Nguyên lý siêu âm tim 1

NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM
GS.TS. Đặng Vạn Phước
GS.TS. Đặng Vạn Phước
TS. Nguyễn Văn Trí
TS. Nguyễn Văn Trí

•
Mục tiêu bài giảng :
Mục tiêu bài giảng :
1.
1.
Trình bày được nguyên lý chung của siêu âm
Trình bày được nguyên lý chung của siêu âm
2.
2.
Trình bày được 3 kiểu siêu âm cơ bản : kiểu M, hai chiều
Trình bày được 3 kiểu siêu âm cơ bản : kiểu M, hai chiều
và Doppler.
và Doppler.

1.
1.
LỊCH SỬ SIÊU ÂM TIM
LỊCH SỬ SIÊU ÂM TIM

Hartridge (1920) đưa ra giả thiết dơi phóng ra

Hartridge (1920) đưa ra giả thiết dơi phóng ra
sóng SÂ để tìm mồi.
sóng SÂ để tìm mồi.

1949, Ludwig và Struthers dùng sóng SÂ phát
1949, Ludwig và Struthers dùng sóng SÂ phát
hiện vật lạ và sỏi mật trong cơ thể chó.
hiện vật lạ và sỏi mật trong cơ thể chó.

1952, Wild và Reid đầu tiên dùng SÂ phát hiện
1952, Wild và Reid đầu tiên dùng SÂ phát hiện
khối u ở vú.
khối u ở vú.

1954, Edler và Hertz ứng dụng SÂ để khảo sát
1954, Edler và Hertz ứng dụng SÂ để khảo sát
tim.
tim.

1960-1972, SÂ 2 chiều dần được hoàn thiện
1960-1972, SÂ 2 chiều dần được hoàn thiện
(Hertz, Olofsson, Bom).
(Hertz, Olofsson, Bom).

1.
1.
LỊCH SỬ SIÊU ÂM TIM
LỊCH SỬ SIÊU ÂM TIM
(tt)
(tt)


1956-1970,
1956-1970,
SÂ
SÂ
Doppler được hoàn thiện và ứng
Doppler được hoàn thiện và ứng
dụng vào lâm sàng (Satomusa, Liv Hattle).
dụng vào lâm sàng (Satomusa, Liv Hattle).

SÂ
SÂ
màu được Omoto ứng dụng 1982.
màu được Omoto ứng dụng 1982.

SÂ
SÂ
qua thực quản được ứng dụng vào cuối thập
qua thực quản được ứng dụng vào cuối thập
niên 80.
niên 80.

Ngày nay, siêu âm cản âm, siêu âm năng lượng,
Ngày nay, siêu âm cản âm, siêu âm năng lượng,
siêu âm nội mạch, siêu âm 3 chiều ngày càng
siêu âm nội mạch, siêu âm 3 chiều ngày càng
phát triển và ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng.
phát triển và ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng.

2.

2.
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM :
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM :
2.1.
2.1.
Nguyên lý chung
Nguyên lý chung
2.2.
2.2.
Các kiểu siêu âm tim
Các kiểu siêu âm tim

2.
2.
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM
2.1.
2.1.
Nguyên lý chung
Nguyên lý chung

Sóng âm thanh tần số cao để tái lập hình ảnh
Sóng âm thanh tần số cao để tái lập hình ảnh

SÂ xuyên thấu cấu trúc đặc và phản hồi bề mặt ngăn
SÂ xuyên thấu cấu trúc đặc và phản hồi bề mặt ngăn
cách giữa hai cấu trúc khác nhau có kháng trở âm
cách giữa hai cấu trúc khác nhau có kháng trở âm
thanh không như nhau
thanh không như nhau


Sóng phản hồi âm có thể thu hồi được tại bề mặt cúa
Sóng phản hồi âm có thể thu hồi được tại bề mặt cúa
da tạo ra một hình ảnh (25-30 ảnh (frame)/ giây)
da tạo ra một hình ảnh (25-30 ảnh (frame)/ giây)

2.
2.
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM
NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM TIM
2.2.
2.2.
Các kiểu siêu âm tim.
Các kiểu siêu âm tim.

