SIÊU ÂM ĐA HƯỚNG / Spatial Compound Sonography

SPATIAL COMPOUND SONOGRAPHY

(SIÊU ÂM ĐA HƯỚNG)

BS NGUYỄN THIỆN HÙNG tổng hợp

Trung tâm Y khoa MEDIC HÒA HẢO

Thành phố Hồ Chí Minh



Mặc dù khái niệm đa hướng (compound sonography) đã có từ những năm 1960, gần đây, với các tiến bộ về máy tính (computing power) và xử lý hình ảnh, công nghệ spatial compound imaging (SCI) được đổi mới và trở thành hiện thực.



SCI là công nghệ broad bandwidth (băng rộng) kết hợp nhiều hình đồng diện (coplanar) thu từ nhiều góc khác nhau của chùm siêu âm và từ nhiều phổ tần số siêu âm (multiple ultrasound frequency spectra) để tạo nên một hình duy nhất trong thời gian thực. Kỹ thuật này được báo cáo là cao hơn kỹ thuật siêu âm ly giải cao quy ước trong nhiều lãnh vực, bao gồm mô mềm, vì làm tăng ly giải tương phản và chi tiết hình ảnh.

Hình 1: Nguyên lý của siêu âm đa hướng (spatial compound sonography): chùm siêu âm được lái off-axis (không trục) bằng cách theo nhiều góc truyền trong một lần quét. Tiến trình bình quân hóa thông tin siêu âm cung cấp dữ liệu và làm giảm nhiễu đốm và nhiễu ồn, cải thiện signal-to-noise ratio của thông tin vị trí đích.



Spatial compound imaging làm cải thiện chất lượng hình ảnh trong siêu âm vú, tuyến giáp và mảng xơ vữa. Bằng cách bình quân nhiều hình ảnh từ nhiều góc khám (angles of insonation), spatial compound imaging làm giảm đi nhiều loại xảo ảnh, bao gồm nhiễu đốm (speckle): các chùm siêu âm từ loại đầu dò dãy biến tử (array transducer) được dùng để tạo hình nhiều lần cùng một mẩu mô bằng cách sử dụng các chùm sóng âm song song theo nhiều hướng khác nhau. Chùm siêu âm được lái theo góc được cài đặt trước theo các góc khoảng 20 độ từ đường vuông góc. Phản âm từ nhiều hướng đó được bình quân hợp nhất lại để tạo nên một hình tổng hợp duy nhất.

Hình 2: So sánh SCI và siêu âm quy ước



Vì có nhiều chùm siêu âm khám cùng một vùng mô (thay vì chỉ một chùm như trong B-mode quy ước), nên cần nhiều thời gian hơn để lấy dữ liệu và tốc độ khung hình (frame rate) chậm hơn khi so với B-mode.



Spatial compound imaging thường làm giảm nhiễu đốm, nhiễu ồn (noise), clutter (đám lộn xộn), và refractive shadows (bóng lưng khúc xạ) cũng như làm tăng tương phản (contrast) và đường viền bờ (margin definition). Các xảo ảnh tăng cường âm (enhancement) và tạo bóng lưng (shadowing) cũng bị làm giảm, một hiện tượng vừa có lợi lẫn không có lợi tùy thuộc vào hoàn cảnh khám.

Hình 3: Với siêu âm đa hướng, nang có đường viền được tăng cường, giảm phản âm nhiều lần, thay đổi bóng lưng khúc xạ. Nguồn: BARR và cs, Speed of Sound Imaging, Ultrasound Quaterly, 25(3):141-144, 2009.

Chú thích:

Speckle (nhiễu đốm): là các dạng hạt (granular appearance) của hình siêu âm do tương tác cấu tạo và phá hủy của trường siêu âm từ vật phản xạ âm của mô (tissue reflectors). Nhiễu đốm có kiểu chấm sáng chồng lên hình siêu âm, làm giảm độ ly giải tương phản và làm mờ các chi tiết nhỏ.
Noise (nhiễu ồn): là tất cả các xảo ảnh làm giảm chất lượng hình, gồm clutter (đám lộn xộn) và blurring (mờ nhòe) do chuyển động gây ra.

Tài liệu tham khảo chính:

(AJR 2002, Advantages of Real-Time Spatial Compound Sonography of the Musculoskeletal System versus Conventional Sonography).

(Radiographics, 2003, Topics in Ultrasound, ).

(Radiology, 2005, Differentiation of Benign from Malignant Solid Breast Masses: Conventional US versus Spatial Compound Imaging).

(J Ultrasound Med, 2004, The History of Breast Ultrasound).

