Xây dựng chương trình xử lý ảnh siêu âm và ứng dụng trong sản khoa

Trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu về Thiết bị chẩn đoán hình ảnh trong y học, Bộ môn Vật lý Kỹ thuật Y sinh đặt ra một trong những mục tiêu nghiên cứu của mình là phát triển một số

HUỲNH CÔNG ĐẠT

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN KHOA

Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT

Mã số: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG - TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH QUANG LINH

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

Trước tiên tôi xin gởi lời chân thành cảm ơn đến TS Huỳnh Quang Linh đã định hướng, tận tình hướng dẫn, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn về chuyên môn cũng như hỗ trợ nhiều mặt của các thầy cô giáo trong khoa Khoa Học Ứng Dụng trường Đại học Bách Khoa TP.HCM

Đặc biệt, tôi xin cảm ơn đến các Bác sĩ siêu âm của bệnh viện Trưng Vương đã hỗ trợ và cung cấp các hình ảnh siêu âm thai nhi để tôi có thể tham khảo, xử lý và trình bày trong phần kết quả luận văn

Nhân đây tôi cũng xin cảm ơn gia đình đã động viên, ủng hộ về mặt tinh thần và vật chất để tôi có thể yên tâm theo học cao học và hoàn thành công trình nghiên cứu của mình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC

Họ và tên học viên: HUỲNH CÔNG ĐẠT Phái: Nam

Nơi sinh: Đức Linh – Bình Thuận

I TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH SIÊU

ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN KHOA

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1.Tổng quan các vấn đề chính liên quan đến đề tài, bao gồm:

- Trình bày những đặc thù của ảnh siêu âm nói chung và đặc thù của từng loại ảnh siêu âm nói riêng

- Trình bày những phương pháp xác định tuổi thai và khối lượng thai nhi

- Trình bày những phương pháp xử lý ảnh để ảnh tăng cường hiệu quả của ảnh siêu âm trong chuẩn đoán y học, đặc biệt trong sản khoa

2 Viết chương trình ứng dụng trên nền Matlab:

- Xử lý ảnh siêu âm thu nhận được từ các thiết bị siêu âm chẩn đoán

- Viết chương trình tích hợp cả việc cải thiện chất lượng ảnh và xác định đường kính lưỡng đỉnh và chu vi đầu, đưa ra kết quả về tuổi thai, khối lượng thai và kết luận về tình trạng phát triển của thai

3 Tiến hành kiểm tra ứng với một số ảnh siêu âm sản khoa và so sánh với kết quả chẩn đoán của bác sỹ để kiểm tra độ tin cậy của chương trình

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07.2012

IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH QUANG LINH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Tôi cam đoan rằng nội dung của luận văn này là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, tất cả các ý tưởng tham khảo từ kết quả nghiên cứu công bố trong các công trình khác đều nêu rõ trong luận văn Các chương trình phần mềm, kết quả đo trong luận văn đều do tôi thực hiện chính xác và trung thực

Tác giả luận văn Huỳnh Công Đạt

Chẩn đoán hình ảnh siêu âm đóng một vai trò quan trọng trong sản khoa, đặc biệt trong việc theo dõi thai kỳ để cho ra đời các trẻ nhi an toàn và khỏe mạnh Các phần mềm đánh giá ảnh siêu âm thai nhi là các phần mềm cũa hãng

đi kèm theo máy nên khó có khả năng thay đổi thông số hoặc mô hình phục vụ mục đích nghiên cứu thử nghiệm Do vậy, luận văn này đã đề ra mục tiêu và đã xây dựng được chương trình trên nền Matlab và công cụ Image Processing Toolbox xử lý phân tích ảnh siêu âm ứng dụng trong sản khoa Chương trình thử nghiệm đạt yêu cầu về tính chính xác và ổn định của các thông số sinh học tính toán được khi so sánh với cac phần mềm hãng, làm cơ sở để phát triển chương trình mã nguổn mở phục vụ công tác nghiên cứu của các bác sĩ chuyên ngành

ABSTRACT

Ultrasonic diagnostic imaging plays an important role in obstetrics, especially in monitoring pregnancy to give birth to the young children safe and healthy Almost fetal ultrasound evaluation software is firmware attached to the ultrasonic imaging equipment, so it is unlikely to change parameters or calculation models for the purpose of experimental research This thesis has thus set out the target to build a program based on Matlab and Image Processing Toolbox to handle image processing and analysis applied in obstetric ultrasound The test program has met the requirements of accuracy and stability in calculation of biological parameters in compared to some other firmware Open-source software can be on base of mentioned program developed to support obstetricians in experimental and statistical research

PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: BỐI CẢNH HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 1

1.1 Bối cảnh hình thành đề tài 1

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 3

PHẦN II: TỔNG QUAN 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SIÊU ÂM VÀ ẢNH SIÊU ÂM 4