Có 3 kiểu siêu âm tim cơ bản :
Có 3 kiểu siêu âm tim cơ bản :

SÂ tim kiểu M
SÂ tim kiểu M



SÂ tim hai chiều
SÂ tim hai chiều

SÂ tim Doppler
SÂ tim Doppler

SÂ tim màu là một ứng dụng từ SÂ Doppler

SÂ tim màu là một ứng dụng từ SÂ Doppler

SÂ ba chiều là một ứng dụng từ SÂ hai chiều.
SÂ ba chiều là một ứng dụng từ SÂ hai chiều.

2.2.1.
2.2.1.
Siêu âm tim kiểu M
Siêu âm tim kiểu M

Được áp dụng trong chẩn đoán tim đầu tiên
Được áp dụng trong chẩn đoán tim đầu tiên

Đầu dò chứa chùm SÂ phát và cả chùm SÂ nhận
Đầu dò chứa chùm SÂ phát và cả chùm SÂ nhận

Tất cả những cấu trúc có chùm tia đi qua sẽ cho tín
Tất cả những cấu trúc có chùm tia đi qua sẽ cho tín
hiệu phản hồi về đầu dò
hiệu phản hồi về đầu dò

Tín hiệu phản hồi sẽ được ghi trên một băng giấy
Tín hiệu phản hồi sẽ được ghi trên một băng giấy
trên màn hình đang chuyển động
trên màn hình đang chuyển động

Từ đó xác đònh được vò trí của các cấu trúc tim
Từ đó xác đònh được vò trí của các cấu trúc tim
chuyển động theo thời gian
chuyển động theo thời gian

Mỗi kích thích của đầu dò đều tạo nên một dòng điện nhỏ biểu hiện theo thứ
Mỗi kích thích của đầu dò đều tạo nên một dòng điện nhỏ biểu hiện theo thứ
tự mà đầu dò nhận được.
tự mà đầu dò nhận được.

Nếu những que được biểu tượng bởi dạng nốt thì kích thước và
Nếu những que được biểu tượng bởi dạng nốt thì kích thước và
độ sáng của
độ sáng của
nốt
nốt
tương ứng với độ mạnh của tín hiệu ; cách biểu hiện này gọi là kiểu B.
tương ứng với độ mạnh của tín hiệu ; cách biểu hiện này gọi là kiểu B.

Nếu tiêu biểu cho dòng điện này bằng một chuỗi các que thì
Nếu tiêu biểu cho dòng điện này bằng một chuỗi các que thì
độ dài của mỗi
độ dài của mỗi
que
que
tương ứng với độ mạnh của tín hiệu ; cách biểu hiện này gọi là kiểu A.
tương ứng với độ mạnh của tín hiệu ; cách biểu hiện này gọi là kiểu A.

Trong kiểu M,
Trong kiểu M,
một dãi băng
một dãi băng
nhạy ánh sáng được vẽ lên qua hình ảnh kiểu B,
nhạy ánh sáng được vẽ lên qua hình ảnh kiểu B,

tạo nên hình ảnh liên tục.
tạo nên hình ảnh liên tục.
Kiểu
A B M
1: thành ngực
2: thành thất (P)
3. vách liên thất
4,5: van 2 lá
6: thành thất (T)
1
3
4
5
6
2


Ưu điểm của SÂ kiểu M cho phép khảo sát được
Ưu điểm của SÂ kiểu M cho phép khảo sát được
1000 ảnh trong một giây. Nhờ vậy xác đònh rõ vò
1000 ảnh trong một giây. Nhờ vậy xác đònh rõ vò
trí cấu trúc tim theo thời gian và độ phân giải của
trí cấu trúc tim theo thời gian và độ phân giải của
cấu trúc cũng rõ ràng
cấu trúc cũng rõ ràng


Bất lợi chính của SÂ kiểu M là do hình ảnh chỉ có
Bất lợi chính của SÂ kiểu M là do hình ảnh chỉ có
một chiều nên khó cho mặt cắt điển hình.

một chiều nên khó cho mặt cắt điển hình.

SÂ kiểu M chỉ có thể cho hình ảnh mặt cắt ngang
SÂ kiểu M chỉ có thể cho hình ảnh mặt cắt ngang
thất trái mà không thể có thông tin về mặt cắt
thất trái mà không thể có thông tin về mặt cắt
trục dọc.
trục dọc.

