá chất lượng hình ảnh siêu âmchẩn đoán

Trang 36

Hình 2-7 Độ phân giải ngang của đầu dò.

2.6 Các kỹ thuật siêu âm Doppler.

2.6.1 Kỹ thuật Doppler sóng liên tục–CW(Continuous–Wave

Doppler)

• Thiết bị Doppler sóng liên tục sử dụng hai tinh thể trong đầu dò :

- Một tinh thể cho truyền các sóng âm tần số không đổi một cách liêntục

- Một tinh thể nhận các tín hiệu phản xạ một cách liên tục

Hai tinh thể này được đặt hơi xiên góc với nhau Một tinh thể không thểgửi và nhận tại cùng một thời điểm do đó cần mạch đầu thu có dải động cựccao để phát hiện các tín hiệu dội nhỏ chồng lên tín hiệu truyền

- Nhược điểm : Thiết bị Doppler sóng liên tục không nhận biết được tọa

độ của điểm phản xạ

- Ưu điểm : Có thể đo được những vận tốc rất lớn mà phương pháp siêu

âm xung không đo được

2.6.2 Kỹ thuật Doppler sóng xung – PW (Pulsed- Wave Doppler)

- Thiết bị Doppler sóng xung sử dụng để kiểm tra dòng chảy ở một độsâu cho trước Thiết bị sử dụng một tinh thể áp điện, tinh thể này vừa làmnhiệm vụ phát vừa làm nhiệm vụ thu sóng siêu âm

Trang 37

- Các thiết bị Doppler sóng xung sử dụng nguyên tắc xác định khoảng tínhiệu dội để cung cấp thông tin về độ sâu được định lượng theo dịch chuyểnDoppler.

- Độ sâu mẫu :

Các tín hiệu thu được chặn lại xử lý sao cho chỉ các tín hiệu dội đượcnhận trong một khoảng thời gian ngắn sau khi phát xung, tương ứng với một

độ sâu cụ thể, đóng góp vào tín hiệu Doppler

Khối lấy mẫu Thời gian trễ Cổng hoạt động

Thời gian trễ trước chặn dùng để xác định vị trí theo hướng dọc củakhối lấy mẫu

Thời gian chặn xác lập chiều dài theo đường trục của khối lấy mẫu.Thông số chặn có thể lựa chọn bởi người điều khiển do đó độ sâu vàchiều dài của khối lấy mẫu có thể điều chỉnh được.Thiết bị chỉ nhạy vớinhững dòng chảy trong một thể tích lấy mẫu nhỏ

0

8 .cosk

c v

z f θ

= (2.18)

2.6.3 Kỹ thuật Doppler màu.

Đầu dò

Trang 38

Tạo ảnh dòng chảy màu là một dạng quét mới, nó kết hợp ảnh mức xámvới biểu đồ hai chiều về thông tin dòng chảy trong thời gian thực.

Tín hiệu Doppler được sử dụng để tạo ra màu sắc trên hình ảnh siêu âmhai chiều Kỹ thuật Doppler màu được sử dụng để xác định các mạch máu cầnkiểm tra, hình dạng và hướng của dòng chảy, góc giữa chùm siêu âm và mạchmáu để đo vận tốc ở những vị trí xác định

- Nguyên lý

Các thiết bị Doppler màu sử dụng nguyên lý cổng thu, thông tin được thunhận từ rất nhiều các thể tích lấy mẫu Thông tin Doppler được thu nhận từmỗi cổng được chuyển đổi thành tín hiệu màu chồng lên hình ảnh tương ứngtrên hình siêu âm hai chiều Một vận tốc đơn đại diện tại mỗi vị trí lấy mẫuđược mã hóa bằng màu sắc hoặc cường độ ánh sáng

 Dòng chảy hướng về phía đầu dò được mã hóa màu đỏ

 Dòng rời xa đầu dò được mã hóa màu xanh

 Dòng chảy rối được mã hóa bằng màu xanh lá cây

Hình 2-8 Hình ảnh dòng chảy với Doppler màu

- Nhược điểm của thiết bị

 Muốn có chất lượng màu chi tiết thì tốc độ tạo ảnh phải chậm lại vàmuốn có tốc độ tạo ảnh cao thì chất lượng màu lại bị giảm

Trang 39

 Hạn chế trong việc phát hiện và hiển thị các mạch máu nhỏ li ti-maomạch-nơi diễn ra sự trao đổi khí ở mức tế bào.

2.6.4 Doppler năng lượng

Trong một vài năm gần đây, người ta dùng siêu âm năng lượng (Power

Doppler) để khảo sát độ lớn biên độ của tín hiệu Doppler – độ lớn của sóng

phản hồi và tán xạ trở về đầu dò từ các phần tử chuyển động trong vùng khảosát

- Nguyên lý

Sự mã hóa màu dựa trên tính toán độ lớn biên độ của tín hiệu Doppler vàcác dòng chảy thể hiện bằng một gam màu duy nhất, trong đó độ sáng tối củavùng màu phụ thuộc vào độ lớn của năng lượng tán xạ trở về từ vùng đó(tương ứng là mật độ và kích thước của các phần tử đang chuyển động và tạo

- Nhược điểm

Kỹ thuật Doppler năng lượng không xác định được hướng của dòng chảy

và bị hạn chế ở các vùng sâu do đặc tính giảm âm của môi trường truyền âm

- Ứng dụng : Doppler năng lượng được ứng dụng trong những lĩnh vực chính

sau :

 Khảo sát những dòng chảy cực chậm

Trang 40

 Đánh giá hình thái học của máu nhờ có thể phân định rõ vùng có dòngchảy với vùng không có dòng chảy.

2.7 Xử lý tín hiệu Doppler

Tín hiệu Doppler thu về bao gồm cả tín hiệu sóng mang phát đi, tín hiệumang các thông tin về mạch máu và các nhiễu đi kèm Chính vì vậy, để có thểlấy được thông tin cần thiết đòi hỏi cần phải qua các bước xử lý tín hiệu

2.7.1 Kiểm tra tín hiệu dội

Tín hiệu dội nhận được cần được đánh giá xem liệu các mặt phản xạ cóchuyển động hay không Điều này được thực hiện nhờ so sánh pha của tínhiệu dội với tín hiệu tham chiếu Tín hiệu tham chiếu có cùng tần số và cùngpha so với xung truyền nhưng được kéo dài về thời gian sao cho tín hiệu thuđược có thể được so sánh với dạng sóng truyền ban đầu

- Với mặt phản xạ đứng yên thì pha không đổi

- Với mặt phản xạ chuyển động thì có sự dịch pha

θ: Độ lệch pha, phụ thuộc vào khoảng cách giữa vật phản xạ so với

đầu phát và cũng chính là đầu thu

- Khi cho hai tín hiệu nhân với nhau ta có:

Ngày đăng: 05/04/2017, 11:21

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w