2.1 Sóng siêu âm và những tính chất của sóng siêu âm 4

2.1.1 Định nghĩa 4

2.1.2 Sự phản xạ của sóng âm 5

2.1.3 Sự khuếch tán của sóng âm 7

2.1.4 Hiện tượng giảm âm 7

2.2 Nguyên tắc của siêu âm 9

2.2.1 Bộ phận phát 10

2.2.2 Đầu dò áp điện 11

2.2.3 Bộ phận thu nhận 13

2.2.4 Hiển thị hình ảnh 14

2.2.5 Đầu dò cơ học dạng quạt 18

2.2.6 Lưu trữ hình ảnh 23

2.3 Tính chất của ảnh siêu âm 23

2.4 Những hiện tượng vật lý ảnh hưởng đến chất lượng ảnh siêu âm 24

2.4.1 Ảnh giả 24

2.4.2 Bóng âm 25

2.4.3 Đa âm phản hồi 26

2.4.4 Nhòa ảnh dạng đậm nét sau (đậm thành sau) 26

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH 28

3.1 Tăng cường ảnh 28

3.1.1 Tăng độ tương phản 28

3.1.2 Lọc nhiễu 33

3.2 Phân vùng ảnh 34

3.2.1 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ 34

LƯỢNG THAI TRONG SẢN KHOA 36

4.1 Các phương pháp xác định tuổi thai 36

4.1.1 Phương pháp đo chiều cao tử cung (từ eo tử cung đến đáy tử cung) 36

4.1.2 Phương pháp đo đường kính ngang và đường kính trước sau của tử cung để chẩn đoán tuổi thai 36

4.1.3 Phương pháp đo túi ối bằng siêu âm để chẩn đoán tuổi thai 37

4.1.4 Phương pháp đo chiều dài đầu mông để chẩn đoán tuổi thai 37

4.1.5 Phương pháp quan sát hình ảnh ruột thai bằng siêu âm để chẩn đoán tuổi thai 38

4.1.6 Phương pháp đo xương chầy của thai để chẩn đoán tuổi thai 38

4.1.7 Phương pháp đo chiều dài xương đùi thai để chẩn đoán tuổi thai 39

4.1.8 Phương pháp đo khoảng cách 2 hố mắt để chẩn đoán tuổi thai 40

4.1.9 Phương pháp đo đường kính lưỡng đỉnh thai bằng siêu âm để chẩn đoán tuổi thai 40

4.2 Các phương pháp chẩn đoán cân nặng của thai 43

4.2.1 Phương pháp đo đường kính lưỡng đỉnh 43

4.2.2 Phương pháp đo chu vi đầu 44

4.2.3 Phương pháp đo thể tích tử cung 44

4.2.4 Phương pháp đo thể tích tim 44

4.2.5 Phương pháp đo đường kính ngang bụng 44

4.2.6 Phương pháp đo ngực thai 45

4.2.7 Phương pháp đo thể tích thai 45

4.2.8 Phương pháp đo chu vi bụng thai 45

4.2.9 Phương pháp đo diện tích mặt cắt ngang bụng thai 45

4.2.10 Phương pháp đo kết hợp các phần của thai 46

PHẦN III THỰC HÀNH 47

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 47

5.1 Chương trình ULTRAPROC 47

5.1.1 Giao diện chương trình xử lý 47

5.1.3 Nhóm xử lý và phân tích ảnh 48

5.1.4 Nhóm đo lường thông số 53

5.2 Đánh giá và bàn luận về chương trình 55

PHẦN IV KẾT LUẬN 57

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

6.1 Kết luận 57

6.2 Hướng phát triển 57

STT Hình Nội dung Trang

4 2.4 Các mặt phản hồi, phản xạ và khuếch tán 7

5 2.5 Độ giảm thấu của sóng âm qua các bộ phận 8

22 3.4 Ảnh và Histogram sau khi đã xử lý ảnh 30

23 4.1 Đo đường kính lưỡng đỉnh và xương đùi (1) 38

24 4.2 Đo đường kính lưỡng đỉnh và xương đùi (2) 38

25 4.3 Đo đường kính lưỡng đỉnh và chiều dài

29 5.2 Mở ảnh 47

40 5.11 Đo chiều dài xương đùi và đường kính

PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: BỐI CẢNH HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

1.1 Bối cảnh hình thành đề tài:

Hình ảnh học y khoa ngày càng giữ một vị trí quan trọng trong chẩn đoán và điều trị Ngày nay, có nhiều phương pháp chẩn đoán hình ảnh trong y khoa như: X quang, CT, MRI, siêu âm, v.v…; trong đó, phương pháp siêu âm được xem là phổ biến nhất nhờ vào tính an toàn và chi phí thấp của phương pháp siêu âm đối với người bệnh và người sử dụng nó Mặt khác thực tế lâm sàng trên 20 năm qua đã chứng minh siêu âm ngày càng có độ tin cậy càng tăng trong chẩn đoán

Với những tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ trong những năm gần đây, thiết bị siêu âm có những phát triển vượt bậc và đa dạng như siêu âm ba chiều, siêu âm bốn chiều, siêu âm nội soi hệ tiêu hóa, siêu âm nội soi mạch máu, siêu âm Doppler màu v.v… Đặc biệt, sự phát triển của máy tính và kỹ thuật xử lý ảnh đã góp phần vô cùng quan trọng đến việc nâng cao chất lượng chẩn đoán vốn là nhược điểm đáng kể của chủng loại thiết bị này

Trong lĩnh vực sản phụ khoa, siêu âm đóng vai trò rất quan trọng Người thầy thuốc sản phụ khoa không chỉ dựa vào hai bàn tay, vào ống nghe, vào tiền sử bệnh

để chẩn đoán vì có rất nhiều bệnh trong sản phụ khoa có những triệu chứng khởi đầu giống nhau Bởi vậy, sự ra đời của siêu âm đã được coi là phương pháp cận lâm sàng vô cùng quý giá giúp cho người bác sĩ sản phụ khoa chẩn đoán sớm những trường hợp thai dị dạng, chửa ngoài tử cung, hoặc theo dõi sự phát triển của thai nhi trong tử cung, sự phát triển của khối u trong tiểu khung, vv… Tuy nhiên, siêu âm lại rất phụ thuộc vào người chụp siêu âm và phân tích kết quả từ hình ảnh thu được

Do bản chất nguyên lý thu ảnh thông qua tương tác của siêu âm với mô sinh học, ảnh siêu âm có hạn chế lớn so với các ảnh chẩn đoán bằng phương pháp khác, ảnh

Bên cạnh đó, trong sản khoa, để xác định tuổi thai và khối lượng thai thì sau khi có hình ảnh siêu âm thu được từ máy siêu âm, người bác sĩ siêu âm phải trải qua một số bước như: chọn loại công cụ cần đo, kéo thả chuột hoặc chọn điểm trên ảnh siêu âm, v.v… rồi dựa vào cách xử lý đã lập trình sẵn trong máy siêu âm cho ra kết quả Do vậy tính chính xác của việc chẩn đoán phụ thuộc khá nhiều vào thao tác và kinh nghiệm của mỗi bác sĩ chuyên khoa

