[Bộ Y tế] Đại cương về các phương pháp chẩn đoán hình ảnh

1. X QUANG QUY ƯỚC

1.1. Bản chất và đặc tính của tia X

Bản chất của tia X là sóng điện từ gồm những sóng xoay chiều theo chu kỳ, cùng một loại với ánh sáng, sóng vô tuyến điện. Đặc điểm của các bức xạ trên là truyền đi với tốc độ gần giống nhau (khoảng 300000km/s) chỉ khác nhau về bước sóng, chu kỳ và tần số. Tia X có bước sóng dài khoảng 10-8 cm và có một số đặc tính sau:

– Tính truyền thẳng và đâm xuyên: tia X truyền thẳng theo mọi hướng và có khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người. Sự đâm xuyên này càng dễ dàng khi cường độ tia càng tăng.

– Tính bị hấp thu: sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm tia X bị giảm xuống do một phần năng lượng bị hấp thu. Đây là cơ sở của các phương pháp chẩn đoán X quang và liệu pháp X quang. Sự hấp thu này tỷ lệ thuận với:

+ Thể tích của vật bị chiếu xạ: vật càng lớn thì tia X bị hấp thu càng nhiều.

+ Bước sóng của chùm tia X: bước sóng càng dài tức là tia X càng mềm thì sẽ bị hấp thu càng nhiều.

+ Trọng lượng nguyên tử của vật: sự thấp thu tăng theo trọng lượng nguyên tử của chất bị chiếu xạ.

+ Mật độ của vật: số nguyên tử trong một thể tích nhất định của vật càng nhiều thì sự hấp thu tia X càng tăng. Ví dụ nước ở trạng thái lỏng hấp thu tia X nhiều hơn ở trạng thái hơi.

– Đặc tính truyền thẳng, đâm xuyên và hấp thụ của tia X là nhưng đặc tính quan trọng trong tạo hình X quang.

– Tính chất quang học: giống như ánh sáng, tia X cũng có những hiện tượng quang học như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Những tính chất này tạo nên những tia thứ trong cơ thể khi nó xuyên qua và gây nên giảm độ tương phản trên các phim chụp. Để chống lại hiện tượng này người ta có thể dùng loa khu trú, đóng nhỏ chùm tia, lưới lọc….

– Tính chất gây phát quang: dưới tác dụng của tia X một số muối trở nên phát quang như clorua, Na, BA, Mg, Li,… và có chất trở nên sáng như Tungstat cadmi, platino-cyanua Bari các chất này được dùng để chế tạo màn huỳnh quang dùng khi chiếu X quang, tấm tăng quang.

– Tính chất hoá học: tính chất hoá học quan trọng nhất của tia X là tác dụng lên muối bromua bạc trên phim và giấy ảnh làm cho nó biến thành bạc khi chịu tác dụng của các chất khử trong thuốc hiện hình. Nhờ tính chất này mà nó cho phép ghi hình X quang của các bộ phận trong cơ thể lên phim và giấy ảnh.

– Tác dụng sinh học; khi truyền qua cơ thể tia X có những tác dụng sinh học. Tác dụng này được sử dụng trong điều trị đồng thời nó cũng gây nên những biến đổi có hại cho cơ thể.

1.2. Các kỹ thuật X quang quy ước

1.2.1. Chiếu X quang

Chùm tia X sau khi truyền qua vùng thăm khám của cơ thể thì suy giảm do bị hấp thụ bởi các cấu trúc. Sự suy giảm này phụ thuộc vào độ dày, mật độ của các cấu trúc mà nó đi qua. Cuối cùng, chùm tia tác dụng lên chất huỳnh quang trên màn chiếu và các bộ phận của vùng thăm khám được hiện hình trên màn chiếu này. Việc phân tích hình ảnh chẩn đoán được tiến hành cùng thời điểm phát tia trên màn chiếu của máy X quang. Chùm tia X được sử dụng khi chiếu có độ đâm xuyên trung bình (từ 70 đến 80KV) và với cường độ thấp (chỉ khoảng từ 1,5 đến 3 miliampe).

Sự phát huỳnh quang của màn chiếu không đủ sáng, vì thế việc chiếu điện phải làm trong buồng tối và để quan sát rõ tổn thương cần thích ghi mắt trong bóng tối ít nhất 10 đến 15 phút trước khi chiếu.

Hiện nay, phương pháp chiếu X quang để chẩn đoán hầu như không còn được áp dụng. Tuy nhiên, trong X quang can thiệp, X quang mạch máu, X quang tiêu hoá phương pháp chiếu vẫn được sử dụng nhưng việc ghi hình được thực hiện bằng X quang tăng sáng truyền hình. Phương pháp chiếu X quang tăng sáng truyền hình cho chất lượng hình ảnh cao hơn, cương độ sáng cao hơn vì vậy nó được tiến hành trong phòng sáng bình thường và cho phép giảm liều tia X hơn bệnh nhân và cho cả bác sỹ Chẩn đoán hình ảnh.

1.2.2. Chụp X quang

1.2.2.1. Kỹ thuật

Khác với chiếu, sự ghi hình X quang của các bộ phận thăm khám được thực hiện trên phim hoặc giấy ảnh. Để ghi được hình trên phim X quang thì tia X phải được phát xạ với một điện thế cao (từ 50 KV đến 100 hoặc 150 KV) và với cường độ dòng qua bóng X quang lớn (từ 100-200mA, và các máy hiện đại hiện nay có thể lên tới 500 đến 1000KV). Hai yếu tố này nhằm đảm bảo cho sự ghi hình nhanh tránh được hình nhiễu của các cơ quan động (như tim, ống tiêu hoá.v.v.) và phù hợp với thời gian nín thở của bệnh nhân.
Phim X quang có cấu tạo cơ bản là 2 mặt được tráng bởi nhũ tương muối bạc (bromua bạc). Phim được ép vào giữa 2 tấm tăng quang đặt trong cassette. Bề mặt tấm tăng quang được phủ bằng một lớp chất phát huỳnh quang (thường là Tungstat cadmi). Dưới tác dụng của tia X các lớp huỳnh quang này sẽ phát quang và tác dụng lên phim để ghi hình bộ phận thăm khám mà nó truyền qua. Tia X chỉ tác dụng lên phim khoảng 10% còn lại khoảng 90% tác dụng này là do ánh sáng huỳnh quang phát ra từ tấm tăng quang. Vì vậy, nhờ tấm tăng quang mà thời gian chụp có thể giảm đi rất nhiều. Hiện này, với tấm tăng quang đát hiếm với độ nhạy cao thì thời gian và cường độ chụp càng được giảm hơn nữa.

1.2.2.2. Các phương pháp chụp X quang

– Chụp X quang không chuẩn bị bao gồm các kỹ thuật chụp X quang các bộ phận của cơ thể như chụp xương khớp, chụp bụng, chụp sọ não, chụp cột sống, chụp phổi, chụp hệ tiết niệu.v.v. không sử dụng được chất cản quang.

– Chụp X quang có chuẩn bị được dùng để chỉ những kỹ thuật X quang quy ước có sử dụng dược chất cản quang (Barysulfat, các thuốc cản quang tiêm tĩnh mạch) như chụp lưu thông thực quản-dạ dày-tá tràng với baryt, chụp niệu đồ tĩnh mạch.v.v.

Ngoài ra, trước đây để cố gắng làm tăng khả năng chẩn đoán người ta có thể sử dụng các kỹ thuật chụp X quang như: chụp cắt lớp thường quy (tomographie conventionelle), chụp X quang động (kymograhie), chụp huỳnh quang v.v.. Tuy nhiên, ngày nay với sự ra đời và phát triển của các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh hiện đại như chụp cắt lớp vi tính, cộng hưởng từ thì các kỹ thuật này hầu như không còn được sử dụng nữa. Đồng thời, các kỹ thuật chụp X quang mạch máu và X quang can thiệp được tách thành một chuyên ngành riêng được gọi là X quang mạch máu và can thiệp.