(J Ultrasound Med, 2007, Compound versus Fundamental Imaging in the Detection of Subdermal Contraceptive Implants).

(Ultrasound Quarterly, 2009, Speed of Sound Imaging).

----------------------------------------------------
SonoCT Real-time Compound Imaging technology / ATL Philips

Công nghệ tạo hình ghép SonoCT trong thời gian thực (SonoCT Real-time Compound Imaging technology) là kỹ thuật độc quyền của máy siêu âm ATL Philips vượt qua các xảo ảnh cố hữu của siêu âm quy ước vốn làm hại chất lượng hình ảnh. Công nghệ tạo hình SonoCT sử dụng kỹ thuật truyền chùm-hướng dẫn (beam-steering) để có được hình ảnh tomo đồng diện (coplanar), từ nhiều góc nhìn khác nhau, sau đó kết hợp các hình ảnh từ các góc nhỏ (micro-angulated)  này thành một ảnh ghép (compound) duy nhất ở tốc độ  khung hình trong thời gian thực. Tạo hình SonoCT giúp  bác sĩ có được thông tin của mô nhiều hơn đến chín lần so với dùng các chùm vuông góc của siêu âm quy ước, mà không cần bất cứ thao tác nào khác của đầu dò siêu âm và không lỡ mất tốc độ khung hình.

Cấu trúc xử lý tín hiệu mạnh theo hình đường ống được dùng để  tập hợp chính xác các khung hình được hướng dẫn thành hình học hiển thị thích hợp và cập nhật hình ảnh ghép trong thời gian thực như có được  một khung hình mới.

Nhiều góc hướng dẫn và các tốc độ khung hình cho phép bác sĩ để điều chỉnh hình ảnh SonoCT tùy theo ứng dụng lâm sàng.

SonoCT hỗ trợ hầu hết các mode tạo hình 2D, Doppler, harmonic và 3D, làm cho hình rõ thêm cho hầu hết các loại khám siêu âm và các loại bệnh nhân.

Với tạo hình SonoCT, các nhiễu ồn, nhiễu đốm và nhiễu tạo góc được giảm thiểu, và dễ khảo sát hơn các cấu trúc có đường bờ cong và không đều. Độ phân giải tương phản được cải thiện và đường viền mô dễ phân biệt hơn. Bằng cách sử dụng tạo hình SonoCT thông tin mô được gia cố thực sự trong khi các xảo ảnh ngẫu nhiên hầu như bị loại trừ. Công nghệ  tạo hình mạnh này có sẵn ở các đầu dò linear, curve, và volumetric, tạo hình ảnh vượt trội hơn tạo hình quy ước đến 94% bệnh nhân. Tạo hình SonoCT hơn nữa đã chứng tỏ thúc đẩy chẩn đoán đáng tin cậy, tạo ra hiệu quả hoạt động và, trong một kết luận quan trọng,  làm thay đổi trong việc xử trí bệnh nhân 17,6% trường hợp.

SIÊU ÂM TƯƠNG PHẢN: KỸ THUẬT TẠO HÌNH THAM SỐ/Contrast US Processing Tools Shows Malignant Liver Lesions

Kỹ thuật tạo hình tham số trong thời gian thực của siêu âm tương phản chẩn đoán tổn thương gan ác tính

BS NGUYỄN THIỆN HÙNG dịch
TRUNG TÂM Y KHOA MEDIC HÒA HẢO
Thành phố Hồ Chí Minh

(từ Eric Barnes: Contrast US Processing Tools Shows Malignant Liver Lesions, AuntMinnie.com, 30 tháng 7 năm 2010).

Các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ đã phát triển một kỹ thuật hình ảnh tham số trong thời gian thực (real-time parametric imaging technique) bằng siêu âm tăng cường tương phản (contrast-enhanced ultrasound) để phân biệt không xâm lấn tổn thương gan lành tính và ác tính dễ sử dụng. Trong lần áp dụng lâm sàng đầu tiên, phương thức này có độ đặc hiệu và độ nhạy cao trong một nghiên cứu đoàn hệ.

Phân biệt không xâm lấn tổn thương gan lành tính và ác tính bằng siêu âm là mục tiêu nghiên cứu trọng điểm, và được xem là tiềm năng hứa hẹn nhất của siêu âm tăng cường tương phản.
"Có thể phân biệt tổn thương bằng cách xem sự hấp thụ chất tương phản của nó so với nhu mô bình thường xung quanh", ông Nicolas Rognin, PhD, từ Research Bracco tại Geneva, đã trình bày như trên tại cuộc họp Computer hỗ trợ Radiology và Phẫu thuật (CARS), 2010 tháng Sáu cũng tại Geneva.

