Khóa luận Ứng dụng kỹ thuật trải rộng phổ trong tạo ảnh siêu âm cắt lớp

o hơn. Các thế hệ máy CT không ngừng đƣợc cải tiến, từ máy một lát cắt, đến thế hệ máy chụp xoắn ốc (Spiral CT) đến thế hệ máy đa lát cắt (2, 4, 6.320, 640 lát cắt) 4 và máy chụp CT năng lƣợng kép (Dual-CT). Hiện nay, trên thế giới có trên 30.000 máy CT đƣợc lắp đặt. Ứng dụng Ngày nay, CT đƣợc ứng dụng rộng rãi trên lâm sàng để phát hiện bệnh lý từ sọ não, đầu mặt cổ, tim, ngực, bụng, chậu, xƣơng, mô mềm cho đến bệnh lý mạch máu não, cổ, mạch máu chi và các mạch máu tạng khác. CT còn đƣợc dùng để hƣớng dẫn phẫu thuật, xạ trị, theo dõi sau phẫu thuật. Kỹ thuật 3D-CT cho phép đánh giá chính xác vị trí tổn thƣơng trong không gian 3 chiều, từ đó định hƣớng tốt cho phẫu thuật cũng nhƣ xạ trị. Kỹ thuật này còn dùng để tái tạo 3D trong các bệnh lý bất thƣờng bẩm sinh, giúp cho các nhà phẫu thuật tạo hình chỉnh sửa tốt hơn các dị tật bẩm sinh. Sơ lƣợc về nguyên lý Khi chụp X - quang, bệnh nhân đứng giữa một máy phát tia X và một tấm phim. Tia X có bản chất giống với ánh sáng - cùng là sóng điện từ, nhƣng có bƣớc sóng rất nhỏ, năng lƣợng lớn nên có khả năng đâm xuyên rất mạnh. Khi tia X đi qua cơ thể ngƣời, nó sẽ bị các cơ quan trong cơ thể hấp thụ một phần. Năng lƣợng tia X giảm tuân theo định luật Beer : I = I0 exp(-μx), (1.1) Trong đó: I0 , I là năng lƣợng tia X tới và sau khi đi qua vật hấp thu; μ là hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu, đặc trƣng cho khả năng làm suy giảm năng lƣợng tia X của vật chất và x là chiều dày của vật hấp thu tia X. Các bộ phận khác nhau trong cơ thể hấp thụ tia X khác nhau . Vì vậy, chùm tia X khi đi ra khỏi cơ thể sẽ gồm các tia có năng lƣợng khác nhau, mức độ tác động lên phim khác nhau nên trên phim sẽ có các vùng sáng tối mô tả các cơ quan bên trong cơ thể ngƣời chụp. 5 CT cũng dùng tia X nhƣng có nhiều điểm khác biệt và phức tạp hơn chụp X - quang thông thƣờng. Một chùm tia X đƣợc sử dụng “cắt” ngang qua cơ thể ngƣời chụp. Ở phía bên kia, thay vì đặt một tấm phim, ngƣời ta dùng các máy thu để ghi lại tín hiệu này. Tia X và máy thu sẽ quay xung quanh ngƣời chụp nhƣng quỹ đạo quay vẫn nằm trên một mặt phẳng để lấy dữ liệu thô (raw data) về lát cắt này. Dữ liệu thô sau đó đƣợc tính toán và biến đổi bằng toán học để chuyển thành dữ liệu hình ảnh cho ta quan sát. Hiện nay, hầu hết các máy CT đều có phần mềm tái tạo hình ảnh 3D từ các lát cắt. Các phần mềm này cho phép bác sỹ quan sát các cơ quan bên trong cơ thể theo mọi hƣớng, có thể cắt lại trên nhiều hƣớng khác nhau [1]. Ƣu điểm và nhƣợc điểm Ngày nay, CT đƣợc ứng dụng rộng rãi trong khám lâm sàng để phát hiện bệnh lý từ sọ não, đầu mặt cổ, tim, ngực, bụng, chậu, xƣơng, mô mềm cho đến bệnh lý mạch máu não, cổ, mạch máu chi và các mạch máu tạng khác. CT còn đƣợc dùng để hƣớng dẫn phẫu thuật, xạ trị và theo dõi sau phẫu thuật. Kỹ thuật 3D-CT cho phép đánh giá chính xác vị trí tổn thƣơng trong không gian 3 chiều, từ đó định hƣớng tốt cho phẫu thuật cũng nhƣ xạ trị . Hình 1.1: Ảnh chụp cắt lớp CT sọ não 6 * Các