Về nguyên lý tạo ảnh: đầu dò được chế tạo từ tinh thể gốm áp điện. Đầu dò vừa đóng vai trò là đầu phát vừa đóng vai trò là đầu thu, cứ sau mỗi chuỗi xung phát ra đầu dò lại làm nhiệm vụ tiếp nhận sóng hồi âm. Có nhiều loại đầu dò như: đầu dò Linear, đầu dò Convex, đầu dò Sector.
Hình 1.4: Một số loại đầu dò [40]
Các sóng phát ra là các năng lượng âm định hướng, có đặc tính hướng truyền, tần số và hình thể. Tiếp nhận phản âm gồm những phản âm từ dao điện, khuếch tán hay phân ly theo mọi hướng; phản âm tùy vào độ sâu phản hồi.
Hình ảnh siêu âm cho thấy cấu trúc mô nhờ sự phân biệt, chất lượng cũng có các yếu tố như: phân giải, tương phản và phân giải động cũng như các xảo ảnh. Có thể vừa xem ảnh siêu âm qua màn hình, vừa có thể nối với hệ thống in nhiệt, laser- camera- chụp phim polaroid hay băng ghi từ, đĩa từ để lưu trữ.
Một trong những ưu điểm của thăm khám siêu âm là cho phép cắt lớp tất cả các mặt phẳng trong không gian, không chỉ cắt ngang như cắt lớp vi tính. Đồng thời có thể tái tạo thành ảnh 3 chiều và 4 chiều. Các loại kỹ thuật siêu âm: siêu âm kiểu A (Amplitude), siêu âm kiểu B hay 2 chiều (Bidimention), siêu âm kiểu động (Dynamic), siêu âm kiểu TM (Time Motion), siêu âm kiểu Doppler: Doppler liên tục, Doppler xung, Doppler màu, Doppler năng lượng (Power Doppler, PD). Trong đó PD có độ nhạy gấp 3 lần Doppler màu và có hình ảnh chụp mạch trên siêu âm doppler. Các động mạch nhỏ cũng được nhìn thấy. PD được ứng dụng chủ yếu trong thăm khám các mạch máu nhỏ và nhất là có tốc độ dòng chảy thấp mà siêu âm Doppler màu thông thường không đủ độ nhạy để phát hiện.
1.4.2. Vai trò của siêu âm trong chẩn đoán bệnh lý khớp gối
Ưu điểm của siêu âm là dễ thực hiện nhưng đem lại hiệu quả cao, chi phí thấp và an toàn cho người bệnh. Bệnh nhân có chống chỉ định với chụp cộng hưởng từ thì siêu âm là một lựa chọn tốt trong việc phát hiện các các tổn thương tại khớp.
Khớp gối là một trong những khớp dễ khảo sát nhất bằng siêu âm. Siêu âm đã được chứng minh là vượt trội hơn cả về độ chính xác cũng như có thể khảo sát lại nhiều lần so với khám lâm sàng hay các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác như cắt lớp vi tính. Ngoài ra, siêu âm góp phần đánh giá bổ sung cùng với các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác bao gồm Xquang, chụp cắt lớp vi tính, chụp cộng hưởng từ.
Những cấu trúc khớp gối đánh giá tốt trên siêu âm bao gồm gân, cơ, dây chằng, bao hoạt dịch, mạch máu và thần kinh. Trên siêu âm chúng được đánh giá về
vị trí, kích thước, tính liên tục, âm vang…và khi đánh giá thường sẽ so sánh với bên đối diện [30]. Siêu âm có thể phát hiện tràn dịch khớp, dày màng hoạt dịch, tụ dịch trong bao khớp, nang khớp, viêm gân, rách dây chằng và gân… [35]. Việc quan sát đường viền xương có thể phát hiện các tổn thương như bào mòn, gãy xương, u xương. Có thể phát hiện nhiều dạng cấu trúc bất thường (đặc, nang dịch, hoặc dạng hỗn hợp). Siêu âm còn hữu ích trong việc đánh giá động học dòng chảy động tĩnh mạch. Chụp Xquang và cắt lớp vi tính giúp đánh giá các tổn thương xương, sự khoáng hóa, chụp cộng hưởng từ là phương pháp tốt nhất để đánh giá tủy xương, khối u xương, cơ và khớp mà siêu âm không thể tiếp cận được. Siêu âm giúp đánh giá tình trạng viêm màng hoạt dịch, trong đó siêu âm B-mode giúp đánh giá mức độ viêm màng hoạt dịch bán định tính và siêu âm Doppler giúp phát hiện tình trạng tăng sinh mạch máu màng hoạt dịch. Do đó siêu âm cho phép đánh giá mức độ hoạt động bệnh cũng như hiệu quả điều trị.
Để đánh giá khớp gối tốt nhất, tần số đầu dò phải được điều chỉnh cho thích hợp. Đầu dò tuyến tính tần số cao được khuyến cáo cho các thao tác quét tiêu chuẩn. Khi đánh giá các cấu trúc như gân, dây chằng, hệ thống lái chùm tia (beam steering) có thể giúp khắc phục tình trạng dị hướng. Lực nén của đầu dò lên mô nên ở mức tối thiểu để tránh làm xẹp các mạch máu cũng như biến dạng các cấu trúc bên dưới dẫn đến chẩn đoán sai. Để phát hiện, chẩn đoán chính xác các bất thường trên siêu âm, người thực hiện siêu âm cần nắm rõ kiến thức về giải phẫu cũng như có kĩ năng siêu âm tốt. Theo hướng dẫn của Liên đoàn chống Thấp khớp châu Âu (European League Against Rheumatism, EULAR) tất cả các cấu trúc giải phẫu chính phải được quan sát đầy đủ bằng cách sử dụng 10 lần quét tiêu chuẩn ở các mặt cắt dọc và ngang.