Sau khi tiêm 1 bolus chất tương phản, đặc điểm của tổn thương gan có kiểu động học mạch máu (DVP, dynamic vascular patterns) khi so sánh với nhu mô lành xung quanh. Theo các tín hiệu video hấp thu độ tương phản trong gan ghi lại được tuyến tính hoá, động học hấp thu chất tương phản được thể hiện bằng đơn vị echo-cường độ (echo-power units) như là một hàm của thời gian.
Có hai loại tổn thương, lành tính hoặc ác tính, mỗi loại tách thành hai lớp. Trong ung thư tế bào gan nguyên phát, DVP của nó cho thấy tăng cường mạnh trong giai đoạn động mạch so với nhu mô lành xung quanh, tiếp theo là thì thải thuốc trong giai đoạn tĩnh mạch cửa, và trở nên kém tăng cường (hypoenhanced) rõ trong giai đoạn trễ.
Để làm cho những khác biệt thang xám này dễ thấy hơn, các nghiên cứu trước đó đã phát triển kỹ thuật xử lý ảnh để tăng cường những trình tự DVP này trong hình ảnh tái tạo. Phương pháp này giúp chẩn đoán tổn thương, nhưng chẩn đoán hạn chế  chỉ với một hình tại một thời điểm.

Trên, phân tích DVP trong siêu âm dùng để phân biệt lành tính và ác tính từ kiểu dòng chảy trong tổn thương gan khu trú.
(FNH= focal hyperplasia, nốt tái tạo)
HCC= ung thư tế bào gan nguyên phát).


Dưới, một hình của phương pháp postprocessing chẩn đoán kiểu dòng chảy bằng màu từ một nghiên cứu trước đó của nhóm rendered DVP khác biệt dễ thấy hơn. Tuy nhiên, phương pháp này bị hạn chế trong việc mô tả một hình duy nhất ở một thời điểm. © Bracco Switzerland 2010.


Trong nghiên cứu này, "mục tiêu là để cung cấp tất cả các thông tin lâm sàng có liên quan ở một hình ảnh duy nhất," một kỳ công thực hiện bằng cách " áp dụng phân loại pixel để vẽ bản đồ chữ ký mạch máu vào một hình ảnh tham số," Rognin nói.

Kỹ thuật vẽ bản đồ tham số động học (parametric dynamic mapping) bao gồm bốn bước chính:

1.Tiền xử lý (Preprocessing): Dữ liệu video chuyển đổi không gian để bù cho bất kỳ chuyển động nào trong mặt phẳng (in-plane motion), và sau đó tuyến tính hóa (linearized) để lấy được tín hiệu echo-cường độ ở cấp độ pixel.
2.Làm mịn tín hiệu (Signal smoothing): Tín hiệu echo-cường độ này sau đó được làm nhẵn bằng cách sử dụng một kỹ thuật vẽ đường cong khớp với các điểm đã cho (curve fitting) với một mô hình chức năng bolus tưới máu.
3.Trừ tín hiệu (Signal subtraction): Các tín hiệu " khác biệt " được tính bằng cách trừ đi các tín hiệu tham khảo từ các tín hiệu echo-cường độ được mềm hoá (smoothed).
4.Phân loại pixel (Pixel classification): Điểm ảnh được phân thành bốn lớp theo cực của tín hiệu khác biệt theo thời gian.


Sử dụng siêu âm tăng cường tương phản, hemangiomas lành tính thường hyperenhanced vào mọi lúc, trong khi di căn ác tính thường hypervascular biểu hiện hyperenhancement trong giai đoạn động mạch và theo sau là hypoenhancement trong giai đoạn tĩnh mạch cửa. Các tín hiệu khác biệt trong hemangioma trình bày một chữ ký mạch máu đơn cực, trong khi tín hiệu khác biệt của di căn hypervascular có chữ ký mạch máu lưỡng cực.
Biểu đồ phân loại pixel sử dụng màu xanh lá đại diện cho đơn cực dương (chữ ký hyperenhanced thường trực). Màu xanh dương miêu tả đơn cực âm (chữ ký hypoenhanced thường trực), trong khi màu đỏ đại diện cho kết quả dương lưỡng cực (hyperenhancement, theo chữ ký hypoenhancement) và màu vàng được miêu tả âm lưỡng cực (hypoenhancement, theo chữ ký hyperenhancement).
Do đó, tổn thương ác tính xuất hiện là các khu vực màu đỏ, còn tổn thương lành tính có màu xanh lá hoặc màu vàng. Khi phân tích, trình tự phân tích tương phản sau đó được tổng hợp như bản đồ không gian của chữ ký mạch máu dùng để chẩn đoán loại tổn thương.