Mặt khác các phần mềm đánh giá tình trạng phát triển thai nhi thường là các firmware đi kèm theo máy Đó là known-how của hãng nên thông tin về cơ sở lý thuyết của các phần mềm đó thường không dễ tiếp cận được Khả năng thay đổi thông số hoặc mô hình trong mục đích nghiên cứu hầu như không thể được

Trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu về Thiết bị chẩn đoán hình ảnh trong

y học, Bộ môn Vật lý Kỹ thuật Y sinh đặt ra một trong những mục tiêu nghiên cứu của mình là phát triển một số phần mềm mã nguồn mở xử lý và phân tích hình ảnh

y học trong một số lĩnh vực đặc thù như X-quang mạch, CT não bộ, MRI, siêu âm sản khoa v.v… nhằm cung cấp các bác sĩ chuyên khoa các công cụ mở phục vụ nghiên cứu thử nghiệm Trong hướng nghiên cứu đó, mục tiêu luận văn này được đề

ra để thực hiện phần đầu cho dự án xây dựng chương trình ứng dụng hỗ trợ các bác

sĩ siêu âm sản khoa Nội dung phần đầu này là sử dụng chương trình MATLAB với thư viện Image Processing Toolbox để xây dựng và thử nghiệm chức năng hoạt động các module thu nhận, xử lý và phân tích ảnh siêu âm sản khoa, trên cơ sở đó tiến hành lập trình thành phần mềm chuyên dụng Chương trình đề ra nhiệm vụ xây dựng module nâng cao chất lượng ảnh siêu âm nhằm nâng cao hiệu quả chẩn đoán

và module tính toán các thông số sinh học của thai nhi dựa chu vi não và đường kính lưỡng đỉnh của ảnh siêu âm theo một số lý thuyết công bố Do thời gian giới hạn, luận văn đặt trọng tâm vào các yếu tố kỹ thuật sử dụng lý thuyết xử lý ảnh vào việc xây dựng chương trình xử lý ảnh siêu âm; nội dung chuyên sâu về sản khoa sẽ được triển khai với sự hợp tác của bác sĩ chuyên khoa trong các phần khác của dự

án

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn:

Với những lý do trên, mục tiêu chính của luận văn là xây dựng chương trình ứng dụng trên nền Matlab để:

- Xử lý ảnh siêu âm thu nhận được từ các thiết bị siêu âm chẩn đoán

- Viết chương trình tích hợp cả việc cải thiện chất lượng ảnh và xác định đường kính lưỡng đỉnh và chu vi đầu, đưa ra kết quả về tuổi thai, khối lượng thai và kết luận về tình trạng phát triển của thai

Để thực hiện mục tiêu trên, những nhiệm vụ cụ thể được đề ra như sau:

- Trình bày tổng quan những đặc thù của ảnh siêu âm nói chung và đặc thù của từng loại ảnh siêu âm nói riêng, tổng quan những phương pháp xác định tuổi thai và khối lượng thai nhi, tổng quan về những phương pháp xử lý ảnh nhằm tăng cường hiệu quả nhận biết ảnh siêu âm trong chẩn đoán sản khoa

- Viết chương trình ứng dụng trên nền Matlab để thực hiện việc cải thiện chất lượng ảnh siêu âm như:

PHẦN II: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SIÊU ÂM VÀ ẢNH SIÊU ÂM [1, 2, 3]

2.1 Sóng siêu âm và những tính chất của sóng siêu âm:

2.1.1 Định nghĩa:

Sóng âm là những dao động cơ học của vật chất trong môi trường giãn nở Tai người có thể nghe được những sóng âm trong phạm vi dải tần từ 20Hz đến 20000Hz Những âm có tần số dưới 20Hz gọi là hạ âm, trên 20000Hz gọi là siêu âm Đây là vùng sóng âm mà tai người không thể nghe được

Hình 2.1 Sóng âm thanh

Siêu âm là những sóng áp lực lan truyền đi trong môi trường vật chất bằng cách gây ra tại chỗ những biến đổi áp lực và những dịch chuyển các phần vật chất cực bé xung quanh vị trí cân bằng của chúng Tốc độ lan truyền của sóng phụ thuộc vào mật

độ ρ và vào độ đàn hồi E của môi trường lan truyền

Hình 2.2 Tốc độ lan truyền sóng âm thanh

Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm được biểu thị bởi công thức:

E C

Những điều kiện để phản xạ tại mặt tiếp xúc giữa hai môi trường phụ thuộc vào

sự sai khác của các trở kháng âm học của hai môi trường Trở kháng âm học Z của một

mô được xác định bởi tích số giữa mật độ ρ và tốc độ lan truyền C

mà trở kháng âm học rất khác với trở kháng âm học của môi trường các mô mềm, mới phản xạ cực mạnh và biểu hiện là một vật cản sự lan truyền của các siêu âm

Hình 2.4 Các mặt phản hồi, phản xạ và khuếch tán

A Phản xạ dạng mặt B Mặt phản chiếu khuếch tán

2.1.3 Sự khuếch tán của sóng âm:

Khuếch tán là sự truyền lại theo tất cả các hướng trong không gian một phần rất nhỏ năng lượng siêu âm khi chùm tia tới vấp phải những phần vật chất nhỏ bé hơn so với độ dài bước sóng Cấu trúc phản hồi của nhu mô phụ thuộc vào các sóng phản hồi khuếch tán bởi vô số các dị vật phân tán kích thước bé dạng như các mao mạch, các mô liên kết, Chính nhờ cấu trúc phản hồi của chúng mà một khối u thể rắn có sóng phản hồi khác hẳn với sóng phản hồi của một khối u thể lỏng

2.1.4 Hiện tƣợng giảm âm:

Năng lượng của sóng âm bị giảm dần trên đường lan truyền trong các mô Các cơ chế của giảm âm rất đa dạng Đó là những tương tác mà trong đó năng lượng của chùm tia tới được lấy bớt dần để truyền lại theo nhiều hướng khác nhau (do phản xạ hay khuếch tán) hoặc bị hấp thụ bởi các mô và chuyển thành nhiệt (do hấp thụ) Cường độ