1.4.3. Hình ảnh tràn dịch khớp gối, viêm màng hoạt dịch trên siêu âm.
Túi hoạt dịch trên xương bánh chè là một cấu trúc hoạt dịch thông với ổ khớp, giới hạn bởi lớp mỡ trên bánh chè và lớp mỡ trước xương đùi. Bình thường, nó được mô tả là cấu trúc giảm âm mỏng do sự chạm nhau của 2 mặt trước và sau của màng hoạt dịch. Việc phát hiện một lượng nhỏ dịch bằng siêu âm chính xác và đáng tin cậy hơn nhiều so với khám lâm sàng. Thể tích dịch nhỏ hơn 6-8ml có thể bị bỏ
qua trên lâm sàng. Một lượng nhỏ chất hoạt dịch có thể được ưu tiên nằm trong các ngách trong ổ khớp cạnh xương bánh chè, vì vậy những điểm này cần được kiểm tra thường xuyên để phát hiện có tràn dịch hay không.
Theo OMERACT 7 (Outcome Measures in Rheumatology: Cải thiện kết quả bệnh nhân mắc bệnh cơ xương khớp), tràn dịch được định nghĩa là vùng trống âm hoặc giảm âm bất thường, có thể có chuyển động bên trong và nén được, không biểu hiện tín hiệu PD [70]. Nếu đường kính của túi hoạt dịch trên xương bánh chè (bề dày lớp dịch) vượt quá 3 mm thì được coi là bệnh lý. Khi gặp khó khăn trong việc tìm túi này, ví dụ, để phát hiện một lượng dịch nhỏ (<3mm) có thể tiến hành vuốt dọc xương đùi từ trên xuống để dồn chất hoạt dịch xuống túi hoạt dịch trên xương bánh chè. Cách làm này có thể hữu ích khi tràn dịch khớp gối ở mức độ ít.
Cách xác định tràn dịch khớp gối trên siêu âm: tràn dịch khớp gối là một vùng trống âm hoặc giảm âm bất thường, bề dày ≥4 mm đo ở túi hoạt dịch trên xương bánh chè mặt cắt đứng dọc (tương ứng vị trí túi cùng giữa), bệnh nhân nằm ngửa, gối gấp 30 độ. Ngưỡng tối ưu để phát hiện tràn dịch trên siêu âm ở nam và nữ lần lượt là 7,4 và 5,3 mm [59].
Dày màng hoạt dịch (hay phì đại màng hoạt dịch) được định nghĩa là một mô nội khớp giảm âm bất thường dày từ 2mm trở lên có thể khu trú hoặc lan tỏa, trên hình ảnh siêu âm mặt cắt đứng dọc gân cơ tứ đầu đùi tư thế gối gấp 30 độ (tương ứng vị trí túi cùng giữa của túi hoạt dịch trên xương bánh chè [16]), không có chuyển động, không thay đổi hoặc thay đổi rất ít khi nén xuống và có thể có tín hiệu PD [70]. Để phân biệt tràn dịch khớp gối với dày màng hoạt dịch, ta có thể ấn nhẹ đầu dò xuống một chút. Tín hiệu mạch trên PD có thể không có trong một số trường hợp dày màng hoạt dịch do vị trí ở tương đối sâu trong khớp gối. Tuy nhiên, nếu có tín hiệu này thì là dấu hiệu rất gợi ý của tình trạng viêm đang hoạt động. Ngưỡng tối ưu để phát hiện dày màng hoạt dịch ở nam và nữ lần lượt là 3,7 mm và 1,6 mm [59].
Ngoài ra, để đánh giá mức độ tràn dịch khớp gối và viêm màng hoạt dịch trên siêu âm ở bệnh nhân thoái hóa khớp có thể sử dụng thang điểm Zagazig dựa vào năm điểm thành phần: mức độ thoái hóa, tràn dịch khớp, viêm màng hoạt dịch,
viêm gân, bao gân và kén Baker khớp gối. Tuy nhiên, cách thức đánh giá mức độ viêm màng hoạt dịch, tràn dịch khớp gối theo thang điểm này dựa vào hình thái của tràn dịch trên siêu âm mà không dựa vào các phép đo cụ thể như đã trình bày ở trên [49]. Một số tác giả khác lại sử dụng thang điểm bán định lượng để đánh giá mức độ viêm màng hoạt dịch: độ 0 (màng hoạt dịch bình thường), độ I ( viêm nhẹ với hình ảnh màng hoạt dịch còn phẳng, dày lên), độ II (viêm mức độ trung bình, màng hoạt dịch dày lên với một vài chỗ nhô ra dạng nhú hoặc nhung mao), độ III (viêm nặng, màng hoạt dịch dày lên rõ rệt với nhiều chỗ nhô ra giống dạng nhú hoặc nhung mao) [12].
Phân loại mức độ tăng sinh mạch trên siêu âm Doppler theo Tamotsu Kamishima (2010). Phân loại này được tính trên lát cắt có mức độ tăng sinh mạch máu màng hoạt dịch lớn nhất: 0 điểm (không có tín hiệu mạch), 1 điểm (có các tín hiệu mạch đơn lẻ), 2 điểm (các tín hiệu mạch tập trung thành từng đám chiếm dưới 1/3 bề dày màng hoạt dịch), 3 điểm (tín hiệu mạch tập trung thành từng đám chiếm 1/3 – 1/2 bề dày màng hoạt dịch), 4 điểm (các tín hiệu mạch tập trung thành từng đám chiếm trên 1/2 bề dày của màng hoạt dịch).