Thiết bị siêu âm tim và thực tế ứng dụng tại viện tim mạch, bệnh viện bạch mai

Kể từ siêu âm được ứng dụng trong Y học từ năm1950, cùng với sự phát triển của Khoa học kỹ thuật với những bước đột phá, cải tiến mới trong kỹ thuật xử lý chất lượng hình ảnh, phương phá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGÔ THANH HUYỀN

THIẾT BỊ SIÊU ÂM TIM VÀ THỰC TẾ ỨNG DỤNG TẠI

VIỆN TIM MẠCH, BỆNH VIỆN BẠCH MAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT Y SINH

Hà Nội – 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGÔ THANH HUYỀN

THIẾT BỊ SIÊU ÂM TIM VÀ THỰC TẾ ỨNG DỤNG TẠI

VIỆN TIM MẠCH, BỆNH VIỆN BẠCH MAI

Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như trong

đề cương và yêu cầu của Giáo viên hướng dẫn Đây là công trình do tôi tổng hợp và nghiêm cứu trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Tác giả luận văn

Ngô Thanh Huyền

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 VẬT LÝ HỌC SIÊU ÂM 1

1.1.1 Sóng âm và sự hình thành của sóng âm 1

1.1.2 Sự hình thành của sóng âm trong môi trường 2

1.1.3 Phân loại sóng âm 3

1.1.4 Các đại lượng đặc trưng 5

1.1.1 Cơ sở vật lý của phương pháp và các yếu tố quyết định trong việc tạo hình bằng siêu âm 6

1.2.5 Nguyên lý tạo ảnh 17

1.2.6 Hình ảnh tĩnh và hình ảnh động 19

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT SIÊU ÂM CƠ BẢN 23

2.3.1 Ảnh giả đối với siêu âm thường 42

2.3.2 Ảnh Giả Đối Với Siêu Âm Doppler 45

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ SIÊU ÂM CHẨN ĐOÁN 48

3.1.1 Sơ đồ khối máy siêu âm 48

3.1.2 Chức năng nhiệm vụ các khối 48

3.2.1 Cấu hình chung 60

3.2.2 Nguyên lí hoạt động 68

4.2.1 Siêu âm TM (time motion – một bình diện) 72

4.2.2 Siêu âm 2D (2 dimentions – 2 bình diện) 73

4.2.3 Siêu âm Doppler 74

4.2.4 Siêu âm Doppler mô cơ tim 77

CHƯƠNG 5 THỰC TẾ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SIÊU ÂM TIM TẠI VIỆN TIM MẠCH, BỆNH VIỆN BẠCH MAI 78

5.1.1 Máy siêu âm Philips IE33 78

5.1.2 Thiết bị siêu âm tim Philips HD11 82

5.1.3 Thiết bị siêu âm tim Envisor C – Philips 85

5.1.4 Thiết bị siêu âm tim Samsung Medison Sono ACE X8 87

5.2.1 Siêu âm tim cơ bản (2D, TM – mode, Doppler) 88

5.2.2 Siêu âm tim cản âm 88

5.2.3 Siêu âm tim qua thực quản 89

5.2.4 Siêu âm tim gắng sức xe đạp kế 93

5.2.5 Siêu âm trong lòng mạch IVUS 99

KẾT LUẬN 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

-   SACQ Siêu âm cản quang

-   SATQTQ Siêu âm tim qua thực quản

-   TLN Thông liên nhĩ

-   HHoHL Hẹp hở hai lá

-   HoHL Hở hai lá

-   VLN Vách liên nhĩ

-   VNTMNK Viêm nội tâm mạc nhiễm khuẩn

-   ĐTĐGS Điện tim đồ gắng sức

-   SATGS Siêu âm tim gắng sức

-   BTTMCB Bệnh tim thiếu máu cục bộ

-   THA Tăng huyết áp

Hình 1.1 Howry và thiết bị nghiên cứu về siêu âm 1

Hình 1.2 Igne Ende và Herzt với thiết bị siêu âm của mình 2

Hình 1.3 Sự hình thành sóng âm trong môi trường 3

Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn phương truyền sóng 5

Hình 1.5 Sóng siêu âm truyền trong môi trường đồng nhấtError! Bookmark not defined Hình 1.6 Sự phản xạ và khúc xạ Error! Bookmark not defined. Hình 1.7 Sự phản xạ phụ thuộc vào sự chênh lệch trở kháng giữa hai môi trường 10 Hình 1.8 Hình ảnh một số loại gel sử dụng trong siêu âm chẩn đoán 10

Hình 1.9 Sự tán xạ 12

Hình 1.10 Đồ thị suy giảm của sóng siêu âm 14

Hình 1.11 Quan hệ độ suy giảm - tần số với các loại mô khác nhau 15

Hình 1.12 Ảnh hưởng của tần số đến sự suy giảm 16

Hình 1.13 ảnh hai khối U giống nhau trong vùng thăm khám 16

Hình 1.14 thể hiện tín hiệu kiểu A - mode 18

Hình 1.15 thể hiện tín hiệu B - mode 18

Hình 1.16 So sánh các kiểu A – mode, B – mode và M - mode 19

Hình 1.17 Siêu âm hình ảnh tĩnh dùng hệ thống cánh quét 20

Hình 1.18 Hình ảnh quét theo thời gian thực – năm 1972 21

Hình 2.1 Hiệu ứng doppler xảy ra giữa nguồn âm và người thu nhận 23

Hình 2.2 Tần số Doppler 24

Hình 2.3 Tần số sóng truyền đi và trở về 25

Hình 2.4 Sự phản hồi 2 lần của dòng chảy khi phát xung từ đầu dò 26

Hình 2.5 Đầu dò sử dụng CW Doppler mode 27

Hình 2.6 CW doppler tim 28

Hình 2.7 Chùm sóng âm xuyên qua hai mạch máu 29

Hình 2.8 Đầu dò sử dụng PW Doppler mode 29

Hình 2.11:Vận tốc trong dòng chảy 31

Hình 2.12 Dòng chaỷ trong mạch máu có vách song song 32

Hình 2.13 Dòng chảy cuộn xoáy 32

Hình 2.14 Biểu thị thành phần vận tốc theo thang xám màn hình 33

Hình 2.15 Phổ doppler phóng to (1) 34

Hình 2.16 Phổ doppler phóng to (2) 34

Hình 2.17 Phổ doppler phóng to (3) 35

Hình 2.18 Phổ Doppler dòng máu 36

Hình 2.19 Hình ảnh doppler màu tim 37

Hình 2.20 Hình ảnh Doppler dòng chảy 38

Hình 2.21 Doppler màu 38

Hình 2.22 Doppler màu vận tốc dòng máu 39

Hình 2.23 Tín hiệu màu thu được sẽ chồng lên hình siêu âm 2D, cho ra hình siêu âm màu 39

