những cơ sở kỹ thuật của siêu âm và ứng dụng của kỹ thuật đó trên thiết bị thực tế, khảo sát được một số ứng dụng thăm khám cụ thể.

Kể từ khi siêu âm được ứng dụng vào trong y học (năm 1950) đến nay, trải qua nhiều tiến bộ về kỹ thuật trong chất lượng hình ảnh, siêu âm đã trở thành công cụ chuẩn đoán hình ảnh thông dụng v

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN

Kể từ khi siêu âm được ứng dụng vào trong y học (năm 1950) đến nay, trải qua nhiều tiến

bộ về kỹ thuật trong chất lượng hình ảnh, siêu âm đã trở thành công cụ chuẩn đoán hình ảnh thông dụng và phổ biến trong các trung tâm y tế cũng như trong bệnh viện, khuyến cáo của tổ chức Y Tế Thế Giới đối với sự phát triển các phương tiện chẩn đoán hình ảnh ở các nước đang phát triển vẫn là ưu tiên đối với phát triển kỹ thuật siêu âm bởi sự hiệu quả, tiết kiệm và vô hại của nó Phương pháp siêu âm chẩn đoán có những lợi thế nổi bật: khả năng ứng dụng rộng, thông tin chẩn đoán cao, gọn nhẹ và đặc biệt không gây tác dụng phụ

Trong vài thập niên tới tiềm năng này còn đẩy mạnh hơn nữa bởi hiệu quả của siêu âm chẩn đoán trong y học rất lớn lao

Với lợi thế được trang bị những kiến thức cơ bản về vật lý và y học trong 4 năm tại khoa Khoa Học Ứng Dụng trường đại học Bách Khoa, đồng thời được tạo điều kiện tiếp xúc thiết bị, được học hỏi kinh nghiệm từ những kỹ sư của nhà sản xuất thiết bị hãng Siemens Tác giả đã có cơ hội tìm hiểu sâu về dạng chuẩn đoán hình ảnh phổ biến và hiện đại này

Cho nên mục tiêu chính của luận văn là khảo sát nghiên cứu những cơ sở và nguyên lí chung của thiết bị, tìm hiểu sơ đồ và những thành phần chính của thiết bị, tiến đến đánh giá các yếu tố tác động đến chất lượng hình ảnh và phạm vi ứng dụng của thiết bị

Với hướng tiếp cận đó, nội dung luân văn được chia thành 5 chương với nội dung như sau: ™ Chương 2 , 3 là nền tảng cơ sở của hệ thống siêu âm

™ Chương 4 trình bày về các thiết bị để ghi hình siêu âm: đầu dò, thiết bị xử lí…

™ Chương 5 khảo sát về thiết bị siêu âm của hãng Siemens và các ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh cụ thể: tim mạch, sản phụ khoa, thận,….đặc biệt là ứng dụng của siêu âm doppler mô trong khảo sát tim

™ Chương 6 là giới hạn kỹ thuật của siêu âm Cuối cùng là kết luận về kết quả đạt được

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 2CHƯƠNG 2.NGUYÊN LÍ, CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA SIÊU ÂM CƠ BẢN

2.1.Lịch Sử Ra Đời Của Siêu Âm Chẩn Đoán [3]

Sóng âm làm một dạng sóng cơ học được truyền đi trong môi trường vật chất bằng cách truyền năng lượng từ phần tử này đến phần từ khác Dải âm thanh ta nghe được có tần số từ 20Hz đến 20kHz Còn với dải sóng âm có tần số lớn hơn 20kHz gọi là sóng siêu âm

Tuy nhiên do ở tần số cao, sóng siêu âm bị suy giảm rất nhanh khi truyền trong không khí nên siêu âm ít được ứng dụng hằng ngày Mãi đến thế chiến II, người ta mới áp dụng tính chất truyền được trong nước của siêu âm vào việc phát hiện tàu ngầm, máy rà soát SONAR, nhưng trong giai đoạn này, siêu âm là bí mật quân sự nên mãi tới những năm 1950 mới được ứng dụng vào y học Đó chính là công trình nghiên cứu của Howry về A-mode chẩn đoán phủ tạng

Hình 2.1 Howry và thiết bị ông nghiên cứu về siêu âm

và phát kiến của hai nhà bác học Igne Ender và Hert về việc ứng dụng sóng siêu âm để đo các hoạt động của tim vào năm 1954

Hình 2.2.Igne Ender và Hert với thiết bị siêu âm của mình

Song song với phát kiến của Irge và Hezt, giáo sư Ian Donald cùng với các cộng sự của ông ở bệnh viện Glasgow Royal Maternity Hospital ( GRMH ) tại GlasgowScotland đã lần đầu tiên ứng dụng sóng siêu âm vào việc chẩn đoán các sản phụ khoa và chính thức khẳng định sự an toàn của sóng siêu âm đối với thai nhi Ngày 7/6/1958 công bố kết quả nghiên cứu “Ứng Dụng Xung Siêu Âm Trong Khảo Sát Ổ Bụng” được coi là một trong những tài liệu quan trọng nhất cho việc ứng dụng sóng siêu âm dùng trong chẩn đoán y tế

Hình 2.3.Giáo sư Ian Donald

Kế đó là các công trình công trình nghiên cứu và sản phẩm của giáo sư Kratochwil ( sinh năm 1928-Nhật) bắt đầu với với A-Mode (1968), B-mode (1972) và 3D (1990)

Hình 2.4.Kratochwil và thiết bị của mình

Từ đó trở đi kỹ thuật siêu âm có nhiều đổi mới, cải thiện về chất lượng hình ảnh cũng như mở rộng khả năng thăm khám trở thành công cụ chẩn đoán hình ảnh phổ biến

Ta sẽ tìm hiểu về đặc tính kỹ thuật của nó

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 42.2.Sự Hình Thành Của Sóng Âm Trong Môi Trường [1]

Trong các môi trường rắn, lỏng, khí các phần tử trong môi trường liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành các môi trường đàn hồi, mỗi phần tử trong môi trường đều có một vị trí cân bằng bền Khi ta tác động một lực lên một phần tử nào đó trong môi trường thì do lực liên kết mà các phần tử chung quanh, một mặt kéo phần tử đó về vị trí cân bằng, mặt khác cũng chịu lực tác động và cũng thực hiện dao động Hiện tượng này tiếp tục xảy ra đối với các phần tử khác trong môi trường Những dao động cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi tạo thành sóng đàn hồi (hay sóng cơ)

Do mỗi vị trí trong môi trường ở trạng thái bình thường đều có một mật độ phân tử ρ và một áp suất P cố định Khi có một phần tử trong một môi trường dao động thì mật độ và áp suất tại vị trí đó sẽ thay đổi Như vậy bản chất của sự lan truyền dao động là sự lan truyền của mật độ khối và áp suất P