ƣu điểm của kỹ thuật CT là: - Hình ảnh rõ nét do không có hiện tƣợng nhiều hình chồng lên nhau. - Khả năng phân giải những hình ảnh mô mềm cao hơn nhiều so với X - quang. - Thời gian chụp nhanh, cần thiết trong khảo sát, đánh giá các bệnh cấp cứu và khảo sát các bộ phận di động trong cơ thể (phổi, tim, gan, ruột). - Độ phân giải không gian đối với xƣơng cao nên rất tốt để khảo sát các bệnh lý xƣơng. - Kỹ thuật dùng tia X, nên có thể dùng để chụp cho những bệnh nhân có chống chỉ định chụp cộng hƣởng từ (Đặt máy tạo nhịp, van tim kim loại, máy trợ thính cố định, di vật kim loại). * Kỹ thuật CT cũng tồn tại những nhƣợc điểm, cụ thể là: - Do khả năng đâm xuyên mạnh của tia X nên CT khó phát hiện các tổn thƣơng phần mềm hơn là MRI. - CT khó phát hiện đƣợc các tổn thƣơng sụn khớp, dây chằng và tổn thƣơng tủy sống. - Những cơ quan và tổn thƣơng có cùng độ đậm thì khó phát hiện và khó phân biệt trên CT. - Độ phân giải hình ảnh của CT thấp hơn MRI, nhất là các cấu trúc mô mềm, vì vậy CT khó phát hiện các tổn thƣơng có kích thƣớc nhỏ. - CT là kỹ thuật dùng tia X và gây nhiễm xạ. Mức độ nhiễm xạ mỗi lần chụp đều nằm trong giới hạn cho phép. 1.1.2. Chụp cộng hƣởng từ. Chụp cộng hƣởng từ (MRI) là một phƣơng pháp thu hình ảnh của các cơ quan trong cơ thể sống và quan sát lƣợng nƣớc bên trong các cấu trúc của các cơ quan. 7 Ảnh của các mô mềm trong cơ thể tạo ra từ cộng hƣởng từ rõ nét hơn so với ảnh từ các phƣơng pháp khác. Nguyên lý Dựa vào nguyên tắc cấu tạo của nguyên tử và các mômen tạo ra từ electron và proton. Cơ thể con ngƣời cấu tạo chủ yếu từ nƣớc (60-70%) mà trong thành phần của phân tử nƣớc luôn có nguyên tử hydro. Về mặt từ tính, nguyên tử hydro là một nguyên tử đặc biệt, hạt nhân chỉ chứa 1 proton, do đó, nó có một mômen từ lớn. Từ điều này dẫn tới một hệ quả là: nếu ta dựa vào hoạt động từ của các nguyên tử hydro để ghi nhận sự phân bố nƣớc khác nhau của các mô trong cơ thể thì chúng ta có thể ghi hình và phân biệt đƣợc các mô đó. Mặt khác, trong cùng một cơ quan, các tổn thƣơng bệnh lý dẫn đến sự thay đổi phân bố nƣớc tại vị trí tổn thƣơng, dẫn đến hoạt động từ tại đó sẽ thay đổi so với mô lành, nên ta cũng sẽ ghi hình đƣợc các thƣơng tổn. Ứng dụng nguyên lý này, MRI sử dụng một từ trƣờng mạnh và một hệ thống phát các xung có tần số vô tuyến để điều khiển hoạt động điện từ của nhân nguyên tử, mà cụ thể là nhân nguyên tử hydro có trong phân tử nƣớc của cơ thể, nhằm bức xạ năng lƣợng dƣới dạng các tín hiệu có tần số vô tuyến. Các tín hiệu này sẽ đƣợc một hệ thống thu nhận và xử lý điện toán để tạo ra hình ảnh của đối tƣợng vừa đƣợc đƣa vào từ trƣờng đó [7]. Hình 1.2: Ảnh chụp công hƣởng từ (sọ não) 8 * Các ƣu điểm của kỹ thuật MRI là: - Bệnh nhân không bị ảnh hƣởng bởi tia xạ. - Bệnh nhân không bị ảnh hƣởng gì về mặt sinh học. - Thu đƣợc hình chụp đa mặt phẳng: coronal, axial, sagittal hay bất kỳ mặt phẳng nghiêng nào. - Độ phân giải mô mềm cao. - Hiển thị đặc điểm mô tốt hơn so với CT. - Chụp đƣợc MRA kể cả khi không dùng chất tƣơng phản. - Là kĩ thuật hình ảnh không