Hình 2.24 Hình ảnh doppler năng lượng 41

Hình 2.25 Hình ảnh Doppler Duplex sonography 42

Hình 2.26 Hình ảnh Doppler Triplex sonography 42

Hình 2.27 Dải nút trong hình tròn khoanh vùng dùng để điều chỉnh TGC toàn phần 43

Hình 2.28 Dải điều chỉnh TGC toàn phần được thấy trên màn hình chẩn đoán 43

Hình 2.29 Hiện tượng vượt ngưỡng 46

Hình 3.1: Sơ đồ khối máy siêu âm 48

Hình 3.2 Sơ đồ khối khối phát 49

Hình 3.3: Số lượng phần tử áp điện thay đổi tuỳ theo từng loại đầu dò 50

Hình 3.4: Dạng hình học sóng siêu âm phát ra 51

Hình 3.5 Sơ đồ khối khối thu 52

Hình 3.6 Bộ chọn kênh sắp xếp lại các tia thành phần (1) 53

Hình 3.9: Đường bao chứa thông tin về mặt phân cách 55

Hình 3.10 Sơ đồ khối khối DSC 56

Hình 3.11: Ghi theo cột, dọc theo hàng 57

Hình 3.12 Sơ đồ khối nguồn và khối monitor 58

Hình 3.14: Cấu hình chung máy siêu âm chẩn đoán 60

Hình 3.15: Sóng xung siêu âm 61

Hình 3.16: Đầu dò 63

Hình 3.18: Quá trình biến đổi xảy ra trong đầu dò 63

Hình 3.17: Hiệu ứng áp điện Error! Bookmark not defined. Hình 3.19: Cấu tạo đầu dò dùng tinh thể áp điện 64

Hình 3.20 Đầu dò Linear 66

Hình 3.21 Đầu dò Convex 66

Hình 3.22: Góc quét tia với đầu dò 67

Hình 3.24 a: Vị trí xung trên trục ngang 69

Hình 3.24 b: Đường truyền siêu âm 69

Hình 4.1 Các tiêu chuẩn đo đạc về siêu âm kiểu tim 72

Hình 4.2 Mặt cắt dọc thất trái 73

Hình 4.3 Phổ Doppler xung của dòng chảy qua van tim hai lá bình thường 75

Hình 4.4 Phổ Doppler liên tục dòng chảy qua van tim 75

Hình 4.5 Phổ Doppler màu dòng chảy qua van tim 76

Hình 5.1 Máy siêu âm chẩn đoán Philips IE33 78

Hình 5.2 Bảng điều khiển và bàn phím 79

Hình 5.3 Màn hình (Monitor) máy siêu âm IE33 80

Hình 5.4 Hệ thống ngoại vi 80

Hình 5.5 Các loại đầu dò gắn kèm trên máy siêu âm 81

Hình 5.6 Máy siêu âm Philips HD11 83

Hình 5.7 Máy siêu âm Envisor C Philips 85

Hình 5.10 Hình ảnh làm siêu âm thực quản cho bệnh nhân 91

Hình 5.11 Xe đạp lực kế 95

Hình 5.12 Sơ đồ phân vùng thành tim 96

Hình 5.13 Máy siêu âm Ilab Boston Scientific 101

Hình 5.14 Bộ đầu dò siêu IVUS - Opticross 102

Bảng 1.1: Trở kháng âm, vận tốc lan truyền một số môi truờng sinh học 6

Bảng 1.2: Trở kháng âm của một số môi trường sinh học 7

Bảng 1.3 Tính chất âm học của một số môi trường sinh học 14

Bảng 5.1 Thông tin cơ bản của đối tượng nghiên cứu 92

Biểu đồ 5.1 Mô hình bệnh lý của các bệnh nhân là SÂTQ 93Biểu đồ 5.2 Yếu tố nguy cơ của đối tượng nghiên cứu 97

Kể từ siêu âm được ứng dụng trong Y học (từ năm1950), cùng với sự phát triển của Khoa học kỹ thuật với những bước đột phá, cải tiến mới trong kỹ thuật xử

lý chất lượng hình ảnh, phương pháp siêu âm đã trở thành phương pháp chẩn đoán lâm sàng được sử dụng thông dụng và phổ biến tại các Bệnh viện lớn, Trung tâm chăm sóc sức khoẻ và các phòng khám

Khuyến cáo của Tổ chức Y tế thế giới đối với việc phát triển các phương pháp chẩn đoán hình ảnh trong y học đó là việc tập trung phát triển vào các thiết bị, máy móc được sử dụng để phục vụ cho phương pháp này, đặc biệt là kỹ thuật siêu âm

Ưu điểm của phương pháp siêu âm chẩn đoán hình ảnh đạt được là đơn giản, hiệu quả, chi phí kinh tế thấp và là phương pháp không gây đau đớn cho bệnh nhân trong quá trình thực hiện Đây cũng chính là xu hướng phát triển lâu dài và tiềm năng của lĩnh vực chẩn đoán bệnh lý lâm sàng bằng hình ảnh

Với lợi thế là những kiến thức điện tử Y sinh được trang bị trong ghế nhà trường ngay từ khi học tập tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng với những kinh nghiệm cá nhân thực tế sau khi ra trường và nhận công tác tại Phòng Vật tư thiết bị

Y tế - Bệnh viện Bạch Mai, tác giả có điều kiện thuận lợi tiếp xúc và làm việc với Khoa/ Phòng Chuyên môn cũng như những máy móc hiện đại được trang bị để phục

vụ cho lĩnh vực Chấn đoán hình ảnh Tác giả đã lựa chọn đề tài này và viết thành Luận văn tốt nghiệp trên cơ sở khảo sát nghiên cứu nguyên lý hoạt động chung của thiết bị siêu âm chẩn đoán và những thành phần chính cấu thành, từ đó đi sâu viết

về Thiết bị và những phương pháp siêu âm kỹ thuật mới được áp dụng thực tế trong siêu âm tim mạch tại Viện Tim mạch, Bệnh viện Bạch Mai

Trên cơ sở đó luận văn được cấu thành gồm 05 chương, cụ thể:

•   Chương 1: Vật lý học siêu âm

•   Chương 2: Kỹ thuật siêu âm cơ bản

•   Chương 3: Thiết bị siêu âm chẩn đoán

•   Chương 4: Thiết bị siêu âm chẩn đoán bệnh lý tim mạch

CHƯƠNG 1   VẬT LÝ HỌC SIÊU ÂM

1.1  LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA SIÊU ÂM CHẨN ĐOÁN

1.1.1   Sóng âm và sự hình thành của sóng âm

Sóng âm là một dạng sóng cơ học được truyền đi trong môi trường vật chất bằng cách truyền năng lượng từ phần tử này đến phần đến phần tử khác Dải âm thanh ta nghe được có tần số từ 20Hz đến 20kHz Còn với dải sóng âm có tần số lớn hơn 20kHz được gọi là sóng siêu âm

Tuy nhiên do ở tần số cao, sóng siêu âm bị suy giảm rất nhanh khi truyền trong không khí nên siêu âm ít được ứng dụng hằng ngày Mãi đến thế chiến thứ II, người ta mới áp dụng tính chất truyền được trong nước của siêu âm vào việc phát hiện tàu ngầm, máy rà soát Sonar, và phải tới những năm 1950 sóng siêu âm mới được ứng dụng vào y học Đó chính là công trình nguyên cứu của Howry về A-mode chẩn đoán phủ tạng

Hình 1.1 Howry và thiết bị nghiên cứu về siêu âm

Tiếp theo đó, vào năm 1954, xuất hiện phát kiến của hai nhà bác học Igne Ender và Herzt về việc ứng dụng sóng siêu âm để đo các hoạt động của tim

Hình 1.2 Igne Ende và Herzt với thiết bị siêu âm của mình

Song song với phát kiến của Irge và Herzt, giáo sư Ian Donald cùng với các cộng sự của ông ở bệnh viện Glasgow Royal Maternity Hospital tại Glasgow Scotland đã lần đầu tiên ứng dụng sóng siêu âm vào việc chẩn đoán các sản phụ khoa và chính thức khẳng định sự an toàn của sóng siêu âm với thai nhi Ngày 7/6/1958 công bố kết quả nghiên cứu “ Ứng dụng xung siêu âm trong khảo sát ổ bụng: được coi là một trong những tài liệu quan trọng nhất cho việc ứng dụng sóng siêu âm dùng trong chẩn đoán y tế

Tiếp theo đó là sự xuất hiện những công trình nghiên cứu của giáo sư Kratochwil (Sinh năm 1928 – Nhật bản): A – mode (1968); B – mode (1972); và 3D (1990)

Từ đó trở đi kỹ thuật siêu âm có nhiều đổi mới, cải thiện về chất lượng hình ảnh cũng như mở rộng khả năng thăm khám và trở thành một công cụ chẩn đoán hình ảnh phổ biến

1.1.2   Sự hình thành của sóng âm trong môi trường

Các môi trường chất đàn hồi (khí, lỏng, rắn) có thể coi là những môi trường liên tục gồm những phần tử liên kết chặt chẽ với nhau Lúc bình thường, mỗi phần

tử có một vị trí cân bằng bền Nếu tác dụng lên một phần tử A nào đó của môi trường thì phần tử này dời khỏi vị trí cân bằng bền Do tương tác với các phân tử bên, một mặt kéo phần tử A về vị trí cân bằng, một mặt chịu lực tác dụng và do đó chịu lực thực hiện dao động Hiện tượng tiếp xúc này xảy ra đối với các phần tử

khác của môi trường.Những dao động cơ bản lan truyền trong môi trường đàn hồi được gọi là sóng đàn hồi hay sóng cơ học Về bản chất sóng âm là sóng cơ học do

đó tuân theo mọi định luật của sóng cơ học, có thể tạo ra sóng âm bằng cách tác dụng một lực cơ học vào môi trường truyền âm Do mỗi vị trú trong môi trường ở trạng thái bình thường đều có một mật độ phân tử ρ và một áp suất P cố định Khi

có một phần tử trong một môi trường dao động thì mật độ và áp suất tại vị trí đó sẽ thay đổi Như vậy bản chất của sự lan truyền dao động là sự lan truyền của mật độ khối và áp suất P Ví dụ: đánh vào mặt trống, tác dụng dòng điện làm rung màng loa, tác động làm rung âm thao, đạn bay trong không khí

Sóng siêu âm là một dạng sóng cơ học nằm trong sóng đàn hồi

Hình 1.3 Sự hình thành sóng âm trong môi trường

1.1.3   Phân loại sóng âm

Bản chất của sóng âm là sóng cơ học do đó tuân theo mọi quy luật đối với sóng cơ

1.1.3.1   Phân loại theo phương pháp dao động

- Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử của môi trường truyền

âm vuông góc với tia sóng Sóng ngang xuất hiện trong các môi trường có tính đàn hồi về hình dạng Tính chất này chỉ có được ở vật rắn

- Sóng dọc: là sóng mà phương dao động của phần tử của môi trường truyền âm trùng với tia sóng Sóng dọc xuất hiện trong các môi trường chịu biến dạng về thể tích do đó nó truyền được trong các môi trường vật rắn cũng như trên môi trường chất lỏng và không khí Sóng siêu âm ứng dụng trong siêu âm chẩn đoán là sóng dọc

1.1.3.2   Phân loại theo tần số

Sóng âm trong thăm dò khoáng sản để tìm ra khoáng sản Theo qui định quốc

tế của ba dải tần số được định nghĩa:

- Sóng hạ âm: f < 16 Hz (tai người không thể nghe thấy được)

- Sóng âm: f = (16 ÷ 20 000) Hz (tai người nghe được)

- Sóng siêu âm: 20 000 < f < 109 Hz

Các nguồn truyền sóng âm có sẵn trong tự nhiên: dơi, một loại cá biển phát ra sóng siêu âm để định hướng Nói chung các sóng này nằm trong vùng tần số 20-

100 kHz

1.1.3.3   Định nghĩa sóng siêu âm

Từ bản chất và phân loại của nó, ta đi đến khái quát và rút ra kết luận định nghĩa sóng siêu âm như sau:

Sóng siêu âm là sóng cơ học truyền trong môi trường vật chất có tần số dao động 20kHz< f < 109 Hz

Phương thức sử dụng của sóng siêu âm lần đầu tiên dùng cho y tế khoa trị liệu(trị liệu tim).Sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong hai lĩnh vực chính:

•   Siêu âm chẩn đoán:

Trong chẩn đoán y học Dussik dùng siêu âm để quét soi lần đầu tiên vào năm

1942 Ludwid và Struthes đã đặt nền móng cho kĩ thuật phản xạ xung điện( sau này

là máy siêu âm phản xạ) Thực chất là tạo hình bằng siêu âm, sử dụng phổ biến dải tần số từ 2,5 MHz đến 10 MHz Ngoài ra còn sử dụng các tần số khác trong các đầu

dò chuyên biệt, ví dụ như: Đầu dò siêu âm nội mạch (Intraluminal), hay siêu âm da liễu (Dermatological) tần số sử dụng có thể lên tới 20-50 MHz

•   Siêu âm trị liệu:

Tạo hiệu ứng nhiệt, xoa bóp, kích thích cơ Nó được sử dụng riêng hoặc kết hợp với điện trị liệu (trong các máy kích thích điện) để tìm Triger (điểm phát bệnh - điểm gốc) Tần số thường dùng trong siêu âm trị liệu là 700-900 kHz tùy theo hệ máy Công suất của đầu dò 1- 4 W/cm2 (gấp cỡ 1000 lần so với siêu âm chẩn đoán)

1.1.4   Các đại lượng đặc trưng

Khi nói tới sóng âm chúng ta phải biết đến những đại lượng đặc trưng như: vận tốc truyền âm, tần số, chu kì, cường độ âm, công suất và độ dài sóng âm

1.1.4.1   Phương trình sóng

Phương trình dao động của sóng âm có dạng

a(x, t) = b + Asinω (t- x/c) a: Li độ tức thời; w: tần số góc 2Πx; b: Hệ số bất biến; c: Tốc độ lan truyền sóng âm; A: Biên độ cực đại

Cho x= x0 = 0 thì

a(t) = b + Asinω(t- x/c) Phương trình sóng nói lên rằng: có sự giống nhau về mệnh đề dao động của sóng có tần số ω, vận tốc âm c, toạ độ x, và bị trễ khoảng thời gian Δt= x/c từ toạ

v = αρ

1

= ρ

Bảng 1.1: Trở kháng âm, vận tốc lan truyền một số môi truờng sinh học

Vận tốc truyền được chọn 1540 m/s cho các thiết bị siêu âm y học

1.2  CƠ SỞ VẬT LÝ VÀ KỸ THUẬT CỦA PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM

1.1.1   Cơ sở vật lý của phương pháp và các yếu tố quyết định trong việc tạo hình bằng siêu âm

Cơ sở chính của phương pháp tạo hình bằng siêu âm chính là sự phản hồi của siêu âm từ các tổ chức trong cơ thể, sự phản hồi này phụ thuộc vào các yếu tố:

-   Tốc độ truyền của sóng âm môi trường;

-   Trở kháng âm của môi trường;

-   Sự hấp thụ của tổ chức;

-   Thông số (f, λ) của sóng âm và cấu trúc hình học của tổ chức;

1.2.4.1   Tốc độ lan truyền sóng âm

Phụ thuộc vào môi trường truyền Từ bảng 1.1 ta thấy vận tốc truyền của sóng

âm trong những môi trường khác nhau là khác nhau Tốc độ trung bình của sóng âm trong các tổ chức mô mềm v ≈ 1540 m/s Khi biết được vận tốc truyền, đo thời gian

đi và về của sóng siêu âm ta có thể xác định rõ bề mặt phản xạ

1.2.4.2   Trở kháng âm của môi trường và các định luật truyền âm

Trở kháng âm Z (rayls): chính là độ dội lại của sóng âm trong môi trường truyền; Z = v.ρ;Trong đó: v (m/s) là vận tốc lan truyền của sóng âm trong môi trường; ρ (kg/𝑚") là mật độ môi trường

Trở kháng âm có vai trò quyết định đối với biên độ sóng phản xạ trên mặt phân cách giữ hai môi trường

Bảng 1.2: Trở kháng âm của một số môi trường sinh học

Âm được truyền theo những tia gọi là tia âm Thực nghiệm đã chứng minh tia

âm cũng bị phản xạ, khúc xạ, tán xạ và hấp thụ như tia sáng

1.2.4.3   Các định luật truyền âm

•   Phản xạ và khúc xạ

Khi sóng âm truyền trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng, nó được truyền theo phương thẳng

Khi gặp mặt phân cách đủ lớn (>>λ) giữa hai môi trường có trở kháng âm khác nhau, tia âm sẽ có vận tốc lan truyền khác nhau, tia âm sẽ tuân theo định luật phản xạ và khúc xạ Một phần nawg lượng của sóng âm sẽ phản xạ ngược lại và phần còn lại sẽ truyền tiếp vào môi trường thứ hai

Ở đây S1 là sóng siêu âm phát vào mặt phân cách Z1, Z2

S2 là sóng siêu âm phản xạ

S3 là sóng đi qua mặt phân cách và khúc xạ

α1 là góc tới, α2 là góc phản xạ, α3 là góc khúc xạ

Z1 và Z2 là trở kháng âm của hai môi trường

Độ lớn của năng lượng phản xạ phụ thuộc vào sự khác biệt của trở kháng âm

ΔZ giữa hai môi trường Hệ số phản xạ R được tính theo công thức:

Z2

Môi trường 2

Môi trường 1

Z1

ở đây sẽ xảy ra hai trường hợp :

Trường hợp 1: Tia tới vuông góc với mặt phân cách α1 = α2 = 0

Hệ số phản hồi của mặt phân cách sẽ được tính theo công thức: Cosα1 = Cosα2 = 1nên:

Trường hợp 2: Tia tới tạo với góc α một góc α≠ 0 Theo định luật phản xạ,

góc phản xạ bằng góc tới α1 = α2 Sóng truyền tiếp lúc này không còn cùng hướng với sóng tới và tạo một góc α3≠α1 Hiện tượng này gọi là hiện tượng khúc xạ α3

phụ thuộc vào tốc độ lan truyền âm trong hai môi trường và được xác định bởi công

thức :

Sin α3 = (C1/C2) sinα1

+ Với C2>C1 khi sinα1 = C1/C2 ta có α1 = acrsin(C1/C2) thì sinα3 = 1 và α3 =

900 Hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần Như vậy tất cả các góc α≥α1 sóng âm sẽ không khúc xạ được sang môi trường thứ 2 bên kia mặt phân cách

và toàn bộ năng lượng được phản xạ trở lại môi trường thứ nhất

+ Ngoài ra dù với C2 > C1 hay C2 < C1, nếu góc tới α1 ≈ 900 (tia tới đi gần như tiếp tuyến với mặt phân cách) thì sóng âm chỉ trượt trên bề mặt phân cách mà không truyền tiếp vào môi trường thứ hai