Hình 2.5.Sự hình thành sóng âm trong môi trường

Bản chất của sóng âm là sóng cơ học do đó tuân theo mọi quy luật đối với sóng cơ Như ta đã biết sóng cơ phân loại theo phương dao động thì có 2 loại: sóng ngang và sóng dọc

Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử trong môi trường vuông góc với tia sóng, sóng này chỉ xuất hiện trong môi trường có tính đàn hồi về hình dạng, chỉ có ở vật rắn

Sóng dọc: là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường trùng với tia sóng, sóng này xuất hiện trong các môi trường chịu biến dạng về thể tích, do đó sóng này truyền được trong các môi trường rắn, lỏng và khí

Sóng siêu âm ứng dụng trong siêu âm chẩn đoán thuộc loại sóng dọc

2.3.Các đặc trưng chung của sóng âm [1]

Hình 2.6 Biểu diễn sóng âm theo thời gian

– Chu kỳ T (m/s): khoảng thời gian sóng siêu âm thực hiện một quá trình nén và dãn hay còn gọi là một dao động

– Tần số f (Hz): số chu kỳ thực hiện trong một giây Mối liên hệ: T = 1/f = v/λ Sóng âm được chia thành 3 vùng tần số chính:

ƒ Sóng âm có tần số cực thấp gọi là vùng hạ âm (infrasound) có tần số f < 16 Hz Ví dụ: sóng địa chấn

ƒ Sóng âm có tần số nghe được (audible sound) có: f =16-20kHz

ƒ Sóng siêu âm (ultrasound) có f > 20kHz Ví dụ: sóng âm phát ra từ con dơi Chu kỳ

Nén (tăng áp suất)

Áp suất bình thường

Dãn (tăng áp suất) Thời

gian Biên độ

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 6

– Bước sóng λ (m): quãng đường mà sóng truyền đi được sau một chu kỳ Hay còn gọi là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm có dao động cùng pha

− Vận tốc truyền sóng v hoặc c (m/s): v = 1/α.ρ = B/ρ Trong đó: α: hệ số đàn hồi

B = 1/α: suất đàn hồi (suất Yang) hay độ cứng của môi trường ρ: khối lượng riêng hay mật độ của môi trường (kg/m3)

ρ càng lớn thì mật độ các phần tử trong môi trường càng nhiều, khả năng lan truyền dao động càng nhanh nên vận tốc càng lớn, tuy trong công thức thì ρ tỉ lệ nghịch với v nhưng dù ρ có tăng thì tỉ lệ B/ρ lại tăng nhiều hơn (trong thực nghiệm) nên vận tốc vẫn tăng theo ρ Thực nghiệm vận tốc lớn nhất trong chất rắn rồi đến chất lỏng cuối cùng là chất khí

Bảng 2.1.Bảng mật độ và vận tốc truyền sóng âm trong các môi trường trong cơ thể

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 sử dụng hai đại lượng công suất P và cường độ I

Công suất P (W hoặc mW): mức năng lượng truyền từ đầu dò vào môi trường Thông thường năng lượng phát ra từ đầu dò trong siêu âm chẩn đoán từ 1 – 10 mW

Cường độ I (W/cm2 hoặc mW/cm2 ): biểu thị năng lượng của sóng âm trên một đơn vị diện tích

Trong y tế, siêu âm ứng dụng ở hai lĩnh vực chính:

− Siêu âm chẩn đoán (tạo hình bằng siêu âm): sử dụng tần số từ 2-30 MHz, sử dụng phổ biến dải số từ 2,5-10MHz Ngoài ra người ta còn sử dụng các tần số khác trong các đầu dò chuyên biệt Ví dụ: đầu dò siêu âm nội mạch (intraluminal) hoặc siêu âm da liễu (dermatological) sử dụng tần số lên đến 20-50 MHz

− Siêu âm trị liệu: tạo hiệu ứng nhiệt, xoa bóp, kích thích cơ Có thể dùng riêng hoặc kết hợp với điện trị liệu (trong các máy kích thích điện) để tìm Trigger (điểm phát bệnh – điểm gốc) Tần

Phổi 300 600 Mỡ 924 1450 Nước 1000 1480

Thận 1041 1565 Máu 1058 1560 Gan 1061 1555 Bắp thịt 1068 1600

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 8

số thường dùng là 700 – 900 kHz tùy theo thế hệ máy Công suất đầu dò 1- 4 W/cm2 (gấp cỡ 1000 lần so với siêu âm chẩn đoán)

2.4.Cơ Sở Vật Lý Và Kỹ Thuật Của Phương Pháp Tạo Hình Bằng Siêu Âm[1]

Cơ sở chính của nó là sự phản hồi của siêu âm từ các tổ chức trong cơ thể, sự phản hồi này phụ thuộc vào:

− Tốc độ truyền của sóng âm trong môi trường − Trở kháng âm của môi trường

− Sự hấp thụ của tổ chức

− Thông số (f, λ) của sóng âm và cấu trúc hình học của tổ chức

2.4.1 Tốc độ truyền của sóng âm:

Rất phụ thuộc vào môi trường truyền Từ bảng 1.1 ta thấy vận tốc truyền của sóng âm trong những môi trường khác nhau là rất khác nhau Tốc độ trung bình của sóng âm trong các tổ chức mô mềm v ≈ 1540 m/s Biết được vận tốc truyền, khi đo thời gian đi và về của sóng siêu âm ta có thể xác định rõ bề mặt phản xạ

2.4.2 Trở kháng âm của môi trường và các định luật truyền âm:

Trở kháng âm z (rayls): chính là độ dội lại của sóng âm trong môi trường: z = v*ρ ; Trong đó: v (m/s): vận tốc lan truyền của sóng âm trong môi trường; ρ (kg/m3): mật độ môi trường

Trở kháng âm có vai trò quyết định đối với biên độ sóng phản xạ trên mặt phân cách giữa hai môi trường

Bảng 2.2.trở kháng âm của một số môi trường sinh học

Độ lớn của năng lượng phản xạ phụ thuộc vào sự khác biệt của trở kháng âm Δz giữa hai môi trường Hệ số phản xạ K được tính theo công thức:

K = Pr/Pi = [(Z2 cos θt – Z1 cos θi)2/( Z2 cos θt + Z1 cos θi)]2 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

Z2 , Z1 : trở kháng âm của hai môi trường Có hai trường hợp sẽ xảy ra:

− Th1: tia tới vuông góc với mặt phân cách: θi=θr=0.Lúc này sóng truyền qua cùng hướng với sóng tới Khi đó hệ số phản xạ