âm suy giảm theo hàm số mũ với độ xuyên sâu Z vào trong các mô và biểu thị bởi công thức:

 

0

f z

I I e (2.4) Trong đó α(f) là hệ số suy giảm phụ thuộc vào tần số Trong các mô mềm α(f) tỉ

lệ với tần số và giảm âm tăng đồng thời cùng với tần số và độ xuyên sâu Ở cùng một

mức giảm âm bằng nhau thì độ xuyên sâu của âm càng bé thì tần số lại càng cao Giảm

âm phụ thuộc vào bản chất của mô, nhưng trung bình nằm trong khoảng 1dB/MHz.cm

Hình 2.5 Độ giảm thấu của sóng âm qua các bộ phận

Sóng âm lan truyền trong môi trường rắn, lỏng, khí sẽ gây ra những biến đổi

cơ học, có tác dụng như một lực làm chuyển động các phần tử của môi trường đó Trong điều trị người ta dùng siêu âm có tần số từ 1MHz đến 3MHz, trong chẩn đoán có thể dùng tần số tới 10MHz

Trong y học, siêu âm là một phương pháp khảo sát hình ảnh y 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 Siêu âm không sử dụng các phóng xạ ion hóa (như X quang) Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu

Siêu âm là một khảo sát y học không xâm lấn (không gây chảy máu) giúp cho các bác sĩ có thể chẩn đoán và điều trị bệnh

Siêu âm quy ước tạo ra những hình ảnh các lát cắt mỏng và phẳng của cơ thể Những tiến bộ trong kỹ thuật siêu âm bao gồm siêu âm 3 chiều (siêu âm 3D) có khả

năng tái tạo lại dữ liệu thu nhận được từ sóng âm thành hình ảnh 3 chiều Siêu âm 4 chiều (siêu âm 4D) là siêu âm 3 chiều có ghi nhận sự chuyển động

Hình 2.6: Siêu âm 3 chiều

2.2 Nguyên tắc của siêu âm:

Siêu âm dựa trên cùng một nguyên tắc hoạt động của hệ thống định vị ở loài dơi, các tàu thuyền Khi sóng âm va vào một vật thể, nó sẽ bị dội trở lại, hoặc phản

âm trở lại Bằng cách đo những sóng dội này, người ta có thể xác định được độ xa cũng như kích thước, hình dạng và mật độ (vật thể có tính chất rắn, hay chứa đầy dịch, hoặc cả hai) của vật thể

Trong siêu âm, đầu dò vừa phát sóng âm vừa ghi nhận sóng dội trở lại Khi đầu dò được ấn vào da, nó sẽ truyền những xung nhỏ của các sóng âm có tần số cao không nghe được đi vào cơ thể Khi sóng âm dội lại từ các nội tạng bên trong cơ thể, dịch và mô, một microphone rất nhạy cảm của đầu dò sẽ ghi nhận lại những thay đổi nhỏ trong cao độ và hướng của âm Những tín hiệu sóng này sẽ được đo đạc ngay lập tức và thể hiện bằng máy vi tính bằng cách tạo ra những hình ảnh theo

thời gian thực ở màn hình Một hoặc nhiều khung hình sẽ được chụp lại làm hình tĩnh

Siêu âm Doppler, một ứng dụng đặc biệt của siêu âm, dùng để đo hướng và vận tốc của các tế bào máu khi chúng di chuyển trong mạch máu Sự chuyển động của các tế bào máu gây ra sự thay đổi về cao độ của sóng âm phản hồi lại (được gọi

là hiệu ứng Doppler) Máy vi tính sẽ thu thập và xử lý những sóng âm này để tạo ra biểu đồ hoặc hình màu thể hiện dòng chảy của máu trong các mạch máu

Hiện nay, các đầu dò siêu âm thuộc trong số các dụng cụ chẩn đoán phức tạp

và tinh xảo bậc nhất Tuy nhiên, tất cả các đầu dò đều mang những thành phần cấu tạo căn bản như nhau với những vai trò chính yếu một đầu phát xung cung cấp năng lượng cho đầu dò, bộ phận đầu dò áp điện, bộ phận thu nhận và bộ xử lý nhằm phát hiện và phóng đại năng lượng khuếch tán trở lại và biến đổi các tín hiệu phản hồi để hiển thị Hình ảnh siêu âm là phần hiển thị dưới dạng thích hợp cho việc phân tích

và lý giải.Và sau cùng là có một hình thức ghi lại tức lưu trữ hình ảnh

2.2.1 Bộ phận phát:

Phần lớn các ứng dụng lâm sàng sử dụng siêu âm dạng xung tức những đợt phát ngắn năng lượng âm vào trong cơ thể người Nguồn của những xung này là từ một điện thế có biên độ cao, định sẵn thời gian chính xác Điện thế tối đa áp vào đầu dò bị hạn chế bởi một số nguyên tắc nhằm hạn định hiệu điện thế đủ cho chẩn đoán Các máy siêu âm đều có bộ phận kiểm soát điện thế này Tóm lại, xung phát

ra ở điện thế tối đa có thể ảnh hưởng tới bệnh nhân nên việc sử dụng bộ phận kiểm soát để giảm bớt mức công suất thấp nhất phù hợp với vấn đề chẩn đoán bệnh Đầu dò cũng kiểm soát nhịp độ rung phát ra từ đầu dò tức tần số tái lập xung (PRF) PRF là thời gian giữa hai xung liên tiếp , mang ý nghĩa quan trọng trong việc xác định độ sâu mà có thể dẫn tới dữ liệu sai lạc cả trong hình ảnh lẫn Doppler Hai xung phải cách nhau làm sao để sóng có đủ thời gian cần thiết đi tới được độ sâu cần khảo sát rồi quay trở về trước khi phát ra xung mới Trong hình ảnh học, người

ta thường dùng PRF từ 1 đến 10kHz, nghĩa là khoảng cách giữa các xung là 0,1 đến

1 giây Như vậy, PRF 5kHz cho phép sóng đi đến và trở về từ độ sâu 15,4cm trước khi xung kế tiếp phát ra