2. CHỤP CẮT LỚP VI TÍNH

Chụp cắt lớp vi tính theo cách gọi của người Anh, Mỹ là C.T Scanner bắt nguồn từ cụm từ computer Tomography hoặc computer Tomography Scanner, người Pháp thường gọi là chụp cắt lớp theo tỷ trọng-Tomodensitometrie (TDM), Việt Nam phương pháp này được gọi là chụp cắt lớp vi tính hay chụp cắt lớp điện toán.

2.1. Nguyên lý kỹ thuật

Chụp cắt lớp vi tính có thể được định nghĩa như một phương pháp đo tỷ trọng X quang của các đơn vị thể tích của một lát cắt. Phương pháp này cho ra những hình ảnh lát cắt của cơ thể với sự phân tích tỷ trọng 100 lần chính xác hơn trên hình ảnh X quang thường quy.

Chùm tia X rất hẹp được phát ra từ bóng X quang bị suy giảm sau khi đi xuyên qua một phần của cơ thể được thu nhận bởi đầu tiếp nhận hay đầu thu (détecteur). Đầu tiếp nhận này được cấu tạo bằng các tinh thể nhấp nháy hoặc bằng các buồng ion hoá cho phép lượng hoá số đo. Độ nhạy của các đầu tiếp nhận cao hơn rất nhiều so với phim X quang. Bóng X quang và đầu tiếp nhận được cố định bằng khung kim loại và hai bộ phận này quay quanh vùng cần chụp của cơ thể nằm giữa chùm tia.

Sau khi chùm tia đi qua cơ thể bệnh nhân, bộ cảm biến điện tử sẽ truyền tín hiệu về trung tâm hệ thống thu nhận dữ liệu (data acquisition system: D.A.T) để mã hoá và truyền vào máy tính độ hấp thụ của chùm tia này với độ chính xác rất cao. Tuy nhiên, hình chiếu của một chùm tia sau khi đi qua một bộ phận của cơ thể vào bộ cảm biến không đủ để có thể tạo được hình ảnh cấu trúc của một mắt cắt. Vì vậy, nhờ sự di chuyển vòng quanh bệnh nhân của chùm tia theo một mặt phẳng cắt hàng loạt các phép đo được thực hiện ở các gọc độ khác nhau. Ở mỗi vị trí của chùm tia, một mã số về độ suy giảm tuyến tính (linear attenuation) được ghi nhớ trong bộ nhớ. Khi chuyển động quét kết thúc, bộ nhớ đã ghi nhận được một số lượng rất lớn những số đo tương ứng với những góc khác nhau trong mặt phẳng quét. Tổng hợp những số đo và nhờ máy vi tính xử lý các số liệu đó ta có những kết quả bằng số. Nhờ những bộ phận tinh vi khác có trong máy, các số đó được biến thành hình ảnh và hiện trên màn ảnh máy thu hình với hình ảnh một lát cắt ngang qua cơ thể.

2.2. Nguyên lý tái tạo hình theo ma trận. Đơn vị Hounsfield

Máy vi tính với các phương pháp toán học phức tạp, dựa vào sự hấp thụ tia X ở mặt cắt, tạo nên hình cấu trúc mặt cắt. Nguyên lý việc tái tạo lại thành hình từ các số phụ thuộc vào các con số chứa trong ma trận tức là các cột và các dẫy. Những cột và những dẫy này tạo nên các đơn vị thể tích cơ bản gọi là Voxel (Volume elment), chiều cao của mỗi Voxel phụ thuộc vào chiều dày của lớp cắt, thường là từ 1 đến 10mm. Mỗi Voxel hiện lên ảnh như một đơn vị ảnh cơ bản gọi là Pixel (Picture element), cũng có nghĩa là Voxel trong ma trận biến thành Pixel trên ảnh. Tổng các ảnh cơ bản đó hợp thành một quang ảnh.

Tuỳ theo mức độ hấp thụ tia X của mỗi Voxel mà mỗi Voxel có một mật độ hay tỷ trọng quang tuyến X (Radiologic density) khác nhau và thể hiện trên màn hình là các Pixel có độ đậm nhạt khác nhau.

Cấu trúc hấp thụ tia X càng nhiều thì mật độ hay tỷ trọng quang tuyến X càng cao, vì vậy người ta còn gọi phương pháp chụp cắt lớp vi tính là chụp cắt lớp đo tỷ trọng (toomodensitmetrie). Dựa và hệ số suy giảm tuyến tính (linear attenuation coefficient) của chùm tia X khi đi qua một cấu trúc, người ta có thể tính ra tỷ trọng của cấu trúc đó theo đơn vị Hounsfield qua công thức.

– N(H) là tỷ trọng của một cấu trúc x tính theo đơn vị x tính theo đơn vị Hounsfield.
– M(x) là hệ số suy giảm tuyến tính của quang tuyến X khi đi qua một đơn vị thể tích cấu trúc x.
– K là hệ số có giá trị bằng 1.000 theo Hounsfild đưa ra và đã được chấp nhận.

Theo công thức trên thì tỷ trọng theo đơn vị Hounsfield của:
– Nước tinh khiết (H¬2O) là O đơn vị Hounsfield
– Không khí là – 1.000 đơn vị Hounsfild
– Xương đặc là + 1.000 đơn vị Hounsfid

Máy chụp cắt lớp vi tính hiện nay thường có nhiều ma trận: 252 x 252; 340 x 340 và 512 x 512. Máy thế hệ 4 có cả ma trận 1.024 x 1.024 = 1.048.575 đơn vị thể thích (Voxel). Điều này chứng tỏ con số đo lường rất lớn và độ phân giải rất cao của hình chụp cắt lớp vi tính. Thí dụ với ảnh chụp trong ma trận 512 x 512, Pixel có diện tích bé hơn 1mm2 rất nhiều, với cạnh có chiều dài 0,2mm.

Ma trận tái tạo càng lớn thì cho ảnh càng chi tiết, nghĩa là trong ma trận 512 x 512 số lượng thông tin cần xử lý và lưu trữ tăng so với khi dùng ma trận 340 x 340. Tuy nhiên loại ma trận 512 x 512 cần nhiều thời gian hơn loại 340 x 340 để tạo ảnh và chiếm khoảng rộng hơn trong bộ nhớ để lưu giữ ảnh trong đĩa từ. Như vậy với một đĩa từ nhất định và chỉ để lưu trữ một loại ảnh thì số lượng ảnh loại ma trận 512 x 512 được lưu trữ sẽ ít hơn so với loại 340 x 340.

Trong thăm khám thông thường thì dùng loại ma trận 340 x 340 là đủ, nhưng muốn khám xét những chi tiết nhỏ như tai trong hoặc tổn thương rất nhỏ trong não thì nên sử dụng loại ma trận 512 x 512 hoặc 1024 x 1024.

2.3. Đặc điểm hình ảnh

Máy chụp cắt lớp vi tính cho phép phân biệt được những sự khác biệt rất nhỏ của những tổ chức có tỷ trọng khác nhau. Trong cơ thể con người nó có thể mã hoá khoảng từ hai nghìn đến bốn nghìn mức độ khác nhau (tuỳ loại máy) về tỷ trọng giữa cấu trúc có tính chất khí và cấu trúc có tính chất xương.

Một máy thu hình được biến thành hình ảnh những mã số đã có. Tuy nhiên với mắt thường ta chỉ có thể phân biệt được từ đen đến trắng khoảng 12 đến 20 mức độ khác nhau. Như vậy có một sự bất cân xứng giữa số lượng thông tin chứa trong bộ nhớ có hàng nghìn mức độ về tỷ trọng với mắt thường chỉ cho phép phân biệt được dưới hai mươi mức độ. Để giải quyết vấn đề này người ta phải áp dụng phương pháp mở cửa sổ gắn với bậc thang xám trên màn hình để nghiên cứu. Cửa sổ được xác định bằng điểm giữa của cửa sổ (Center hoặc Level) và độ mở rộng của cửa sổ (Width) trên giải đơn vị Hounsfield.