K = [(Z2- Z1)/( Z2+ Z1)]2

– Th2: góc tới θi ≠ 0 Theo định luật phản xạ θi = θr Sóng truyền qua lúc này không còn cùng hướng với sóng tới và tạo một góc θt # θi , hiện tượng này gọi là hiện tượng khúc xạ, góc khúc xạ θt phụ thuộc vào vận tốc truyền âm trong hai môi trường và được xác định bởi công thức:

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 10

Trở kháng khác nhau ít Trở kháng khác nhau nhiều Sin θt = (v2/v1) sin θi

(Do theo định luật khúc xạ: n1 sin θi = n2 sin θt => c/v1 sin θi = c/v2 sin θt

=> Sin θt = (v2/v1) sin θi ; với c là vận tốc ánh sáng, n1 và n2 là chiết suất của hai môi trường)

Nếu v2 > v1 => θt > θi khi góc tới θi đạt 900 thì góc khúc xạ θt đã vượt ngưỡng 900 khi đó không còn hiện tượng khúc xạ nữa mà sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, góc tới giới hạn tại giá trị góc khúc xạ đạt 900 khi đó sin θigh = v2/v1 (do sin θt =1) Khi θi ≥ v2/v1 thì sóng âm sẽ không khúc xạ được sang môi trường thứ hai bên kia mặt phân cách mà toàn bộ năng lượng được phản xạ trở lại môi trường thứ nhất

Ngoài ra dù v2 > v1 hay v2 < v1 mà góc tới θi ≈ 900 (tia tới gần như tiếp tuyến với mặt phân cách xảy ra đối với cấu trúc hình cầu và mặt cắt ngang cấu trúc ống) thì sóng âm chỉ trượt trên bề mặt phân cách mà không truyền tiếp vào môi trường thứ hai

Từ hai công thức trên ta thấy hệ số phản hồi của mặt phân cách giữa hai môi trường phụ thuộc vào ΔZ = Z2- Z1 giữa hai môi trường

ΔZ càng lớn thì năng lượng phản xạ càng lớn và chỉ một phần rất nhỏ năng lượng sóng siêu âm đi được xuống môi trường bên dưới mặt phân cách Nếu ΔZ vừa đủ để nhận biết mặt phân cách phần lớn năng lượng sóng âm sẽ truyền được xuống dưới mặt phân cách và tiếp tục cho thông tin về cấu trúc bên dưới mặt phân cách

Hình 2.7 sự phản xạ phụ thuộc vào sự chênh lệch trở kháng giữa hai môi trường Trong bảng trở kháng âm của các môi trường, ta thấy ΔZ giữa mô mềm và không khí hoặc mô mềm và xương rất lớn, do đó trong ghi hình siêu âm nếu sóng siêu âm gặp những mặt phân cách này thì hầu hết năng lượng sẽ bị phản xạ trở lại, sóng truyền tiếp sẽ rất nhỏ và ta sẽ không nhận được thông tin từ cấu trúc bên dưới mặt phân cách này, do đó trong siêu âm chẩn đoán phải dùng gel tiếp xúc, nhằm tạo ra tiếp xúc không có không khí

Hình 2.7 Một loại gel điển hình dùng trong siêu âm chẩn đoán

™ Sự tán xạ:

Khi gặp các cấu trúc nhỏ (kích thước << λ) hoặc với bề mặt không đồng đều Khi đó tia siêu âm sẽ bị tán xạ đi khắp các hướng và chỉ một phần rất nhỏ chắc chắn tới được đầu dò Việc ghi nhận các tia tán xạ rất khó khăn nhưng chúng có một lợi thế là không phụ thuộc vào góc tới của tia siêu âm và rất quan trọng trong việc đánh giá các cấu trúc nhỏ như: độ đồng đều của nhu mô gan, tụy hay vách liên thất…

2.4.3.Sự hấp thụ của tổ chức và độ suy giảm của năng lượng tia siêu âm, khuyếch đại bù

Khi sóng âm truyền trong tổ chức thì biên độ và năng lượng của tia siêu âm bị suy giảm theo khoảng cách, sự suy giảm tuân theo hàm: Ix = I0 exp(-μ.f.x)

Trong đó: Ix là cường độ tia siêu âm tại độ sâu x, I0 là cường độ tại x = 0 μ: hệ số suy giảm âm của môi trường; f: tần số của sóng âm; x: độ sâu đạt tới

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 12

Từ công tính sự suy giảm ta thấy sự suy giảm phụ thuộc rất nhiều vào tần số, gần như tỉ lệ thuận với tần số Sự phụ thuộc này là một hạn chế của siêu âm chẩn đoán vì tần số càng cao thì độ phân giải càng cao đồng thời độ suy giảm cũng cao do đó mà độ xuyên sâu càng kém

Nguyên nhân gây ra sự suy giảm năng lượng của tia siêu âm là: − Sự phản xạ và tán xạ trên tổ chức

− Sự hấp thu của môi trường do một phần năng lượng của tia siêu âm bị chuyển thành năng lượng của các dao động nhiệt, nhưng đối với siêu âm chẩn đoán thì năng lượng này quá nhỏ và không thể gây ra các biến đổi về nhiệt độ

Mức độ suy giảm được tính theo công thức: D(dB hoặc dB/cm) = 10 log (Ix/I0)

Ngoài ra đối với mô mềm có thể áp dụng công thức gần đúng: D(dB) = f (MHz) * z (cm) * μ

Bảng 2.3.cho thấy sự suy giảm của sóng âm ở các môi trường khác nhau trong cơ thể

2.4.4.Thông số của sóng âm và kích thước hình học của tổ chức

Vật liệu Mật độ (kg/m3) Vận tốc (m/s)

Khoảng cách năng lượng bị giảm nửa (cm), tại 2 MHz

Độ suy giảm (dB/cm) với tần số 1 MHz,

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 14

Vì sóng siêu âm phản xạ trên mặt phân cách do đó năng lượng phản xạ còn phụ thuộc vào kích thước của mặt phân cách và độ dài bước sóng của chùm tia Sóng âm có tần số càng cao tức λ càng nhỏ thì càng dễ phát hiện và phân biệt các vật nhỏ nhưng khó mà vào được sâu Người ta dùng khái niệm khoảng cách năng lượng giảm nửa (Half Power Distance) để chỉ khoảng cách năng lượng giảm đi còn một nửa Cùng một loại đầu dò ở trong cùng điều kiện thì đại lượng này khác nhau đối với những môi trường khác nhau

2.3.Nguyên Lý Tạo Ảnh[1]

Đầu dò được kích thích bởi xung điện (chiều dài và cường độ có thể điều chỉnh được) Khi phát xung âm lan truyền theo hướng của đầu dò vào môi trường do đặc tính của môi trường (ρ, B) ta sẽ xác định được vận tốc đồng thời sóng âm sẽ gặp các mặt phản hồi trên đường truyền tạo ra các sóng phản xạ và tán xạ quay trở về đầu dò và thu nhận bởi đầu dò đó