2.2.2 Đầu dò áp điện:

Đầu dò là dụng cụ biến đổi năng lượng từ một dạng này sang dạng khác Trong siêu âm, đầu dò biến đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ và ngược lại Trong các hệ thống siêu âm chẩn đoán, đầu dò giữ hai nhiệm vụ Nó biến đổi năng lượng điện sinh ra từ bộ phận phát thành các xung âm hướng vào bệnh nhân Đầu

dò cũng được sử dụng như bộ phận tiếp nhận phản âm, chuyển đổi những biến đổi

áp lực yếu thành những tín hiệu điện để xử lý Đầu dò siêu âm sử dụng tính áp điện (piezoelectricity), một nguyên lý do Pierre Curie tìm ra vào năm 1880 Các vật liệu mang tính áp điện mang khả năng duy nhất là thay đổi hình thể dưới tác dụng của một điện trường Chúng cũng mang đặc tính sinh ra một điện thế khi bị ép lại Khi thay đổi tính phân cực điện thế áp vào đầu dò, độ dày của nó sẽ thay đổi Kết quả là phát ra các sóng áp lực cơ học truyền vào cơ thể Hiệu ứng áp điện cũng sinh ra những điện thế nhỏ khi phản âm trở lại tác động vào đầu dò, áp lực âm trong giai đoạn dãn của sóng âm sẽ phát sinh tính phân cực ngược lại Những biến đổi nhỏ về tính phân cực kết hợp với điện thế là nguồn gốc của các thông tin tạo ra hình ảnh hoặc hiển thị Doppler

Khi áp vào độ dày của đầu dò một chênh lệch về điện thế, đầu dò sẽ rung lên Tần số rung lệ thuộc vào vật liệu của đầu dò Kích thích điện lên đầu dò sinh ra một dải tần số Tần số ưu tiên tuỳ thuộc vào độ dày của đầu dò Trong đa số các máy siêu âm hiện đang sử dụng trong lâm sàng dưới dạng xung, xung siêu âm thường kèm cả các tần số cao hơn và thấp hơn tần số ưu tiên Phạm vi tần số phát ra từ một đầu dò được gọi là dải rộng Thông thường, xung siêu âm phát ra càng ngắn, dải rộng của đầu dò càng lớn

Độ dài của xung siêu âm là số lần biến đổi điện thế xoay chiều áp vào đầu dò Đối với dụng cụ siêu âm phát sóng liên tục (CW), nguời ta áp một dòng điện xoay chiều cố định vào đầu dò, tính phân cực xoay chiều sinh ra một sóng siêu âm liên tục Trong hình ảnh học, biến đổi điện thế ngắn và duy nhất làm cho đầu dò rung tại

điện thế kích thích, xung siêu âm sẽ gồm nhiều chu kỳ Số chu kỳ trong mỗi xung là

độ dài xung Trong hình ảnh học, người ta cần những độ dài xung ngắn, vì xung càng dài, độ phân giải theo trục càng kém Để cho độ dài xung không quá hai hoặc

ba chu kỳ, trong việc chế tạo đầu dò, người ta phải sử dụng các vật liệu giảm rung Trong ứng dụng lâm sàng, cần các xung rất ngắn và các đầu dò có bộ phận giảm rung rất hiệu quả Nhờ vậy, các xung siêu âm rất ngắn, chỉ gồm hai hoặc ba chu kỳ

âm thanh

Xung siêu âm phát ra sinh từ đầu dò sẽ lan truyền trong mô và cung cấp các thông tin lâm sàng Vỏ bọc đặc biệt của đầu dò là chất gel siêu âm dùng kèm có vai trò quan trọng giúp sự dịch chuyển năng lượng từ đầu dò sang cơ thể được hiệu quả Một khi đã vào cơ thể, các xung siêu âm lan truyền đi, phản xạ, khúc xạ và bị hấp thu, theo đúng như những nguyên tắc vật lý âm học căn bản đề cập ở phần trên Các xung siêu âm phát ra từ đầu dò tạo nên một chuỗi các sóng đi tới dưới dạng một chùm siêu âm ba chiều Các đặc tính của chùm sóng chịu ảnh hưởng của tính giao thoa khi các sóng áp lực thành hình, tan biến, tuỳ vào độ cong của đầu dò

và tuỳ thuộc vào các thấu kính âm học dùng để điều chỉnh chùm sóng Sự giao thoa của các sóng áp lực hình thành trong vùng gần đầu dò, nơi mà biên độ áp lực thay đổi đáng kể Vùng này được gọi là vùng gần hay vùng Fresnel Tại một khoảng cách xa hơn tuỳ vào bán kính của đầu dò và tần số, âm trường bắt đầu phân ly, càng

ra xa, biên độ áp lực càng giảm một cách đều đặn Vùng này gọi là vùng xa hay vùng Frauenhofer Đối với các loại đầu dò array hiện đại đa chấn tử, thời gian kích thích giữa các chấn tử, thời gian kích thích giữa các chấn tử được định sẵn chính xác nên có thể điều chỉnh độ phân ly của chùm sóng siêu âm và cho phép hội tụ ở những độ sâu định được

Chỉ những xung phản hồi trở lại đầu dò mới có thể kích thích đầu dò bằng những biến đổi áp lực nhỏ, sau đó chuyển đổi thành những biến đổi điện thế, sau đó chuyển đổi thành những biến đổi điện thế, nhận diện, khuếch đại và xử lý thành các thông tin phản âm và dựng lên hình ảnh