Nếu cửa sổ mở rộng hết mức, xương thể hiện bằng hình trắng, không khí hình đen và cấu trúc có tính chất dịch có hình xám, hình ảnh thu được giống như hình một phim X quang thông thường. Trái lại nếu ta chọn điểm giữa của cửa sổ là số đo tỷ trọng trung bình của cấu trúc cần khám xét, sau đó điều chỉnh cửa sổ là số đo tỷ trọng trung bình của cấu trúc cần khám xét, sau đó điều chỉnh cửa sổ hẹp lại một cách thích hợp sẽ thấy trên màn thu hình sự sai biệt về đậm độ rất rõ của những bộ phận phía trên cửa sổ sẽ có hình trắng và những cấu trúc có tỷ trọng ở phía dưới cửa sổ sẽ có hình đen. Thí dụ trên một mặt cắt ở sọ nếu chọn điểm giữa của cửa sổ là 35 đơn vị Hounsfield, độ mở của cửa sổ là 100 đơn vị Hounsfield, ta có thể thấy rõ hình các não thất với dịch não tuỷ và hình của các chất xám, chất trắng của não, hình của khối u, khối máu tụ, khối áp xe… với đậm độ rất khác nhau. Nếu ta muốn tìm vỡ, gãy xương ở sọ thì ta phải chọn điểm giữa của cửa sổ là 240 đơn vị Hounsfild và độ mở của cửa sổ là 2.000 đơn vị Hounsfild. Còn ở phổi, tuỳ nơi ta muốn khám xét là nhu mô phổi, trung thất hoặc xương… mà ta phải chọn điểm giữa của cửa sổ và độ mở cửa sổ khác nhau.

Khác với chụp X quang thường quy, trong đó tất cả các thông tin đều nằm trên phim còn trong thăm khám bằng chụp cắt lớp vi tính thì toàn bộ thông tin chứa trong bộ nhớ và người điều khiển chỉnh lý máy để chọn các hình ảnh có ý nghĩa cho chẩn đoán.

Những hình ảnh hiện trên màn hình của máy thu hình được trình bày dưới dạng như người quan sát nhìn mặt cắt thăm dò từ dưới chân bệnh nhân nhìn lên: đó là những mặt cắt chụp cắt lớp theo trục ngang, thẳng góc với trục của cột sống.

Tuy nhiên những mặt cắt này thường liên tiếp và sát nhau, nên máy tính có khả năng ráp những mặt cắt này lại và tái tạo để cho ta những hình ảnh tương ứng theo các mặt phẳng tự chọn như mặt phẳng đứng dọc giữa (plan sagital) hoặc theo mặt phẳng đứng ngang (plan frontal).. Như vậy máy chụp cắt lớp vi tính không phải chỉ là máy đơn thuần cho ta hình ảnh cắt lớp theo trục ngang mà còn có khả năng cho ta những hình ảnh cắt lớp theo cả trục đứng nữa, tuy hình ảnh cắt lớp theo trục đứng không có chất lượng tốt như trục ngang. Tuy nhiên, hiện nay với máy chụp cắt lớp vi tính đay dãy đầu thu thì hạn chế này đã được khắc phục. Độ phân giải của hình ảnh tái tạo phụ thuộc vào chiều dày và khoảng cách giữa các mặt cắt theo trục ngang. Hiện nay với máy chụp cắt lớp vi tính xoắn ốc (Helical Scaner hoặc Balayage Spirale Volumique), bóng phát tia X và bộ cảm biến quay liên tục trong khi bệnh nhân chuyển dần vào khung máy, sơ đồ quét và tạo ảnh sẽ là một hình xoắn ốc liên tục và các ảnh tái tạo sẽ có độ phân giải cao hơn.

Người ta có thể sử dụng máy chụp cắt lớp vi tính để có một hình toàn thể như phim chụp X quang ở tư thế thẳng hoặc chếch hoặc nghiêng, bằng cách đi này thường mở đầu cho khám xét bằng chụp cắt lớp vi tính và để thầy thuốc có một hình ảnh tổng quát về khu vực muốn thăm khám và trên cơ sở đó phân chương trình quét, đặt độ dày cũng như khoảng cách giữa các lớp cắt… ảnh này có tên gọi khác nhau: ảnh định khu (Topogramme), ảnh hướng dẫn (Scout – view), ảnh X quang vi tính (Comuted radiography).

Tuỳ theo khu vực muốn thăm khám ta phải chọn các mốc giải phẫu thích hợp cho các lớp cắt. Thí dụ ở sọ thông thường là các mặt cát song song với đường khoé mắt – lỗ tai ngoài (ligne orbio – meatale). ở ngực và ở bụng cũng là những lớp cắt theo trục ngang (coupe axiale transsverse) và các mốc giải phẫu là mũi kiếm xương ức (xyphoide) và mào chậu. Các lớp cắt thường dày từ 1 đến 10 mm và lớp nọ tiếp với lớp kia.

Khi đã có những hình ảnh cần thiết và hữu ích cho việc chẩn đoán bệnh, nhờ một bộ phận chụp ảnh có trong máy, người ta có thể chụp những hình ảnh trên với những kích thước khác nhau.

Máy chụp cắt lớp vi tính lưu trữ các hình ảnh trong các băng hoặc đĩa từ. Khi cần thiết, sau này người ta có thể sử dụng, máy để nghiên cứu các hình ảnh đã lưu trữ đó vào bất cứ lúc nào.

2.4. Nhiễu ảnh

Hình ảnh giả tạo hay nhiễu ảnh (artefact) thường làm cho ảnh thu được không có giá trị chẩn đoán. Nguyên nhân có thể do:

– Trong khu vực thăm khám có những vật bằng kim loại như mảnh đạn, răng giả, kẹp sắt… đã hấp thụ toàn bộ tia X khi đi qua và tạo nên một hình tăng tỷ trọng (hyperdense) phát ra các tia khuyếch tán như mặt trời làm cho phim không sao đọc được. Một xương dày đặc cũng có thể gây nên nhiễu ảnh như ở hố sau của sọ, của cột sống, của vai…

– Bệnh nhân là trẻ em hoặc bệnh nhân bị hôn mê luôn luôn cử động, không nằm im cũng làm cho hình ảnh bị mờ, bờ không rõ nét. Các cơ quan luôn luôn chuyển động như tim, ống tiêu hoá, cơ hoành… cũng có thể cho những hình ảnh bị mời như vậy.

– Nhiễu ảnh có thể do máy: trong quá trình chuyển động xoay tròn quanh bệnh nhân của bóng phát tia X và bộ cảm biến đôi khi thiếu nhịp nhàng và không đều cũng gây nên nhiễu ảnh.

– Cuối cùng nhiễu ảnh có thể do hệ quả thể tích (volume partiel). Máy vi tính cung cấp cho mỗi Voxel một số đo về tỷ trọng trung bình. Nếu bề dày của lớp cắt có đồng thời cả chất khí, chất lỏng, xương… thì trị số cung cấp cho mỗi Voxel là số trung bình cộng với các tỷ trọng khác nhau nên hình không chính xác. Để giảm tối đa hậu quả của hiện tượng mảnh thể tích, khi thăm khám một số vùng như hố yên, đường tai trong… lớp cắt phải thật mỏng (1mm) và nên dùng ma trận tái tạo lớn (512 x 512 hoặc 1.024 x 1.0240.

2.5. Sử dụng chất đối quang

Trong chụp cắt lớp vi tính nhiều khi phải dùng đến chất đối quang. Hai hình thức chính để dưa chất đối quang vào cơ thể: đưa và khoang tự nhiên và lòng mạch.