Cả hai hiện tượng trên (phản xạ toàn phần và tia tới truyền tiếp tuyến với mặt phân cách) giải thích cho sự xuất hiện bóng lưng bên (Lateral Shadowing) ở những cấu hình cầu và mặt cắt ngang những cấu trúc ống

+ Từ hai công thức trên, ta thấy hệ số phản hồi của mặt phân cách giữa hai môi trường phụ thuộc vào ΔZ = (Z1 - Z2) giữa hai môi trường

+ ΔZ càng lớn thì năng lượng phản xạ càng lớn và chỉ có một phần nhỏ năng lượng sóng siêu âm đi được xuống môi trường bên dưới mặt phân cách Nêú ΔZ là

vừa đủ để nhận biết mặt phân cách thì một phần năng lượng của sóng siêu âm sẽ truyền được phía dưới mặt phân cách và tiếp tục cho thêm thông tin về cấu trúc bên dưới mặt phân cách

Hình 1.7 Sự phản xạ phụ thuộc vào sự chênh lệch trở kháng giữa hai môi trường

Trong bảng trở kháng của các môi trường, ta thấy ∆Z giữa mô mềm và không khí hoặc mô mềm và xương rất lớn, do đó trong ghi hình siêu âm nếu sóng siêu âm gặp những mặt phân cách này thì phần lớn năng lượng sẽ bị phản xạ trở lại, sóng truyền tiếp sẽ rất nhỏ và ta sẽ không nhận được thông tin từ cấu trúc bên dưới mặt phân cách này, do đó trong siêu âm chẩn đoán phải dùng gel tiếp xúc nhằm tạo ra một tiếp xúc không có không khí

Hình 1.8 Hình ảnh một số loại gel sử dụng trong siêu âm chẩn đoán

+ Mặt khác từ công thức Z= ρ.c ta có:

𝑍*− 𝑍,

𝑍,+ 𝑍* =

𝜌,𝐶,− 𝜌,𝐶*

𝜌,𝐶,+ 𝜌,𝐶*

Đây là cơ sở để ta chế tạo ra máy siêu âm Ta thấy hệ số phản xạ là một hàm

có cấu trúc vật chất Mỗi một mặt phân cách có một đại lượng vật lí khác nhau Nói một cách khác là hệ số phản xạ là ảnh của một vật Như vậy qua R ta suy ra được cấu trúc vật chất Thực chất máy siêu âm chẩn đoán theo qui luật này đo hệ số phản

xạ và xử lí đại lượng đo được để dựng lên hình ảnh của vật chất Vì thế máy siêu

âm loại này mang tên là máy siêu âm chẩn đoán

Để hiểu rõ bác sĩ sử dụng máy siêu âm và nắm được phạm vi sử dụng máy này chúng ta xét hai trường hợp đặc biệt sau:

Trường hợp 1: Z1 gần Z2, tức là môi trường 1 khác môi trường 2 rất ít như ta

đã xét ở trên đối với đường truyền của tia siêu âm

Khi đó R → 0, có nghĩa là không có sóng phản xạ Chúng ta hiểu được tại sao khi thăm dò cơ thể lại phải bôi Gel vào đầu dò Gel được chế tạo làm sao để Z của Gel xấp xỉ bằng Z của cơ thể làm cho sóng siêu âm đi từ đầu dò được đưa vào trong

cơ thể, tăng lượng sóng siêu âm vào vật nghiên cứu và nhờ thế ảnh thu được nét hơn

Trường hợp 2: Z2 khác xa Z1, ví dụ đối với không khí và thịt theo công thức

và bảng 1.2 ta có:

Cũng như ta xét ở trên, trong trường hợp này sóng siêu âm phản xạ hoàn toàn

có nghĩa là sóng siêu âm không thể qua mặt phân cách hai môi trường quá khác xa nhau Bởi thế ta phải hiểu tại sao máy siêu âm không thể chụp được phổi, không thể soi dạ dày Chính đó là mặt hạn chế của máy siêu âm, nghĩa là máy siêu âm không phải là thiết bị chẩn đoán vạn năng

không đồng đều Khi đó tia siêu âm sẽ bị tán xạ đi khắp các hướng và chỉ có một phần rất nhỏ chắc chắn tới được đầu dò Mặc dù ghi nhận được các tia tán xạ là rất khó khăn, song chúng ta vẫn phải thừa nhận rằng chúng ta có một lợi thế đó là không thể phụ thuộc vào góc tới của tia siêu âm và rất quan trọng trong việc đánh giá các cấu trúc nhỏ, ví dụ như sự đồng đều của nhu mô gan, tuỵ hay vách liên thất

Các máy siêu âm chẩn đoán ngày nay chủ yếu làm việc trên các tia tán xạ

Hình 1.9 Sự tán xạ

1.2.4.4   Quy luật hấp thụ của tổ chức, độ suy giảm của năng lượng tia siêu

âm, khuếch đại bù

•   Sự hấp thụ

-   Trong môi trường đa bào sinh học, sóng siêu âm bị tổn hao năng lượng do sự hấp thụ

Hiện tượng gây ra bởi ma sát, nó biến đổi năng lượng động học của tia thành năng lượng nhiệt Vì dao động này có chu kỳ của chúng làm các phần tử nhỏ cọ xát với các phần tử cạnh nó đường dao động ngang Các sự tổn hao vào hấp thụ bị chi phối theo hàm e

Sự quan hệ giữa biên độ A và đường ngang là sự kết hợp của phương trình:

A = A0.eβs

β là hệ số hấp thụ thuộc tính chất của môi trường sinh học và tần số sóng âm ở xương β tỷ lệ bình phương tần số Thông thường hệ số suy giảm được đưa ra để thay thế hệ số hấp thụ

Một biểu hiện suy giảm biên độ dao đông ngang đường Trong phương trình

độ dài đường truyền S phải được nhân 2 theo phương thức đội sóng âm xung bởi vì xung phản xạ cùng truyền ngang trên đường phản xạ giữa mặt phản xạ và đầu thu

Ảnh hưởng của sự hấp thụ trong các phương thức vẽ hình:

-   Sóng âm truyền trong môi trường càng mất nhiều năng lượng W, nghĩa là lượng lớn W cho các bề thay giữa hai môi trường gần bề mặt ngoài và một phần nhỏ cho các lớp tiếp giáp sâu hơn

-   Trong hình ảnh siêu âm bước nhảy trở kháng của sóng phản xạ tự đưa ra biên độ nhỏ hơn trong trường xa so với trường giới hạn ngắn

