Nghiên cứu tạo ảnh siêu âm đàn hồi sử dụng sóng biến dạng dùng FDTD

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHÊ
----------

NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TẠO ẢNH SIÊU ÂM ĐÀN HỒI SỬ DỤNG SÓNG BIẾN DẠNG DÙNG
FDTD

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÔNG NGHÊ KỸ THUẬT ĐIÊN TỬ - VIỄN THÔNG

HÀ NỘI – 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHÊ
----------

NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TẠO ẢNH SIÊU ÂM ĐÀN HỒI SỬ DỤNG SÓNG BIẾN DẠNG DÙNG
FDTD

Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 8510302.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÔNG NGHÊ KỸ THUẬT ĐIÊN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRẦN ĐỨC TÂN

HÀ NỘI – 2018


1

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, căn bệnh ung thư đã cướp đi nhiều sinh mạng
của rất nhiều người trên thế giới. Việt Nam là quốc gia nằm trong vùng dịch tễ
có tỷ lệ viêm gan cao nên có tỷ lệ ung thư gan cao.Theo báo cáo của WHO vào
năm 2016,Việt Nam đứng thứ hai trên bản đồ ung thư thế giới, mỗi ngày có
khoảng 315 người chết vì ung thư [2]. Trong đóung thư gan là căn bệnh phổ
biến nhất. Ước tính trung bình mỗi năm cả nước có trên 10.000 ca ung thư gan
mới phát hiện chiếm tỷ lệ cao nhất thế giới.Ở các quốc gia đang phát triển như
nước ta, bệnh thường được chẩn đoán ở giai đoạn cuối nên biện pháp điều trị
cao hất là ghép gan cũng không đạt hiệu quả cao vì khi đó ung thư đã xuất hiện
tại các tạng khác, có khả năng lây lan vào gan mới ghép, tỷ lệ sống sót sau 5
năm chưa đến 10%. Trong khi đó nếu bệnh nhân ung thư gan được phát hiện ở
giai đoạn đầu nếu được phẫu thuật triệt để hoặc ghép gan sẽ mang lại kết quả
tốt. Vì vậy việc phát hiện, chuẩn đoán ung thư sớm là vấn đề cần được quan
tâm.
Để có thể giúp người bệnh phát hiện sớm các u lạ trong cơ thể, hiện nay
y học thường sử dụng phương pháp chụp ảnh siêu âm. Tuy nhiên, gan là một bộ
phận nằm sâu bên trong cơ thể, rất khó để xác định. Các phương pháp như XRay, MRI hay chụp PET hay phẫu thuật sinh thiết tuy cho kết quả tốt nhưng lại
tốn kém về chi phí và thời gian, ngoài ra còn có những ảnh hưởng không tốt
đến cơ thể. Vì vậy, việc sử dụng kỹ thuật sóng biến dạng đàn hồi là một trong
những phương pháp hiệu quả được đưa ra trong việc chuẩn đoán sớm ung thư.
Luận văn được trình bày trong ba chương. Chương 1 trình bày tổng
quan về lý thuyết siêu âm, cấu tạo, nguyên tắt hoạt động của máy siêu âm, kỹ

thuật tạo ảnh siêu âm. Chương 2 trình bày kĩ thuật tạo ảnh đàn hồi, cơ sở ước
lượng các tham số độ đàn hồi và độ nhớt. Chương 3 thực hiện mô phỏng lan
truyền sóng sử dụng mô hình FDTD, ước lượng các tham số độ đàn hồi và độ
nhớt của mô bằng thuật toán đảo ngược đại số AHI từ đó tạo ảnh đàn hồi trong
môi trường 2D qua mô phỏng MATLAB
Luận văn đã thành công trong việc ước lượng độ đàn hồi và độ nhớt của
mô bằng phương pháp FDTD sử dụng thuật toán đảo ngược đại số Helmholtz
(AHI), từ đó dựng ảnh khối u trong môi trường 2D.


2

LỜI CẢM ƠN
Xuất phát từ những ý nghĩa thực tế của việc phát hiện sớm ung thư giúp
người bệnh có thể chữa khỏi, giảm tỉ lệ tử vong vì căn bệnh này, luận văn là kết
quả của quá trình nghiên cứu lý luận và thực tiễn của cá nhân tác giả dựa trên
sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Trần Đức Tân. Thầy đã không
quản khó khăn, thời gian, công sức để giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Đức Tân. Được thầy hướng dẫn là một
vinh hạnh lớn của cá nhân tác giả, bởi lẽ thầy là một nhà giáo trẻ, mẫu mực, say
mê nghiên cứu khoa học, là người có phương pháp nghiên cứu, có nhiều đóng
góp cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học .
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo và bạn bè trong lớp
K23 chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, Khoa Điện Tử – Viễn Thông, Trường Đại
học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã có những nhận xét, góp ý cho luận
văn này của tôi.
Luận văn được hỗ trợ một phần từ đề tài mã số CA.17.6A do trung tâm
Hỗ trợ Nghiên cứu châu Á tài trợ.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tôi, cơ quan tôi đang công
tác, những người đã tạo điều kiện cho tôi học tập và nghiên cứu. Gia đình là

động lực cho tôi vượt qua những thử thách, luôn luôn ủng hộ và động viên tôi
hoàn thành luận văn này.


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là sản phẩm của quá trình nghiên cứu, tìm
hiểu của cá nhân dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo của các thầy hướng dẫn, thầy cô
trong bộ môn, trong khoa và các bạn bè. Tôi không sao chép các tài liệu hay
các công trình nghiên cứu của người khác để làm luận văn này.
Nếu vi phạm, tôi xin chịu mọi trách nhiệm.