2.5.1. Đưa vào khoang tự nhiên

Như ống tiêu hoá, các tạng rỗng, khoang dưới nhện… với mục đích làm tăng đối quang với các tạng chung quanh, thấy rõ hơn hình dáng, đường bờ, các thành phần bên trong của tạng muốn thăm khám cũng như liên quan của chúng với các cấu trúc lân cận. Đối với khoang dưới nhện, từ cột sống lên não, vào các não thất và bể não: tiêm thuốc cản quang (10ml) loại không ion, hàm lượng dưới 200mg/ml) vào vỏ tuỷ sống (injection intrahécale) rồi cho bệnh nhân nằm theo tư thế Trendelenbourg. Qua các lớp cắt ở các thời điểm khác nhau ta có thể biết được thuốc cản quang chuyển dịch nhanh hay chậm hoặc vị trí nơi tắc nghẽn làm cho thuốc khong chuyển dịch được. Ngoài ra trong trường hợp chấn thương, nước não tuỷ chảy ra theo đường mũi, phương pháp này có thể phát hiện được ra nơi nứt rách của xương- màng cứng (ostéo – dural). Khi dùng chất đối quang là dung dịch cản quang trong chụp cắt lớp vi tính ta cần phải chú ý:

– Dung dịch cản quang phải có độ cản quang ổn định, chất cản quang phải được hoà tan đều trong dung dịch, không có hiện tượng lắng, kết tủa.

– Dung dịch cản quang phải có áp lực thẩm thấu cân bằng với cơ thể (330 mosmol/kg) để tránh hiện tượng cô đặc hoặc hoà loãng thuốc cản quang do trao đổi dịch với cơ thể.

– Độ cản quang của dung dịch không được cao quá để tránh hình thành các nhiễu ảnh nhân tạo như trong trường hợp có kim loại trong cơ thể. Độ cản quang thích hợp của dung dịch là 150 đơn vị Hounsfield.

2.5.2. Đưa thuốc vào lòng mạch

Hình thức chủ yếu là tiêm vào tĩnh mạch loại thuốc cản quang thải trừ qua đường thận. Dựa vào những hiểu biết về dược động học của thuốc cản quang trong cơ thể để quyết định lượng thuốc, tốc độ bơm và thời điểm chụp cắt lớp vi tính so với thời điểm bơm thuốc. Với phương pháp này người ta có thêm thông tin về mức độ ngấm thuốc cản quang của tổn thương như ngấm nhiều hay ít, hay không ngấm. Các hình thái ngấm cũng có thể khác nhau: ngấm đều, ngấm thành đám, ngấm thành vòng xung quanh tổn thương. Các hình ảnh trên thể hiện sự khác biệt về mức độ và kiểu tưới máu của vùng tổn thương. Ví dụ:

 U màng não (ménigniome), u thần kinh (Neurinome) ngấm mạnh và đồng đều thuốc cản quang, u thần kinh đệm (Gliome) ngấm thuốc thành đám.

 Khối áp xe mới hình thành do tổ chức hạt bao quanh áp xe rất giàu tuần hoàn nên ngấm thuốc cản quang mạnh và hình vòng.

 U tế bào hình sao (astrocytome) bậc thấp, khối máu tụ không ngấm thuốc cản quang.

2.6. Các bộ phận của máy

Máy chụp cắt lớp vi tính có bốn bộ phận chính: hệ thống đo lường, hệ thống xử lý các dữ liệu, hệ thống điều khiển, hệ thống lưu trữ.

– Hệ thống đo lường bao gồm bóng phát tia X và bộ cảm biến liên kết chặt chẽ với nhau và chuyển động xoay quanh bệnh nhân. Hai bộ phận này có một vỏ bọc bảo vệ và có thể điều chỉnh được để làm sao chùm tia X chiếu chuẩn xác vào phía bệnh nhân theo mặt cắt mà người điều khiển muốn khám. Chùm tia X rất mảnh có thể thay đổi độ dày của 1 đến 10mm.

– Hệ thống xử lý các dữ kiện. Đó là máy vi tính tính tỷ trọng quang tuyến của các Voxel. Với máy thông dụng hiện nay việc xử lý các dữ kiện được tiến hành ngay trong thời gian đo tạo nên ảnh ở thời gian thực tại (image entemps réel).

– Hệ thống điều khiển. Gồm nhiều phím bấm để đưa vào máy các yêu cầu như: chụp hình khu vực muốn nghiên cứu, số lượng, độ dày, khoảng cách giữa các lớp cắt, đặt điểm giữa và độ mở cửa sổ, đo tỷ trọng ở các bộ phận nhỏ, đo độ dài, rộng của tổn thương, tái tạo lại hình theo trục đứng… Tất cả các yêu cầu đó đều được đáp ứng và thể hiện trên màn hình của máy thu hình. Cạnh đó là bộ phận chụp ảnh, nó chụp lại các hình hữu ích cho chẩn đoán theo yêu cầu của người điều khiển máy.

– Hệ thống lưu trữ. Các dữ kiện được ghi lại và lưu trữ trong các băng từ hoặc đĩa từ và có thể cung cấp lại cho thầy thuốc bất cứ lúc nào các hình ảnh tổn thương bênh lý của bệnh nhân đã thăm khám.
Với các máy thông dụng hiện nay, tất cả các bộ phận trên có thể bố trí, xếp đạt trên một diện tích có kích thước 5m x 5m = 25m2.

2.7. Các thế hệ máy chụp cắt lớp vi tính

2.7.1. Thế hệ thứ nhất: Bộ cảm biến chỉ có một đơn vị

Bóng phía tia X và bộ cảm biến kết hợp với nhau rất chặt chẽ và tiến hành chậm chạp từng bước động tác tịnh tiến rồi động tác quay. Chùm tia X rất nhỏ chiếu qua một bộ phận của cơ thể một phần để rồi tới bộ cảm biến. Khi bóng tia X quay được 1 độ thì phải tịnh tiến để rồi phát ra tia X quét ngang một bộ phận của cơ thể. Bóng phát tia X và bộ cảm biến phải quay quanh cơ thể 3600 và tiến hành chậm chạp như thế nên để có một quang ảnh phải mất vài phút.

2.7.2. Thế hệ thứ hai

Máy hoạt động vẫn theo nguyên tắc quay và tịnh tiến như trên nhưng chùm quang tuyến X có độ mở rộng hơn (khoảng 10 độ) và đối diện với độ cảm biến có nhiều đơn vị hơn (từ 5 đến 10 đơn vị). Do chùm quang tuyến X rộng hơn và độ cản biếm có nhiều đơn vị hơn nên giảm bớt được số lần tịnh tiến: Thời gian để có một quang ảnh được rút ngắn hơn, mất khoảng từ 6 đến 20 giây.

2.7.3. Thế hệ thứ ba

Máy hoạt động chỉ còn động tác quay xung quanh bệnh nhân, không còn động tác chuyển dịch tịnh tiến. Chùm quang tuyến X được mở rộng, có thể trùm toàn bộ bộ phận cơ thể cần chụp. Bộ cảm biến có từ 200 đến 400 đơn vị ghép thành một cung đối diện với bóng X quangg. Bóng X quang vừa quay vừa phát tia, bộ cảm biến quay cùng chiều với bóng và ghi kết quả. Thời gian để có một quang ảnh mất từ 1 đến 4 giây.

2.7.4. Máy chụp cắt lớp xoắn đa dãy đầu thu

Một dãy bóng X quang quay quanh bệnh nhân, nhưng có tới 2,4,6,8,…64 dãy đầu thu nhận tín hiệu. Với các thế hệ máy này cho phép ghi hình bộ phận chụp ở các mặt phẳng khác nhau; thăm khám tim, mạch vành, mạch máu não, mạch máu vùng bụng cũng như ngoại vi.v.v.

2.8. Lượng nhiễm xạ đối với chụp cắt lớp vi tính

Liều nhiễm quang tuyến X tại vùng cơ thể chụp cắt lớp vi tính tương đương với lièu tại chỗ của một lần khám đại tràng hoặc chụp thận tiêm tĩnh mạch (2 – 3rad).

Liều sinh dục: do cấu trúc của máy bảo vệ tốt nên thường thấp hơn nhiều so với khám X quang quy ước nếu không chụp cắt lớp vi tính trực tiếp tại vùng có cơ quan sinh dục.