•   Sự suy giảm

Sóng siêu âm truyền lan dù trong môi trường đồng nhất (P và C không thay đổi) cũng bị suy giảm Sự suy giảm đó theo qui luật sau:

J(x) = J0exp(-µ.f.x)

Ở đây: J(x) là cường độ sóng siêu âm tại điểm x

J0 là cường độ sóng siêu âm tại thời điểm phát sóng siêu âm

µ à hệ số suy giảm âm của môi trường;

Mức độ suy giảm năng lượng này thường được tính bằng [dB] hay [dB/cm] = 10log(I1/I3) Đơn vị này hiển thị như sau: ví dụ ở khoảng cách X1 biên độ áp âm là J1,; ở khoảng cách X2 thì biên độ của nó là J2 Ta nói khi đi từ x1 tới x2 thì biên độ suy giảm đi D[dB], với D được tính bằng công thức:

Đối với mô mềm và f = 0,2 Mhz – 100Mhz có thể áp dụng công thức gần đúng sau:

D[dB] = 20 log(J / J )2 1

Độ suy giảm: D(dB) = f(MHz)*x(cm)*µ

Bảng 1.3 Tính chất âm học của một số môi trường sinh học

Trên Bảng 1.3 có đưa ra sự suy giảm của sóng siêu âm trong môi trường khác

nhau Ta thấy năng lượng siêu âm bị giảm mạnh trong môi trường không khí và xương Còn với mô mềm thì sự suy giảm này nằm trong khoảng từ 0,4 ÷ 1 dB/cm

Năng lượng siêu âm càng vào sâu càng suy giảm (Ví dụ khi vào sâu tới 20 cm, với đầu dò 3,5 MHz có µ ≈ 1 theo công thức tính thì D = 70 dB = 3162 lần) Như vậy những mặt phản xạ có ∆z như nhau nếu nằm ở những độ sâu khác nhau sẽ cho tín hiệu có độ lớn khác nhau

Độ suy giảm [dB/cm] với tần

Hình 1.11 Quan hệ độ suy giảm - tần số với các loại mô khác nhau

Độ hấp thụ phụ thuộc vào tần số Độ suy giảm thay đổi gần như theo bình phương của tần số trong môi trường không khí và chất lỏng, ở các mô mềm nó phụ thuộc gần như tuyến tính vào tần số trong một dải giới hạn mà trên đó thì nó trở nên

ít phụ thuộc vào tần số

Đối với các sóng siêu âm có tần số cao sự hấp thụ xảy ra lớn hơn sóng có tần

số thấp, gây ra sự dịch chuyển phổ tần về phía vùng thấp Điều này tương tự với việc dịch chuyển về phía các năng lượng cao khi chùm tia truyền qua cơ thể, do năng lượng thấp bị hấp thụ nhanh hơn Sự hấp thụ khác nhau của môi trường đối với từng tần số ảnh hưởng đến độ nhậy của thiết bị Một đầu dò có băng tần rộng cho phép đầu thu chuyển sang các tần số khác nhau để có được độ nhậy cực đại với

độ sâu thay đổi

Hình 1.13 ảnh hai khối U giống nhau trong vùng thăm khám

Hình 1.12 Ảnh hưởng của tần số đến sự suy giảm

Sự tán xạ cũng là nguyên nhân suy giảm của siêu âm.Ví dụ, một tia siêu âm

có thể bị tán xạ bởi tính không đồng nhất của môi trường; tia sẽ bị khuếch tán và năng lượng nhỏ hơn sẽ chảy qua mặt cắt cho trước dọc theo đường lan truyền Ta rút ra kết luận: Dù là môi trường đồng nhất sóng siêu âm càng đi xa càng bị mất mát Qui luật làm cản trở, gây khó khăn cho các nhà thiết kế máy siêu âm

Ta lấy ví dụ : Trong bụng có hai khối U giống nhau hoàn toàn nhưng ở độ sâu khác nhau đáng lẽ sóng phản xạ từ hai khối U phải giống nhau nhưng trên thực

tế ta thu lại hai sóng phản xạ khác nhau do độ suy giảm tạo nên Có nghĩa là nếu dựa vào sóng phản xạ để phân tích sẽ dẫn tới sự sai sót

Để tránh hiện tượng này các nhà thiết kế đã nghĩ ra phương pháp tăng hệ số khuếch đại sóng phản xạ theo độ sâu: K = F (x)

Gọi là tăng độ nhạy theo độ sâu (xem hình trên) Tăng độ nhạy này chỉ có trong các máy siêu âm và không thể có trong các máy khác Người ta gọi sự tăng này là: Hệ số khuếch đại theo độ sâu và được kí hiệu:

STC : Sensitivity Time Control hay

DGC : Depth Gain Control Khống chế độ nhạy thời gian và khống chế hệ số khuếch đại theo độ sâu Thật

ra thời gian hay độ sâu chỉ khác nhau một hằng số C

X = C f Máy siêu âm chẩn đoán nào cũng phải có bộ phận này Đối với các máy đơn giản có hai vùng: Khuếch đại gần - Vùng 1 (Near Gain) và khuếch đại xa - Vùng 2 (Far Gain) Còn đối với các máy phức tạp có thể có nhiều nút điều chỉnh để thực hiện việc này Sự điều chỉnh này là đặc trưng của tất cả các máy Echo

1.2.4.5   Thông số của sóng âm và kích thước hình học của tổ chức

Vì sóng siêu âm phản xạ trên mặt phân cách do đó năng lượng phản xạ còn phụ thuộc vào kích thước của mặt phân cách và độ dài bước sóng của chùm tia Sóng âm có tần số càng cao tức λ càng nhỏ thì càng dễ phát hiện và phân biệt các vật nhỏ nhưng khó vào được sâu Người ta dùng khái niệm khoảng cách năng lượng giảm nửa (Half Power Distance) để chỉ khoảng cách năng lượng giảm đi còn một nửa cùng một loại đầu dò ở trong cùng điều kiện thì đại lượng này khác nhau đối với những môi trường khác nhau

về đầu dò và thu nhận bởi đầu dò đó

Độ lớn của biên độ sóng phản hồi phụ thuộc vào biên độ sóng phát đi, góc tới của sóng âm và trở kháng âm của mặt phản hồi

Khoảng thời gian cho sóng đi và về xác định bởi công thức: d = c*t/2

Trong đó: d là khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi; c (hay v) là vận tốc sóng âm trong môi trường; t/2 là thời gian cho sóng âm đi đầu dò đến mặt phản hồi;

