SIÊU ÂM 3 CHIỀU và DOPPLER NĂNG LƯỢNG KHẢO SÁT SỰ TẠO MẠCH MÁU
NGUYỄN THIỆN HÙNG biên dịch
Trước đây không lâu một cơ quan hay một khối u chỉ được khảo sát về kích thước và hình dạng. Siêu âm quy ước, dù có được nâng cấp cũng chỉ dựa vào các đặc điểm trên. Biết được kích thước, hình dạng và vị trí nhưng không diễn tả được sinh lý học, đời sống bên trong một khối tân sinh. Mạch máu tân sinh không thể quan sát được trên màn hình, chỉ thấy được các mạch máu lớn, là những cấu trúc rổng, hypoechoic có bờ viền hyperechoic còn các mạch máu nhỏ vẫn bị che giấu.
Những năm 1980 là giai đoạn các máy siêu âm thang xám với độ ly giải cao và trong thời gian thực, đầu dò qua ngả âm đạo và siêu âm Doppler phổ và Doppler màu. Ðầu những năm 1990 máy siêu âm Doppler màu có độ nhạy tốt hơn. Khác với những máy Doppler màu dựa vào tần số dùng phân tích độ lệch tần số tốc độ dòng máu chảy, siêu âm màu Doppler năng lượng dùng thành phần biên độ (amplitude component) của tín hiệu thu được để diễn tả số các tế bào máu chuyển động. Siêu âm màu Doppler năng lượng vượt trội các máy Doppler màu dựa vào tần số, đặc biệt là trong các trường hợp dòng máu chảy có tốc độ thấp (low-velocity blood flow) với khả năng phát hiện được các gián đoạn dòng chảy vì siêu âm màu Doppler năng lượng nhạy hơn, ít phụ thuộc góc khám và không nhạy với loạn màu (aliasing). Ðiều này giúp khảo sát các mạch máu nhỏ và dòng chảy chậm. Trong kỹ thuật siêu âm màu Doppler năng lượng, sắc thái [hue] và độ sáng của tín hiệu màu diễn tả năng lượng toàn bộ của tín hiệu Doppler. Nó mô tả toàn bộ dòng chảy trong một vùng giới hạn, tạo ấn tượng giống như chụp mạch (angiography).Tất cả những đặc điểm trên làm cho kỹ thuật siêu âm 3D mới trở nên tối ưu trong việc tái tạo lại mạch máu. Rõ ràng là cần tăng cường thêm kỹ thuật khám siêu âm khảo sát mạch máu u vùng chậu và cuối cùng cần phát triển siêu âm Doppler năng lượng 3D.
Hình ảnh siêu âm trên monitor vốn là 2D. Tuy vậy dữ liệu từ cơ thể lại là 3D. Các máy 3D mới có thể thu thập thông tin 3D và diễn tả lại trên màn hình 2D.
Khả năng máy 3D đã được phát triển cho nhiều kỹ thuật chẩn đoán siêu âm khác nhau. Trong trường hợp mạch máu khối u, siêu âm 3D giúp dễ dàng và nhanh chóng hình dung nhiều mạch máu chồng lên nhau, liên quan giữa khối u và mạch máu khác và mô xung quanh. Hiệu lực diễn tả của siêu âm 3D giúp nhìn 3 chiều trên màn hình một cách tương tác hơn là tập hợp lại các mặt cắt bàng cách tưởng tượng. Siêu âm Doppler năng lượng 3D giúp khảo sát vùng khám (ROI) nhiều chi tiết hơn và nhờ vậy làm tăng tốc quy trình xử lý bệnh nhân toàn bộ.
Thí dụ khảo sát siêu âm quy ước lưu lượng tưới máu thận ghép bằng cách đo chỉ số trở kháng các nhánh liên thuỳ, tính cường độ tín hiệu năng lượng với nhiều mặt cắt liên tục giúp phát hiện thải ghép mạn tính. Với hình ảnh mạch máu 3D có thể mô tả dạng và kiểu phân nhánh các mạch máu trong thận, và phát hiện có hay không có các vùng không có mạch máu (có thể là vùng nhồi máu) trong thận ghép.