Nguyễn Mạnh Cường


4

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ 2
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................. 6
DANH MỤC BẢNG................................................................................................... 7
CHƯƠNG I............................................................................................................... 8
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT...................................................................................... 8
1.1. TỔNG QUAN VỀ SIÊU ÂM.................................................................................8
1.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA SÓNG SIÊU ÂM........................................................................9
1.3. MÁY SIÊU ÂM...............................................................................................10
1.4. CÁC LOẠI KỸ THUẬT SIÊU ÂM (MODE SIÊU ÂM)............................................13

1.5. KỸ THUẬT TẠO ẢNH SIÊU ÂM......................................................................14
CHƯƠNG II............................................................................................................ 16
CÁC KỸ THUẬT TẠO ẢNH ĐÀN HỒI..........................................................................16
2.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TẠO ẢNH SIÊU ÂM ĐÀN HỒI.................................16
2.1.1 Siêu âm đàn hồi tĩnh........................................................................16
2.1.2 Siêu âm đàn hồi động.......................................................................19
2.2. CƠ SỞ ƯỚC LƯỢNG........................................................................................23
2.2.1. Giới thiệu........................................................................................23
2.2.2 Complex Shear Modulus – Modul sóng trượt phức..........................24
2.2.3 Phương trình truyền sóng biến dạng................................................25
2.2.4 Ước lượng các tham số CSM dựa trên mô hình Kelvin-Voigt..........25
CHƯƠNG III........................................................................................................... 27
TẠO ẢNH ĐÀN HỒI SỬ DỤNG SÓNG BIẾN DẠNG.....................................................27
3.1 GIỚI THIỆU.....................................................................................................27
3.2 BIỂU DIỄN LAN TRUYỀN SÓNG BẰNG FDTD.................................................27
3.3 ÁP DỤNG THUẬT TOÁN AHI ĐỂ ƯỚC LƯỢNG CSM.......................................30
3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.....................................................................................31
KẾT LUẬN.............................................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 44


5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
FDTD
EKF
CSM
AHI

L

Đơn vị

m/s
Pa
Pa.s
Pa
Pa.s
Hz

Ý nghĩa
Sai phân hữu hạn trên miền thời
Bộ lọc Kalman mở rộng
Modul sóng trượt phức
Thuật toán đảo ngược đại số Helmholtz
Vận tốc sóng biến dạng
Mật độ khối của môi trường
Độ đàn hồi nhớt của môi trường
Độ đàn hồi của môi trường
Độ nhớt của môi trường
Tần số quét

DANH MỤC HÌNH ẢNH


6

1.1

1.2

1.3
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14

Một ca siêu âm ổ bụng
Cấu tạo máy siêu âm bên ngoài (Máy siêu âm DC-70 Mindray)
Đầu dò siêu âm
Hình ảnh khác biệt giữa khối u và môi trường xung quanh
Sơ đồ thực nghiệm tạo và đo sóng biến dạng
Vận tốc sóng trong không gian sử dụng phương trình sóng
Vận tốc sóng trong không gian sử dụng FDTD
Vận tốc sóng theo thời gian ở điểm thứ 2 và 17
Vận tốc sóng theo miền không gian
Ước lượng độ đàn hồi với các tần số khác nhau

Ước lượng độ nhớt với các tần số khác nhau
Sai số khi ước lượng độ đàn hồi với các tần số khác nhau
Sai số khi ước lượng độ nhớt với các tần số khác nhau
Ảnh độ đàn hồi lý tưởng
Ảnh độ nhớt lý tưởng
Ảnh độ đàn hồi khôi phục
Ảnh độ nhớt khôi phục
Ảnh độ đàn hồi khôi phục ( có nhiễu )
Ảnh độ nhớt khôi phục ( có nhiễu )

8
11
12
17
23
29
29
32
33
34
34
35
36
38
39
40
40
41
42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số độ nhớt và độ đàn hồi của mô hình mô phỏng
Bảng 3.2 Sai số tối đa ước tính CSM đối với các vùng trong môi trường

31
35


7

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về siêu âm
Siêu âm (Ultrasound/Sonography) – là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh
không xâm lấn được áp dụng phổ biến trong y tế. Phương pháp tạo ảnh này sử
dụng sóng siêu âm (sóng âm có tần số cao) để xây dựng và tái tạo hình ảnh về
các cấu trúc bên trong của cơ thể. Những hình ảnh thu được cung cấp thông tin
hữu ích trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh. Do hình ảnh siêu âm được ghi
nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh về cấu trúc và sự
chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể người kể cả hình ảnh dòng máu
đang chảy trong các mạch máu [5].

Hình 1.1. Một ca siêu âm ổ bụng1
+ Mục đích của siêu âm?
- Khảo sát các bộ phận, cơ quan trong cơ thể người như : siêu âm ổ bụng tổng
quát, sản khoa, tim mạch, phụ khoa, tiết niệu, tiền liệt tuyến, tuyến giáp, tuyến
vú, các bộ phận nhỏ, cơ xương khớp, tinh hoàn …
11 />

8

- Siêu âm dẫn đường cho sinh thiết và hỗ trợ các kỹ thuật y học khác trong việc
chuẩn đoán xác định ung thư.
+ Nguyên lý hoạt động của siêu âm.
Siêu âm dựa trên nền tảng là nguyên lý định vị bằng sóng siêu âm
(sonar)-một kỹ thuật dùng để phát hiện các vật thể dưới nước[27]. Trong khi
siêu âm, bác sỹ sử dụng đầu dò (transducer) tỳ sát lên da, đầu dò có chức năng
vừa phát vừa thu sóng siêu âm.
Khi siêu âm, các tinh thể bên trong đầu dò phát ra các sóng siêu âm
truyền vào bên trong cơ thể. Các mô, xương và chất lỏng trong cơ thể có đặc
tính của môi trường ( đặc trưng bởi mật độ khối của môi trường và độ đàn hồi)
khác nhau, sóng âm sẽ được hấp thụ một phần hoặc truyền qua - một phần phản
xạ lại sóng âm và quay ngược trở lại đầu dò. Đầu dò thu nhận sóng âm phản
hồi, gửi các thông tin này tới bộ xử lý, sau khi phân tích các tín hiệu phản hồi
bằng các phần mềm và thuật toán xử lý ảnh, kết hợp các thông tin để xây dựng
và tái tạo thành hình ảnh siêu âm mà chúng ta nhìn thấy trên màn hình.
1.2. Đặc điểm của sóng siêu âm
Cơ chế phát sóng âm: Sóng âm được tạo ra do chuyển đổi năng lượng
từ điện thành dạng sóng phát ra từ các đầu dò, có cấu trúc cơ bản là gốm áp
điện (piezo-electric)[5]. Sóng âmkhi truyền qua chân không sẽ không có hiện
tượng rung vì vậy nó chỉ truyền qua vật chất.
Một trong những đặc điểm cơ bản nhất là tần số sóng âm phụ thuộc vào
bản chất của vật. Tùy vào từng môi trường mà có độ rung khác nhau. Đơn vị đo
tần số là Hertz, tức là số dao động trong một giây.
- Bản chất của Siêu âm : là các sóng âm dao động có tần số > 20.000Hz
(20kHz). Trong lĩnh vực Y tế người ta dùng sóng âm có tần số từ 2 MHz đến 20
MHz .
Tính chất của sóng siêu âm:
+ Tính chất suy giảm và hấp thu:

Trong môi trường có cấu trúc đồng nhất, sóng âm lan truyền và bị mất
năng lượng dần gọi là suy giảm. Sự suy giảm này tuân theo luật nghịch đảo của
bình phương khoảng cách. Khi đi qua môi trường, sóng siêu âm bị môi trường
hấp thụ nên cường độ của nó sẽ giảm dần. Tuy nhiên sự mất năng lượng trong


9

siêu âm không giống bức xạ tia X, vì ở đây còn có hiệu ứng quang từ hoặc hiệu
ứng Compton. Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc vào độ cứng và tỷ trọng của
môi trường vật chất xuyên qua, trong cơ thể người: mỡ 1450; nước 1480; mô
mềm 1540; xương 4100 m/s [15].
+ Tính chất phản xạ hay phản hồi:
Trong môi trường có cấu trúc không đồng nhất, một phần sóng âm sẽ
phản hồi ở mặt phẳng thẳng góc với chùm sóng âm tạo nên âm dội hay âm
vang (echo), phần còn lại sẽ lan truyền theo hướng của chùm sóng âm phát ra.
Đặc điểm của siêu âm là khi đi qua mặt ngăn cách giữa hai môi trường khác
nhau, sóng âm bị phản xạ rất mạnh. Như vậy, ở đường ranh giới giữa hai môi
trường có trở kháng âm (acoustic impedance Z) khác nhau tùy thuộc cấu trúc
của vật chất đặc biệt là số nguyên tử. Sóng phản hồi sẽ thu nhận bởi đầu dò, sau
đó được xử lý trong máy và truyền ảnh lên màn hình (display), hoặc ghi lại trên
phim, giấy in hoặc trên băng đĩa từ. Tất nhiên các sóng phản hồi không được
thu nhận bởi đầu dò sẽ bị biến mất theo luật suy giảm.
+ Sự khúc xạ, nhiễu âm:
Khi chùm sóng đi qua mặt phẳng phân cách với một góc nhỏ, chùm âm
phát ra sẽ bị thụt lùi một khoảng so với chùm âm tới còn gọi là nhiễu âm.
Chính điều này sẽ tạo ra ảnh giả.
1.3. Máy siêu âm
1.3.1. Phân loại máy siêu âm
Máy siêu âm được chia thành nhiều loại khác nhau tùy vào hình dáng,

công nghệ hay phạm vi ứng dụng…
Phân loại theo hình dạng cấu trúc : máy siêu âm xe đẩy có thể di
chuyển, máy siêu âm để bàn, máy siêu âm cầm tay.
Phân loại theo công nghệ : Máy siêu âm đen trắng, máy siêu âm màu,
máy siêu âm Doppler, máy siêu âm 3D/4D...
Phân loại theo phạm vi ứng dụng : Máy siêu âm tim mạch, máy siêu
âm tổng quát, máy siêu âm sản/phụ khoa…
1.3.2. Cấu tạo máy siêu âm
Các bộ phận của máy siêu âm bao gồm :
- Đầu dò : Được sử dụng để phát và thu nhận tín hiệu sóng siêu âm.
- Hệ thống xử lý tín hiệu (phần cứng + phần mềm): Dùng cho việc xử lý
các tín hiệu thu được từ đầu dò, tái tạo hình ảnh và hiển thị lên màn hình.


10

- Hệ thống nhập liệu, tương tác : Hệ thống này bao gồm bàn phím chức
năng và trackball (hoặc màn hình cảm ứng - nếu có), sử dụng để nhập liệu bệnh
nhân, lựa chọn thông số, chuyển đổi đầu dò…
- Màn hình :Được sử dụng để hiển thị hình ảnh siêu âm sau khi xử lý
(một số dòng siêu âm cao cấp có thêm màn hình cảm ứng để tăng tốc độ và khả
năng tương tác trong quá trình siêu âm)
- Máy in : Dùng để in kết quả siêu âm (sử dụng máy in nhiệt hoặc máy
in thông thường qua máy tính).

Hình 1.2. Cấu tạo máy siêu âm bên ngoài (Máy siêu âm DC-70 Mindray)2
Đầu dò siêu âm.
Đầu dò (Transducer - Probe)[6]: 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. Ngược lại khi miếng áp điện rung lên do sóng
2 />

11

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 được sẽ chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu này sẽ được
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 đầu dò có
hình dạng và kích thước khác nhau. Các đầu dò quét được nhờ một hệ thống cơ
khí hay điện tử, với chùm thăm dò theo hình chữ nhật hay rẻ quạt.
+ Đầu dò quét cơ học:
Trong đầu dò có bộ chuyển động được gắn với tinh thể gốm áp điện hoặc
một tấm gương phản âm. Chức năng của bộ này giống như 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 gương.
+ Đầu dò quét điện tử:
Các tinh thể gốm áp điện được xếp thành một dãy theo chiều ngang
(tuyến tính), được mở ra một cửa sổ (aperture) nhỏ lớn phụ thuộc vào số lượng
tinh thể, chiều rộng của chùm sóng âm khi phát ra.