Hiện nay, SÂ kiểu M thường kết hợp với SÂ hai
Hiện nay, SÂ kiểu M thường kết hợp với SÂ hai
chiều cùng lúc thì thông tin từ SÂ kiểu M mới
chiều cùng lúc thì thông tin từ SÂ kiểu M mới
chính xác hơn.
chính xác hơn.

2.2.2.
2.2.2.
SÂ tim hai chiều
SÂ tim hai chiều

SÂ tim hai chiều cho hình ảnh tim chủ yếu
SÂ tim hai chiều cho hình ảnh tim chủ yếu

Do chùm SÂ cắt ngang cấu trúc tim.
Do chùm SÂ cắt ngang cấu trúc tim.

Tùy theo độ sâu của cấu trúc so với đầu dò mà mặt phẳng
Tùy theo độ sâu của cấu trúc so với đầu dò mà mặt phẳng
cắt thay đổi từ góc cắt 60 độ đến 90 độ.

cắt thay đổi từ góc cắt 60 độ đến 90 độ.

Độ phân giải của hình cũng thay đổi tùy độ sâu của cấu
Độ phân giải của hình cũng thay đổi tùy độ sâu của cấu
trúc
trúc

Tần số đầu dò càng cao thì độ phân giải càng tốt nhưng độ
Tần số đầu dò càng cao thì độ phân giải càng tốt nhưng độ
xuyên thấu sẽ kém hơn.
xuyên thấu sẽ kém hơn.



Ở người lớn, đầu dò có tần số 3.5MHz
Ở người lớn, đầu dò có tần số 3.5MHz

Những phương pháp tạo thành hình ảnh hai chiều.
Những phương pháp tạo thành hình ảnh hai chiều.

Ở kiểu
Ở kiểu
sắp xép tuần tự
sắp xép tuần tự
(phased array), có sự xếp đặt các tinh thể với đường kính tương
(phased array), có sự xếp đặt các tinh thể với đường kính tương
đối nhỏ giúp chùm tia chuyển nhanh thành
đối nhỏ giúp chùm tia chuyển nhanh thành
hình quạt
hình quạt

.
.

Tia quét
Tia quét
hình quạt cơ học
hình quạt cơ học
(mechanical rotation) nhờ sự xoay vòng của 3 hoặc 4 đầu dò
(mechanical rotation) nhờ sự xoay vòng của 3 hoặc 4 đầu dò
kiểu M.
kiểu M.

Kiểu
Kiểu
dao động
dao động
(oscillation) do một tinh thể kiểu M đơn độc dao động lui tới tạo nên
(oscillation) do một tinh thể kiểu M đơn độc dao động lui tới tạo nên
hình ảnh hai chiều.
hình ảnh hai chiều.

Ở kiểu sắp xếp thẳng hàng
Ở kiểu sắp xếp thẳng hàng
đa tinh thể
đa tinh thể
(multicrystal) cho một chùm tia thẳng lớn qua tổ
(multicrystal) cho một chùm tia thẳng lớn qua tổ
chức và sẽ cho hình ảnh bằng với kích cỡ chùm tia.
chức và sẽ cho hình ảnh bằng với kích cỡ chùm tia.
Kiểu sắp xếp Kiểu cơ học

Kiểu dao động Kiểu đa tinh thể

2.2.2. Siêu âm tim hai chiều
2.2.2. Siêu âm tim hai chiều
Kiểu sắp xếp Kiểu cơ học
1: thành ngực
2: thành thất (P)
3. vách liên thất
4,5: van 2 lá
6: thành thất (T)
Kiểu
A B M
Kiểu dao động Kiểu đa tinh thể
1
2
3
4
5
6

2.2.3.
2.2.3.
Siêu âm Doppler liên tục
Siêu âm Doppler liên tục
Kỹ thuật Doppler giúp chúng ta
Kỹ thuật Doppler giúp chúng ta

Đo được gián tiếp vận tốc dòng máu trong tim qua
Đo được gián tiếp vận tốc dòng máu trong tim qua
sự di chuyển của hồng cầu.

sự di chuyển của hồng cầu.