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

Khoảng thời gian cho sóng đi và về xác định bởi công thức: d = c* t/2 Trong đó: d là khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi;

c (hay v) : vận tốc sóng âm trong môi trường;

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

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

Các hình thức thể hiện:

™ A – mode (Amplitude mode): tín hiệu hồi âm được thể hiện bằng xung hình gai trên dao động ký qua hệ thống trục tung và trục hoành, chiều cao xung thể hiện độ lớn của biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí xung thể hiện khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi, thường được dùng trong đo đạc vì độ chính xác cao

Hình 2.8 thể hiện tín hiệu kiểu A-mode

™ B – mode (Brightness mode): tín hiệu hồi âm được thực hiện bởi những chấm sáng, độ sáng của các chấm thể hiện biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí các chấm sáng xác định khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi

Hình 2.9 thể hiện tín hiệu kiểu B-mode

™ TM – mode (Time Motion mode): dùng để thể hiện sự chuyển động cùng phương với tia siêu âm của các vật thể theo thời gian bằng cách thể hiện hình ảnh B – mode theo diễn biến thời gian với các tốc độ quét khác nhau

Nếu nguồn hồi âm đứng yên sẽ tạo ra đường thẳng ngang qua màn hình, còn nếu mặt phản hồi chuyển động sẽ ra đường cong phản ảnh sự chuyển động của mặt phản hồi

Trên màn hình thể hiện của TM – mode, biên độ chuyển động của mặt phản hồi được biểu thị trên trục tung, thời gian trên trục hoành với tốc độ quét đã được xác định ta có thể tính toán được vận tốc chuyển động của mặt phản hồi

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 16

Hình 2.10 So sánh 3 kiểu thu nhận tín hiệu: A-mode, B-mode và TM-mode Phương pháp A – mode, B – mode và TM – mode gọi chung là siêu âm một chiều Ưu điểm của 3 phương pháp là đơn giản, rẻ tiền, có thể xác định được chính xác vị trí của bề mặt phản xạ và trong kiểu TM có thể đo được biên độ chuyển động của vật thể theo phương song song với chùm tia siêu âm

Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là không cho hình ảnh tổng thể của vật cần chẩn đoán và không đánh giá được các chuyển động có phương vuông góc với phương truyền của tia siêu âm

2.4.Hình Ảnh Tĩnh Và Hình Ảnh Động[1]

Hình ảnh tĩnh có từ thập niên 50 và 60: gọi là siêu âm 2 chiều, cơ sở của kiểu thể hiện hình ảnh 2 chiều là B mode, tương ứng với mỗi vị trí đầu dò trên cơ thể và mỗi hướng của chùm tia thì trên màn hình ta có một đường tạo ảnh, phản ánh các mặt phản hồi được tạo ra bởi các cấu trúc cơ thể nằm trên đường truyền của tia siêu âm Với hệ thống máy quét tĩnh, sự tổng hợp tất cả các đường tạo ảnh tương ứng với nhiều vị trí đặt đầu dò trên cơ thể theo nhiều hướng khác nhau trong cùng một mặt phẳng, sẽ tạo thành hình ảnh siêu âm phản ánh các cấu trúc giải phẫu theo thiết diện cắt ngang qua bởi mặt phẳng nói trên Đây là hạn chế về mặt kỹ thuật, để có hình ảnh cắt khoanh lớp cơ thể thì phải mất rất nhiều thời gian và hình ảnh nhận được cũng chỉ là hình ảnh tĩnh Tuy vậy nó cũng có ưu điểm là cho cái nhìn tổng thể về các cấu trúc và mối liên quan giữa các cấu trúc chỉ trên một hình

Vào những năm 60, để thực hiện sự tổng hợp nói trên, người ta phải dùng hệ thống cánh quét cấu tạo bởi các trục và khớp nối để điều khiển đầu dò

Các kiểu: A-mode, B-mode và M-mode

Hình 2.11 Siêu âm hình ảnh tĩnh dùng hệ thống cánh quét

Hình ảnh động (từ thập niên 70): nhờ kỹ thuật quét chùm tia siêu âm và khả năng xử lí thông tin nhanh của máy điện toán đã ra đời thế hệ máy quét hình ảnh động (real time scanner) có thể nhìn thấy sự chuyển động tức thời (đặc biệt là ứng dụng trong tim mạch), tốc độ tạo hình (FR-Frame Rate) nhanh, tốc độ tạo hình thường dùng khoảng 25 hình/ giây

Có hai cách quét thường dùng:

– Quét điện tử: dùng bộ điều khiển khóa điện tử để đóng mở nguồn nuôi các tinh thể sắp xếp kế cận nhau theo một thứ tự thời gian làm các tia siêu âm quét theo một phương nhất định

– Quét cơ học: các chấn tử quay quanh một trục hoặc dao động theo kiểu con lắc làm quét tia siêu âm

Hình 2.12.Hình ảnh quét theo thời gian thực năm1972

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 18

Nhược điểm của máy ghi ảnh động là diện khảo sát (field of view) bị hạn chế, không cho hình ảnh tổng quát Sự hạn chế này là do công thức:

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

Với : FR: số hình trong 1s hay tốc độ ghi hình (hình/s); 1/FR: thời gian tạo một hình

N: mật độ đường cho 1 hình; d: độ sâu khảo sát;

t: thời gian cho tia siêu âm đi và về đến đầu dò hay thời gian tạo một đường hình (s)

Thông thường ở độ sâu khảo sát 20 cm, với số đường tạo ảnh cho một hình là 150 thì số hình trong một giây không thể vượt quá 25 hình Do đó, nếu sử dụng diện khảo sát rộng thì đòi hỏi mật độ đường tạo ảnh lớn để đảm bảo chất lượng hình ảnh, như thế làm tăng thời gian tạo nên một hình và đồng thời giới hạn tốc độ tạo hình của máy

Nhờ tiến bộ của vi xử lí, người ta đã tạo ra thế hệ máy vừa khảo sát trên diện rộng vừa có hình động gọi là siêu âm thời gian thực với trường nhìn mở rộng.( real time extended field of view) gọi tắt là real time EFOV, bằng cách vừa di chuyển đầu dò theo một thiết diện cắt ngang cơ thể vừa ghi nhận hình ảnh, hình ảnh được tổng hợp liên tục từ các góc quét riêng biệt ứng với các vị trí của đầu dò, kết quả nhận được là một hình tổng quát vừa có tính động Thực hiện nhờ sử dụng thuật toán Fuzzy-logic với sự xử lí cực nhanh của máy điện toán và bộ xử lí truyền thông đa phương tiện