Hình 1.3. Đầu dò siêu âm3
Một số loại đầu dò phổ biến như 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 được thực hiện với đầu dò bên ngoài da,
3 />

12

một số loại siêu âm thực hiện bên trong cơ thể (invasive ultrasound). Trong
trường hợp này,đầu dò được gắn vào một que đo và được đưa vào bên trong
bằng các con đường mở tự nhiên. Một số siêu âm thuộc loại này bao gồm :
– Transesophageal echocardiogram (siêu âm tim qua thực quản): đầu dò
được đưa vào bên trong thực quản để thu các hình ảnh của tim.
– Transrectal ultrasound (siêu âm qua trực tràng): đầu dò được đưa vào
bên trong hậu môn để quan sát trực tràng, tuyến tiền liệt.
– Transvaginal ultrasound (siêu âm qua âm đạo): đầu dò được đưa vào
bên trong âm đạo để quan sát tử cung & buồng trứng.
1.4. Các loại kỹ thuật siêu âm (mode siêu âm).
Siêu âm kiểu A (Amplitude): Ghi lại sóng phản hồi bằng những xung
nhọn, mà vị trí tương ứng với chiều sâu và biên đô tỷ lệ thuận với cường độ của
âm vang (echo). Biên độ xung tín hiệu được xác định bởi cường độ của xung
siêu âm phản xạ và vị trí của nó được xác định bởi thời gian mà xung siêu âm
đã lan truyền[1]. Kiểu A ít có giá trị về chẩn đoán mà thường dùng để kiểm tra
sự chính xác của máy siêu âm.
Siêu âm kiểu B hay 2 chiều (2D): Mỗi sóng xung kiểu A đều được ghi
lại bằng một chấm sáng nhiều hay ít tùy theo cường độ của âm dội. Sự di
chuyển của đầu dò trên da bệnh nhân cho phép ghi lại cấu trúc âm của các mô
trong cơ thể nằm trên mặt phẳng quét của chùm tia, đây là phương pháp siêu
âm cắt lớp (Echotomography). Trong kiểu quét tự động bằng máy, tốc độ quét
khá nhanh do đó hình ảnh thu được là một hình ảnh động và tức thời. Hình ảnh
các lớp cắt sẽ nối tiếp nhau nhanh chóng, nhờ hiện tượng lưu ảnh võng mạc
nên ta nhìn thấy ảnh liên tục, không tách rời từng lớp.
Siêu âm kiểu Động (Dynamic): Là một kiểu hai chiều với tốc độ quét
nhanh, tạo nên hình ảnh theo thời gian thực (real time). Kiểu Động so với kiểu
B được ví nhưquay phim so với chụp ảnh.
Siêu âm kiểu M (TM - Time Motion): Trong kiểu siêu âm này âm vang
sẽ ghi lại theo kiểu A, nhưng chuyển động theo thời gian nhờ màn hình quét

ngang thường xuyên. Do đó những cấu trúc đứng yên trên màn hình là một
đường thẳng, còn những cấu trúc chuyển động là một đường cong ngoằn nghèo
tùy theo sự chuyển động của cơ quan thăm khám[5]. Siêu âm kiểu này thường
dùng để khám tim.


13

Siêu âm kiểu Doppler (Động): Dùng hiệu ứng Doppler của siêu âm để
đo tốc độ tuần hoàn, xác định hướng của dòng máu và đánh giá lưu lượng máu.
Có 3 loại Doppler: Doppler liên tục, Doppler xung, Doppler màu, người ta
thường phối hợp hệ thống Doppler với siêu âm cắt lớp theo thời gian thật gọi là
siêu âm DUPLEX. Ngày nay người ta còn mã hóa các dòng chảy của siêu âm
chính là siêu âm động-màu, siêu âm Doppler năng lượng (Power Doppler), siêu
âm tổ chức (tissue doppler) và siêu âm chiều rất tiện cho việc thăm khám timmạch, sản khoa.
Siêu âm kiểu 3D. Trong những năm gần đây siêu âm 3D đã được 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 phương pháp dựng hình máy tính và một
loại được 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 người ta bố trí các chấn tử nhiều hơn
theo hình ma trận, phối hợp với phương pháp quét hình theo chiều không gian
nhiều mặt cắt, các mặt cắt theo kiểu 2D này được máy tính lưu 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 tương đối phức tạp và đặc biệt là giá thành cao.
1.5.Kỹ thuật tạo ảnh siêu âm
Siêu âm (ultrasound) là một phương 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 trong cơ thể[6]. Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực
nên nó có thểcho 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 được 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 Bmode, 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 trường khác
nhau. “Độ phân giải không gian” trên bậc của một bước sóng có thể thu được
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 được chia thành độ phân giải ngang, độ phân giải dọc trục và slice


14

thickness). Mặc dù chất lượng hình ảnh có thể xấu đi do sự sai lệch pha và biên
độ, nhưng 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 thường là chủ
quan và phụ thuộc vào chuyên môn và kinh nghiệm của người điểu khiển. Kỹ
thuật tạo ảnh B-mode còn mắc một nhược điểm lớn đó là chất lượng hình ảnh
còn hạn chế, không thể phát hiện được các khối u nhỏ hơn bước sóng.
Ưu nhược điểm
Trong y học ngày nay, chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh là một công cụ đắc
lực giúp cho các bác sỹ trong việc phát hiện sớm để điều trị bệnh. Siêu âm là
một phương pháp chuẩn đoán bệnh được sử dụng phổ biến với các ưu điểm nổi
trội so với các phương pháp khác như CT, MRI, X - quang, do tính an toàn vì
không sử dụng các phóng xạ ion hóa, không sử dụng từ trường mạnh (từ trường
mạnh có thể tác động tới các vật kim loại trong cơ thể), thực hiện đơn giản, giá

thành lại tương đối rẻ so với các phương pháp nêu trên. Tuy nhiên, sóng siêu
âm bị cản trở bởi hơi hoặc không khí do đó siêu âm không phải là phương tiện
chẩn đoán hình ảnh lý tưởng cho ruột (tạng rỗng) và những cơ quan bị ruột che
khuất hoặc khi muốn khảo sát về dạ dày, ruột non, ruột già. Sóng âm khó xuyên
thấu được xương và do đó chỉ có thể nhìn thấy được mặt ngoài của các cấu trúc
xương chứ không nhìn được những gì nằm bên trong. Vì vậy, ta có thể kết hợp
các phương pháp chẩn đoán hình ảnh khác nhằm tăng cao độ chính xác.