xâm lấn. - Chất tƣơng phản tác dụng phụ rất hiếm. * MRI còn tồn tại một số nhƣợc điểm: - Giá thành cao. - Không dùng đƣợc nếu bệnh nhân bị chứng sợ nơi chật hẹp hay đóng kín. - Thời gian chụp lâu: gặp khó khăn nếu bệnh nhân nặng hay không hợp tác. - Vỏ xƣơng và tổn thƣơng có calci khảo sát không tốt bằng XQ, CT. - Thời gian đào tạo chuyên môn dài. - Không thể chụp bệnh nhân với máy tạo nhịp tim, các clip phẫu thuật, mô cấy ở mắt hay tai, - Không thể mang theo thiết bị hồi sức vào phòng chụp. 1.1.3 Chụp siêu âm. Siêu âm là một loại dao động cơ học đƣợc truyền đi trong một môi trƣờng vật 9 chất nhất định. Năng lƣợng cơ học này tác động vào các phân tử vật chất của môi trƣờng làm cho chúng dao động khỏi vị trí cân bằng, tạo thành sóng lan truyền cho tới khi hết năng lƣợng. Chính vì vậy siêu âm không thể truyền ở môi trƣờng chân không nhƣ các sóng điện từ . Dựa theo tần số, âm thanh đƣợc chia thành 3 loại: (1) Những âm thanh có tần số nhỏ hơn 16 Hz mà tai ngƣời không thể nghe đƣợc là hạ âm; (2) Các sóng âm có dải tần từ 16 Hz đến 20.000 Hz đƣợc gọi là âm nghe đƣợc; (3) Siêu âm là âm thanh có tần số trên 20.000 Hz. Nhƣ vậy về bản chất siêu âm cũng không có gì khác với các dao động cơ học khác và nó cũng đƣợc đặc trƣng bởi một số đại lƣợng vật lý nhƣ: tần số, biên độ, chu kỳ... Chu kỳ là khoảng thời gian thực hiện một nén và dãn. Đơn vị thƣờng đƣợc tính bằng đơn vị đo thời gian (s, ms...). Biên độ là khoảng cách lớn nhất giữa 2 đỉnh cao nhất và thấp nhất. Tần số (f) là số chu kỳ dao động trong 1 giây, đơn vị đo là Hz. Bƣớc sóng (λ) là độ dài của 1 chu kỳ dao động. Bƣớc sóng thƣờng đƣợc đo bằng đơn vị đo chiều dài nhƣ mm, cm. Tốc độ siêu âm (c) là quãng đƣờng mà chùm tia siêu âm đi đƣợc trong 1 đơn vị thời gian, thƣờng đƣợc đo bằng m/s. Tốc độ siêu âm không phụ thuộc vào công suất của máy phát mà phụ thuộc vào bản chất của môi trƣờng truyền âm. Những môi trƣờng có mật độ phân tử cao, tính đàn hồi lớn siêu âm truyền tốc độ cao và ngƣợc lại những môi trƣờng có mật độ phân tử thấp tốc độ sẽ nhỏ. Ví dụ xƣơng từ 2700 - 4100 m/s; tổ chức mỡ 1460 - 1470 m/s; gan 1540 - 1580 m/s; phổi 650 - 1160 m/s; cơ 1545 - 1630m/s; nƣớc 1480m/s... Trong siêu âm chẩn đoán, ngƣời ta thƣờng lấy giá trị trung bình của tốc độ siêu âm trong cơ thể là 1540m/s. Giữa tốc độ truyền âm, bƣớc sóng và tần số có mối liên hệ qua phƣơng trình sau : c = λ. f (1.2) Năng lƣợng siêu âm (P) biểu thị mức năng lƣợng mà chùm tia siêu âm truyền vào cơ thể. Giá trị này phụ thuộc vào nguồn phát, trong siêu âm chẩn đoán để đảm 10 bảo an toàn, các máy thƣờng phát với mức năng lƣợng thấp vào khoảng 1MW đến 10MW. Tuy nhiên, trong các kiểu siêu âm thì siêu âm Doppler thƣờng có mức năng lƣợng cao hơn. Ở các máy siêu âm hiện đại, ngƣời sử dụng có thể chủ động thay đổi mức phát năng lƣợng để nâng cao hơn tính an toàn cho bệnh nhân, nhất là đối với thai nhi và trẻ em [6]. Nguyên lý cấu tạo máy siêu âm Máy siêu âm đƣợc cấu thành từ 2 bộ phận chính đó là đầu dò và bộ phận xử lý trung tâm và một số bộ phận hỗ trợ. Đầu dò siêu âm Hình 1.3: Đầu dò siêu âm Đầu dò (Transducer - Probe): làm nhiệm vụ vừa phát vừa thu sóng âm phản hồi. Nó bao gồm một hoặc nhiều miếng gốm áp điện (piezo-eletric), khi có dòng điện xoay chiều tần số cao kích thích vào miếng gốm này làm cho nó co giãn và phát ra xung siêu âm. Ngƣợc lại khi miếng áp điện rung lên do sóng siêu âm dội trở về sẽ tạo ra một xung động. Sóng siêu âm lan truyền vào các mô trong cơ thể, gặp các mặt phẳng sẽ gặp các sóng âm dội trở về. Mỗi âm dội mà đầu dò thu nhận đƣợc sẽ chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu này sẽ đƣợc xử lý và chuyển thành tín hiệu trên màn hình, và tất cả chùm sóng âm quét tạo nên hình ảnh siêu âm. Tùy vào chức năng và tần số khảo sát, hãng sản xuất, các loại đầy dò có hình dạng và kích thƣớc 11 khác nhau. Các đầu dò quét đƣợc nhờ một hệ thống cơ khí hay điện tử, với chùm thăm dò theo hình chữ nhật hay rẽ quạt. - Đầu dò quét cơ học: Trong đầu dò có bộ chuyển động đƣợc gắn với tinh thể gốm áp điện hoặc một tấm gƣơng phản âm. Chức năng của bộ này giống nhƣ một bộ đèn pha quét ánh sáng chùm đơn, chuyển động nhờ một bánh xe hoặc một chuyển động kế. Các dao động sóng sẽ phản chiếu nhờ tấm gƣơng. - Đầu dò quét điện tử: Các tinh thể gốm áp điện đƣợc xếp thành một dãy theo chiều ngang (tuyến tính), đƣợc mở ra một cửa sổ (aperture) nhỏ lớn phụ thuộc vào số lƣợng tinh thể, chiều rộng của chùm sóng âm khi phát ra. Một số loại đầu dò phổ biến nhƣ đầu dò Convex (dò tổng quát), đầu dò Linear (khảo sát phần nông), đầu dò tim (khảo sát tim mạch), đầu dò âm đạo (sản phụ khoa) Đa số các siêu âm đƣợc thực hiện với đầu dò bên ngoài da, một số loại siêu âm thực hiện bên trong cơ thể (invasive ultrasound). Trong trƣờng hợp này,đầu dò đƣợc gắn vào một que đo và đƣợc đƣa vào bên trong bằng các con đƣờng mở tự nhiên. Một số siêu âm thuộc loại này bao gồm : + Transesophageal echocardiogram (siêu âm tim qua thực quản): đầu dò đƣợc đƣa vào bên trong thực quản để thu các hình ảnh của tim. + Transrectal ultrasound (siêu âm qua trực tràng): đầu dò đƣợc đƣa vào bên trong hậu môn để quan sát trực tràng, tuyến tiền liệt. + Transvaginal ultrasound (siêu âm qua âm đạo): đầu dò đƣợc đƣa vào bên trong âm đạo để quan sát tử cung và buồng trứng. Bộ phận xử lý tín hiệu và thông tin. Tín hiệu siêu âm phản hồi từ cơ thể đƣợc đầu dò thu nhận, sau đó biến thành dòng điện. Dòng điện này mang theo thông tin về độ chênh lệnh trở kháng giữa các cấu trúc mà chùm tia siêu âm đã xuyên qua (khi độ chênh lệch trở kháng giữa hai cấu trúc càng lớn, năng lƣợng của chùm tia siêu âm phản xạ càng cao, sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều càng lớn) và thông tin về khoảng cách từ cấu trúc phản xạ siêu âm đến đầu dò. Khoảng cách này đƣợc tính bằng công thức: 12 2 ct D  (1.3) Trong đó: D là khoảng cách, c là tốc độ siêu âm trong cơ thể, t là thời gian từ khi phát xung đến khi nhận xung. Những tín hiệu này sau khi xử lý tuỳ theo kiểu siêu âm mà cho ta các thông tin khác nhau về cấu trúc và chức năng của các cơ quan mà ta cần nghiên cứu. Ngoài ra, máy siêu âm còn