Những năm gần đây nhờ với sự ra đời của siêu âm 3 chiều (3D) khảo sát được độ sâu của cấu trúc thăm khám hỗ trợ hiệu quả trong chuẩn đoán bệnh lý và siêu âm thời gian thực 4D (3 chiều không gian và một chiều thời gian) cho thấy sự chuyển động thật của em bé trong bụng thai phụ đã hoàn thiện tính năng chẩn đoán hình ảnh cho thiết bị siêu âm

Bộ biến đổi

Tái tạo Thu nhận

Trường tín hiệu

Vật phát

Hình 2.13.Quá trình hình thành hình ảnh 3D

Hình 2.13.Hình ảnh siêu âm 3D thấy tật sức môi ở thai nhi

CHƯƠNG 3.SIÊU ÂM DOPPLER[1] 3.1 Hiệu Ứng Doppler:

Được tìm ra vào năm 1842 bởi nhà toán học người Áo Christian Johann Doppler 1853), khi đó dùng để giải thích hiện tượng lệch màu sắc của các ngôi sao đang chuyển động Hiệu ứng được phát biểu như sau:

(1803-SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 20

– Nếu sóng được phát ra từ nguồn phát cố định đến một đầu thu cố định thì tần số thu bằng tần số phát

– Nếu khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát thay đổi trong khoảng thời gian thu sóng (thời gian sóng truyền đến đầu thu) thì bước sóng λ sẽ dài ra hoặc ngắn lại, ngắn lại trong trường hợp đầu thu và phát lại gần nhau và dài ra trong trường hợp ra xa nhau

Hình 3.1 Hiệu ứng Doppler xảy ra giữa nguồn âm người thu nhận Hiệu ứng Doppler đúng với tất cả các loại sóng và do đó đúng với cả sóng siêu âm

Hiệu ứng Doppler sử dụng trong phương pháp siêu âm Doppler xảy ra khi sóng siêu âm được phản hồi từ các vật thể chuyển động (tế bào hồng cầu, thành mạch, co cơ…), khi đó tần số của sóng phản hồi sẽ khác với tần số sóng tới, và hiệu hai tần số gọi là độ lệch Doppler hay tần số Doppler

Hình 3.2 Hiệu ứng Doppler ở thế hệ đầu ứng dụng trong siêu âm

Kỹ thuật Doppler được dùng để đo vận tốc dòng chảy, mà qua đó có thể đánh giá được sự cung cấp máu cho các cơ quan cũng như hình thái của mạch, qua đó cho phép chẩn đoán thông qua đo đạc và đánh giá các thông số huyết động

3.2.Công Thức Của Hiệu Ứng Doppler:

Đi ra xa:

Thiết bị siêu âm Doppler ban đầu ở Anh

Tần số Doppler Δf từ các tế bào máu đang chuyển động so với tần số phát lúc ban đầu được xác định bởi công thức:

Δf = ftx− frx = 2*ftx* v*cosθ/c

Công thức này là gần đúng trong trường hợp c>>v.cosθ,

Trong đó: c là vận tốc lan truyền trong mô của sóng âm (≈ 1540 m/s); v: vận tốc cần khảo sát;

ftx: tần số của sóng phát; frx: tần số sóng phản hồi;

θ: góc tạo giữa trục chùm tia siêu âm và dòng chảy

Số 2 trong công thức được đưa vào do hiệu ứng Doppler xảy ra hai lần: lần một khi tế bào máu nhận tín hiệu phát từ đầu dò, lần hai khi đầu dò nhận tín hiệu phản hồi từ tế bào máu

Hình 3.3 Sự phản hồi 2 lần của dòng chảy khi phát xung từ đầu dò Từ công thức trên ta rút ra nhận xét:

– Tần số Doppler tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy và tần số tới, đồng thời nó cũng phụ thuộc vào góc θ, tần số Doppler lớn nhất khi trục chùm tia siêu âm có phương song song với phương của dòng chảy (cos θ = 1), và không ghi nhận được tín hiệu Doppler khi trục chùm tia siêu âm vuông góc với phương của dòng chảy (cosθ = 0)

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 22

– Tần số Doppler làm tăng hoặc giảm tần số của tín hiệu phản hồi so với tín hiệu phát một khoảng Δf phụ thuộc vào chiều dòng chảy: các vận tốc của dòng chảy hướng về phía đầu dò sẽ được biểu thị trên đường zero của phổ Doppler (Δf có giá trị dương) và được mã màu đỏ trên hình Doppler màu, còn các vận tốc của dòng hướng ra xa đầu dò sẽ được biểu thị bên dưới đường zero (Δf có giá trị âm) và được mã màu xanh trên hình Doppler màu

Tần số Δf đo được với ftx = 2 ÷8 MHz với các giá trị v sinh lý thì nằm trong phạm vi tần số nghe được từ 50 ÷15 kHz

Δf = 2 * ftx* v * cos θ/c

™ Doppler xung – pW doppler: đầu dò chỉ sử dụng một tinh thể vừa làm nhiệm vụ phát, vừa làm nhiệm vụ thu Sóng âm được phát đi theo từng chuỗi xung dọc theo hướng quét của đầu dò nhưng chỉ những xung phản hồi tại vị trí lấy mẫu (cổng gate) là được ghi nhận và xử lí Kích thước và độ sâu vùng lấy mẫu có thể thay đổi được Nhờ đó kỹ thuật pW doppler cho phép phân biệt tín hiệu Doppler tại độ sâu khác nhau

Ứng với mỗi vị trí lấy mẫu được chọn, khoảng thời gian cho xung đi và về xác định khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai chuỗi xung Do vậy độ lặp lại các chuỗi xung phát PRF (Pulse Repetition Frequency) không thể lựa chọn lớn hơn 1/T (PRF≤ 1/T)

Do khoảng giá trị của PRF cũng nằm trong khoảng tần số doppler Δf, pW doppler có thể nhận biết được vị trí của dòng chảy nhưng lại có một nhược điểm bị hạn chế trong việc đo các dòng chảy có vận tốc cao do xuất hiện hiệu ứng aliasing

Sự kết hợp pW doppler và hình siêu âm hai chiều gọi là Duplex Sonography có cả hai đặc điểm: hình siêu âm hai chiều cung cấp thông tin về cấu trúc giải phẫu học để đặt vị trí và kích thước lấy mẫu, pW doppler cung cấp thông tin về dòng chảy là phần chuyển động hiện diện trong cấu trúc giải phẫu cần khảo sát Thiết bị Duplex Scanner cho phép biết được hướng dòng chảy, so với chùm tia siêu âm và góc hợp bởi trục chùm tia và hướng dòng chảy, từ đó tính được tốc độ dòng chảy