15

CHƯƠNG II
CÁC KỸ THUẬT TẠO ẢNH ĐÀN HỒI
2.1 Tổng quan về kỹ thuật tạo ảnh siêu âm đàn hồi
Siêu âm đàn hồi là việc sử dụng áp lực để rời chỗ mô và sau đó theo dõi
chuyển động gây ra trong mô. Ảnh đàn hồi được đặc trưng bởi một số bước
chung, trong đó các mô được nhấn cơ học bởi lực bên ngoài hoặc bên trong
bằng nhiều phương pháp khác nhau. Sự dời mô bởi các lực này được đo thông
qua các thiết bị nhạy pha như siêu âm, chụp ảnh cộng hưởng từ MRI hoặc
OCT… bằng cách ước tính chuyển dịch hoặc vận tốc chuyển dịch mô. Trong
trường hợp tạo ảnh siêu âm, ta có thể sử dụng phương thức băng rộng để thu
thập chuỗi dữ liệu theo thời gian và phương pháp tương quan chéo để ước
lượng khoảng cách giữa các âm dội về.
Có hai phương pháp đo độ đàn hồi chính đó là quasistatic (còn được gọi
là "static, tĩnh") và dynamic[15]. Staticđược dùng khi mô phản ứng với một sự
đè ấn chậm duy nhất dùng để đo độ cứng mô. Dynamic được dùng khi mô
phản ứng với sự đè ấn nhanh hoặc rung động đây chính là kỹ thuật siêu âm đàn
hồi sử dụng sóng biến dạng.

2.1.1 Siêu âm đàn hồi tĩnh

Hiện nay siêu âm đàn hồi tĩnh là hình thức phổ biến đểtạo ảnh đàn hồi.
Trong phương pháp này, một đè ấn duy nhất, rất nhỏ được áp dụng (thường ít
hơn 0,5 mm), bằng cách ấn bằng chính đầu dò siêu âm, và dời chỗ mô được đo
ở mỗi độ sâu hoặc khoảng cách từ đầu dò bằng cách sử dụng hàm tương quan
chéo. Mức độ thay đổi trong khoảng dời chỗ mô là một hàm của khoảng cách
từ đầu dò được gọi là "mô căng" và sẽ được hiển thị như là một hình ảnh. Với
vật liệu mềm, mức độ thay đổi trong sự dời chỗ lớn với các vật chất gần
với đầu dò, và xa đầu dò thì dời chỗ ít nhất. Ở vật liệu rất cứng, chẳng hạn như
trong một khối thép, áp lực làm toàn bộ khối để di chuyển được một đơn vị với
phần xa đầu dò chuyển động giống như phần gần với đầu dò. Vì vậy, tỷ lệ thay
đổi trong sự dời chỗ từ rìa gần của khối với rìa xa là gần bằng zero. Vì vậy, vật
liệu cứng cho thấy các giá trị căng rất thấp và vật liệu mềm có giá trị căng lớn
hơn. Trên elastogram, các giá trị căng thấp thường được hiển thị như dark (tối),
trong khi các giá trị lớn được hiển thị bright (sáng) . Khối u thường cứng hơn
môi trường xung quanh nên hiểu hiện là một khối tối nhúng trong một nền sáng


16

hơn. Trên máy với màn hình màu, các giá trị căng thấp thường được hiển thị
như green (xanh lá cây) hoặc blue (xanh dương) và các giá trị biến dạng lớn,
là yellow(vàng) hay red (đỏ).

Hình 2.1. Hình ảnh khác biệt giữa khôi u và môi trường xung quanh
Bản đồ đàn hồi [elastogram] là hình của độ cứng tương đối vì số lượng
áp lực do ấn đầu dò sẽ thay đổi số lượng mô dời chỗ và thay đổi mức độ trong
sự dời chỗ. Về lý thuyết có thể tính một cách đo độ cứng khách quan hơn được
gọi là độ đàn hồi Young (Young’s modulus) từ các giá trị căng, nhưng để làm
một ước tính đáng tin cậy, cần phải biết đè ấn bao nhiêu và sự dời chỗ đã áp
dụng và điều kiện gì hiện có ở ranh giới mô. Phương trình tương quan giữa độ

đàn hồi Young (E) và vận tốc sóng biến dạng là: E = nV2 , trong đó n là một
hằng số tỉ lệ nghịch liên quan đến tỷ lệ Poisson có giá trị vào khoảng 3 cho hầu
hết các mô. Thu thập thông tin này vô cùng khó khăn và do đó, tái tạo lại mô
đun đàn hồi trong lâm sàng không thực hiện được.
Tạo ảnh siêu âm đàn hồi tĩnh đã được áp dụng cho nhiều cơ quan khác
nhau và trong bệnh học. Ứng dụng đầu tiên là phân biệt u vú lành tính và ác


17

tính, và breast elastography là dạng siêu âm đàn hồi vẫn còn được thực hành
rộng rãi nhất hiện nay. Để có một elastogram vú, bệnh nhân nằm ngửa và mô
vú được nén bằng đầu dò vào thành ngực. Ban đầu đè ấn do máy tính kiểm
soát, sau được thay thế bằng kỹ thuật ấn tự do (free hand technique), thực hiện
dễ dàng trong khám siêu âm vú kiểm tra; đè ấn thường cũng đủ. Bình thường
chuyển động thở của bệnh nhân cũng đủ chống lại áp lực của transducer để có
được một elastogram chất lượng tốt. Bởi vì có rất nhiều vùng tương đối tối
không có ý nghĩa lâm sàng có thể xuất hiện trên elastogram, elastogram luôn
luôn được xem cùng với hình siêu âm từ chính vị trí tương tự; hoặc elastogram
chồng lên hình siêu âm như một lớp phủ màu. Thủ thuật này giúp so sánh một
tổn thương trên siêu âm với biểu hiện đàn hồi của nó.
Thêm vào việc phân biệt khối rắn lành tính và ác tính, breast
elastography đã tỏ ra hữu ích để chẩn đoán trong tổn thương nang, thường giả
dạng như khối u đặc. Khi chất lỏng được nén, các hạt nằm rải rác trong nó di
chuyển ngẫu nhiên hơn các tán xạ trong mô đặc, gây ra xảo ảnh trên
elastogram, làm dễ chẩn đoán là nang có cặn. Thật không may, loại chính xác
của artifact gây ra phụ thuộc vào cách phần mềm xử lý mất tương quan xảy ra
bên trong nang, vì không có biểu hiện tiêu chuẩn áp dụng cho tất cả các máy
siêu âm. Với thời gian, người dùng phải làm quen với biểu hiện của nang trên
các máy mà họ sử dụng.

