Siêu âm tim qua thành ngực

Giới thiệu

Mặc dù các kỹ thuật CĐHA tim mạch mới đã có những tiến bộ vượt bậc, siêu âm tim vẫn là phương pháp CĐHA quan trọng nhất trong thực hành lâm sàng. Được phát triển bởi Edler và Herz gần năm thập kỷ trước, siêu âm tim được áp dụng thường quy trong lâm sàng và đã phát triển thành một phương pháp trực quan, dễ hiểu, dễ thực hành, cho phép đánh giá nhanh chóng và có thể thực hiện nhiều lần để đánh giá hình thái và chức năng tim. Để đánh giá một cách chính xác kết quả siêu âm tim, yêu cầu đầu tiên là cần hiểu rõ những nguyên tắc vật lý – cơ sở cho các phương thức kỹ thuật khác nhau.

Các nguyên tắc vật lý trong siêu âm

Tất cả các dạng hình ảnh trong siêu âm đều dựa trên việc tạo ra các sóng âm thanh có tần số cao (>1 MHz) từ đầu dò có một hoặc nhiều tinh thể áp điện. Dòng điện truyền qua các tinh thể áp điện và truyền sóng âm. Tinh thể áp điện đóng vai trò như một máy thu, khi sóng dội lại từ các vật thể cản âm (Ví dụ: Thành cơ tim, van tim) làm biến dạng tinh thể, từ đó tạo ra dòng điện được ghi nhận theo thời gian. Vì vận tốc của sóng âm là không đổi, vị trí của vật thể (độ phân giải không gian) được xác định dựa vào thời gian tín hiệu dội lại. Biên độ của tín hiệu dội lại dựa trên góc tới (các bề mặt vuông góc với chùm siêu âm sẽ có các chùm phản xạ mạnh hơn) và giao diện của các trở kháng âm (sự khác biệt lớn hơn có thể xảy ra tại thất trái ở vùng tiếp xúc giữa máu mô dẫn đến độ phản xạ lớn hơn). Các thông tin siêu âm được xử lý và sau đó lập bản đồ hiển thị và lưu trữ các điểm ảnh.

Siêu âm tim M-mode

Là dạng đầu tiên của siêu âm tim, hiện nay M-mode vẫn có sẵn trong các máy siêu âm tim hiện đại. Hình ảnh M-mode (hay TM: Time motion) là hình ảnh một đường đơn độc ghi lại vận động của tổ chức thay đổi theo thời gian (Hình 3.11). Nhược điểm của phương pháp là hình ảnh có tính chất đồ họa, yêu cầu kinh nghiệm để đọc kết quả chính xác. Ưu điểm là tốc độ ghi nhận nhanh (> 1 kHZ) và có khả năng thu được các cấu trúc chuyển động nhanh.

Hình 3.11: Siêu âm tim M-mode bình thường

AV: Van động mạch chủ; HOCM: Bệnh cơ tim phì đại có tắc nghẽn; VS: Vách liên thất;

LA: Nhĩ trái; LV: Thất trái; MV: Van hai lá; PW: Thành sau thất trái; RV: Thất phải.

After R Hall. Med Int 17:774. Longmore M, Wilkinson I, Davidson E, Foulkers A, và Mafi A (2010). Sổ tay y học lâm sàng Oxford. Tái bản lần thứ 8. Oxford: Nhà xuất bản đại học Oxford.

Siêu âm tim hai chiều (2D)

Khi sóng siêu âm quét qua những A vùng tim trong cửa sổ siêu âm đã chọn, những tín hiệu siêu âm phản xạ được đầu dò tiếp nhận sẽ biến thành dòng điện xoay chiều, dòng điện này sẽ mang theo 2 thông tin về mức độ chênh lệch trở kháng tại ranh giới giữa các cấu trúc khác nhau và khoảng cách của các cấu trúc này so với đầu dò. Dòng

dòng điện lớn hay nhỏ và vị trí của chúng theo đúng khoảng cách từ đầu dò đến mặt phân cách có phản hồi âm.

Như vậy các thông tin này sẽ được thể hiện trên màn hình thành vô vàn những chấm sáng với cường độ khác nhau, được sắp xếp theo một thứ tự nhất định tái tạo nên hình ảnh của các cấu trúc mà chùm tia đã đi qua. Vì tim là cấu trúc động nên đầu dò phải ghi lại rất nhiều hình ảnh vận động của chúng ở các thời điểm khác nhau trong một đơn vị thời gian (> 24 hình/giây). Như vậy những vận động của tim sẽ được thể hiện liên tục giống như vận động thực của nó trong cơ thể và người ta gọi là hình ảnh siêu âm với thời gian thực (real time).

Khả năng điều hoà hình ảnh mô (harmonic tissue imaging) giúp cải thiện đáng kể độ phân giải hình ảnh bằng cách loại bỏ “nhiễu” tự động. Các tín hiệu thấp phát ra từ mô và được điều chỉnh lần đầu khi qua máy siêu âm đã được chọn lấy mẫu. Nhờ đó, những phản xạ ngoại lai được lọc ra, để lại các hình ảnh rõ nét hơn của cấu trúc tim.