3.4 Sự Thể Hiện Thông Tin Doppler

Gồm các loại sau: − Âm thanh

− Phổ tần số theo thời gian

− Sự thể hiện theo từng loại vận tốc − Kỹ thuật Doppler – màu

− Kỹ thuật Power Doppler – Doppler năng lượng

3.4.1.Âm thanh:

Tần số Doppler thuộc phạm vi tần số nghe được, bởi vậy trong hầu hết các thiết bị, tín hiệu được khuyếch đại và phát qua loa nên chúng ta có thể nghe được tín hiệu Doppler Âm thanh nghe được bao gồm nhiều âm sắc và độ lớn khác nhau do nhiều thành phần tần số có biên độ khác nhau

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 24

Hình 3.4 Xử lý và thể hiện tín hiệu bằng âm thanh

3.4.2 Phổ tần số theo thời gian:

Tín hiệu Doppler trong thu nhận khá phức tạp do bởi sự hiện diện của 2 thành phần vận tốc trong một dòng chảy:

– Dòng chảy tầng (Laminar flow): vận tốc lớn nhất ở giữa lòng mạch và nhỏ ở vị trí sát thành mạch, tạo nên mặt nghiêng parabol của dòng chảy

– Dòng chảy rối (Turbulent flow): độ không đồng nhất của vận tốc các điểm trong dòng chảy cao hơn nhiều và diễn biến không ngừng theo thời gian

Hình 3.5 Các loại dòng chảy trong lòng mạch máu

Nếu chùm sóng âm và thể tích lấy mẫu đủ lớn so với đường kính lòng mạch những tín hiệu hồi âm sẽ được thu nhận một cách đồng thời từ các tế bào máu đang di chuyển với tốc độ khác nhau và tín hiệu Doppler thu nhận là khá phức tạp

Sóng siêu âm

Khối điều ể

Bộ thu

Bộ phân tích phổ

Trộn sóng và tái điều biến Bộ phát

Đầu dò

Tai Lọc triệt dải

Hình 3.6 Sự thể hiện phổ Doppler

Quá trình phân tích phổ FFT giống như sự phân tích của một hợp âm

Nếu quá trình phân tích diễn ra liên tục thì phổ tần số sẽ được thể hiện theo thời gian thực, trên phổ tần số có thể biểu thị cả phổ vận tốc theo tính toán của công thức Doppler

Nói chung: với việc tín hiệu (tần số) Doppler được thể hiện thông qua phân bố phổ FFT, trên đường phổ đó biên độ của tần số được thể hiện bằng độ sáng tối của đường phổ (gọi là thông

qua Histogram) Như vậy phổ Doppler không chỉ cho ta biết có bao nhiêu giá trị tần số hiện diện ( tức là bao nhiêu giá trị vận tốc có trong dòng chảy khảo sát) mà còn cho biết bao nhiêu hạt vật chất tạo nên tần số đó (mang hạt vật tốc đó) tại mỗi thời điểm

3.4.3.Sự thể hiện theo từng loại vận tốc:

Từ phổ tần số hay phổ vận tốc tổng hợp từ toàn bộ tín hiệu nêu trên tại mỗi thời điểm người ta có thể tách ra từng loại đường cong vận tốc riêng biệt và thể hiện trên màn hình Thông thường các loại đường cong sau đây được thể hiện:

– Vmax (maximun curve): đường cong biểu thị các tần số cao nhất theo thời gian

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 26

– Vmode (mode curve): đường cong biểu thị các tần số có biên độ lớn nhất theo thời gian -là sự kết hợp giữa Phổ - Spectrum và Histogram (đường phân bố biên độ theo thời gian tại thời điểm bất kỳ)

– Vmin (minimun curve): đường cong biểu thị các tần số thấp nhất theo thời gian

– Vmean (mean curve): đường cong biểu thị các giá trị vận tốc trung bình theo thời gian: Vmean = (∑Vi∗Ai)/∑Ai

Vi : giá trị của mỗi thành phần vận tốc

Ai: biên độ của mỗi thành phần vận tốc tương ứng

3.4.4 Kỹ thuật doppler màu:

Nguyên lí cổng thu giống với thiết bị Duplex chỉ khác ở chỗ không phải phát hiện dòng chảy ở một thể tích mẫu đơn độc mà là một số lớn các thể tích mẫu kề cận nhau theo mỗi đường tạo ảnh để thu nhận thông tin Doppler

Hình 3.7 Hình ảnh Doppler màu

Cách thức: Tín hiệu Doppler được dùng để tạo ra màu sắc phủ lên hình ảnh siêu âm hai chiều, cần phải có thông tin Doppler ở rất nhiều vị trí lấy mẫu trên vùng khảo sát Số lượng, vị trí lấy mẫu thay đổi tùy theo thiết bị khác nhau và cách điều khiển Thông tin Doppler nhận được từ mỗi cổng được phân tích để xác định hướng dòng chảy và đánh giá tốc độ trung bình, những thông tin này chuyển đổi thành tín hiệu màu chồng lên tín hiệu hình ảnh tương ứng trên hình siêu

3.4.5 Kỹ thuật Power Doppler- Doppler năng lượng:

Chỉ khảo sát đến khía cạnh 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 đang chuyển động trong vùng khảo sát

Cách thức: Sự mã hóa màu của kỹ thuật này dựa trên sự tính toán toàn bộ độ lớn biên độ của các tín hiệu Doppler và các dòng chảy được thể hiện bằng một gam màu duy nhất thường là màu cam, trong đó độ sáng tối của vùng màu phụ thuộc vào năng lượng tán xạ trở về từ vùng đó (tương ứng là mật độ và kích thước của các phần tử đang chuyển động tạo ra các tán xạ này)

Màu thích hợp được mã hoá cực mạnh và quét lên lòng mạch giống như một lớp sơn nổi, tráng dần dần cho đến lúc kín toàn bộ hết lòng mạch máu Như vậy có thể phát hiện được những thương tổn nhỏ nhứt như dày thành động mạch rất sớm Siêu âm màu năng lượng giúp khắc phục hạn chế kỹ thuật siêu âm thông thường : đối với trường hợp mảng xơ vữa vôi hoá, siêu âm màu không được lấp đầy hoặc tối đen hoàn toàn sẽ cho kết quả sai như hẹp hay tắc nghẽn hoàn toàn, trong khi siêu âm màu năng lượng kết quả không bị lệ thuộcvào góc, thấy được hình ảnh không gian ba chiều

Siêu âm Doppler năng lượng là công cụ chuẩn đoán trước phẫu thuật những trường hợp hẹp động mạch cảnh đoạn ngoài sọ do nguyên nhân xơ vữa