Elastograms thường được sử dụng để đánh giá một khối lành tính hay ác
tính trên siêu âm. Hai tính năng hữu ích nhất trong việc phân biệt là độ cứng
tương đối của tổn thương và kích thước của các tổn thương trên elastogram so
với hình siêu âm. Ung thư có xu hướng cứng (tối hơn) nhiều hơn so với các mô
xung quanh, trong khi tổn thương lành tính có xu hướng có độ cứng tương tự
như mô xung quanh. Một tổn thương lành tính thấy rõ trên siêu âm có thể gần
như vô hình trên elastogram. Bởi vì ung thư thường liên quan đến mô xung
quanh, tạo ra một viền dày có echo, elastogram sẽ thường xuyên hiển thị tổn
thương lớn hơn đáng kể so với hình siêu âm. Với hai tính năng này, hầu hết các
nghiên cứu đã thông báo cáo các đường cong ROC trong phạm vi 0,90-0,95,
với ý nghĩa có hiệu suất tốt. Thay vì chẩn đoán ung thư, elastography thường
được dùng để tăng sự chắc chắn về lâm sàng một tổn thương có vẻ lành tính, có
nghĩa là tránh được sinh thiết, chỉ cần theo dõi. Theo thống kê, có khoảng 15%
tổn thương có thể tránh làm sinh thiết mà không làm tăng tỷ lệ ung thư bị bỏ
qua.


18

Một số yếu tố có thể làm cho hình bị nhiễu hoặc gây hiểu lầm. Đè ấn đầu
dò quá mức làm cứng mô xung quanh, và làm cho ung thư không khác so với
mô xung quanh. Quá nhiều áp lực cũng gây ra chuyển động sang bên [sideways
movement] của khối u, gây nhiễu và xảo ảnh trong elastogram, làm khó diễn
giải hơn. Quá nhiều hoặc quá ít chuyển động đầu dò khi đè ấn có thể làm cho
phương pháp tương quan (cross-correlation method) để phát hiện mô dời chỗ
thất bại, gây ra xảo ảnh và gây hiểu nhầm các vùng "tối". Hầu hết các nhà sản
xuất có đặt một chỉ số chất lượng hình (quality indicator) trên elastogram để hỗ
trợ người sử dụng trong việc lựa chọn những hình ảnh đúng để giải thích. Chỉ
số chất lượng, có thể được hiển thị như một giá trị số hoặc là một thanh màu, để
ước tính chính xác giá trị căng trong hình elastogram. Một số nhà sản xuất sẽ

"xám hoá" các hình ảnh không có giá trị để ngăn việc sử dụng trong chẩn đoán.
Các phương pháp đánh giá hình elastogram có chất lượng vẫn còn rất thay đổi
và hầu hết chưa được chứng minh về lâm sàng.
Do đó cần thực hành nhiều để khám và giải thích elastogram. Thiếu huấn
luyện đầy đủ có thể là nguyên nhân của một số báo cáo về hiệu suất kém của
đơn vị elastography lâm sàng. Chưa có một hệ thống huấn luyện tiêu chuẩn
hóa, nhưng sẽ rất hữu ích cho việc cải thiện tính hữu dụng của elastography.
Với sự phát triển của các máy thương mại, tạo ảnh siêu âm đàn hồi tĩnh
đã được thử nghiệm ở nhiều cơ quan với nhiều thành quả. Hạch bạch huyết,
nhân tuyến giáp và ung thư tuyến tiền liệt đã được chẩn đoán thành công với
tạo hình đàn hồi. Hình căng của mảng xơ vữa và thành mạch được tạo ra nhờ
sử dụng mạch đập tự nhiên của các mạch máu thay vì dùng áp lực trực tiếp. Nỗ
lực đánh giá độ căng có tính định lượng bằng cách sử dụng chỉ số căng trong
một tổn thương với sự căng trong mô liền kề giúp chẩn đoán tổn thương, nhưng
chưa có sự đồng thuận thực sự trên chỉ số sử dụng hoặc giá trị nào đại diện cho
ngưỡng chẩn đoán. Những cải tiến hơn nữa trong cả chất lượng hình ảnh và
định lượng có thể dự kiến được.

2.1.2 Siêu âm đàn hồi động
Thông thường, phương pháp tạo ảnh đàn hồi động có thể được chia thành
2 loại tùy theo phương pháp kích thích đó là kích thích bên ngoài hoặc bên
trong. Kích thích bên ngoài được thực hiện với rung động được tạo ra ở ranh
giới bên ngoài cơ thể. Trong khi đó, kích thích bên trong gây ra bởi rung động
gây ra bên trong vật thể, ví dụ bức xạ, lực từ hoặc thông qua năng lượng cơ học


19

của rung động được kết hợp thông qua một kim được chèn vào mô trong cơ thể
con người.