2.9. Chỉ định chụp cắt lớp vi tính trên lâm sàng

Chụp cắt lớp vi tính ra đời là một cuộc cách mạng lớn đối với ngành Chẩn Đoán Hình Ảnh. Ngày nay máy chụp cắt lớp vi tính đã phổ biến tới các tuyến y tế tỉnh và được chỉ định rộng rãi trong chẩn đoán bệnh. Trong thăm khám các tạng vùng bụng và sau phúc mạc, chụp cắt lớp vi tính thường được chỉ định sau siêu âm. Đối với chẩn đoán bệnh lý lồng ngực, bệnh lý xương thì đây là phương pháp được chỉ định nay sau X quang quy ước. Chẩn đoán bệnh lý thần kinh thì có sự cạnh tranh và thảo luận giữa chụp cắt lớp vi tính và chụp cộng hưởng từ: bệnh lý cấp cứu do chấn thương, bệnh lý liên quan đến xương (u xương, thoái hoá xương, chấn thương xương cột sống, chấn thương xương vùng nền sọ.v.v) thì chụp cắt lớp được lựa chọn, các bệnh lý còn lại (u, viêm não, thoát vị đĩa đệm, tổn thương tuỷ sông.v.v.) thì thường chụp cộng hưởng từ có ưu thế hơn. Tuy nhiên, ở những nơi chưa có cộng hưởng từ thì chụp cắt lớp vi tính cũng là phương pháp hữu hiệu giúp cho chẩn đoán các bệnh lý này.

3. TẠO ẢNH BẰNG CỘNG HƯỞNG TỪ

Nguyên lý làm cơ sở cho sự tạo hình của máy rất phức tạp, có thể trình bày tóm tắt như sau: Nguyên tử hyđro có rất nhiều trong các mô ở cơ thể con người, hạt nhân nguyên tử này chỉ có một proton. Khi những proton của những nguyên tử hydro của các mô được đặt trong một từ trường có cường độ lớn và được cung cấp năng lượng dưới dạng những sóng có tần số radio (rađiofréquence) thì khi ngừng cung cấp những sóng đó, hệ thống sẽ hồi trả lại năng lượng và các proton sẽ phát ra các tín hiệu. Các tín hiệu này được các bộ phận tinh vi trong máy và máy vi tính xử lý để biến thành hình ảnh.
Để có thể hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy một cách chi tiết hơn, có những điều ta cần phải biết như sau:

3.1. Hai đám proton và hiện tượng hấp thụ cộng hưởng

Những proton của hạt nhân nguyên tử hydro lúc nào cũng quay nhanh chung quanh trục của nó gọi là quay hạt nhân (spin nucléaire) và được thể hiện bằng một mômen động (moment cinéque). Điện tích dương của proron do sự quay quanh trục của nó sẽ hình thành một kim nam châm nhỏ và tạo nên một từ trường nhỏ, được biểu thị bằng một vectơ mômen từ. Tuy nhiên do chuyển động nhiệt (agitation thermire) của các nguyên tử nên các mômen từ cơ bản (moment magnétique) này có các chiều và hướng khác nhau và luôn luôn thay đổi, tổng hợp (ressultante) của chúng bằng không.

Khi được đặt trong một từ trường Bo có cường độ lớn từ 0,33 Tesla đến 2 Tesla (1 Tesla = 10.000 gauss) (từ trường của trái đất khoảng 0,5 gaus) thì những proton của hydro dưới tác dụng của Bo xếp hàng theo trục của Bo và có một chuyển động thứ hai nữa, ngoài chuyển động quay quanh trục của nó, gọi là chuyển động tiến động (mouvement de précession), vẽ nên một hình nón, có trục song song với trục của từ trường lớn Bo.

Khi đặt trong từ trường lớn Bo, người ta thấy có hai đám proton khác nhau: một đám gọi là đám năng lượng thấp song song (paralèle) với Bo và một đám gọi là đám năng lượng cao đối song (antoparalèle) với Bo. Đám thứ nhất hơi nhiều hơn chút ít so với đám thứ hai và tổng hợp những mômen từ cơ bản của hai đám trên là Mo cùng chiều với Bo.

Hiệu số năng lượng ΔE giữa hai đám proton này xác định mức độ từ hoá của mô và tỷ lệ thuận với cường độ của Bo và thay đổi theo tuỳ từng mô: ΔE =αBo.

Tốc độ ωo của chuyển động tiến động phụ thuộc vào cường độ của từ trường Bo và tỷ số từ quay (rapport gyromanétique) của hạt nhân. Tỷ số từ quay lại phụ thuộc vào tỷ lệ giữa môment động mà mômen từ của proton hydro.
Tần số F của chuyển động tiến động là một hàm số của tốc độ góc:

Như vậy:

F được gọi là tần số Larmor, biểu thị bằng Herrtz
Khi những sóng tần số radio được sử dụng để tác động vào mômen tổng hợp Mo, tức là lúc cung cấp năng lượng cho hệ thống thì ta có thể làm Mo lệch ra khỏi của nó. Đó là hiện tượng hấp thụ cộng hưởng (absorption resonante).

Năng lượng được đưa vào hệ thống phải đáp ứng hai điều kiện cơ bản sau đây:

– Nó phải được cung cấp bởi một từ trường B1 quay quanh Bo với một tốc độ góc tiến động o của proton hydro. Từ trường B1 do một máy phát ra sóng tần số radio được đặt trong một mặt phẳng thẳng góc với Bo. Tần số sóng mà máy phát ra phải bằng tần số của chuyển động tiến động Larmor. Điều kiện này rất cần thiết để duy trì hiện tượng cộng hưởng.

– Lượng năng lượng được cung cấp cho hệ thống phải thật chính xác vì nó quyết định độ lệch của Mo.

– Ở trạng thái nghỉ (không có kích thích của sóng tần số radio), Mo có thành phần dọc (composante longgitudinale) cực đại và thành phần ngang (composante transversale) bằng không.

– Khi năng lượng được cung cấp bằng E, hai đám proton năng lượng thấp và cao cân bằng nhau thì thành phần dọc của Mo biến mất, thành phần ngang của Mo được hình thành và vectơ Mo lệch đi một góc 90 độ so với Bo.

– Khi năng lượng được cung cấp nhỏ hơn E, đám proton năng lượng thấp giảm đi nhưng vẫn còn trội hơn đám năng lượng cao. Vectơ Mo có vị tró trung gian, lệch một góc nhỏ hơn 90 độ.

– Khi năng lượng được cung cấp cho hệ thống bằng 2E, đám proton có năng lượng cao trội hơn và thành phần dọc của Mo ở vị trí có chiều ngược chiều với Bo. Vectơ Mo lệch đi một góc 180 độ.

Những chuyển động lệch đi của vetơ Mo trên thực tế rất phức tạp. Là vì, dưới tác động phối hợp của những từ trường Bo và B1 mômen từ tổng hợp Mo xa dần Bo và vẽ nên một đường xoắn ốc nội tiếp trong một hình cầu.
Nếu ngừng kích thích hệ thống bằng sóng tần số radio thì từ trường B1 không còn nữa. Mômen tổng hợp Mo lại quay trở lại trục cũ trong khi hệ thống hoàn trả lại năng lượng đã nhận được.

Cuộn bobine phát nhận (bobine émettrice – réceptrice) được dùng để phát ra sóng tần số radio gây ra từ trường B1 (cũng được dùng để thu nhận lại năng lượng hoàn trả dưới dạng sóng tần số radio do Mo trở lại trục cũ.

Sự hoàn trả năng lượng tương ứng với sự thư giãn (relaxation) của Mo thể hiện bằng hai cách:

– Giải phóng năng lượng vào môi trường bên ngoài (tức là các mô) đó là sự thư giãn quay mạng lưới (relaxation spin réseau).

– Trao đổi năng lượng giữa những proton ở trong cùng một hệ thống mà không truyền năng lượng ra bên ngoài: đó là sự thư giãn quay quay (relaxation spin spin).

3.2. Ý nghĩa của thời gian thư giãn T1, T2 và mật độ của proton

Lập một trục quy chiếu theo Bo và một mặt phẳng quy chiếu thẳng góc với trục đó, lúc nào ta cũng có thể có được góc lệch của Mo và hình chiếu dọc, hình chiếu ngang của nó.