Các chỉ định siêu âm động mạch cảnh ngày càng tăng trên các bệnh nhân cao huyết áp tăng cholesterol trong máu, các biểu hiện tổn thương thần kinh, bệnh nhân liệt nửa người hay khi chỉ nhức đầu, chóng mặt, đặc biệt là những bệnh nhân có xơ vữa động mạch chủ bụng các bệnh thuyên tắc mạch, thiếu máu cơ tim, Trong nhiều trường hợp đột quị, liệt, hôn mê, siêu âm màu năng lượng thực sự đã hướng dẫn và giúp chẩn đoán nguyên nhân gây bệnh

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 28

Hình 3.8 Hình ảnh Doppler năng lượng

Đối với kỹ thuật Doppler và Doppler màu khi trong thể tích lấy mẫu có hiện diện đồng thời các vector vận tốc ngược hướng nhau thì giá trị trung bình của các tần số Doppler (độ lệch Doppler) được tạo ra bởi các vector vận tốc trên sẽ nhỏ đi, thậm chí triệt tiêu lẫn nhau Còn trong kỹ thuật Doppler năng lượng thì giá trị trung bình của các độ lớn biên độ của tín hiệu Doppler không phụ thuộc vào hướng vector vận tốc (không có giá trị âm) do đó không bị triệt tiêu lẫn nhau.Vì vậy Doppler năng lượng có độ nhạy cao hơn nhiều so với Doppler màu đồng thời nó cũng có độ lợi cao hơn Doppler màu (ít nhất là 10dB) do trong Doppler màu tín hiệu nhiễu có dãi phổ rộng hơn nên nếu dùng độ lợi cao thì tín hiệu nhiễu có thể che luôn tín hiệu thật, còn Doppler năng lượng thì nhiễu chủ yếu do chuyển động của mô nên có biên độ thấp hơn gần như là đồng đều nên loại bỏ dễ dàng

Doppler năng lượng có ưu điểm là khảo sát những dòng chảy cực chậm của vi tuần hoàn (đánh giá mức độ tưới máu của mô) và đánh giá hình thái học của mạch máu nhờ phân định rõ vùng có dòng chảy và vùng không có dòng chảy

Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là chỉ xác định sự hiện diện của dòng chảy mà không xác định được chiều dòng chảy, do quá nhạy nên nó dễ gây ra ảnh giả do chuyển độngvà bị hạn chế ở vùng sâu do đặc tính giảm âm của môi trường

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ GHI HÌNH BẰNG SIÊU ÂM [1] 4.1.Cấu Hình Chung Của Một Máy Siêu Âm Chuẩn Đoán

29Xung phản xạ

Xung tới Máy phát

đại

Bề mặt phản xạ trong cơ thể

Hình 4.1 Cấu hình chung của một máy siêu âm chẩn đoán

Có hai chế độ phát thường dùng là phát sóng xung (PW-pulse wave ) hoặc phát chế độ liên tục (CW- continuous wave)

Trong chế độ sóng xung máy phát xung phát xung điện áp vào tinh thể đầu dò, độ cao của xung điện (thường khoảng 150V) xác định được biên độ dao động của tinh thể và biên độ dao động của sóng siêu âm Sau khi ngưng cấp xung điện, do quán tính tinh thể sẽ còn dao động một thời gian và tắt dần vì vậy sóng siêu âm ở đầu ra tinh thể có dạng tắt dần Độ dài mỗi xung điện thường khoảng 1μs và chứa vài bước sóng, tần số phát xung (số xung phát ra trong 1s) khoảng 1KHz

Hình 4.2 Sóng xung siêu âm Bộ xử lí

Điều khiển quét

Hiển thị

Tương phản

Bộ quét chuyển đổi

Thời gian thu tín hiệu phản hồiKhoảng cách thời gian giữa 2 xungτ

Độ dài xung điện

Thời gian Độ cao xung

điện

Tần số phát xung = 1/τ

Thời gian Độ dài

xung

Độ cao xung

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 30

Biên độ của sóng phản hồi (echo) thường rất nhỏ, khoảng cỡ μV, được làm tăng lên nhờ bộ tiền khuếch đại với độ lợi tính theo công thức Gain (dB) = 20log[A2/A1]

Thường sau bước khuếch đại:

Tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu digital nhờ bộ biến đổi ADC

Khuếch đại bù trừ thời gian (time-gain compensation, TGC) để bù trừ sự suy giảm tín hiệu trên đường đi

Độ khuếch đại của TGC được đặt càng lớn khi thời gian để echo về đến đầu dò càng lớn, tương ứng với vị trí phản xạ càng ở sâu

Khi chưa có khuếch đại, biên độ các tín hiệu có thể chênh lệch nhau hàng triệu lần = 120 dB TGC giúp giảm sự chênh lệch này xuống còn khoảng 300:1=50 dB

4.2.Đầu Dò

4.2.1.Hiệu ứng áp-điện thuận nghịch: xảy ra trên tinh thể thạch anh (và nhiều loại gốm tự nhiên

hay nhân tạo khác)

Hiệu ứng thuận:(từ mặt phản hồi trở về đầu dò)

Khi tác động một lực cơ học (nén hoặc dãn) vào một số tinh thể gốm theo phương đặc biệt trong tinh thể thì trên các mặt giới hạn của tinh thể đó xuất hiện những điện tích trái dấu và do đó có hiệu điện thế giữa hai bề mặt, mà sóng âm là sóng cơ học nên khi sóng siêu âm va đập vào bề mặt tinh thể gốm thì sẽ làm xuất hiện trên tinh thể một chuỗi xung điện có độ lớn tỉ lệ với cường độ của sóng âm

Hiệu ứng nghịch:(từ máy phát xung đến đầu dò):

Nếu ta đặt một điện thế lên tinh thể gốm áp điện thì phụ thuộc vào chiều của hiệu điện thế đó mà tinh thể gốm sẽ dãn ra hay nén lại Do đó khi ta đặt một hiệu điện thế xoay chiều lên tinh thể gốm thì tinh thể gốm sẽ dãn liên tiếp và dao động theo tần số của hiệu điện thế xoay chiều, tạo ra áp lực nén và dãn liên tục vào môi trường xung quanh (sóng âm) Phụ thuộc vào tần số dao động của xung điện, kích thước và công nghệ chế tạo tinh thể gốm ta sẽ thu được chùm tai siêu âm có tần số khác nhau