Phương pháp kích thích nội
Có một số phương pháp tiếp cận kích thích sóng nội. Dời chỗ vật liệu
trong vật thể có thể được tạo ra bằng bộ rung sử dụng kim hoặc que thủy
tinh[6] được sử dụng để ước lượng CMS trong cơ thịt bò bằng phương pháp tạo
ảnh sử dụng sóng biến dạng. Vận tốc sóng biến dạng dọc theo cơ bò lớn hơn
sóng khi cắt qua cơ bò khi thực hiện ước lượng CMS theo cả hai hướng.
Trong nghiên cứu khác để ước lượng tính chất đàn hồi nhớt của xơ hóa
gan trong mô hình động vật [28] sử dụng bộ điều khiển kim cho thấy, độ cứng
của mô gan tăng lên một cách có hệ thống với mức độ xơ hóa gan. Cách tiếp
cận xâm lấn này tạo sự dịch chuyển trong tần số 10-500 Hz. Tuy nghiên
phương pháp này bị giới hạn bởi giới hạn của chuyển động cơ học khi kim có
thể bị trượt ở tần số rung cao hơn.
Một số khác sử dụng phương pháp lực bức xạ cổ điển, hoặc bằng cách
dịch chuyển vật tán xạ lớn hoặc các vật liệu tán xạ yếu như mô. Cả hai phương
pháp đều dựa trên việc truyền động lượng từ xung nén thông qua sự tán xạ hoặc
tương tác hấp thụ giữa sóng và mô [10,21] .
Một phương pháp tương tự được thực hiện [9] đã ước tính được tính chất
nhớt của của các gelatin phantoms trong dải tần số lên đến 1kHz. Các phương
pháp này có thể được sử dụng để ước tính các tính chất của vật liệu có CSM
trung bình xung quanh khối. Phương pháp này cung cấp thông tin trung bình về
không gian xung quanh đối tượng bị dịch chuyển.
ARFI (acoustic radiation force impulse imaging ) [13] sử dụng siêu âm
tập trung để thực hiện lực bức xạ cục bộ trong mô, nơi mà xung lượng sóng
được truyền qua sự suy giảm. Kết quả của sự dịch chuyển mô được ánh xạ
bằng phương pháp dựa trên tương quan siêu âm. Sự dịch chuyển mô tỉ lệ
nghịch với độ cứng của mô , trong đó một vùng mô cứng thể hiện sự dịch
chuyển ít hơn so với vùng mô mềm hơn. Đây là đánh giá định tính về độ đàn
hồi. Một số phương pháp khác dựa trên phương pháp tiếp cận ARFI đã được
phát triển và một số trong đó đã được thực hiện lâm sàng. Kĩ thuật dựa trên
ARFI [8] được đặt tên là siêu âm cắt hình ảnh SSI ( supersonic shear imaging ),

đã được thực hiện trong các hệ thống lâm sàng. Cách tiếp cận là tạo ra sóng
biến dạng bán phẳng sử dụng kích thích lực bức xạ liên tiếp, kết quả được thu
qua máy quét siêu âm siêu nhanh (5000frame/s). Từ đó họ có thể cung cấp
được modul đàn hồi của vật liệu. Gần đây họ đã đề xuất mở rộng phương pháp


20

để phát triển quang phổ sóng biến dạng , có thể tái tạo đặc tính đàn hồi nhớt của
vật liệu từ ROI.
Khả năng tạo sóng biến dạng cục bộ cung cấp khả năng ước lượng tính
chất tính chất của vật liệu tốt hơn so với phương pháp ngoài. Có vài lý do cho
việc này. Các mô nằm sâu bên trong cơ thể có thể được tạo ảnh trên băng thông
lớn hơn của sóng biến dạng kích thích ngoại trong điều kiện thực tế có tần số
thấp hơn 100 Hz . Hơn nữa, việc truyền sóng cục bộ cho phép ước lượng chính
xác các tính chất của vật liệu so với kích thích bên ngoài, nơi các đặc tính sóng
có thể bị thay đổi đáng kể do môi trường truyền sóng.
Giới hạn của phương pháp kích thích nội phụ thuộc vào phương pháp
thực hiện. Thách thức của việc áp dụng phương pháp này là việc tạo ra đủ lực
bức xạ để dời chỗ các mô nằm sâu trong phạm vi rộng của độ cứng, tính chất
xâm lấn của kim rung , việc theo dõi dịch chuyển mô nhỏ.
2.1.2.2 Phương pháp ngoại
Phương pháp ngoại kích thích sóng biến dạng là đặc trưng của kĩ thuật
tạo ảnh dựa trên cộng hưởng từ MRI được gọi là MRE (Magnetic Resonance
Elasography). Kĩ thuật tạo ảnh sử dụng sóng biến dạng dựa trên bộ rung ngoài
trong dải tần 10-1000Hz. Thuộc tính sóng trong miền không gian, thời gian
được ghi lại.Các thành phần của vecto vận tốc được thu thập trong các giai
đoạn của tín hiệu kích thích. Thuộc tính đàn hồi nhớt của vật liệu thu được
bằng cách đảo ngược phương trình sóng. Phương pháp này được sử dụng để tái
tạo đặc tính đàn hồi nhớt của vật liệu.

Phương pháp đảo ngược trực tiếp được sử dụng rộng rãi trong phương
pháp MRI, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong việc mô tả đặc tính mô
của vật liệu. Nghiên cứu [12] đã sử dụng sóng biến dạng để nghiên cứu độ
cứng của não và thấy rằng chất trắng ước tính cứng hơn chất xám. Sóng cơ học
tần số thấp được sử dụng [18] để nghiên cứu tính chất đàn hồi nhớt của các tổn
thương vú trong cơ thể. Dựa trên mẫu của 15 bệnh nhân, có thể phân biệt được
giữa tổn thương lành tính và tổn thương ác tính dựa trên độ tương phản trong
modul đàn hồi. Theo ước tính, modul đàn hồi của mô ác tính lớn gấp ba lần
modul đàn hồi của u xơ hoặc mô vú xung quanh. Mặt khác, độ nhớt động được
tái tạo cho thấy không có sự khác biệt tương phản giữa các loại mô khác nhau.
Nghiên cứu lâm sàng [20] xác định giá trị của MRE cùng với tăng
cường tương phản MRI cho thấy kết hợp MRE và MRI làm tăng hiệu suất


21

chuẩn đoán. Theo nghiên cứu[26], sóng biến dạng tần số 85 Hz được sử dụng
nhằm ước lượng đặc tính đàn hồi nhớt của các khối u gan. Phân tích thống kê
thực hiện trên các giá trị độ đàn hồi nhớt để phân biệt gan bình thường, xơ gan,
khối u lành tính, ác tính. Họ phát hiện khối u gan ác tính có độ cứng trung bình
cao hơn đáng kể so với khối u lành tính, gan bị xơ hóa và mô gan bình thường.
Gan bị xơ có giá trị chồng chéo trong khu vực u lành tính và ác tính.
Một trong những hạn chế của phương pháp kích thích ngoài để kích thích
sóng biến dạng đó là giới hạn kĩ thuật của tần số thấp. Theo đó, độ suy giảm
cao của sóng biến dạng làm giảm khả năng truyền đến các cơ quan ở xa bề mặt
cơ thể. Thêm vào đó, thời gian thu thập dài của MRI giới hạn thu thập sóng đơn
< 100 Hz. Thời gian thu 3D của MRI không được áp dụng cho chuẩn đoán lâm
sàng, hầu hết các nghiên cứu sử dụng 1D hoặc 2D để giảm thời gian thu.
Phương pháp tạo ảnh đàn hồi động sửu dụng kích thích ngoài cũng được
sử dụng trong siêu âm. Nghiên cứu về truyền sóng biến dạng trong gelatin và