Thời gian thư giãn T1: Khi có tác động của sóng tần số radio dẫn đến mômen từ Mo nằm trong mặt phẳng thẳng góc với Bo, lúc đó thành phần dọc của Mo bằng không. Khi ngừng kích thích bằng sóng tần số đó, thành phần dọc tiến dần trở lại tối đa, với một tốc độ lúc đầu nhanh rồi sau chậm dần. Ta có thể vẽ được đường cong tiến dần trở lại của thành phần dọc theo thời gian.

Thời gian thư giãn T1 của một mô là thời gian mà thành phần dọc của mômen tổng hợp Mo lấy lại được 63% giá trị ban đầu. Tuy nhiên nếu tốc độ vẫn giữ được không thay đổi từ đầu đến cuối thì thời gian T1 là thời gian mà vectơ Mo lấy lại được 100% giá trị thành phần dọc.

Tất cả các mô đều có giá trị T1 khác nhau và như vậy đường cong thư giãn dọc theo khác nhau. Nếu sự tiến trở lại của thành phần dọc của Mo càng nhanh bao nhiêu thì giá trị T1 của mô càng ngắn bấy nhiêu. Với các mô, T1 có giá trị từ 500 đến 2000ms.

Thời gian thư giãn T1: có liên quan đến mạng lưới tức là các mô trong đó các proton bị kích thích. T1 cho biết khả năng của các proton bị kích thích thu hồi lại năng lượng nên còn gọi là thời gian thư giãn hay quay lưới (relaxation spin reseau) hay thư giãn dọc (relaxation longitudinale). Khi khả năng đó cao, T1 ngắn và cho tín hiệu cao (hypersignal) thê rhiện bằng tín hiệu trắng (ví dụ như tổ chức mỡ). Ngược lại, khả năng đó thấp, T1 sẽ dài và cho tín hiệu thấp (hyposignal) thể hiện trên ảnh bằng hình đen (dịch, nước tiểu, dịch não tuỷ…). Các chất như nhu mô của lách, tuỵ, gan hoặc cơ có T1 trung gian sẽ cho tín hiệu có cường độ ở giữa hai loại trên (signal intermédiaire) và thể hiện trên ảnh bằng hình xám.

Thời gian thư giãn T2: Sau khi ngắt kích thích bằng sóng tần số radio, thành phần ngang của Mo giảm dần tiến tới triệt tiêu. Ta có thể vẽ được đường cong biểu diễn sự biến diễn đó, đó là đường cong dạng hàm số mũ được gọi là đường thư giãn ngang theo T2. Trị số T2 của một mô là thời gian mà thành phần ngang của mômen tổng hợp Mo giảm tới mức 37% của trị số ban đầu. Nếu tốc độ của sự thư giãn giữ được không đổi từ đầu đến cuối thì T2 cũng là thời gian mà Mo đã mất toàn bộ thành phần ngang. Với các mô, T2 có giá trị từ 50 đến 150m.

T2 là hậu quả của sự tác động qua lại giữa các proton ở cạnh nhau. Mỗi proton như một nam châm nhỏ, nó gây hỗn loạn (perturber) nhiều hay ít các proton bên cạnh nên T2 còn được gọi là thời gian thư giãn ngang (relaxation transversale). Khi việc gây hỗn loạn ở một mô có hậu quả lớn thì T2 ngắn, thể hiện bằng tín hiệu thấp và cho ảnh hình đen (mỡ). Ngược lại, ở mô sự hỗn loạn trên có hậu quả nhỏ thì T2 dài, thể hiện bằng tín hiệu cao và có hình trắng trên ảnh (chất dịch, các mô bệnh…). Các nhu mô của gan, tuỵ, lách… có T2 trung bình thể hiện bằng các tín hiệu trung gian và cho hình xám trên ảnh.

Mật độ của proton thể hiện số lượng của proton trong một đơn vị thể tích. Nó đóng một vai trò quan trọng đối với vỏ xương và không khí là nơi mật độ nguyên tử hydro rất thấp. Còn đối với các mô khác của cơ thể thì sự khác biệt về mật độ khác nhau khi ta dùng tham số này trong quá trình tạo ảnh, trừ ở não người ta có thể phân biệt được chất trắng và chất xám.

Ngoài ra về mặt kỹ thuật ta cũng cần biết thêm hai thuật ngữ nữa trong quá trình tìm hiểu về tạo ảnh bằng cộng hưởng từ hạt nhân. Đó là:

– TR: thời gian nhắc lại (temps de répétition), thời gian giữa hai lần kích thích bằng sóng radio.
TE: thời gian hồi âm (temps d’écho), thời gian giữa kích thích và thu hồi tín hiệu.
So sánh tóm tắt T1 và T2:

T1 ngắn	T1 trung gian	T1 dài
Tín hiệu cao	Tín hiệu trung bình	Tín hiệu thấp
Ảnh trắng	Ảnh xám (nhu mô)	Ảnh đen (dịch)
T2 ngắn	T2 trung gian	T2 dài
Tín hiệu thấp	Tín hiệu trung bình	Tín hiệu cao
Ảnh đen (mỡ)	Ảnh xám (nhu mô)	Ảnh trắng (dịch)

Ngoài hai xung cơ bản T1 và T2, ngày nay nhờ những tiến bộ kỹ thuật nhiều chuỗi xung chuyên biệt khác được áp dụng giúp cho sự tạo ảnh cộng hưởng từ có nhiều ưu thế trong chẩn đoán. ví dụ: chuỗi xung T2*, các chuỗi xung đảo/thu hồi (séquences avec inversion/récupration), các chuỗi xung mạch máu thời gian bay (séquences angio temps de vol) v.v. Cũng chính vì vậy mà ngoài các kỹ thuật tạo ảnh thông thường, nhiều kỹ thuật cộng hưởng từ chuyên sâu được ra đời như cộng hưởng từ mạch máu, cộng hưởng từ phổ, cộng hưởng từ chức năng.

Tóm lại tạo ảnh bằng cộng hưởng từ là kỹ thuật tạo ảnh y học hiện đại có nhiều ưu điểm. Nó có hai đặc điểm cơ bản: đó là kỹ thuật sử dụng nhiều chiều (multidimensionnele) và nhiều tham số (multiparametrique): T1 và T2, mật độ proton… (không như X quang, Scaner chỉ sử dụng một tham số là sự hấp thụ của tia X). Cho tới nay hình ảnh của kỹ thuật tạo ảnh này vẫn đứng hàng đầu so với các kỹ thuật khác.

3.3. Chỉ định và chống chỉ định của cộng hưởng từ

Chụp cộng hưởng từ được áp dụng rất rộng rãi trong các bệnh lý của hệ thống thần kinh (sọ não, cột sống), bệnh lý khớp, bệnh lý các cơ quan trong ổ bụng và sau phúc mạc, bệnh lý tim và mạch máu.

Chống chỉ định: cho đến nay các nghiên cứu cho thấy với cường độ từ trường sử dụng trong chẩn đoán hiện nay không gây các nguy cơ sinh học cũng như biến đổi gen. Các chống chỉ định bắt buộc được thực hiện khi: bệnh nhân có máy tạo nhịp tim, máy kích thích thần kinh-giác quan (thính lực, tủy…), bơm tiêm có thành phần kim loại hay điện tử, các kẹp phẫu thuật trong não, các van tim có bi kim loại. Tuy những năm gần đây các van tim có bi kim loại và kẹp phẫu thuật có sắt từ không còn được sử dụng nữa, nhưng trên thực tế khi thực hiện chụp công hưởng từ cho các bệnh nhân có các thiết bị trên cũng phải thận trọng. Nhưng bệnh nhân có dị vật kim loại trong hố mắt hoặc nằm sát các mạch máu.. cũng thuộc đối tượng chống chỉ định bắt buộc. Các chống chỉ định tương đối: các dị vật kim loại nằm gần trường thăm khám có thể gây nhiễu ảnh; bệnh nhân không hợp tác; phụ nữ mang thai có thể chụp cộng hưởng từ nhưng không được tiêm gadolinium.

4. SIÊU ÂM

4.1. Vài nét về lịch sử

– 1889: D’ arsonval (Pháp) đo sự dẫn truyền của siêu âm trong ô người sống.

– 1900: P. Curie (Pháp) tìm ra hiệu ứng áp diện được áp dụng vào sự phát xạ của siêu âm.

