Nguyên lý tạo ảnh của máy siêu âm trong y khoa

1. Siêu âm là gì?

Siêu âm là một trong những phương pháp chẩn đoán hình ảnh không xâm lấn được sử dụng rất rộng rãi. Nguyên lý tạo ảnh trong siêu âm là ghi nhận những hình ảnh bình thường hoặc bất thường của một số cơ quan trong cơ thể thông qua ứng dụng cơ chế của sóng siêu âm và tái tạo lại hình ảnh bằng hệ thống máy vi tính hiện đại.

Thông qua đó, siêu âm vừa giúp chẩn đoán các bệnh lý khác nhau, vừa có giá trị trong theo dõi và đáp ứng điều trị của bệnh nhân. Siêu âm còn có thể cung cấp hình ảnh theo thời gian thực, do đó có thể đánh giá được hình ảnh cấu trúc, sự chuyển động các cơ quan trong cơ thể.

Siêu âm có giá trị trong một số vấn đề sau:

• Khảo sát các bộ phận, cơ quan như siêu âm ổ bụng tổng quát, sản phụ khoa, tim mạch, thận, tiết niệu hoặc tiền liệt tuyến, siêu âm tuyến giáp, tuyến vú, siêu âm cơ xương khớp hoặc tinh hoàn...
• Bên cạnh chẩn đoán bệnh thì siêu âm còn được sử dụng để dẫn đường sinh thiết, chọc dò dịch màng phổi, màng bụng hoặc hỗ trợ trong điều trị.

Nền tảng hoạt động chính của máy siêu âm là dựa vào nguyên lý định vị bằng sóng siêu âm. Khi hoạt động, thông qua một đầu dò đặc biệt vừa có chức năng phát và thu nhận phản hồi của sóng siêu âm, bác sĩ sẽ đặt đầu dò này sát lên da bệnh nhân để ghi nhận những hình ảnh của cơ quan bên dưới.

Khi đi qua các mô trong cơ thể, sóng siêu âm sẽ tiếp xúc với các đường ranh giới của các loại mô khác nhau (ví dụ dịch và mô mềm, mô mềm và xương...). Đầu dò phát sóng siêu âm đi, tiếp xúc với mỗi loại mô khác nhau sẽ tạo ra phản hồi âm khác nhau.

Một số sóng âm khác sẽ tiếp tục đi xuyên qua, tiến sâu hơn vào trong cơ thể và gặp các các đường ranh giới khác nằm sâu hơn, tạo phản hồi âm khác quay trở lại đầu dò.

Đầu dò siêu âm đặc biệt này sẽ thu nhận các sóng âm phản hồi khác nhau, xử lý và gửi các thông tin thu được đến hệ thống máy vi tính hiện đại để tái tạo hình ảnh cơ quan. Đây chính là nguyên lý tạo ảnh trong siêu âm.

Máy siêu âm hoạt động dựa vào 2 thông số là vận tốc sóng âm truyền đi trong mô và thời gian mà sóng phản hồi quay về đầu dò. Sau khi được xử lý, máy siêu âm sẽ hiển thị những hình ảnh thu được lên màn hình với các chế độ hiển thị khác nhau.

Hiện nay, đa số các dòng máy siêu âm đều sẽ có cùng nguyên lý hoạt động. Để mang lại hình ảnh rõ nét với nhiều chiều không khác nhau, các nhà kỹ thuật cho ra đời các máy siêu âm 3D, 4D hiện đại giúp việc chẩn đoán và điều trị dễ dàng hơn.

Kiểu A (Amplitude Mode, A Mode): Kiểu hiển thị này cũng hoạt động dựa theo nguyên lý cơ bản của siêu âm. Đầu dò phát sóng âm gián đoạn, khi sóng âm đi xuyên qua các mô sẽ tạo sóng phản hồi khác nhau. Từ đó tạo ra những tín hiệu điện và được máy tính xử lý, hiển thị trên màn hình dưới dạng những sóng nhọn nhô lên khỏi đường đẳng điện.

Kiểu B (Brightness Mode, B Mode): Nguyên lý cũng tương tự nhưng những hình ảnh thu được sẽ hiển thị dưới dạng thang xám theo thời gian thực. Cường độ tín hiệu phản âm càng mạnh thì hình ảnh thu được càng sáng. Các mô cho phản âm cường độ mạnh có màu trắng, không có phản âm có màu đen, các mô khác nhau sẽ cho phản âm khác nhau tùy theo quy ước và thể hiện qua các màu sắc của thang xám.

Kiểu TM (Time Motion Mode, TM Mode): Đây thực chất là siêu âm B Mode kết hợp hiển thị các chuyển động của cơ quan theo thời gian thực. Siêu âm TM Mode được sử dụng để đánh giá sự chuyển động, đo kích thước, sự đàn hồi...

Đầu dò (Transducer - Probe) có chức năng vừa phát sóng siêu âm đi, vừa thu các sóng âm phản hồi trở lại. Cấu tạo của đầu dò siêu âm bao gồm một hoặc nhiều miếng gốm áp điện, khi có dòng điện kích thích vào miếng gốm này sẽ xuất hiện hiện tượng co giãn và phát ra sóng siêu âm.

Sau đó, khi có các sóng phản âm trở lại thì các miếng gốm áp điện rung lên và tạo ra xung động, đưa vào hệ thống máy tính để xử lý và tái tạo hình ảnh. Dựa vào chức năng và tần số khảo sát khác nhau mà hãng sản xuất sẽ chế tạo các loại đầu dò có hình dạng và kích thước phù hợp:

• Đầu dò thẳng (Linear Array): Loại đầu dò này có tần số cao, cho hình ảnh độ phân giải cao. Sử dụng nhiều trong siêu âm các vùng nông như da, tuyến giáp, tuyến vú, mạch máu...
• Đầu dò cong (convex): Loại này có tần số thấp hơn, hình ảnh độ phân giải cũng thấp hơn. Thưởng sử dụng để đánh giá các cơ quan sâu như ổ bụng, siêu âm thai hoặc mạch máu ở sâu...
• Đầu dò siêu âm tim: Tương tự đầu dò cong và sử dụng chuyên dụng trong đánh giá hình ảnh của quả tim.

Có rất nhiều loại máy siêu âm khác nhau tùy theo hình dạng, công nghệ, chức năng và phạm vi ứng dụng:

• Theo hình dáng: máy siêu âm xe đẩy, máy siêu âm xách tay (để bàn), máy cầm tay...
• Theo công nghệ: Máy siêu âm đen trắng, máy siêu âm 3D/4D, siêu âm màu, siêu âm Doppler, ...
• Theo phạm vi ứng dụng: Máy siêu âm tim, máy siêu âm tổng quát, máy siêu âm sản/phụ khoa...