Siêu âm đàn hồi: Nguyên lý, kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng -PGS.TS Nguyễn Phước Bảo Quân

CHẨN ĐOÁN THAI NGỪNG PHÁT TRIỂN TRONG TỬ CUNG-Bs Nguyễn Hoàng Long
16/05/2017
Siêu âm đàn hồi: ứng dụng lâm sàng trong khảo sát bệnh lý gan- PGS.TS Nguyễn Phước Bảo Quân
21/05/2017

Siêu âm đàn hồi: Nguyên lý, kỹ thuật và ứng dụng lâm sàng -PGS.TS Nguyễn Phước Bảo Quân

9770 lượt xem

SIÊU ÂM ĐÀN HỒI: NGUYÊN LÝ, KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG LÂM SÀNG 
PGS.TS. NGUYỄN PHƯỚC BẢO QUÂN

Download file  PDF

NỘI DUNG
– GIỚI THIỆU
– CƠ SỞ VẬT LÝ
– NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT ĐÀN HỒI
– ỨNG DỤNG LÂM SÀNG
– KẾT LUẬN

GIỚI THIỆU: ĐẶC TÍNH ĐỘ CỨNG VÀ Ý NGHĨA LÂM SÀNG

 

– Từ thời ký sơ khai của Tây Y, thầy thuốc đã biết dùng kỹ thuật sờ nắn để phát hiện bệnh lý .
  Ví dụ: Các bác sĩ phát hiện ung thư vú nhờ vào đặc điểm rất cứng của nó.
 Ví dụ 2: phẩu thuật viên sờ nắn gan trong mổ để phát hiện u gan.

(click  vào hình để xem lớn hơn)

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)
– Nhiều loại mô cơ thể được cấu tạo nên  từ các thành phần khác nhau nên chúng có độ cứng khác nhau.
– Các biến đổi bệnh lý khiến cho mô thay đổi độ cứng .
– Tuy nhiên, sờ nắn có những hạn chế: mang tính chủ quan; không nhạy/ cấu trúc nhỏ, nằm sâu. 
 Cần có kỹ thuật mới để :
– Để ghi hình, ước tính, định lượng một cách khách quan đặc tính độ  cứng của mô.
 Ghi hình đàn hồi: Siêu âm đàn hồi, Cộng hưởng từ đàn hồi.

 

 

VẬT LÝ CƠ BẢN

1. KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ CỨNG & MỨC BIẾN DẠNG- ĐẶC TÍNH ĐÀN HỒI

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Một vật thể được gọi là đàn hồi khi nó bị biến dạng do chịu một lực nén, nhưng sau đó trở lại hình dạng ban đầu khi không còn lực nén nửa.
– Mức độ biến dạng xác định đặc tính đàn hồi. 

 

KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ CỨNG ?

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Độ cứng biểu hiện sự kháng lực của một vật thể đàn hồi trước một biến dạng gây nên bởi lực nén.
– Đặc tính độ cứng này khiến chúng ta cảm nhận
được vật thể đó cứng hay mềm khi sờ nắn
– Độ cứng tỷ lệ nghịch với mức biến dạng

 

 

MỐI LIÊN HỆ GIỮA ĐỘ ĐÀN HỒI VÀ ĐỘ CỨNG
Một vật càng cứng thì càng ít biến dạng, thậm chí không biến dạng . Một vật càng mềm thì càng dễ biến dạng.
 Cùng 1 lực nén thì cấu trúc mềm biến dạng nhiều hơn cấu trúc cứng

 

 

THUỘC TÍNH CƠ HỌC VÀ ĐỘ ĐÀN HỒI, ĐỘ CỨNG
– Các thuộc tính cơ học của mô mềm phụ thuộc vào:
+ Các khối phân tử cấu thành nên chúng (mỡ, sợi …)
+ Cách thức cấu trúc vi thể và đại thể .
+ Tình trạng đường bờ của cấu trúc
– Chính các thuộc tính này đã qui định cho mô đặc tính cứng hay đàn hồi .
[ Fung Y.C., 1981. Biomechanical properties of living tissue]

 

 

CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ CỨNG CỦA LÒ SÒ

(click  vào hình để xem lớn hơn)

Định luật Hooke
– k đại diện cho độ cứng
– k = F/x (newton/m)
+ F là lực áp đặt lên lò sò
+ x khoảng biến dạng

 

 

ĐỘ CỨNG CỦA CÁC LÒ SÒ – ĐỘ CỨNG CỦA MÔ KHÁC NHAU

(click  vào hình để xem lớn hơn)

 

 

CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐẶC TÍNH ĐÀN HỒI MÔ

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Các thông số đàn hồi gồm : + Xu hướng biến dạng dọc,
ngang xảy ra do một một lực áp đặt lên nó
Xuất đàn hồi ( Young modulus, Shear modulus, Bulk modulus ), tỉ số Poisson giữa 2 loại xuất đàn hồi
+ Young modulus: xu hướng biến dạng dọc
+ Shear modulus: xu hướng biến dạng ngang.