2.2.3 Bộ phận thu nhận:

Khi các phản âm quay về đập vào bề mặt đầu dò, những điện thế nhỏ phát sinh ngang qua các chấn tử áp điện Bộ phận tiếp nhận điện và khuếch đại các tín hiệu yếu ớt này Bộ phận tiếp nhận nhận cũng cung ứng phương tiện bù trừ các chênh lệch về cường độ sóng phản âm do độ hấp thu khác nhau bởi độ dày khác biệt giữa các mô tạo nên Muốn thế, người ta kiểm soát độ bù trừ theo thời gian và độ sâu tức TGC (time gain compensation)

Khi đi qua cơ thể, sóng âm bị giảm thấu và thêm một phần năng lượng bị mất

đi khi phản âm qua mô về lại đầu dò Độ giảm thấu của âm tỷ lệ thuận với tần số đầu dò và không đổi trong một mô định sẵn Phản âm phát sinh từ nơi sâu sẽ yếu hơn sóng từ nơi nông hơn, chúng phải được khuếch đại nhiều hơn ở bộ phận tiếp nhận để tạo nên một hình thái phản âm tương đối đồng nhất Đây là vai trò của TGC cho phép người sử dụng có thể khuếch đại chọn lọc phản âm từ nơi sâu và giảm bớt tín hiệu từ nơi nông hơn tức bù trừ độ giảm thấu do mô Tuy một số máy mới có bộ phận TGC tự động, việc điều chỉnh bằng tay vẫn rất quan trọng và ảnh hưởng lớn tới chất lượng hỉnh ảnh cần lý giải

Một chức năng quan trọng khác của bộ phận tiếp nhận là nén độ rộng biên độ trở về đầu dò trở thành một dải đủ hiển thị Tỷ số giữa biên độ cao nhất và thấp nhất, biểu thị bằng decibel, tương ứng với dải rộng Trong ứng dụng lâm sàng tiêu biểu, dải tín hiệu phản xạ có thể thay đổi theo một số yếu tố khoảng 1:1012, tương ứng với dải rộng 120dB Tuy các bộ khuếch đại trong máy siêu âm có khả năng bắt được dải điện thế như vậy, hiển thị thang xám bị giới hạn trong dải cường độ tín hiệu từ 35 đến 40dB Nén và sắp xếp lại các dữ liệu là cần thiết để thích ứng với dải rộng hiển thị thang xám

Hình 2.7: Dải động

Bộ phận tiếp nhận thực hiện việc nén bằng cách khuếch đại chọn lọc các tín hiệu yếu Xử lý thêm bằng tay giúp chọn lọc các tín hiệu yếu Xử lý thêm bằng tay giúp chọn lọc các tín hiệu trở về để hiển thị Chúng làm thay đổi độ sáng tối ở một

số mực phản âm của hình ành và nhờ thế cũng ảnh hưởng độ tương phản

2.2.4 Hiển thị hình ảnh

Có nhiều cách hiển thị các tín hiệu siêu âm Qua nhiều năm, hiển thị hình ảnh

từ kiểu A, sang phân giải cao, hiển thị tức thì, thang xám Các loại kiểu A giai đoạn đầu hiển thị điện thế sinh ra tại đầu dò khi tiếp nhận sóng khuếch tán trở lại trên bề mặt một kính dao động Hiện tượng quét ngang của kính dao động được cân chỉnh

để cho biết khoảng cách từ đầu dò đến bề mặt phản xạ Trong cách hiển thị này, biên độ của sóng phản xạ được phản ảnh qua độ cao của đường biểu diễn theo chiều đứng dọc trên kính dao động Theo mode A, chỉ ghi nhận vị trí và cường độ của cấu trúc phản xạ

Một kiểu đơn giản khác là mode M Siêu âm mode M hiển thị biên độ sóng phản âm, cho biết vị trí của mặt phản xạ di động

Hình 2.8: Hiển thị Mode A A: Vách thất phía trước; B: Vách liên thất; C: Vách thất phía sau

Mode M sử dụng độ sáng để biểu thị cường độ phản âm Có thể điều chỉnh thời gian để thay đổi độ phân giải theo thời gian Đọc kết quả dựa trên chuyển động của các mặt phản xạ từ đó suy ra các mối tương quan giải phẫu tuỳ theo cách chuyển động chuyên biệt nào đó Hiện nay, ứng dụng chính của mode M là đánh giá các chuyển động nhanh của van tim, buồng tin và vách tim Trong tương lai, mode

M có thể giữ vai trò trong việc đo đạc các chuyển động nhỏ thành mạch từ đó đánh giá tính đàn hồi thành mạch liên quan tới xơ vữa

Điểm mấu chốt của hình ảnh học siêu âm hiện nay là hiển thị dưới thang xám, theo thời gian thực tức hiển thị tức thì, mode B, trong đó các tín hiệu phản xạ với biên độ khác nhau được thể hiện qua cường độ hoặc độ sáng Để có được hình ảnh hai chiều (2D), các xung siêu âm được chuyển thành chuỗi các đường quét nối tiếp nhau và dựng nên hình hai chiều từ vật đã được quét

Hình 2.9: Mode B

Khi hình siêu âm hiện lên trên một nền đen, các tín hiệu có tín hiệu mạnh lên màu trắng, không có tín hiệu thể hiện màu đen còn các tín hiệu với tín hiệu trung gian thể hiện qua các sắc xám Nếu chùm sóng siêu âm di chuyển tương ứng theo vật khảo sát và vị trí của tín hiệu phản xạ được lưu lại, hình ảnh 2D tạo nên có những phần sáng tương ứng với các cấu trúc có năng lượng âm phản xạ về đầu dò nhiều

Trong phần lớn các dụng cụ hiện đại, người ta dùng bộ nhớ 512 x 512 hoặc

512 x 640 điểm ảnh để lưu các giá trị tương ứng với cường độ phản âm phát sinh từ những phần tương thích của bệnh nhân Ít nhất có 28 hay 256 độ xám tại mỗi điểm ảnh tương ứng với biên độ phản âm hiển thị Hình ảnh lưu lại dưới dạng này có thể được truyền hiển thị trên một màn hình.Vì hiển thị mode B tạo mối liên quan giữa cường độ các tín hiệu khuếch tán trở lại với mực sáng trên nên người thực hiện siêu

