CHƢƠNG 2 : KỸ THUẬT TẠO ẢNH SIÊU ÂM CẮT LỚP
2.1. Cơ sở lý thuyết về siêu âm cắt lớp
Sĩng siêu âm là những dao động đàn hồi lan truyền trong mơi trƣờng vật chất theo thời gian, cĩ tần số f > 20 kHz. Sĩng siêu âm lan truyền đƣợc nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phần tử của mơi trƣờng truyền dao động đi, các phần tử cách xa tâm dao động càng trễ pha hơn. Khi sĩng truyền trong mơi trƣờng, các phần tử của mơi trƣờng chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng mà khơng chuyển dời theo sĩng, chỉ cĩ pha dao động của chúng đƣợc truyền đi. Tốc độ truyền sĩng phụ thuộc vào bản chất và hiện trạng của mơi trƣờng truyền sĩng. Khi sĩng truyền qua các mơi trƣờng khác nhau, tốc độ truyền sĩng sẽ thay đổi (nhƣ đƣợc thể hiện ở Bảng 2.1). Quá trình truyền sĩng là một quá trình truyền năng lƣợng. Năng lƣợng sĩng tại một điểm tỉ lệ với bình phƣơng biên độ sĩng tại đĩ. Khi sĩng truyền càng xa nguồn thì năng lƣợng sĩng càng giảm dần.
Khi một tia tới sĩng âm gặp một mơi trƣờng khơng đồng nhất cĩ kích thƣớc nhỏ tƣơng đƣơng so với bƣớc sĩng của chùm sĩng tới thì một phần năng lƣợng sẽ bị tán xạ theo mọi hƣớng. Bài tốn chụp cắt lớp siêu âm bao gồm ƣớc lƣợng sự phân bố của các tham số (tốc độ âm thanh, sự suy giảm âm, mật độ và những tham số khác) tán xạ cho một tập các giá trị đo của trƣờng tán xạ bằng việc giải ngƣợc các phƣơng trình sĩng. Vì thế, chụp cắt lớp siêu âm cho thấy định lƣợng thơng tin của vật thể dƣới sự khảo sát hay kiểm tra. Tuy nhiên, phƣơng pháp tán xạ ngƣợc âm gặp phải một số hạn chế và khơng đƣợc thành cơng nhƣ các phƣơng pháp tạo ảnh cắt lớp khác (cắt lớp X – quang, cắt lớp hạt nhân, và chụp cộng hƣởng từ) thƣờng đƣợc sử dụng cho chuẩn đốn y tế. Đầu tiên, phƣơng pháp tán xạ ngƣợc gặp phải vấn đề về
hội tụ khi tái tạo lại đối tƣợng với “độ tƣơng phản lớn (độ tƣơng phản quyết định bởi tính chất của mơi
Bảng 2.1: Tốc độ sĩng âm trong các cơ quan khác nhau
Cơ quan Tốc độ siêu âm (m/s)
Mơ mềm 1540 Não bộ 1550 Gan 1565 Phổi 630 Máu 1570 Thận 1575 Cơ bắp 1600 Thần kinh thị giác 1615 Thấu kính mắt 1630 Xƣơng 4090
trƣờng, biểu hiện bởi sự tán xạ âm thanh nhiều hay ít, chính là chênh lệch tốc độ truyền sĩng giữa 2 mơi trƣờng). Cho đến nay, kỹ thuật siêu âm cắt lớp ứng dụng lý thuyết tán xạ ngƣợc chỉ đƣợc áp dụng chủ yếu cho việc tạo ảnh vùng ngực. Dữ liệu tán xạ phải thu thập ở rất nhiều gĩc khác nhau từ 00 đến 3600 để thu đƣợc thơng tin đầy đủ của đối tƣợng cần tạo ảnh. Đĩ cũng là lý do mà các nghiên cứu về kỹ thuật siêu âm cắt lớp lại tập trung vào tạo ảnh vùng ngực, để thu thập đƣợc đầy đủ dữ liệu việc tạo ảnh ở tần số tƣơng đối cao (lên đến 5 MHz). Cuối cùng, hạn chế của chụp siêu âm cắt lớp sử dụng tán xạ ngƣợc là
tốc độ tính tốn và chất lƣợng ảnh tái tạo. Phƣơng pháp chụp cắt lớp sử dụng tán xạ ngƣợc đƣợc đánh giá là cho kết quả chính xác và khách quan hơn các phƣơng pháp chụp siêu âm trƣớc đây nhƣng vấn đề về tốc độ tính tốn là một trở ngại lớn của phƣơng pháp này, trong chuẩn đốn bệnh y học thì yêu cầu về tốc độ cũng nhƣ chất lƣợng cần đƣợc đảm bảo. Bởi vậy, trong luận án này, dựa trên ƣu điểm vƣợt trội của kỹ thuật siêu âm cắt lớp, nghiên cứu sinh tập trung nghiên cứu phát triển một số giải thuật nhằm nâng cao chất lƣợng và tăng tốc tạo ảnh siêu âm cắt lớp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng kỹ thuật siêu âm cắt lớp cĩ thể triển khai rộng rãi trong y khoa.