– 1914: Longevin (Pháp) nghiên cứu sự truyền của siêu âm trong nước.

– 1929: Sokolov (Nga) đã mô tả một phương pháp dùng siêu âm để phát hiện các vết nứt trong kim loại.

– 1945: Firestone: (Mỹ) cùng dùng siêu âm để dò các vết nứt trong kim loại.

Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai (1939 – 1945) siêu âm được áp dụng vào việc dò tàu ngầm, và được gọi là Sonar, trong Y học sau chiến tranh siêu âm được áp dụng vào điều trị sớm hơn vào chẩn đoán: Năm 1950 hội nghị ở Erlangen (CHLB Đức) đã tổng kết những kinh nghiệm điều trị bằng siêu âm.

Về mặt chẩn đoán, năm 1940 Dussik (áo) đã thử ghi hình của sọ bằng năng lượng còn lại của một chùm siêu âm sau khi xuyên qua hộp sọ, nhưng không đạt kết quả mỹ mãn.

Năm 1950, Viện nghiên cứu của hải quận Mỹ đã thử dò sỏi mật bằng máy Sonar. Sau đó bắt đầu có các công trình về áp dụng siêu âm chẩn đoán bằng các kiểu khác nhau: siêu âm kiểu A, siêu âm kiểu B, siêu âm kiểu TM và siêu âm Doppler, siêu âm 3D và 3D thời gian thực (hay còn gọi là siêu âm 4D với 3 chiều không gian và 1chiều theo thời gian).

4.2. Tính chất vật lý của siêu âm

4.2.1. Nguồn phát sóng siêu âm

Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số >20.000Hz, tai người không nghe được, có định hướng, dễ hội tụ và có bước sóng ngắn.

Chùm sóng siêu âm sử dụng trong chẩn đoán được tạo ra theo phương pháp áp điện. Một số vật liệu khi chịu tác động của một dòng điện biến thiên sẽ bị biến dạng cơ học và phát ra sóng siêu âm. Ngược lại, nêu sóng siêu âm tác động lên loại vật chất này sẽ sinh ra một dòng điện biến thiên có cùng tần số với tần số của sóng siêu âm tác động lên nó. Tích chất vật lý này được gọi là hiệu ứng áp điện thuận nghịch và đây cũng là nguyên lý cấu tạo chung của đầu dò siêu âm, đầu dò vừa phát sống siêu âm vừa thu sóng phản hồi trở về. Các vật liệu có tích chất này là thạch anh, titanat bari, titanat zirconat bari. Trong đó các hợp chất titanat có hệ số áp điện cao hơn hệ số của thạch anh 300 lần, chỉ cần một hiệu thế 100V là đủ để gây hiện tượng rung và phát ra sống siêu âm.

Sóng siêu được phát ra theo 2 cách: phát liên tục thường được dùng trong siêu âm Doppler liên tục và phát gián đoạn theo dạng hình sin với thời gian mỗi xung là 2 micro giây và mỗi giây có tới 500-1000 xung được dùng trong siêu âm kiểu A, B, TM.

Chùm sóng siêu âm dùng trong chẩn đoán thường có tần số 1MHz đến 10MHz cường độ 5 – 10 milliwatt cho mỗi cm2.

Sự tạo hình siêu âm dựa trên các tính chất vật lý của nó đó là: tính chất phản xạ, tán xạ và truyền qua của sóng siêu âm khi tương tác với môi trường vật chất; tính chất bị hấp thụ khi truyền qua các môi trường này.

4.2.2. Sự dẫn truyền siêu âm

4.2.2.1. Tốc độ truyền âm

Trong môi trường thiên nhiên: trong không khí tốc độ truyền là 350m/s. Như vậy, siêu âm truyền trong không khí rất kém, do đó để sóng siêu âm truyền được vào cơ thể phải có một môi trường dẫn truyền trung gian như dầu nước đặt giữa đầu dò của máy siêu âm với bề mặt da. Trong các môi trường khác siêu âm truyền tốt: parafin là 1400m/s, nước 1500m /s và thép là 5000m/s

Trong môi trường sinh học: phần mềm và mỡ tốc độ tuyền là 1400m/s, cơ 1600m/s và xương từ 3600 – 4000m/s.v.v. Các bộ phận có nhiều khí như phổi, dạ dày, ruột siêu âm rất khó truyền qua vì vậy việc thăm khám siêu âm các bộ phận này là rất hạn chế. Trong cơ thể tốc độ truyền âm trung bình của các tổ chức phần mềm là 1540m/s. Việc đo các khoảng cách trong siêu âm đều dựa vào thời gian đi và về của chùm sóng siêu âm.

4.2.2.2. Các định luật của truyền âm

Khi chùm sóng siêu âm truyền qua môi trường vật chất gặp môi trường thứ hai có trở kháng âm khác nhau sẽ xẩy ra các hiện tượng sau:

– Một phần chùm sóng siêu âm phản xạ quay về đầu dò ngược với hướng của chùm sóng siêu âm phát ra hệ số phản xạ:

Trong đó
– P1 và P2 là tỷ trọng của môi trường thứ nhất và thứ hai
– V1 và V2 là tốc độ truyền của siêu âm trong môi trường thứ nhất và thứ hai. Hệ số phản xạ càng lớn nếu tổng trở kháng âm giữa hai môi trường càng khác nhau và chùm sóng siêu âm phản xạ về đầu dò càng nhiều.

Ví dụ: giữa mô mỡ và cơ hệ số R= 0,0007, nhưng giữa xương sọ và nhu mô não hệ số này là 0,36. Vì vậy sóng siêu âm rất khó truyền qua xương sọ vào nhu mô não.

Một phần chùm sóng siêu âm truyền qua môi trường thứ hai cũng theo hướng của chùm sóng phát với hệ số truyền qua là:

T= 1- R

Trong đó: T là hệ số truyền qua R là hệ số phản xạ

Một phần chùm sóng siêu âm nữa sẽ thay đổi hướng, tạo thành sóng siêu âm khuyếch tán hay gọi là hiện tượng tán xạ. Hiện tượng tán xạ xẩy ra khi đường kính các cấu trúc nhỏ hơn hoặc bằng độ dài của bước sóng chùm sóng siêu âm hoặc với bề mặt không đồng đều. Ví dụ: khi thăm dò mạch máu với đầu dò có tần số 2,5MHz bước sóng của chùm tia 600µ gần bằng đường kính hồng cầu thì hiện tương tán xạ sẽ xảy ra nhiều hơn là hiện tượng phản xạ.

4.2.2.3. Suy giảm năng lượng của chùm sóng siêu âm

Khi truyền qua môi trường vật chất, một phần năng lượng của chùm sóng siêu âm sẽ bị hấp thu và biến thành nhiệt năng. Người ta có thể tính cường độ siêu âm ở tại một độ sâu nhất định, sau khi đã xuyên qua lớp mô theo công thức:

Ix= Io^{– 2αFX}

Trong đó:
– Io: Cường độ chùm sóng siêu âm bề mặt đầu dò
– Ix: Cường độ chùm sóng siêu âm ở độ sâu X
– α là hệ số hập thụ của môi trường
– F: Tần số của chùm sóng siêu âm
– X: Chiều dày của mô xuyên qua, tính bằng cm

Thường người ta biểu hiện điểm suy giảm bằng hai cách:

– Tính độ suy giảm bằng số đêxiben (NdB)

NdB = log (I/Io)

Trong đó: I là cường độ ở điểm đo và Io là cường độ lúc ban đầu của chùm siêu âm.

– Lớp hấp thụ 50% chùm siêu âm: Edler tính độ đâm xuyên của chùm siêu âm bằng cách tính chiều dày của lớp mô đủ làm giảm đi 50% cường độ ban đầu của chùm siêu âm. Ví dụ: với chùm siêu âm có tần số 2,25MHz và 1 MHz lớp hấp thu của một vài mô như sau: Huyết tương: 44,4cm và 100cm, máu 15,5cm và 35cm, Mỡ 1,6cm và 3,5cm, cơ là 2,0cm và 4,7cm.