cơ của thịt bò và cho thấy phương pháp này có thể ước lượng được thuộc tính
đàn hồi nhớt của mô. Họ sử dụng phương pháp đảo ngược trực tiếp 1D với tần
số sóng biến dạng 50-500Hz, sử dụng máy dò siêu âm để phát hiện chuyển
động mô nhanh được gây ra bởi sóng biến dạng tần số thấp.
Mặc dù tạo ảnh siêu âm đàn hồi tĩnh đã được rộng rãi triển khai thực hiện
và áp dụng cho các cơ quan nông, phương pháp này khó sử dụng sâu trong cơ
thể, và chất lượng hình ảnh đã không được chứng minh là có giá trị trong phát
hiện bệnh cơ quan lan toả, như chai gan. Do đó cần sử dụng đến phương pháp
siêu âm đàn hồi động dùng sóng biến dạng tác động ngoại. Đây cũng là nội
dung chủ yếu của chương III.


22

2.2.Cơ sở ước lượng
2.2.1.Giới thiệu.
Đặc tính cơ của mô mềm bao gồm độ đàn hồi và độ nhớt, đây là hai đặc
tính quan trọng trong việc chuẩn đoán bệnh lý của mô. Phương pháp tạo ảnh
đàn hồi sử dụng sóng biến dạng –SWEI (Shear Wave Elastography) được phát
triển để ước lượng các tham số trên[7]. Phương pháp này đã được ứng dụng
trong chuẩn đoán y khoa [19].
Shear Wave Elastography có thể thu được chuyển động truyền sóng âm
biến dạng (shear wave) trong mô mà cho đến nay chưa có kỹ thuật nào khác có
thể làm được. Shear Wave Elastography thu và xác định tốc độ lan truyền của
sóng biến dạng (shear wave), từ đó đo được độ đàn hồi mô theo đơn vị
kilopascals.
Sóng biến dạng được tạo ra và đo theo sơ đồ hình 2.2. Một cái kim bằng
thép không gỉ có đường kính 1.5mm và dài 13 cm được gắn vào bộ chấp hành
(actuator). Bộ chấp hành này được điều khiển bằng bộ phát sóng có tần số từ
50Hz đến 450Hz, biên độ điện áp khoảng từ 5V đến 15V. Theo đó, kim sẽ rung

dọc theo trục z và truyền sóng biến dạng vào mô. Vận tốc của sóng biến dạng
tại một vị trí sẽ được đo bằng một máy siêu âm Doppler [14].

Hình 2.2. Sơ đồ thực nghiệm tạo và đo sóng biến dạng


23

2.2.2 Complex Shear Modulus – Modul sóng trượt phức
Sự lan truyền sóng cơ trong các mô phụ thuộc vào các thông số cơ học
của mô trong môi trường không biên. Cụ thể, sự lan truyền sóng cơ điều hòa
phụ thuộc vào số sóng phức, phụ thuộc vào tần số, mật độ khối của môi trường,
và CSM. Sự thay đổi mật độ khối của môi trường và CSM ảnh hưởng trực tiếp
đến sự lan truyền sóng.
Ước tính định lượng số sóng phức của mô sinh học mềm thường yêu cầu
ước tính mật độ khối của môi trường và CSM. Giá trị ước tính của mật độ khối
môi trường của mô mềm thường trong khoảng hẹp ρ=971 - 1220 [kg/m3]. Với
các mô dựa trên lipid, mật độ thường thấp hơn, khoảng ρ=920- 970 [kg/m3], và
với các mô dựa trên collagen, mật độ cao hơn, khoảng ρ= 1020- 1110 [kg/m3].
Các giá trị này có được dựa trên các phương pháp ước lượng khác nhau. Do đó,
sự thay đổi thực tế về mật độ giữa các mô có thể nhỏ hơn. Tùy thuộc vào cấu
trúc mô đang được kiểm tra, thông tin mật độ có thể không cung cấp sự tương
phản mong muốn cho các loại mô khác nhau. Do đó trong thực tế, giả thiết
trong việc tái thiết CSM, mật độ khối của môi trường không đồng nhất được
thiếp lập cố định ρ = 1000 [kg/m3] (bằng mật độ khối của nước). Từ đó, ước
lượng số sóng phức được giảm xuống, trở thành ước lượng CSM.
CSM mô tả sự phụ thuộc tần số của các tham số vật liệu. Theo mô hình
Kelvin-Voigt [15], G(ω) = G′ - iG′′ = µ - iωηtrong đó µlà modul đàn hồi, ωlà
tần số góc, ηlà độ nhớt. Hai phương pháp phổ biến để ước lượng các tham số
modul phức là đảo ngược phương trình phân tán hoặc phương pháp đảo ngược

đại số.
Mặc dù thông tin độ cứng có liên quan đến bệnh lý, tuy nhiên nó không
phải tiêu chuẩn đầy đủ cho chuẩn đoán. Các thông số cơ học khác như độ nhớt
có thể rất hữu ích để tăng độ tương phản cơ học trong các phép đo. Có rất ít
thông tin về độ nhớt cắt động của mô hoặc giá trị chẩn đoán của nó. Một số
nghiên cứu lâm sàng đã được tiến hành đã được thực hiện cho thấy, độ nhớt cắt
động ở bệnh nhân xơ gan (5.19 ±1.85 Pa·s) cao hơn đáng kể so với bệnh nhân
không xơ gan (2.39 ± 0.86 Pa·s).
Một số nghiên cứu khác đã cho thấy, không có sự khác biệt lớn trong
modul đàn hồi của các loài. Với gan lợn, độ đàn hồi và nhớt lần lượt là µ = 2.2
± 0.63 kPa vàη = 1.96 ± 0.34 Pa-s. Trong khi đó đối với người, µ = 2.06 ± 0.26
kPa và η = 1.72 ± 0.15 Pa-s và đối với chuột, µ = 1.76 ± 0.37 kPa and η = 0.51
± 0.04 Pa-s. Tuy nhiên dựa trên độ nhớt , gan chuột có thể được phát hiện so
với lợn và người.