Nguyên tắc của Doppler dựa vào sự thay đổi tần số
Nguyên tắc của Doppler dựa vào sự thay đổi tần số
giữa chùm siêu âm truyền đi và chùm siêu âm phản
giữa chùm siêu âm truyền đi và chùm siêu âm phản
hồi khi gặp một vật đang di chuyển
hồi khi gặp một vật đang di chuyển
2fo x Vcosθ
2fo x Vcosθ
c
c
∆
∆
f =
f =

•
Hồng cầu di chuyển về phía đầu dò thì chiều dài sóng phản hồi
Hồng cầu di chuyển về phía đầu dò thì chiều dài sóng phản hồi
sẽ bò rút ngắn lại, còn nếu hồng cầu di chuyển xa đầu dò, chiều
sẽ bò rút ngắn lại, còn nếu hồng cầu di chuyển xa đầu dò, chiều
dài sóng sẽ dài ra. Khi vận tốc hướng về phía đầu dò sẽ ghi được
dài sóng sẽ dài ra. Khi vận tốc hướng về phía đầu dò sẽ ghi được
phổ nằm ở trên đường đẳng điện và ngược lại khi vận tốc đi xa
phổ nằm ở trên đường đẳng điện và ngược lại khi vận tốc đi xa
khỏi đầu dò sẽ ghi được phổ nằm ở dưới đường đẳng điện.
khỏi đầu dò sẽ ghi được phổ nằm ở dưới đường đẳng điện.

•

Đầu dò
Đầu dò
Doppler liên tục
Doppler liên tục
chứa 2 tinh thể, một phát chùm
chứa 2 tinh thể, một phát chùm
SÂ truyền đi liên tục và một chùm siêu âm phản hồi liên
SÂ truyền đi liên tục và một chùm siêu âm phản hồi liên
tục. Sự thay đổi tần số Doppler (
tục. Sự thay đổi tần số Doppler (
∆
∆
f) nằm trong mức tần
f) nằm trong mức tần
số âm thanh mà chúng ta có thể nghe được, do đó chúng
số âm thanh mà chúng ta có thể nghe được, do đó chúng
ta có thể sử dụng tín hiệu âm thanh nghe được này điều
ta có thể sử dụng tín hiệu âm thanh nghe được này điều
chỉnh đầu dò để có hình ảnh phổ Doppler rõ nhất.
chỉnh đầu dò để có hình ảnh phổ Doppler rõ nhất.


Phổ Doppler trên màn hình là một
Phổ Doppler trên màn hình là một
biểu đồ của vận tốc theo thời gian.
biểu đồ của vận tốc theo thời gian.

Đậm độ của phổ có liên quan đến
Đậm độ của phổ có liên quan đến
số lượng hồng cầu đang di chuyển ở

số lượng hồng cầu đang di chuyển ở
vận tốc đó. Ví dụ, phổ động mạch
vận tốc đó. Ví dụ, phổ động mạch
phổi có đậm độ dầy đặc ở sát đường
phổi có đậm độ dầy đặc ở sát đường
đẳng điện : phản ánh hầu hết dòng
đẳng điện : phản ánh hầu hết dòng
máu ở trên và dưới van đang di
máu ở trên và dưới van đang di
chuyển với vận tốc thấp (1m/s).
chuyển với vận tốc thấp (1m/s).
Dòng máu tăng tốc qua van với tốc
Dòng máu tăng tốc qua van với tốc
độ cao (5m/s).
độ cao (5m/s).

•
Doppler liên tục giúp ước lượng độ hẹp của van
Doppler liên tục giúp ước lượng độ hẹp của van
tim và áp lực động mạch phổi. Doppler liên tục
tim và áp lực động mạch phổi. Doppler liên tục
đo được vận tốc cao nhưng không thể đònh vò trí
đo được vận tốc cao nhưng không thể đònh vò trí
phát tín hiệu dòng chảy.
phát tín hiệu dòng chảy.

2.2.4
2.2.4
. Siêu âm Doppler xung
. Siêu âm Doppler xung


Nhu cầu cần xác đònh
Nhu cầu cần xác đònh
vò trí xuất phát
vò trí xuất phát
rối loạn
rối loạn
dòng chảy hoặc cần xác đònh vận tốc tại một
dòng chảy hoặc cần xác đònh vận tốc tại một
vùng cụ thể dẫn đến hính thành Doppler xung.
vùng cụ thể dẫn đến hính thành Doppler xung.



Một tinh thể truyền ra sóng siêu âm sau đó tạm
Một tinh thể truyền ra sóng siêu âm sau đó tạm
dừng truyền và quay ra nhận lại sóng hồi âm.
dừng truyền và quay ra nhận lại sóng hồi âm.