Đầu dò sẽ biến đổi sóng hồi âm thành tín hiệu điện thông qua hiệu ứng điện

áp, tín hiệu này mang thông tin về độ lớn biên độ, thời gian tiếp nhận, các thông tin này sau đó được xử lý và thể hiện thành hình ảnh trên màn hình

Các hình thức thể hiện:

Ø   A – mode (Amplitude mode): tín hiệu hồi âm được thể hiện bằng xung hình gai trên dao động ký qua hệ thống trục tung và trục hoành, chiều cao xung thể hiện biên độ lớn của biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí xung thể hiện khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi, thường được dùng trong đo đạc vì độ chính xác cao

Hình 1.14 thể hiện tín hiệu kiểu A - mode

Ø   B – mode (Brightness mode): tín hiệu hồi âm được thể hiện bởi những chấm sáng, độ sáng của các chấm thể hiện biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí chấm sáng xác định khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi hình

Hình 1.15 thể hiện tín hiệu B - mode

Ø   TM – mode (Time Motion mode): dùng để thể hiện sự chuyển dộng cùng phương với tia siêu âm của các vật thể theo thời gian bằng cách thể hiện hình ảnh B – mode theo diễn biến thời gian với các tốc độ quét khác nhau

Nếu nguồn hồi âm đứng yên sẽ tạo ra đường thằng ngang qua màn hình, còn nếu mặt phảu hồi chuyển động sẽ tạo ra đường cong phản ánh sự chuyển động của mặt phản hồi

Trên màn hình thể hiện TM- Mode, biên độ chuyển động của mặt phản hồi được biểu thị trên trục tung, thời gian trên trục hoành với tốc độ quét đã được xác định ta có thể tính toán được vận tốc chuyển động của mặt phản hồi hình

Phương pháp A – mode, B – mode, và TM – mode gọi chung là siêu âm một chiều

Hình 1.16 So sánh các kiểu A – mode, B – mode và M - mode

Ưu điểm của 3 phương pháp là đơn giản, rẻ tiền, có thể xác định được chính xác vị trí của bề mặt phản xạ và trong kiểu TM – mode có thể đo được biên độ chuyển động của vật thể theo phương song song với chùm tia siêu âm

Nhược điểm: cả 3 phương pháp đều không cho hình ảnh tổng thể của vật cần chẩn đoán và không đánh giá được chuyển động có phương vuông góc vỡi phương truyền của tia siêu âm

1.2.6   Hình ảnh tĩnh và hình ảnh động

Hình ảnh tĩnh, có từ thập niên 50 và 60, được gọi là siêu âm 2 chiều, phương pháp dùng để thể hiện hình ảnh hai chiều là B – mode, tương ứng với mỗi vị trí đầu

dò trên cơ thể và mỗi hướng của chùm tia thì trên màn hình ta có một đường tạo ảnh, phản ánh các mặt phản hồi được tạo ra bởi các cấu trúc bộ phận cơ thể nằm trên đường truyền của tia siêu âm Với hệ thống máy quét tĩnh, sự tổng hợp tất cả các đường tạo ảnh tương ứng với nhiều vị trí đặt đầu dò trên cơ thể theo nhiều hướng khác nhau trong cùng một mặt phẳng, sẽ tạo thành hình ảnh siêu âm phản ánh các cấu trúc giải phẫu theo thiết diện cắt ngang qua bởi mặt phẳng nói trên Đây

là hạn chế về mặt kỹ thuật, để có hình ảnh cắt khoanh lớp cơ thể thì phải mất rất nhiều thời gian và hình ảnh nhận được cũng chỉ là hình ảnh tĩnh Tuy nhiên phương pháp này vẫn có ưu điểm là tạo nên một cái nhìn tổng thể về các cấu trúc và mối liên quan giữa các cấu trúc thể hiện trên một hình ảnh Vào những năm 60 để thực hiện sự tổng hợp nói trên, người ta phải dùng hệ thống cánh quét cấu tạo bởi các trục và khớp nối để điều khiển đầu dò

Hình 1.17 Siêu âm hình ảnh tĩnh dùng hệ thống cánh quét

Từ thập niên 17, nhờ kỹ thuật quét chùm tia siêu âm và khả năng xử lý thông tin nhanh của máy điện toán đã ra đời thế hệ máy quét hình ảnh động (real time scanner) có thể nhìn thấy sự chuyển động tức thời (đặc biệt ứng dụng trong chẩn đoán tim mạch), tốc độ tạo hình (FR – Frame Rate) nhanh với tốc độ thường dùng khoảng 25 hình/giây

Hình 1.18 Hình ảnh quét theo thời gian thực – năm 1972 Phân loại cách quét thường dùng

-   Quét điện tử: dùng bộ điều khiển khóa điện tử để đóng mở nguồn nuôi các tinh thể xếp kế cận nhau theo một thứ tự thời gian làm các tia siêu âm quét theo một phương nhất định

-   Quét cơ học: các chấn tử quay quanh một trục hoặc dao động theo kiểu con lắc làm quét tia siêu âm

Nhược điểm của máy ghi ảnh động là diện khảo sát (field of view) bị hạn chế, không cho hình ảnh tổng quát Ta có thể giải thích sự hạn chế này dựa trên công thức:

1/FR = N*t = 2N*d/c Trong đó:

FR: số hình trong 1s hay tốc độ ghi hình (hình/s)

1/ FR: Thời gian tạo 1 hình;

N: Mật độ đường cho 1 hình;

d: độ sâu khảo sát;

t: thời gian cho tia siêu âm đi và đến đầu dò hay thời gian tạo một đường hình (s);

Thông thường ở độ sâu khảo sát 20 cm, với đường tạo ảnh cho một hình là

150 thì số hình trong một giây không thể vượt quá 25 hình Do đó, nếu sử dụng diện khảo sát rộng thì đòi hỏi mật độ đường tạo ảnh lớn để đảm bảo chất lượng ình ảnh,

như thế làm tăng thời gian tạo nên một hình và đồng thời giới hạn tốc độ tạo hình của máy

Nhờ tiến bộ của vi xử lý, người ta đã tạo ra thế hệ máy vừa khảo sát được trên diện rộng vừa có hình động gọi là siêu âm thời gian thực với trường nhìn mở rộng (real time extended field of view) gọi tắt là real time EFOV, bằng cách vừa di chuyển đầu dò theo một thiết diện cắt ngang cơ thể vừa ghi nhận hình ảnh, hình ảnh được tổng hợp liên tục tưc các góc quét riêng biệt ứng với các vị trí của đầu dò, kết quả nhận được là một hình tổng quát có tính động Thực hiện nhờ sử dụng thuật toán Fuzzy- logic với sự xử lí cực nhanh của máy điện oán và bộ xử lý truyền thông