 

 

CÔNG THỨC TÍNH ĐỘ CỨNG CỦA MÔ ĐÀN HỒI

Sức nén σ, là lực tác dụng trên một đơn vị diện tích bề mặt + σ = lực/diện tích (F/cm2)

(click  vào hình để xem lớn hơn)

Mức biến dạng ε do tác động bởi sức nén, là tỉ số giữa độ lệch (khoảng biến dạng) với số đo ban
đầu: 


– Xuất Young thể hiện xu hướng biến dạng dọc, đại diện cho độ cứng + (E) : 


+ đơn vị là Pa, kPa

 
2. MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA ĐỘ CỨNG VÀ VẬN TỐC SÓNG BIẾN DẠNG TRONG MÔI TRƯỜNG
– Dưới tác dụng lực nén/mô đàn hồi –> biến dạng ngang

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

 

 

biến dạng ngang

– Dưới tác dụng lực nén/mô đàn hồi  sóng biến dạng /mô với vận tốc v

Biến dạng                    Biến dạng ngang               Sóng biến dạng

Sóng siêu âm: sóng dọc, phần tử dao động theo song song góc với hướng lan truyền sóng, v = 1540 m/s
(EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Use of Ultrasound Elastography.Part 1: Basic Principles and Technology)

Sóng biến dạng: sóng ngang, phần tử dao động theo hướng vuông góc với hướng lan truyền sóng; v = 1 – 10 m/s2.

(click  vào hình để xem lớn hơn)

 

 

MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA ĐỘ CỨNG VÀ VẬN TỐC SÓNG CỦA MÔI TRƯỜNG

E , ρ : xuất đàn hồi (E) và tỷ trọng của mô –> Mô càng cứng thì v càng lớn

 

 

NGUYÊN LÝ & KỸ THUẬT 

1. GHI HÌNH ĐÀN HỒI LÀ GÌ ?
Thực tế:
– Độ cứng không thể đo lường một cách trực tiếp
-Trong khi đó người ta có thể đo được xuất đàn hồi và mức biến dạng, vận tốc của sóng biến dạng.

– Ghi hình đàn hồi là thể hiện sự phân bố trong mô về một trong các thông số đàn hồi như mức biến dạng, xuất đàn hồi, tỉ số Poisson, vận tốc sóng biến dạng.

 

 

GHI HÌNH ĐÀN HỒI DỰA TRÊN MỨC BIẾN DẠNG – STRAIN IMAGING

COMPRESS ELASTOGRPHY (E.Sie Touch/Siemens), RTE – REALTIME ELASTOGRAPHY (Hitachi)
Nguyên lý KT
Ghi hình đàn hồi gồm các bước :
– Áp một lực nén lên mô cần khảo sát.
– Ước tính sự dịch chuyển trong mô gây nên bởi lực nén, từ đó tính toán ra mức biến dạng của mô .
– Các phương tiện để ước tính sự phân bố mức độ dồn nén :
+ Tín hiệu Siêu âm
+ Tín hiệu Cộng hưởng từ

1. GHI HÌNH ĐÀN HỒI DỰA TRÊN MỨC BIẾN DẠNG

Nguyên lý

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Áp một lực tĩnh lên đầu dò
– Tín hiệu tần số Radio – dữ liệu sóng âm – trước và sau khi áp lực nén được phát đi và được thu nhận và xử lý …

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Phương pháp đối chiếu ngang được dùng để ước tính koảng lệch thời gian giữa tín hiệu hồi âm trước và sau khi đè nén –> Tính toán mức biến dạng mô do nén .

 

 

 

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

(EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Use of Ultrasound Elastography.Part 1: Basic Principles and Technology)

 

 

 

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

(EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Use of Ultrasound Elastography.Part 1: Basic Principles and Technology)

 

 

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

Sơ đồ khối của máy siêu âm ghi hình đàn hồi .

 

 

2. GHI HÌNH ĐÀN HỒI DỰA TRÊN MỨC BIẾN DẠNG – THỂ HIỆN

(click  vào hình để xem lớn hơn)

(a) Diện cắt của 3 lớp thạch, lớp giữa mềm hơn hai lớp trên và dưới.
(b) Hình Siêu âm cho thấy 3 lớp có độ hồi âm như nhau nên không phân biệt được.
(c) Hình đàn hồi thể hiện lớp giữa trắng hơn (mềm) trên thang độ xám
(d) Phân bố mức biến dạng theo mã màu.
[ Josef Jaros. Ultrasound Elastography.University of Kuopio, Finland ]

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Mã hóa theo thang độ xám sự phân bố độ cứng của mô :
+ Mô cứng  thang xám ngã về phía đen
+ Mô mềm  thang xám ngã về phía trắng
– Mã hóa theo thang độ màu sự phân bố độ cứng của mô :
+ Mô cứng  màu mã hóa ngã về màu xanh (thông thường)
+ Mô mềm  màu mã hóa ngã về màu đỏ.
+ Lục, vàng, cam  mô cứng vừa