Siêu âm tim ba chiều 3D

Trong khi hình ảnh 2D chỉ cung cấp thông tin về các vùng cơ tim riêng lẻ hoặc cắt lớp từng vùng, siêu âm 3D có khả năng giúp đánh giá toàn diện về giải phẫu tim

tương tự như các kỹ thuật có chất lượng cao hơn như cộng hưởng từ hay cắt lớp vi tính. Siêu âm 3D có thể thực hiện bằng cách sử dụng cách tiếp cận “freehand”, ở đó các vùng lấy từ hình ảnh siêu âm 2D được thu từ một đầu dò đã được xác định vị trí bằng dùng bộ phóng điện hoặc hệ thống rãnh từ. Các dữ liệu về vị trí và hình ảnh

được lưu trữ vào hệ thống và được xử lý 3D sau. Sự phát triển của đầu dò xoay và các đầu dò ma trận, kết hợp với sức mạnh của công nghệ thông tin giúp tái cấu trúc hình ảnh 3D trong đánh giá chính xác thể tích. Siêu âm 3D có thể thực hiện được đánh giá các vùng của tim thay đổi theo thời gian.

Siêu âm Doppler qua thành ngực

Kỹ thuật siêu âm Doppler được áp dụng để đánh giá các dòng chảy trong buồng tim. Nhìn chung, các thiết bị tương tự đã có từ lâu bằng cách sử dụng các sóng siêu âm để ghi lại chuyển động của hồng cầu hoặc mô.

Sự di chuyển của các tế bào tới gần đầu dò làm tăng tần số sóng siêu âm trở lại đầu dò và ngược lại.

Sự thay đổi tần số tỷ lệ với vận tốc của dòng chảy.

Cường độ của phổ Doppler phụ thuộc vào số lượng tế bào di chuyển tại một vận tốc nhất định.

Thông tin về vận tốc được mô tả dưới dạng phổ thay đổi theo thời gian (tương tự như M – mode) hoặc dưới dạng Doppler màu trên hình ảnh 2D hoặc 3D.

Để đánh giá chính xác, trục của sóng siêu âm phải song song với dòng chảy; sóng lệch trục > 30 độ dẫn đến đánh giá vận tốc thấp hơn thực tế đáng kể.

Khả năng đánh giá của Doppler bị giới hạn khi các vận tốc dòng chảy cao hơn giới

càng thấp, vận tốc dòng chảy càng cao) và độ sâu của dòng chảy (cấu trúc càng sâu, tần số càng thấp). Khi sự thay đổi tần số của dòng chảy (Ví dụ: Vận tốc) vượt quá giới hạn Nyquist, hiện tượng bẻ gập phổ (aliasing) sẽ xảy ra, và không thể đánh giá được vận tốc.

Doppler xung cho phép đánh giá chính xác vận tốc trung bình của dòng chảy trong một vùng giới hạn hoặc “thể tích mẫu”. Đầu dò một tinh thể vừa có chức năng phát và chức năng nhận cho phép ghi nhận xung phản hồi từ vị trí đặt cửa sổ. Phổ Doppler xung ghi lại vector vận tốc qua thời gian:

Dòng chảy tầng là dạng dòng chảy trong các buồng tim và các mạch máu bình

thường; có đặc trưng là vận tốc dòng máu tăng dần từ gần thành mạch đến trung tâm mạch máu. Doppler xung thể hiện dòng chảy tầng bằng phổ hẹp, cho thấy sự khác biệt tương đối của vận tốc dòng chảy ở các vị trí.

Dòng chảy rối xuất hiện ở vị trí hẹp hoặc gốc dòng’ hở (các van tim, luồng thông..những nơi có chênh áp cao làm cho hồng cầu có động năng cao và chuyển động với vận tốc cao bất thường. Doppler xung thể hiện dòng chảy rối bằng phổ rộng.

Hiện tượng aliasing thường xảy ra ở vị trí vận tốc dòng chảy cao , dẫn đến dấu hiệu “bút vẽ” (paint brush).

Lượng giá dòng chảy bằng Doppler xung: Đánh giá lưu lượng dòng chảy qua một vị trí có diện tích cố định theo chu chuyển tim (Ví dụ: Đường ra thất trái – ĐRTT) dựa vào tích phân vận tốc theo thời gian (time-velocity integral – VTI) tại vị trí đó, thể tích tống máu được xác định bằng diện tích dưới đường cong của tích phân vận tốc nhân với diện tích của vị trí dòng chảy (đo trên siêu âm 2D).

Doppler liên tục phát sóng liên tục với đầu dò hai tinh thể với hai chức năng riêng biệt, một làm nhiệm vụ phát sóng liên tục, một làm nhiệm vụ thu sóng hồi âm liên tục. Doppler liên tục có thể tính được các dòng chảy có vận tốc cao hơn như dòng chảy qua các vị trí hẹp hở van tim. Doppler liên tục không cho phép thu được các thông tin từng vùng giới hạn như Doppler xung mà thu tất cả các sóng phản hồi dọc theo đường quét của sóng.