đa phương tiện

Những năm gần đây, với sự ra đời của máy siêu âm 3 chiều (3D) khảo sát được độ sâu của cấu trúc thăm khám hỗ trợ hiệu quả trong chẩn đoán bệnh lý và siêu âm thời gian thực 4D (3 chiều không gian và 1 chiều thời gian) cho thấy sự chuyển động thật của bộ phận cơ thể cần được thăm khám và hoàn thiện tính năng chẩn đoán cho thiết bị siêu âm

CHƯƠNG 2   KỸ THUẬT SIÊU ÂM CƠ BẢN

2.1  HIỆU ỨNG DOPPLER

Hiệu ứng Doppler được tìm ra vào năm 1842 bởi nhà toán học và vật lý học người Áo (Austrian mathematician and physicist) Christian Johann Doppler (1803-1853) Lúc đó ông dùng nó để giải thích hiện tượng lệch màu sắc của các ngôi sao đang chuyển động: Khi ngôi sao tiến lại gần quả đất thìánh sáng của nósẽ chuyển thành màu xanh(tức là bước sóng giảm và tần sốcủa sóng ánh sáng tăng lên) Ngược lại, khi ngôi sao đi xa quả đất thì ánh sáng của nó chuyển thành màu đỏ(tức

là bước sóng tăng lên vàần sốgiảm xuống)

Hiệu ứngđược phát biểu như sau:

Nếu sóng được phát ra từ nguồn phát cố định đến một đầu thu cố định thì tần

số thu bằng tần số phát

Nếu khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát thay đổi trong khoảng thời gian thu sóng (thời gian sóng truyền đến đầu thu) thì bước sóng λ sẽ dài ra hoặc ngắn lại, ngắn lại trong trường hợp đầu thu và phát lại gần nhau và dài ra trong trường hợp ra

xa nhau

Hình 2.1 Hiệu ứng doppler xảy ra giữa nguồn âm và người thu nhận

Từ đó đưa ra định nghĩa: Hiệu ứng Doppler làsự thay đổi tần sốcủa sóng khi cósựdịch chuyển tương quan giữa nguồn phát sóng và người quan sát, tần sốsóng phản hồi tăng lên khi nguồn phát sóng và/hoặc người quan sát tiến lại gần nhau, tần sốnày sẽgiảm xuống trong trường hợp ngược lại.Hiệu ứng Doppler đúng với tất cả các loại sóng và do đó đúng với cả sóng siêu âm

Năm 1959, Satomura (Nhật) lần đầu tiên ứng dụng hiệu ứng Doppler vào Y học nhằm khảo sát tim mạch Sau đóPourcelot (Pháp) vàFranklin (Mỹ) phát triển

tiếp kỹ thuật này Khác với siêu âm B-mode, máy không xử lý tín hiệu sóng phản hồi thành hình ảnh, mà chỉ ghi nhận sự thay đổi tần số do hiệu ứng Doppler xảy ra khi chùm sóng siêu âm phát ra gặp các hồng cầu chuyển động trong mạch máu đang tiến lại gần đầu dò hoặc đi xa đầu dò Hiệu ứng Doppler sử dụng trong phương pháp siêu âm Doppler xảy ra khi sóng siêu âm được phản hồi từ các vật thể chuyển động (tế bào hồng cầu, thành mạch, co cơ…), khi đó tần số của sóng phản hồi sẽ khác với tần số sóng tới, và hiệu hai tần số gọi là độ lệch Doppler hay tần số Doppler

Sóng âm gồm có hai thành phần: tần số(frequency) và biên độ (amplitude) Tần số(f) sóng âm liên quan đến độdài bước sóng (wavelength) λ theo công thức: f

= V (velocity)/ λ (wavelength) Vận tốc sóng âm đi qua hầu hết các mô trong cơ thể với vận tốc 1.540m/giây.Do vậy khi thay đổi độdài bước sóng thì tần số sóng âm cũng thay đổi Biên độbiểu hiện cường độ của sóng âm

Sóng âm được truyền đi (transmitted-T) từ một đầu dò Doppler xung với một tần số hoặc bước sóng cố định Tần số của sóng âm sẽ không thay đổi nếu như các cấu trúc mà nó gặp trên đường đi không chuyển động

Hình 2.2 Tần số Doppler

Chuyển động của các tế bào máu làm thay đổi tần số của sóng phản hồi trở

về (reflected-R) đầu dò Nếu chuyển động của dòng máu hướng về đầu dò thì tần số sóng phản hồi sẽ tăng lên và bước sóng ngắn lại Ngược lại, nếu dòng máu chuyển động xa đầu dò thì tần số sóng phản hồi sẽ giảm và độ dài bước sóng tăng

Trong đó: ∆F: tần số Doppler;

Fo: tần số của sóng phát đi;

Fr: tần số của sóng phản hồi;

v: vận tốc của dòng máu;

c: tốc độ của sóng âm truyền trong cơ thể (1540m/s);

α: góc giữa chùm tia siêu âm và mạch máu

Hệ số 2 xuất hiện trong công thưc là do hiệu ứng do hiệu ứng Doppler xảy ra hai lần: lần một khi tế bào máu nhận tín hiệu phát từ đầu dò, lần hai khi đầu dò nhận tín hiệu phản hồi từ tế bào máu

Hình 2.4 Sự phản hồi 2 lần của dòng chảy khi phát xung từ đầu dò Từcông thức trên ta rút ra:

Tần sốDoppler ∆F tỷlệthuận với vận tốcdòng chảy

-∆F có trịsốlớn nhất khi chùm tia song song với dòng chảy(cos α=1) Khi chùm tia vuông góc với dòng chảy thìsẽ không cótín hiệu Doppler (cos α= 0)

- Với đầu dò phát với tần số2-8MHz thì∆F thu được nằm trong phạm vi tần sốmà tai người nghe được(50Hz-15KHz)

- Vận tốc dòng chảy được tính theo công thức:

2.2.1   Doppler liên tục – cW doppler

CW Doppler (Continuous Wave Doppler) hay còn gọi là Doppler liên tục Như tên gọi của nó, Doppler liên tục tạo ra sóng siêu âm một cách liên tục và liên tục ghi nhận sóng hồi âm đi ngược trở về đầu dò