chứa phần mềm, cho phép đo đạc tính toán các thông số nhƣ khoảng cách, diện tích, thể tích, thời gian... theo không gian 2 chiều, 3 chiều. Từ những thông tin này kết hợp với những chƣơng trình đã đƣợc tính toán sẵn sẽ cung cấp cho chúng ta những thông tin cao hơn. Ví dụ, từ đƣờng kính lƣỡng đỉnh thai nhi, có thể dự kiến ngày sinh, trọng lƣợng thai... Hoặc từ thể tích thất trái cuối kỳ tâm trƣơng, tâm thu, chúng ta sẽ biết đƣợc thể tích nhát bóp, cung lƣợng tim... Những thông tin về cấu trúc và chức năng của các cơ quan sẽ đƣợc hiển thị trên màn hình, đồng thời cũng có thể đƣợc lƣu trữ lại trong các bộ phận ghi hình và có thể nối mạng với các phƣơng tiện khác [8]. Các kiểu siêu âm Siêu âm kiểu A: Đây là kiểu siêu âm cổ điển nhất, ngày nay chỉ còn sử dụng trong phạm vi hẹp, nhƣ chuyên khoa mắt với mục đích đo khoảng cách, vì nó rất chính xác trong chức năng này. Các tín hiệu thu nhận từ đầu dò đƣợc biến thành những xung có đỉnh nhọn, theo nguyên tắc biên độ của sóng siêu âm phản xạ càng lớn, biên độ của xung càng cao và ngƣợc lại. nhƣ vậy trên màn hình chúng ta không nhìn thấy hình ảnh mà chỉ thấy các xung. Thời gian xuất hiện các xung sẽ phản ánh chính xác khoảng cách từ các vị trí xuất hiện sóng siêu âm phản xạ. Siêu âm kiểu B hay 2 chiều (2D) : Hay còn gọi là siêu âm 2 bình diện, kiểu siêu âm này hiện nay đang đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các chuyên khoa.Có thể nói chính siêu âm 2D là một cuộc cách mạng trong ngành siêu âm chẩn 13 đoán. Vì đây là lần đầu tiên chúng ta có thể nhìn đƣợc các cấu trúc bên trong của cơ thể và sự vận động của chúng, chính vì vậy nó đã mở ra thời kỳ ứng dụng rộng rãi của siêu âm trên lâm sàng. Nguyên lý của siêu âm 2D nhƣ sau: những tín hiệu siêu âm phản xạ đƣợc đầu dò tiếp nhận sẽ biến thành dòng điện xoay chiều, dòng điện này sẽ mang theo 2 thông tin về mức độ chênh lệch trở kháng tại biên giới giữa các cấu trúc khác nhau và khoảng cách của các cấu trúc này so với đầu dò. Dòng điện sau đó đƣợc xử lý biến thành các chấm sáng có mức độ sáng khác nhau tuỳ theo dòng điện lớn hay nhỏ và vị trí của chúng theo đúng khoảng cách từ đầu dò đến mặt phân cách có phản hồi âm. nhƣ vậy các thông tin này sẽ đƣợc thể hiện trên màn hình thành vô vàn những chấm sáng với cƣờng độ khác nhau, đƣợc sắp xếp theo một thứ tự nhất định tái tạo nên hình ảnh của các cơ quan, cấu trúc mà chùm tia đã đi qua. Để nghiên cứu các cấu trúc có vận động trong cơ thể nhƣ tim và các mạch máu ngƣời ta chế tạo các đầu dò có thể ghi lại rất nhiều hình ảnh vận động của chúng ở các thời điểm khác nhau trong một đơn vị thời gian ( > 24 hình/ giây ) và nhƣ vậy những vận động của các cơ quan này sẽ đƣợc thể hiện liên tục giống nhƣ vận động thực của nó trong cơ thể và ngƣời ta gọi là siêu âm hình ảnh thời gian thực ( real time). Tất cả các máy siêu âm hiện nay đều là hình ảnh thời gian thực. Siêu âm kiểu TM : Để đo đạc các thông số siêu âm về khoảng cách, thời gian đối với những cấu trúc có chuyển động, nhiều khi trên siêu âm 2D gặp nhiều khó khăn. Do đó để giúp