âm phải hiểu bằng cách nào biên độ sóng siêu âm được diễn tả qua độ sáng của hình ảnh trên màn hình Mỗi nhà chế tạo thường cung cấp nhiều tuỳ chọn phương thức dải nén rộng để hiển thị cũng như về chức năng chuyển đổi một tín hiệu nào đó sang một sắc xám Mặc dù các chi tiết kỹ thuật này thay đổi trên từng máy, cách sử dụng

chúng lại dường như cố định để có được hình ảnh giá trị cho lâm sàng Nhìn chung, nên hiển thị với dải rộng nhất có thể được nhằm nhận biết được những chênh lệch nhỏ về phản âm của mô

Siêu âm thời gian thực cho ta cảm giác về chuyển động nhờ xử lý một chuỗi các hình 2D riêng biệt với tốc độ 15 đến 60 khung hình mỗi giây Hiện nay, siêu âm mode B, hai chiều, thời gian thực là phương pháp siêu âm chủ yếu cho toàn cơ thể

và là cách thể hiện thường gặp nhất của hiển thị mode B Siêu âm thời gian thực giúp đánh giá về chuyển động lẫn giải phẫu Khi thu thập và hiển thị hình ảnh với tốc độ nhiều lần mỗi giây, hiệu quả trở nên động, và vì hình ảnh hiện trạng và chuyển động của cơ quan ngay trong lúc đang khảo sát nên thông tin thu được gọi là thời gian thực Ứng dụng trong tim mạch, từ “siêu âm tim 2D” được dùng để chỉ hình ảnh kiểu B, tức thì, trong các ứng dụng khác, người ta nói “siêu âm thời gian thực”

Các đầu dò cung cấp hình ảnh thời gian thực được phân loại theo phương thức quét chùm sóng sao cho xử lý nhanh chuỗi ảnh riêng biệt Nên nhớ rằng, để có hình ảnh tức thì, cần tốc độ 30 đến 60 hình mỗi giây Chùm sóng có thể quét theo kiểu xoay cơ học hay dao động, hoặc quét điện tử

Hình 2.10: Đầu dò Linear Array

Hình 2.11: Đầu dò Phased Array

Quét sóng điện tử được dùng trong các đầu dò linear array và phased array, cho phép hiển thị hình ảnh dưới nhiều khổ khác nhau Đa số các đầu dò quét sóng điện tử đang sử dụng còn có thêm khả năng hội tụ điện tử điều chỉnh được theo độ sâu Các đầu dò quét cơ học co đầu dò chỉ dùng một chấn tử duy nhất với điểm hội

tụ cố định hoặc có thể có các chấn tử xếp theo annular array kèm hội tụ kiểm soát bằng điện tử Trong hình ảnh học thời gian thực, đầu dò quét sóng cơ học hoặc điện

tử hiển thị hình ảnh theo khổ chữ nhật hoặc chóp Trong sản khoa, khảo sát phần mềm và mạch máu ngoại biên, người ta hay dùng các đầu dò linear array (dạng thẳng) với hình ảnh dạng chữ nhật Hiển thị hình dạng chữ nhật có ưu điểm là trường khảo sát rộng gần bề mặt nhưng đòi hỏi mặt tiếp xúc rộng giữa đầu dò với

da Đầu dò sector (dạng quạt) với kiểu quét sóng cơ học hay điện tử chỉ cần mặt tiếp xúc nhỏ nên có ưu thế khi khảo sát những nơi nhỏ và hẹp

2.2.5 Đầu dò cơ học dạng quạt:

Các đầu dò siêu âm ban đầu chỉ có một chấn tử áp điện duy nhất Để tạo dựng hình ảnh hiển thị tức thời thì với các đầu dò này, các bộ phận cơ học cần chuyển động đầu dò theo hướng thẳng hoặc cong Các đầu dò cơ học không cho phép thay đổi vùng hội tụ Muốn vượt qua vấn đề này, phải dùng các đầu dò annular array

Tuy đã giữ vai trò quan trọng trong thời gian đầu, hiện nay, người ta ít dùng các đầu

dò cơ học với hội tụ cố định và một chấn tử duy nhất

Công nghệ hiện nay sử dụng đầu dò đa chấn tử, thường được sản xuất bằng cách xen một cách chính xác một mảnh vật liệu áp điện vào trong nhiều đơn vị nhỏ, mỗi đơn vị có điện cực riêng Nhiều hình thức thể hiện các loại đầu dò array như thế Phần lớn thuộc loại linear, curved, phased, hoặc annular Bằng cách định sẵn thời gian chính xác thời điểm khởi động các nhóm chấn tử trong array, sự giao thoa của các sóng phát có thể được điều chỉnh để thay đổi hướng của chùm sóng siêu âm nghĩa là tạo nên chùm sóng định được kiểu quét giúp hình thành hình ảnh thời gian thực theo khổ thẳng hoặc khổi rẻ quạt

2.2.5.1 Linear array:

Hình 2.12: Đầu dò Linear Array

Người ta thường dùng các đầu dò linear khi khảo sát phần mềm, mạch máu và trong sản khoa vì hình ảnh dạng chữ nhật thích hợp trong những khảo sát này Trong các đầu dò loại này, từng chấn tử được xếp theo dạng thẳng Khi khởi động các chấn tử theo chuỗi, từng chấn tử một hoặc từng nhóm một, sẽ sinh ra một chuỗi các xung song song, mỗi xung tạo nên một đường ngắm thẳng góc với bề mặt của đầu dò Những đường ngắm riêng lẻ này sẽ kết hợp lại tạo ra trường khảo sát (hình

1-12) Tuỳ theo số lượng các chấn tử trong đầu dò và tuỳ vào chuỗi khởi động, người ta có thể hội tụ ở từng độ sâu chọn sẵn tính từ bề mặt