Hình 4.4 Quá trình biến đổi xảy ra trong đầu dò

4.2.2.Cấu tạo của đầu dò

Dùng tinh thể gốm áp điện: − Có vai trò vừa phát vừa thu

− Được nuôi bằng chuỗi xung cao tần

− Cứ sau mỗi xung phát lại tiếp nhận sóng hồi âm

Độ lặp lại của các chuỗi xung (PRF) phụ thuộc vào độ sâu tối đa cần chẩn đoán Tinh thể áp điện Khoảng cách không

gian giữa 2 xung

Sự dao động Xung

điện

nén dãn Biên độ áp suất

Độ sâu Đầu dò tinh thể áp điện

Hình 4.3 Hiệu ứng áp điện

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 32

Với:

– Các điện cực áp vào 2 mặt của tinh thể áp điện

– Lớp giảm rung để tạo ra một dao động tắt dần nhanh sau khi ngừng tác dụng xung điện – Lớp đệm để tăng cường khả năng truyền năng lượng xung siêu âm ra ngoài (giảm sự hao tổn)

Chiều dày của tinh thể gốm sẽ quyết định tần số f của đầu dò: l = m λ/2 (m = 1,2…) (thường l = λ/2 hoặc λ/4) Do đó tinh thể càng mỏng thì tần số phát sóng càng lớn

Để tạo một dải từ 2-8 tần số trên một đầu dò, người ta áp dụng công nghệ vật liệu tổng hợp

Trường âm phát ra từ tinh thể gốm của đầu dò siêu âm chia làm hai loại: tạo ra chùm hội tụ và chùm không hội tụ

Chùm hội tụ thể hiện trong đầu dò siêu âm chẩn đoán, đường kính xung tạo ra nhỏ, nhìn vật chi tiết, đặc biệt là ở vùng hội tụ, vùng hội tụ (Focus) có thể điều chỉnh được

Chùm không hội tụ phân bố thành 2 vùng: trường gần(tia truyền gần như song song)có chiều dài = r2/λ=a2/4, và trường xa có góc loe: α =0,69 λ/a (giảm độ loe bằng cách chế tạo đầu dò dạng lõm, hay tần số càng cao)

Tinh thể áp điệnCác điện cực Lớp giảm rung

Lớp đệm

Hình 4.3.Cấu tạo của đầu dò

Vị trí của cấu trúc phản xạ (tọa độ z và x) được xác định từ nhóm tinh thể phát thu và khoảng thời gian giữa lúc thu và phát

4.2.3Các đầu dò quét điện tử

a.Linear array: Đầu dò được cấu tạo từ một dãy n tinh thể đơn từ 256 đến 512 phần tử áp

điện

Tia siêu âm được tạo thành từ nhóm gồm m tinh thể đơn đứng cạnh nhau.Cách quét: tắt tinh thể đầu nhóm và bật thêm một tinh thể đứng kế tinh thể cuối cùng khi đó tia siêu âm dịch đi một khoảng az = ae

Đầu dò Linear có đặc điểm là có thể làm việc ở chế độ nhiều vùng hội tụ (focus) khác nhau từ 2 – 4 focus và thay đổi vị trí của điểm focus bằng cách thay đổi độ rộng của nhóm, tuy nhiên khi tăng focus thì làm tăng số đường tạo ảnh do đó là cũng làm giảm FR (tốc độ ghi hình)

Ưu điểm của đầu dò Linear là có vùng thăm khám rộng, khả năng thể hiện vùng gần bề mặt tốt, thực hiện được kỹ thuật focus động và thực hiện theo chế độ điện tử nên không có phần cơ khí

Tuy nhiên nhược điểm của nó là kích thước lớn, độ phân giải theo chiều dọc và ngang khác nhau, bị nhiễu mạnh và bị hiệu ứng tia thứ nhiều hơn đầu dò cơ khí, trường nhìn ở xa đầu dò nhỏ, khó hiện ảnh các vùng liên sườn (intercostal) do kích thước lớn của đầu dò Ứng dụng cho tuyến giáp và mạch gần bề mặt

Hình 4.4 Đầu dò Linear

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 34

b.Đầu dò convex:

Nguyên lí làm việc giống linear,chỉ khác là các đơn tinh thể xếp theo hình cong

Ưu điểm của đầu dò này là quét theo hình rẻ quạt mà ko cần cơ khí và đồng bộ pha, bề mặt tiếp xúc nhỏ hơn linear và do dạng cong nên áp dụng nhiều vùng cơ thể

Ứng dụng: vùng bụng và vùng chậu, mạch máu sâu

Hình 4.5 Hình ảnh đầu dò Convex

c.Phased arrayhay còn gọi là sector điện tử

Đầu dò có 64-128 phần tử áp điện

Tia siêu âm được lái bằng điện tử theo góc hình rẻ quạt nên còn gọi là sector điện tử

Các tinh thể được bật tắt qua bộ trễ thời gian, nếu t1 lớn hơn tn thì xung phát sẽ tới tinh thể n trước và tinh thể 1 cuối cùng, mỗi tinh thể nếu đủ nhỏ có thể coi như một nguồn điểm sóng, các nguồn điểm tạo nên mặt sóng

Hình 4.6 Góc quét tia với đầu dò

Ưu điểm của đầu dò này là có bề mặt tiếp xúc nhỏ, đầu dò nhỏ và nhẹ có khả năng thăm khám đặc biệt cao, hiển thị đồng thời B-mode, Doppler và TM-mode, quét rẻ quạt mà không cần bộ phận cơ khí, Có thể đo Doppler liên tục (CW-Dopple) được

Ứng dụng: Siêu âm tim qua khe liên sườn và các ứng dụng đặc biệt: nội soi thực quản, nội soi

qua thành bụng, nội soi niệu

CHƯƠNG 5.KHẢO SÁT TRÊN THIẾT BỊ CỦA HÃNG SIEMENS VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG CHẨN ĐOÁN

5.1.Thiết Bị Siêu Âm ACUSON X500 Của Siemens Tại Bệnh Viện Đa Khoa Sài Gòn:

Hình 4.7 Đầu dò sector

SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS Huỳnh Quang Linh 36

Hình 5.1.Hệ thống máy siêu âm chẩn đoán tại bệnh viện Đa khoa Sài Gòn

5.1.1 Các thiết bị trong hệ thống máy siêu âm: Máy nền chính:

Hình 5.2.Máy nền chính của siêu âm

Là loại máy siêu âm Doppler màu hoàn toàn số hóa với kỹ thuật 3D, 4D Thiết kế dạng xe đẩy di chuyển được, có khóa bánh lái

Các nguyên lí điều hành trên cơ sở WindowsR và các biểu tượng trên màn hình giúp cho kích hoạt các tính năng hay sử dụng nhất

Hình thức đăng ký bệnh nhân tùy chọn, từ đầy đủ cho đến hạn chế đối với lúc đăng ký nhanh trong khi vẫn giữ màn hình tạo ảnh

Bàn phím Qwerty chiếu sáng toàn phần Bàn phím trình bày chính giữa với cách trình bày thuận tiện