cho việc đo đạc dễ dàng hơn ngƣời ta đa ra kiểu siêu âm M- Mode hay còn gọi là TM ( Time motion ), đó là kiểu siêu âm vận động theo thời gian, ở đó chùm tia siêu âm đƣợc cắt ở một vị trí nhất định, trục tung của đồ thị biểu hiện biên độ vận động của các cấu trúc, trục hoành thể hiện thời gian. nhƣ vậy những cấu trúc không vận động sẽ thành những đƣờng thẳng, còn những cấu trúc vận động sẽ biến thành những đƣờng cong với biên độ tuỳ theo mức độ vận động của các cấu trúc này. Sau đó khi dừng hình chúng ta có thể dễ dàng đo đƣợc các thông số về khoảng cách, biên độ vận động, thời gian vận động...Kiểu TM đƣợc sử dụng nhiều trong siêu âm tim mạch. 14 Siêu âm Doppler màu: Đó là sự thay đổi tần số của sóng khi có sự dịch chuyển tƣơng quan giữa nguồn phát sóng và ngƣời quan sát, tần số sóng phản hồi tăng lên khi nguồn phát sóng hoặc ngƣời quan sát tiến lại gần nhau, tần số này sẽ giảm xuống trong trƣờng hợp ngƣợc lại. Dùng hiệu ứng Doppler của siêu âm để đo tốc độ tuần hoàn, xác định hƣớng của dòng máu và đánh giá lƣu lƣợng máu. Có 3 loại Doppler: Doppler liên tục, Doppler xung, Doppler màu, ngƣời ta thƣờng phối hợp hệ thống Doppler với siêu âm cắt lớp theo thời gian thật gọi là siêu âm DUPLEX. Ngày nay ngƣời ta còn mã hóa các dòng chảy của siêu âm chính là siêu âm Doppler màu, siêu âm Doppler năng lƣợng (Power Doppler), siêu âm tổ chức (tissue doppler) và siêu âm chiều rất tiện cho việc thăm khám Tim-Mạch, sản khoa. Siêu âm kiểu 3D: Trong những năm gần đây siêu âm 3D đã đƣợc ứng dụng rất rộng rãi, chủ yếu ở lĩnh vực sản khoa. Hiện nay có 2 loại siêu âm 3D, đó là loại tái tạo lại hình ảnh nhờ các phƣơng pháp dựng hình máy tính và một loại đƣợc gọi là 3D thực sự (Live 3D, 3D real time, 4D). Siêu âm 3D do một đầu dò có cấu trúc khá lớn, mà trong đó ngƣời ta bố trí các chấn tử nhiều hơn theo hình ma trận, phối hợp với phƣơng pháp quét hình theo chiều không gian nhiều mặt cắt, các mặt cắt theo kiểu 2D này đƣợc máy tính lƣu giữ lại và dựng thành hình theo không gian 3 chiều. Ngày nay có một số máy siêu âm thế hệ mới đã có siêu âm 3 chiều cho cả tim mạch, tuy nhiên ứng dụng của chúng còn hạn chế do kỹ thuật tƣơng đối phức tạp và đặc biệt là giá thành cao [1]. Ưu điểm: - Hầu hết các kỹ thuật siêu âm đều không gây đau đớn, tổn hại sức khỏe cho bệnh nhân. - Siêu âm đƣợc ứng dụng rộng rãi, dễ dàng và ít tốn kém hơn những thiết bị hình ảnh khác. - Siêu âm không dùng tia xạ ion hóa. 15 - Siêu âm có thể cho thấy hình ảnh rõ ràng của các mô mềm vốn thể hiện không tốt trên hình X – quang. - Siêu âm không gây ra những vấn đề nào về sức khỏe và có thể thực hiện lập đi lập lại ở mức độ cần thiết. - Siêu âm là phƣơng pháp khảo sát hình ảnh ƣa thích để chẩn đoán và theo dõi ở những phụ nữ mang thai và thai nhi. - Siêu âm cung cấp hình ảnh theo thời gian thực nên trở thành một công cụ tốt để hƣớng dẫn cho các thủ thuật xâm lấn tối thiểu chẳng hạn nhƣ tiêm cortisone, sinh thiết bằng kim, dùng kim hút các dịch trong khớp hoặc ở những nơi khác trên cơ thể. Nhược điểm: - Siêu âm gặp khó khăn đối với những