2.2.5.2 Curved array:

Hình 2.13: Đầu dò Curved Array

Các chấn tử được sắp xếp theo dạng cong cho phép có được hình ảnh với trường khảo sát rộng hơn và dạng quạt Người ta dùng loại đầu dò này khá rộng rãi, khảo sát bụng, sản khoa, vùng chậu qua ngả bụng Các loại array cong, kích thước nhỏ, tần số dao động cao được ứng dụng trong đầu dò trong âm đạo và trong trực tràng hoặc trong việc khảo sát bệnh nhi

2.2.5.3 Phased array:

Hình 2.14: Đầu dò Phased Array

Trái nghịch với các đầu dò dạng quạt cơ học, trong đầu dò phased array không có phần nào chuyển động Một trường khảo sát dạng quạt sinh ra từ việc khởi động các chấn tử theo chuỗi chính xác dưới kiểm soát điện tử Nhờ kiểm soát thời gian và chuỗi khởi động, người ta có thể quét sóng siêu âm theo những hướng khác nhau cũng như hội tụ được ở những độ sâu khác nhau

Bằng cách quét nhanh chóng chùm sóng để sinh ra một chuỗi các đường ngắm

có góc quay thay đổi từ đầu này sang đầu kia, hình ảnh dựng được có dạng quạt Điều này cho phép sản xuất những đầu dò kích thước tương đối nhỏ nhưng trường khảo sát rộng theo độ sâu Loại đầu dò này hữu ích khi quét liên sườn để khảo sát tim, gan hoặc lách và những vùng khó đưa đầu dò vào khảo sát

2.2.5.4 Annular array:

Hình 2.15: Đầu dò Annular Array

Cách sắp xếp ở đây là xen một mảnh chấn tử chữ nhật vuông góc với trục chính của đầu dò tạo thành những chấn tử chữ nhật nhỏ hoặc một chuỗi các chấn tử đồng tâm nằm gọn bên trong một chuỗi khác các chấn tử trong một mảnh tròn vật liệu áp điện Việc sử dụng nhiều chấn tử xếp đồng tâm giúp hội tụ chính xác Một lợi điểm đặc biệt trong việc chế tạo annular array là chùm sóng được hội tụ theo chiều dọc lẫn chiều ngang nghĩa là chùm sóng đồng nhất và hội tụ cao độ Khác với linear array, trong đó trì hoãn khởi động chấn tử dùng để chỉnh hướng quét sóng, annular array không đổi được hướng quét và muốn sử dụng trong hình ảnh học hiển thị tức thì, sóng được chỉnh hướng cơ học

Trong thực hành, lựa chọn đầu dò thích hợp với ứng dụng lâm sàng không chỉ dựa vào yêu cầu về độ phân giải mà còn tuỳ thuộc vào khoảng cách giữa vật cần khảo sát với đầu dò vì khi tần số tăng, độ xuyên thấu sẽ giảm Nhìn chung, nên chọn tần số cao nhất mà sóng tới được vùng khảo sát Đối với mạch máu nông và các cơ quan như tuyến giáp, vú chỉ nằm dưới da khoảng 1 đến 3cm, thường dùng tần số 7,5 đến 10MHz Tần số cao như vậy cũng lý tưởng cho khảo sát các cơ quan bụng chậu nằm sâu 12 đến 15cm từ mặt da, cần phải dùng tần số 2,25 đến 3,5MHz Khi cần độ phân giải tối ưu, phải dùng tần số cao nhất với độ phân giải dọc và bên tuyệt hảo tại độ sâu khảo sát

2.2.6 Lưu trữ hình ảnh:

Với siêu âm thời gian thực, bác sĩ quan sát được ngay trên màn hình hiển thị

Độ sáng và độ tương phản của hình ảnh tuỳ vào việc định sẵn thông số của màn hình, điều chỉnh gain của hệ thống và điều chỉnh TGC Dường như yếu tố chính ảnh hưởng chất lượng hình ảnh trong siêu âm là điều chỉnh không đúng tần số hiển thị của màn hình và quên đánh giá mối tương quan giữa màn hình và hiển thị khi chép vào ổ cứng Các điều kiện hiển thị và ánh sáng phòng đọc phải được chuẩn hóa ứng với bộ phận chép vào ổ cứng

Lưu thường xuyên hình ảnh để xem lại và lưu trữ dưới dạng phim bằng camera quang học hoặc laser và máy in cũng như trên băng từ Do đó, càng ngày người ta càng lưu hình ảnh siêu âm dưới dạng số hóa

2.3 Tính chất của ảnh siêu âm:

Dựa trên tính chất của sóng siêu âm phản hồi, bộ phận xử lý tín hiệu dựng lại hình ảnh các kết cấu bên trong vật thể được quan sát, các hình ảnh này được gọi là ảnh siêu âm Vì dựa vào sóng siêu âm để mô tả hình ảnh bên trong nên tính chất ảnh của ảnh siêu âm dựng được phụ thuộc rất nhiều vào tính chất của tín hiệu sóng siêu

âm

Tần số sóng siêu âm nằm trong khoảng 2 đến 20 MHz Tần số này thấp hơn nhiều lần so với tần số các tia sử dụng trong máy CT hay MRI (3 x 1010 đến 3x 1013MHz) Với tần số thấp như vậy, sóng siêu âm mang năng lượng nhỏ nên dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu và nhanh chóng suy yếu trong môi trường Tính chất này của sóng siêu âm khiến cho ảnh siêu âm có độ nhiễu cao hơn so với ảnh chụp CT/MRI

Sóng siêu âm mang năng lượng thấp vì có tần số thấp nên nhanh chóng suy yếu khi truyền trong môi trường, tín hiệu đi càng xa đầu thu phát càng suy yếu mạnh Tính chất này khiến cho ảnh siêu âm thu được rất nhiễu tại những điểm mô tả các kết cấu xa đầu thu/phát, thậm chí không mang thông tin mô tả kết cấu vật thể tại những vị trí này

Với tính chất chóng suy yếu nên các tín hiệu phản hồi khi đi qua bề mặt tiếp