(click  vào hình để xem lớn hơn)
– Mã hóa theo thang độ màu sự phân bố độ cứng của mô :
+ Mô cứng  màu mã hóa ngã về màu cam
+ Mô mềm  màu mã hóa ngã về màu tím.
+ Lục, vàng, cam  mô cứng vừa

 

 

3. GHI HÌNH ĐÀN HỒI DỰA TRÊN MỨC BIẾN DẠNG – THÔNG TIN

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Phân bố độ cứng của mô ,bên trong thương tổn cũng như so với mô lành xung quanh

– Kích thước thương tổn/hình đ.h so với kích thước/B.mode –>  Diameter ratio
Area ratio

 

Kết quả bán định lượng:

(click  vào hình để xem lớn hơn)

– Phân bố mức biến dạng trong thương tổn và mô xung quanh –> Thang điểm đàn hồi
– Tỷ số mức Biến dạng – Strain Ratio.
+ Diễn giải sự so sánh mức biến dạng giữa hai loại mô.
+ Không có Đơn vị

 

 

ỨNG DỤNG LÂM SÀNG

Tiêu chuẩn thang điểm Tsukuba/ Ueno , Ako Itoh et al

 

Scoring 1, 2, 3

 

 

 

 

– Scoring 4, 5

 

[Ako Itoh et al Breast Disease: Clinical Application of US Elastography for Diagnosis. Radiology: Volume 239: Number 2—May 2006]

 

 

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

 

 

 

NGUYÊN LÝ & KỸ THUẬT

1. GHI HÌNH ĐÀN HỒI DỰA TRÊN MỨC BIẾN DẠNG – ƯU VÀ NHƯỢC ĐiỂM
Ưu điểm
– Kỹ thuật xuất hiện đầu tiên trên lâm sàng do công nghệ không cao
– Giá thành thiết bị không đắt 
Nhược điểm
– Mang tính chủ quan, phụ thuộc vào người làm (lực ép trên đầu dò để tạo lực nén)
– Chỉ thể hiện thông tin định tính, bán định lượng
– Mô sâu thì khó thực hiện

– Ảnh giả

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

Ảnh giả do hiện tượng mặt phẳng trượt – độ ly giải tương phản/set up window

 

 

 

2. GHI HÌNH ĐÀN HỒI DỰA TRÊN VẬN TỐC SÓNG BIẾN DẠNG – SHEAR WAVE ELASTOGRAPHY.
-FIBROSCAN (Echosen) , ARFI (Siemens), SWE (Supersonic)
2.1 Nguyên Lý
– Tạo ra sóng biến dạng trong mô bởi một xung áp lực của sóng âm hoặc xung sóng sang chấn.
– Các phương tiện để ước tính vận tốc sóng biến dạng
+ Kỹ thuật SA một 
+ Các chùm sóng Siêu âm được phát đi liên tục

 

2.2.1.Kỹ thuật TE (Transient Elastography)

Bước 1: Sóng biến dạng được tạo ra bởi xung cơ học bên ngoài qua bộ rung (vibrator) sóng biến dạng có tần số
thấp 50 Hz lan từ bề mặt da vào gan.
Bước 2: Tiếp đó, sóng SA 1D (A mode) được gởi đi để “theo vết” sóng biến dạng đo vận tốc sóng biến dạng
+ Đo ở độ sâu 25-65mm, trong vùng quan tâm (ROI) có kích thước 1x4cm
+ Vận tốc sóng biến dạng qui đổi thành suất đàn hồi E, đơn vị kPa (kilopascals)
Ghi chú: Không ghi hình B.mode!!!

 

(click  vào hình để xem lớn hơn)

Kỹ thuật TE (Transient Elastography)

 

 

 

 

 

2.2.1.Kỹ thuật TE- thể hiện & thông tin

(click  vào hình để xem lớn hơn)

-Thể hiện
+ A.mode/B.mode làm tham chiếu (…) + Biểu diễn lan truyền sóng biến dạng
– Thông tin
+ Độ cứng (kPa)

 

 

2.2.1.Kỹ thuật TE- ưu & nhược điểm
 Ưu điểm
– Nhanh, không đau, kết quả có ngay tức thì
– Thực hiện đơn giản
– Tính lập lại tốt
– Độ chính xác trong đánh giá xơ hóa gan tốt.
– Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ chấp thuận.

Nhược điểm
– Khó đo khi khoang gian sườn hẹp, thành ngực dày trong trường hợp béo phì và không đo được khi báng bụng.
– ROI không chọn được, không thấy được hình ảnh nhu mô gan vì không có siêu âm B mode.
– Phải mua máy SA 2D –< tốn kém.
– Chỉ được áp dụng ở gan
– Tỷ lệ thất bại chung là 3,1% và không đáng tin cậy là
15,8%
– Tỷ lệ thất bại &BMI: 7% với BMI>30kg/m2; 19% – BMI>35; 59%-BMI>40 (đầu dò XL cải thiện tỷ lệ này) [*]
(Myers RP, Pomier-Layrargues G, Kirsch R et al. Feasibility and diagnostic performance of the FibroScan XL
probe for liver stiffness measurement in overweight and obese patients. Hepatology 2012; 55: 199–208)

Xem trang 2