xƣơng có lỗ (chẳng hạn nhƣ rất khó siêu âm đối với não ngƣời lớn). - Siêu âm sẽ cho hình ảnh rất xấu nếu nhƣ có khí giữa bộ chuyển đổi và cơ quan đƣợc khảo sát do có sự khác biệt rất lớn về độ kháng âm. Chẳng hạn nhƣ nếu có khí nằm trong đƣờng tiêu hóa sẽ làm cho việc siêu âm tụy sẽ trở nên khó khăn và siêu âm phổi là việc không thể thực hiện đƣợc. - Ngay cả khi không có sự hiện diện của xƣơng và khí thì độ xuyên thấu của sóng siêu âm cũng có giới hạn dẫn đến việc muốn siêu âm những cấu trúc sâu bên trong cơ thể sẽ trở nên khó khăn, đặc biệt là ở những ngƣời bị béo phì. - Phụ thuộc rất nhiều vào ngƣời đứng máy. Do đó nếu nhƣ ngƣời đứng máy có trình độ cao và nhiều kinh nghiệm thì mới có thể cho đƣợc hình ảnh có chất lƣợng tốt và chẩn đoán chính xác. - Không có scout image nhƣ CT và MRI. Do đó một khi hình ảnh đã đƣợc ghi nhận thì không có cách nào biết đƣợc chính xác là phần nào của cơ thể đang đƣợc khảo sát. Kỹ thuật tạo ảnh siêu âm Siêu âm (ultrasound) là một phƣơng pháp khảo sát hình ảnh học bằng cách cho một phần của cơ thể tiếp xúc với sóng âm có tần số cao để tạo ra hình ảnh bên 16 trong cơ thể. Do hình ảnh siêu âm đƣợc ghi nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu. Tạo ảnh siêu âm không chỉ an toàn về bức xạ ion mà còn cho hiệu quả về mặt chi phí giá thành. Kỹ thuật tạo ảnh âm thanh đã đƣợc sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng từ rất sớm khi mà có sự phát triển của sonar vào khoảng 1910. Một trong những ứng dụng to lớn nhất trên cơ sở sử dụng nguyên lý kỹ thuật sonar là tạo ảnh B- mode, một ứng dụng trong tạo ảnh y tế . Ảnh B-mode là kết quả của sự thay đổi trong hàm cản trở âm thanh, cái mà thay đổi trong các môi trƣờng khác nhau. “Độ phân giải không gian” trên bậc của một bƣớc sóng có thể thu đƣợc bằng sử dụng các mảng (arrays) và tập trung cao vào các phần tử chuyển đổi đơn (“độ phân giải không gian” là khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vật phản xạ mà chúng có thể phân biệt rõ tín hiệu dội trên màn hiển thị. Độ phân giải không gian đƣợc chia thành độ phân giải ngang, độ phân giải dọc trục và slice thickness). Mặc dù chất lƣợng hình ảnh có thể xấu đi do sự sai lệch pha và biên độ , nhƣng hình ảnh tạo thành là đơn giản và tin cậy. Tuy nhiên, do tính chất tự nhiên của nó mà chuẩn đoán y tế sử dụng tạo ảnh B-mode thông thƣờng là chủ quan và phụ thuộc vào chuyên môn và kinh nghiệm của ngƣời điểu khiển. Kỹ thuật tạo ảnh B-mode còn mắc một nhƣợc điểm lớn đó là chất lƣợng hình ảnh còn hạn chế, không thể phát hiện đƣợc các khối u nhỏ hơn bƣớc sóng. 1.2. Siêu âm cắt lớp sử dụng tán xạ ngƣợc. Để khắc phục những nhƣợc điểm trên của kỹ thuật tạo ảnh B-mode, những năm đầu của thập kỷ 70 thế kỷ trƣớc, ngƣời ta đã đƣa ra khái niệm siêu âm cắt lớp sử dụng tán xạ ngƣợc. Khái niệm này dựa trên cơ sở lý thuyết sử dụng X - quang và cắt lớp hạt nhân. Siêu âm cắt lớp cho chất lƣợng hình ảnh tốt hơn phƣơng pháp truyền thống B-mode và có khả năng phát hiện đƣợc vật thể có kích thƣớc nhỏ hơn bƣớc sóng đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng. Khi một tia tới sóng âm gặp một môi trƣờng không đồng nhất thì một phần năng lƣợng sẽ bị tán xạ theo mọi hƣớng. Bài toán chụp cắt lớp siêu âm bao gồm ƣớc 17 lƣợng sự phân bố của các tham số (tốc độ âm thanh, sự suy giảm âm, mật độ và những thứ khác) tán xạ cho một tập các giá trị đo của trƣờng tán xạ bằng việc giải ngƣợc các phƣơng trình sóng. Vì thế, chụp cắt lớp siêu âm cho thấy định lƣợng thông tin của vật thể dƣới sự khảo sát hay kiểm tra. Phƣơng pháp siêu âm cắt lớp dùng tán xạ ngƣợc cho phép tạo ảnh có lợi thế hơn nhiều so với phƣơng pháp chụp X - quang, chụp CT, chụp ảnh cộng hƣởng từ. Hoạt động của nó dựa trên sự tán xạ ngƣợc và có khả năng giải quyết những cấu trúc nhỏ hơn bƣớc sóng của sóng tới, nó trái ngƣợc với phƣơng pháp tạo ảnh truyền thống sử dụng phƣơng pháp phản hồi. Một số tính chất vật liệu nhƣ độ tƣơng phản âm thanh, độ suy hao, mật độ đƣợc ứng dụng để tìm ra các đối tƣợng có kích thƣớc nhỏ. Phƣơng pháp lặp Born (Born Iterative Method - BIM) và lặp vi phân Born (Distorted Born Iterative Method - DBIM) là hai phƣơng pháp đƣợc cho là tốt nhất hiện nay cho tạo ảnh tán xạ. Tuy nhiên, tán xạ ngƣợc gặp phải một số hạn chế. 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 môi trƣờng, biểu hiện bởi sự tán xạ âm thanh nhiều hay ít, chính là chênh lệch tốc độ truyền sóng giữa 2 môi trƣờng). Ràng buộc này cho đến nay đã hạn chế những ứng dụng tán xạ ngƣợc áp dụng cho việc tạo ảnh vùng ngực . Thứ hai, số liệu tán xạ phải thu thập ở rất nhiều góc khác nhau từ 00 đến 3600 để thu đƣợc chất lƣợng chụp tốt. Đó cũng là lý do mà nghiên cứu chụp tán xạ ngƣợc siêu âm lại tập trung vào tạo ảnh vùng ngực, để bao trùm đƣợc đầy đủ số liệu, việc tạo ảnh ở tần số tƣơng đối cao (lên đến 5 MHz). Trong trƣờng hợp tạo ảnh vú, góc bao phủ đầy đủ thu đƣợc bằng cách cho vùng vú đó vào trong nƣớc, cách này đƣợc sử dụng cho các cặp vợ chồng siêu âm khối u. Cuối cùng, hạn chế của chụp siêu âm cắt lớp sử dụng tán xạ ngƣợc là tốc độ tính toán 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 khả quan hơn các phƣơng pháp chụp siêu 18 âm trƣớc đây nhƣng vấn đề về tốc độ tính toán là một trở ngại lớn của phƣơng pháp này, trong chuẩn đoán bệnh y học thì yêu cầu về tốc độ cũng nhƣ chất lƣợng cần đƣợc đảm bảo. Kết luận: Lựa chọn siêu âm cắt lớp vì nó kế thừa đƣợc ƣu điểm của siêu âm nói chung và điểm mạnh của siêu âm cắt lớp nói riêng, nhƣ đã trình bày ở bên trên. Nhƣ vậy chụp siêu âm cắt lớp là tốt hơn so với phƣơng pháp truyền thống B - mode trong Y sinh hiện nay, nhƣng vẫn chƣa thể áp dụng phổ biến do chất lƣợng chụp vẫn còn thấp. Vì thế cần thiết phải cải tiến nâng cao chất lƣợng chụp siêu âm cắt lớp, đó cũng là nội dung luận văn mà tác giả thực hiện. Và phƣơng pháp mà tác giả lựa chọn là phƣơng pháp ứng dụng kỹ thuật trải rộng phổ trong siêu âm cắt lớp đƣợc đánh giá là cho chất lƣợng hình ảnh tốt hơn để khôi phục ảnh siêu âm. 19 CHƢƠNG 2. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI RỘNG PHỔ TRONG SIÊU ÂM CẮT LỚP 2.1. Lặp vi phân born (DBIM). Hì