Doppler liên tục cho phép thay đổi hướng chùm sóng. Các tinh thể của đầu dò có thể được dùng để thu Doppler liên tục và hình ảnh 2D. Một trục ảo của chùm doppler trên hình ảnh 2D (cursor) có thể thay đổi giúp xác định hướng của Doppler liên tục và làm giảm tối đa lệch trục. Vận tốc Doppler liên tục được biểu thị bằng một phổ đặc, vì tinh thể đầu dò thu toàn bộ các sóng phản hồi. Các tế bào máu di chuyển với vận tốc nhanh nhất được thể hiện ở viền ngoài của phổ (đỉnh) hoặc đường đậm nhất của vận tốc.

Các công thức tính toán trong Doppler

Chênh áp qua van. Vận tốc di chuyển của hồng cầu qua vị trí hẹp tỷ lệ thuận với chênh áp tại điểm đó. Mối quan hệ đó được thể hiện qua công thức Bernoulli tối giản:

Chênh áp (mmHg) = 4v²

(trong đó v: vận tốc đỉnh trên Doppler, đơn vị: m/s)

Trong các trường hợp có vận tốc dòng chảy cao (ví dụ: Hẹp van động mạch chủ với vận tốc qua đường ra thất trái cao), dòng chảy trước chỗ hẹp phải được tính theo công thức:

Chênh áp (mmHg) = 4 x (v2² – v1² )

(trong đó v2 : vận tốc qua chỗ tổn thương và v1 : vận tốc trước chỗ tổn thương)

Chênh áp trung bình và chênh áp tối đa đều có thể tính toán được, trong đó chênh áp trung bình được tính qua tích phân vận tốc trong 1 chu chuyển tim.

Diện tích lỗ van (phương trình liên tục). Dựa vào nguyên tắc lưu lượng dòng chảy

trước van bằng lưu lượng dòng chảy qua van. Nhìn chung, phương trình này thường dùng để đánh giá mức độ hẹp van động mạch chủ và cũng có thể áp dụng để tính toán ở những vị trí hẹp khác.

Dòng chảy qua ĐRTT = Diện tích ĐRTT x Tích phân vận tốc theo thời gian ở ĐRTT (VTI)

(tính bằng Doppler xung).

Diện tích ĐRTT = n x (bán kính ĐRTT – đo ở mặt cắt trục dọc cạnh ức giữa thì tâm thu)² Dòng chảy qua VĐMC = Diện tích VĐMC x tích phân vận tốc theo thời gian ở VĐMC

(tính bằng Doppler liên tục).

Vì Dòng chảy qua VĐMC = Dòng chảy qua ĐRTT

Diện tích VĐMC = (VTI ĐRTT/ VTI VĐMC) x diện tích ĐRTT

Doppler màu dùng Doppler xung nhiều cửa để mô tả dòng máu trên hình ảnh 2D. Doppler màu được dùng để phát hiện tổn thương hẹp, hở hoặc luồng thông, và định tính mức độ vận tốc dòng chảy dựa trên bản đồ màu.

Điểm ảnh được thiết kế màu dựa trên biểu đồ. Điểm ảnh màu có thể dựa trên vận tốc trung bình của vùng khảo sát.

Theo quy ước, tất cả các máy sử dụng hệ thống biểu đồ màu BART, với màu xanh thể hiện dòng đi xa khỏi đầu dò và màu đỏ mô tả dòng hướng về phía đầu dò (Hình 3.12).

Màu càng sáng thì vận tốc càng cao.

Nơi có vận tốc bất thường do dòng rối thường được biểu hiện bằng màu xanh lục. Hiện tượng aliasing được mô tả như một hỗn hợp màu hoặc màu khảm.

Hình 3.12: Doppler màu

Màu đỏ – dòng chảy hướng tới đầu dò, màu xanh – dòng chảy đi xa đầu dò Tạp chí tim mạch học Hoa Kỳ 1999;12: 884 -900

Doppler mô (TDI) được sử dụng để đánh giá sự dịch chuyển của mô (vận tốc thấp). Bộ lọc loại trừ các dịch chuyển có tần số cao của dòng hồng cầu, chỉ để lại các dòng có vận tốc thấp của các thành cơ tim. Ứng dụng:

Đánh giá vận động của vòng van hai lá, van ba lá và tương quan với thời kỳ tâm thu và thời kỳ thư giãn cơ tim của buồng thất tương ứng.

Đánh giá rối loạn vận động vùng cơ tim, tuy nhiên giá trị đo được có thể bị ảnh hưởng bởi vận động chung của toàn bộ tim và sự co kéo của các vùng.

Đo sức căng cơ tim có thể xác định được độ dày mỏng của các vùng, độc lập với các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo Doppler mô. Với biện pháp đo sức căng cơ tim, hai vị trí lấy mẫu được thu nhận đồng thời để xác định sự thay đổi giữa các vùng (strain – sức căng) qua thời gian (strain rate – tốc độ căng).