Độ hấp thu tỷ lệ nghịch với bình phương tần số, tần số càng cao thì độ hấp thụ càng lớn, vì vậy không thể dùng đầu dò tần số cao để thăm khám các tạng sâu. Đồng thời, trong thăm khám các tạng sâu phải sử dụng kỹ thuật khuyếch đại bù theo chiều sâu (DGC- depth gain control) hay còn gọi là bù theo thời gian (TGC- time gain compensation).

Trong chẩn đoán bằng siêu âm, người ta thu chùm siêu âm phản xạ (còn gọi là âm vang) quay trở lại đầu dò và hiệu ứng áp điện thuận nghịch sẽ tạo ra những tín hiệu điện biến thiên tùy theo tần số sóng âm phản xạ. Từ tín hiệu điện này qua bộ phận xử lý sẽ chuyển thành tín hiệu quang và cuối cùng tạo nên hình ảnh siêu âm của các cấu trúc cần thăm khám. Tùy phương pháp thu ín hiệu, người ta chẩn đoán bằng siêu âm kiểu A,B,TM, Doppler mà chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu.

4.3. Máy và kỹ thuật siêu âm

4.3.1 Siêu âm kiểu A

Dùng một đầu dò phát siêu âm gián đoạn, kiểu thu siêu âm phản xạ. Chùm siêu âm khi xuyên qua cơ thể sẽ gặp những bộ phận có trở kháng âm (còn gọi là độ dẫn truyền) khác nhau, và sẽ cho những âm thanh phản xạ trở về tác dụng lên đầu dò siêu âm, tạo thành những tín hiệu điện, những tín hiệu này được khuyếch đại và được truyền vào màn hiện sóng của máy giao động ký, biểu hiện thành những hình xung nhọn nhô lên khỏi đường đẳng điện. Người ta gọi kiểu này là kiểu A, do lấy chữ đầu của amplification. Trước đây, siêu âm kiểu A được sử dụng trong: khoa sản để đo đường kính lưỡng đỉnh của thai, đo khung chậu cuả sản phụ; chuyên khoa mắt đo đường kính nhãn cầu, phát hiện bong võng mạc; trong chuyên khoa thần kinh để làm âm vang não đồ. Hiện nay, siêu âm kiểu A hầu như không còn được sử dụng trên lâm sàng.

4.3.2. Siêu âm kiểu TM

Siêu âm kiểu TM bắt nguồn từ chữ time motion hay còn gọi là siêu âm chuyển động theo thời gian. Nguyên lý cũng giống như siêu âm kiệu A nhưng hình ảnh được ghi lại theo sự chuyển động của các tổ chức thăm khám theo thời gian thực. Siêu âm kiểu Tm được sử dụng nhiều trong tim mạch để đánh giá sự chuyển động của các van tim, các vách tim và buồng tim.

4.3.3. Siêu âm kiểu B

Siêu âm kiểu B được lấy từ chữ Bidimensionnal gọi là siêu âm hai chiều hay siêu âm cắt lớp. Nguyên lý cũng giống như siêu âm kiêu A, nhưng trong siêu âm kiểu B các đỉnh xung của sóng phản hồi được biều thị bằng các điểm sáng. Cường độ của các điểm sáng này tỷ lệ thuận với cường độ của chùm sóng phản hồi về đầu dò. Nếu di chuyển đầu dò trên bề mặt da vùng thăm khám và lưu hình trên màn lâu hơn thì sẻ ghi xây dựng được hình ảnh bộ phận cần thăm khám nằm trên một mặt phẳnng quyét. Vì vậy, siêu âm kiểu B còn được gọi là siêu âm cắt lớp (échotomographie). Hiện nay, siêu âm kiểu B thời gian thực là kiểu siêu âm được sử dụng chủ yếu trên lâm sàng.
Siêu âm Doppler sử dụng hiệu ứng Doppler được dùng để thăm khám tim, mạch máu.

Sơ đồ cơ bản của một máy siêu âm bao gồm

Đầu dò siêu âm hiện nay được áp dụng phương pháp quyét điện tử và có nhiều loạinhư: đầu dò phẳng, đầu dò cong lồi, đầu dò rẻ quạt. Việc lựa chọn đầu do thích hợp cho từng bộ phận thăm khám rất quan trọng. Trong thăm khám các tạng nông (như tuyến giáp, mạch máu ngoại vi, tinh hoan.v.v.) thường sử dụng đầu dò có tần số cao (7,5 đến 10 MHz); thăm khám các tạng trong ổ bụng người lớn thường dùng đầu dò tần số từ 2,5-3,5MHz, trẻ em đầu dò tần số 5MHz; thăm khám tim thường dùng đầu dò rẻ quạt.

4.4. Triệu chứng học và chỉ định siêu âm

4.4.1. Triệu chứng học siêu âm

Người ta phân chia hình siêu âm thành 2 loại cơ bản: hình đường bờ và hình cấu trúc.

– Hình đường bờ là hình giới hạn giữa hai môi trường có tổng trở kháng âm cách biệt nhiều (mạnh chuyển sang yếu) ví dụ: bờ của các tạng, thành mạch máu, thành của các nang dịch.v.v.

– Hình cấu trúc trong đó cấu trúc âm đều đó là hình nhu mô các tạng như gan, thận, tinh hoàn.v.v., cấu trúc âm không đều của các tổn thương bệnh lý như nhu mô gan xơ, các khối u ác tính.v.v.

Các dấu hiệu siêu âm cơ bản bao gồm:

+ Dấu hiệu tăng âm (hyperéchogène) hay giàu âm: dùng để mô tả một cấu trúc có cường độ âm phản hồi cao hơn nhu mô tạng đang thăm khám, biểu hiện hình sáng hơn các vùng khác trên màn hình.

+ Dấu hiệu giảm âm (hypoéchgène) hay ít âm: là những cấu trúc có cường độ phản hồi âm thấp hơn nhu mô mô tạng đang được thăm khám, biểu hiện hình kém sáng hơn nhu mô bình thường trên màn.

+ Dấu hiệu đồng âm (izoéchgène): là cấu trúc có cường độ phản hồi âm tương đương với cấu trúc nhu mô bình thường

+ Dấu hiệu không âm (anéchogène): tương ứng với một cấu trúc hay một vùng không có âm phản hồi về đầu dò và được biểu hiện đen trên màn hình.Dấu hiệu này thường đi kèm với hình ảnh tăng âm phía sau và là biểu hiện của một cấu trúc dịch như túi mật, bàng quang, các nang dịch trong các tạng (gan, thận, tụy.v.v.)

+ Dấu hiệu âm hỗn hợp: là một cấu trúc bao gồm cấu trúc dịch và đặc xen lẫn nhau

+ Dấu hiệu âm không đều: gồm các cấu trúc có độ phản hồi âm không đồng nhất, biểu hiện trên nàm hình là hình vừa giảm, tăng âm và đồng âm hỗn hợp

+ Dấu hiệu bóng cản âm (ombre acoustique) biểu hiện của chùm sóng siêu âm bị phản hồi hầu hết về đầu dò. Dấu hiệu này thường đi kèm với một hình tăng âm trước đó (hình tăng âm kèm bóng cản) và là biểu hiện của tổn thương vôi hóa nhu mô hoặc sỏi.

4.4.2. Chỉ định của siêu âm

Siêu âm là thăm khám hình ảnh được chỉ định đầu tiên và rộng rãi để thăm khám các tạng đặc trong ổ bụng, sau phúc mạc (gan, tụy, lách, hệ tiết niệu v.v.); thăm khám tim, mạch máu; các tạng nông (tuyến giáp, tinh hoàn, vú, phần mềm.v.v.); thăm dò trong sản khoa; thăm khám thành ngực và khoang màng phổi. Siêu âm doppler được sử dụng trong thăm khám tim, mạch máu các chi, mạch máu vùng đầu mặt cổ, mạch máu các tạng và đánh giá mức độ cấp máu của các tổn thương. Ngày nay, với các máy có độ phân giải cao siêu âm cũng đã được chỉ định nhiều trong bệnh lý ống tiêu hóa.