Các nhà nghiên cứu dùng kỹ thuật hình ảnh tham số DVP để đánh giá 146 tổn thương gan (113 ác tính và 33 lành tính), hình ảnh hoá với chỉ số cơ học thấp (MI, mechanical index) trong thời gian thực bằng siêu âm tương phản chuyên biệt sau khi tiêm bolus 2,4 mL một chất tương phản microbubble (SonoVue, Bracco, Milan).

Hemangiomas (lành tính) thường hyperenhanced vào mọi lúc, trong khi di căn hypervascular (ác tính) thường trình bày một hyperenhancement trong giai đoạn động mạch, theo sau là một hypoenhancement trong giai đoạn tĩnh mạch cửa. Mã màu của các loại tổn thương ác tính hoặc lành tính được thực hiện bằng cách phân tích sự khác biệt tín hiệu, được xác định bằng cách trừ đi các tín hiệu tham khảo từ các tín hiệu echo-cường độ mềm hoá (smoothed) trong hình ảnh siêu âm. Các tín hiệu khác biệt trong hemangioma trình bày một chữ ký mạch máu đơn cực, trong khi các tín hiệu khác biệt di căn hypervascular có một chữ ký mạch máu lưỡng cực.
Trong bảng dưới đây, chữ ký mạch máu được phân loại thành bốn lớp theo tín hiệu khác biệt phân cực tương ứng theo thời gian. Màu khác nhau được sử dụng để hiển thị các điểm ảnh trong các lớp khác nhau.



Để kiểm định những phát hiện từng trường hợp được đối chiếu với CT, MRI, hoặc sinh thiết.
Các tổn thương đã được quét bằng cách sử dụng siêu âm tương phản có chỉ số cơ học MI (mechanic index) thấp trong thời gian thực trên một trong một số máy siêu âm, trong đó có HDI 5000 và iU22 (Philips Healthcare , Andover, MA), SSD-5500 (Aloka , Tokyo), hoặc Sequoia 512 (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany).
Các hình ảnh tham số DVP đã được đọc bởi một bác sĩ lâm sàng mù với các kết quả bằng cách sử dụng màu đỏ như là một tiêu chí về bệnh ác tính. Phương pháp mang lại độ nhạy 97%, độ đặc hiệu 91% đối với bệnh ác tính.
Trong khi đó, một nghiên cứu đa trung tâm của siêu âm tăng cường tương phản mà không sử dụng phương pháp lập bản đồ có độ nhạy 91% và độ đặc hiệu 86% ( American Journal of Roentgenology, tháng 6 năm 2006, Vol. 186:6, tr. 1551-1559).

"Các điểm thu được hiệu quả cao với hình ảnh tham số DVP chứng minh tiềm năng của phương pháp này để tăng độ tin cậy trong chẩn đoán tổn thương gan khu trú," Rognin lưu ý rằng các kết quả thuận lợi so với y văn.

Ngoài việc cung cấp một phương pháp chẩn đoán đơn giản là tìm các khu vực màu đỏ như chỉ báo của bệnh ác tính, kỹ thuật này có lợi thế là ít tốn thời gian hơn so với phương pháp hiện thời là xem xét trình tự của toàn bộ các hình ảnh tương phản. Chỉ thực hiện mất khoảng hai phút cho mỗi trường hợp.

Các nhà nghiên cứu dự định nghiên cứu phân đoạn tự động nhu mô bình thường để giảm thiểu phụ thuộc vào người đọc kết quả các bản đồ tham số, do đó tiếp cận chẩn đoán siêu âm tương phản tổn thương gan có máy tính hỗ trợ.

"Trong tương lai, hình ảnh học tương phản 4D có khả năng trở nên phổ biến," Rognin nói. "Việc xem xét lại trình tự như thế có thể trở nên khá tẻ nhạt, do đó, phần mở rộng dữ liệu thể tích của hình ảnh tham số DVP có thể trở thành một công cụ rất có giá trị cho bác sĩ."

Bốn trường hợp lâm sàng cho thấy làm thế nào hình ảnh tham số DVP cho phép tạo điều kiện đặc điểm tổn thương như là lành hay ác tính trong bốn ví dụ lâm sàng điển hình, với tổn thương ác tính xuất hiện với màu đỏ, không giống như các tổn thương lành tính xuất hiện với màu xanh lá hoặc màu xanh lá - màu vàng.

Các nhà nghiên cứu cũng có kế hoạch đánh giá kỹ thuật của họ rộng rãi hơn trong một nhóm bệnh nhân lớn hơn.