•
SADoppler kết hợp với hình SAhai chiều vì vậy có thể xác đònh
SADoppler kết hợp với hình SAhai chiều vì vậy có thể xác đònh
được vò trí cần đo bằng đặt “cửa sổ ghi” (sample volume) lên vò
được vò trí cần đo bằng đặt “cửa sổ ghi” (sample volume) lên vò
trí cần đo hiện trên màn hình
trí cần đo hiện trên màn hình


Doppler xung
Doppler xung

chủ yếu đo
chủ yếu đo

phổ Doppler qua van 2 lá kỳ tâm trương
phổ Doppler qua van 2 lá kỳ tâm trương

phổ Doppler tại buồng thoát thất trái giúp tính độ hẹp
phổ Doppler tại buồng thoát thất trái giúp tính độ hẹp
van động mạch chủ
van động mạch chủ

các luồng thông nối (shunt) trong tim.
các luồng thông nối (shunt) trong tim.

Doppler xung là
Doppler xung là
không đo được
không đo được
phổ có vận tốc quá lớn
phổ có vận tốc quá lớn
.
.

2.2.5.
2.2.5.
Siêu âm Doppler màu
Siêu âm Doppler màu

Người ta áp dụng nguyên lý
Người ta áp dụng nguyên lý

SÂ xung nhiều cửa
SÂ xung nhiều cửa


ghi để thu tín hiệu.
ghi để thu tín hiệu.

Tín hiệu từ các cửa Doppler này được
Tín hiệu từ các cửa Doppler này được
mã hóa
mã hóa


dưới dạng màu chồng lên hình ảnh siêu âm hai
dưới dạng màu chồng lên hình ảnh siêu âm hai
chiều tạo thành hình Doppler màu.
chiều tạo thành hình Doppler màu.



Mã hóa dòng chảy theo nguyên tắc :
Mã hóa dòng chảy theo nguyên tắc :

Dòng chảy về phía đầu dò : màu đỏ, dòng chảy đi xa đầu dò :
Dòng chảy về phía đầu dò : màu đỏ, dòng chảy đi xa đầu dò :
màu xanh. Có thể đảo ngược màu quy ước bằng nút trên máy.
màu xanh. Có thể đảo ngược màu quy ước bằng nút trên máy.

Dòng chảy tốc độ càng lớn có màu càng sáng : tốc độ dòng
Dòng chảy tốc độ càng lớn có màu càng sáng : tốc độ dòng

chảy tăng thì
chảy tăng thì
màu xanh thẫm
màu xanh thẫm
chuyển thành
chuyển thành
xanh tươi
xanh tươi
, màu
, màu
đỏ
đỏ


chuyển thành
chuyển thành
xanh lá cây
xanh lá cây
và
và
màu vàng
màu vàng
, thậm chí màu rất sáng
, thậm chí màu rất sáng
(trắng).
(trắng).

Nếu có hiện tượng phủ trùm màu : chỗ tăng tốc biến thành
Nếu có hiện tượng phủ trùm màu : chỗ tăng tốc biến thành
màu đối lập nhưng phai nhạt

màu đối lập nhưng phai nhạt
như màu
như màu
đo
đo
û biến thành màu
û biến thành màu
xanh
xanh
nhạt.
nhạt.

Nếu có dòng chảy rối (dòng chảy theo nhiều hướng và với tốc
Nếu có dòng chảy rối (dòng chảy theo nhiều hướng và với tốc
độ khác nhau) thì ở đó có hình khảm màu (mosaic) gồm đỏ,
độ khác nhau) thì ở đó có hình khảm màu (mosaic) gồm đỏ,
xanh, vàng xen kẽ nhau không theo trật tự nào.
xanh, vàng xen kẽ nhau không theo trật tự nào.


Doppler màu có ưu điểm là thể hiện dòng chảy
Doppler màu có ưu điểm là thể hiện dòng chảy
dưới dạng hình ảnh 2 chiều, nhờ vậy nhận đònh
dưới dạng hình ảnh 2 chiều, nhờ vậy nhận đònh
được hướng dòng chảy.
được hướng dòng chảy.

Nhược điểm của siêu âm Doppler màu là có số
Nhược điểm của siêu âm Doppler màu là có số
ảnh trong một giây thấp, độ phân giải kém.

ảnh trong một giây thấp, độ phân giải kém.