Siêu âm năng lượng 3D định lượng dòng chảy và tưới máu:
Phương pháp mới trong lãnh vực định lượng mạch máu gọi là 3D histogram vừa được Pairleitner và cs giới thiệu. 3D color histogram tính tỉ lệ phần trăm màu và biên độ dòng chảy trong vùng giới hạn khảo sát (ROI). Thêm vào đó histogram còn định lượng sự tưới máu và dòng chảy trong một khối mô, khác với đo bằng 2D color histogram, chỉ khảo sát một mặt cắt duy nhất. Ở đây khối mô 3D dược đầu dò thể tích (volume probe) quét để thu thập tín hiệu 3D sau đó, phác lại bờ của ROI chứa thông tin 3D - chế độ vẽ tự động gọi là shell. Khối xác định được phân tích bằng giải thuật máy tính để tính toán chỉ số dòng máu chảy và sự tưới máu.
Chỉ số tưới máu VI (vascularization index) mô tả tỉ lệ phần trăm màu trong ROI và còn cho biết có bao nhiêu mạch máu phát hiện được trong khối mô.
Chỉ số dòng chảy FI (flow index) là giá trị biên độ trung bình, cho biết có bao nhiêu tế bào máu được chuyển vận lúc 3D quét. Bằng cách này có thể đánh giá được dòng máu chảy. Chỉ số tưới máu-dòng chảy VFI (vascularization-flow index) và hằng số dòng chảy-mạch máu FVQ (flow-vessel quotient) là kết hợp của các chỉ số VI và FI. VFI và FVQ kết hợp thông tin của mạch máu hiện có với lượng dòng chảy bằng cách nhân (VFI) hoặc chia (FVQ) các chỉ số FI và VI.
Giống như 2D pixels, thông tin thể tích lưu trữ có được khi dùng siêu âm 3D gọi là voxels (đơn vị thể tích nhỏ nhất). Voxels background (nền) chứa đựng thông tin 3D độ xám từ đen tới trắng. Tất cả thông tin 3D màu được tổng hợp lại thành color voxels. Ðể nhấn mạnh khác biệt giữa các biên độ sóng âm phản hồi (cường độ dòng chảy, intensity of flow), các color voxels được cân, nhân bội bằng một factor từ 1 (biên độ thấp nhất) đến 32 (biên độ cao nhất).
Chức năng 3D View tính toán background, độ xám, và thông số màu và kích thước của khối đã định, từ được dùng tính 3 chỉ số. Các chỉ số này đo độ tưới máu (1) hay dòng máu chảy (2) hoặc cả hai (3).
(1) Vascularization Index (VI)= color voxels/(total voxels-background voxels)
(2) Flow Index 1 (FI 1)= weighted color voxels/(color voxels - border voxels)
Flow Index 2 (FI 2)= weighted color voxels/ color voxels
(3) Vascularization - Flow Index 1 (VFI 1)= weighted color voxels/(total color voxels - background voxels)
Vascularization - Flow Index 2 (VFI 2)= (weighted voxels x cube volume)/(cyst volume x total voxels)
Chỉ số VI tính số color voxels trong khối mô, diễn tả các mạch máu trong mô. Chỉ số FI, một giá trị color trung bình của tất cả dòng máu chảy, hay các cường độ dòng chảy cảm ứng, diễn tả cường độ dòng chảy ở thời điểm 3D quét. FI không là chỉ điểm cho tưới máu, như thế không thể thông tin dung lượng máu được bơm trong lòng mạch trong một giai đoạn nhất định của thời gian.
Chỉ số VFI là kết hợp giữa tưới máu và thông tin về dòng chảy của khối mô liên quan đến các giá trị weighted color (weighted bằng các biên độ của chúng). Hơn nữa, VFI diễn tả cả dòng máu chảy và sự tưới máu.
Trong FI 1, đã loại trừ border voxels, gồm cả thông tin color và gray scale; diễn tả virtual borders các mạch máu, vượt quá real vessel borders.
Trong FI 2 weighted color không liên quan với thể tích khối (cube volume) mà với cyst volume, đo bằng tay trên máy siêu âm.
Các tác giả nhấn mạnh rằng siêu âm Doppler năng lượng 3D kết hợp với kỹ thuật khối (cube method) cung cấp các thông tin của tưới máu và dòng máu chảy có thể lặp lại (reproductive) được.
ÐO THỂ TÍCH BẰNG MÁY TÍNH (Volume Computation)
Là phương pháp tính thể tích 3D tự động VOCAL. Với phương pháp này thể tích được sắp xếp theo cách thức sao cho cursor ở trung tâm các mặt cắt. Khi hoạt hóa, 2 cursors xuất hiện dưới dạng hình mũi tên. Các cursors được đặt trên bờ cơ quan đã biết; khi ấn nút yêu cầu (command button) thể tích được tính tự động với 6 -120 mặt cắt, tùy thuộc vào góc xoay cài đặt trước. Ðường viền tính (calculated contour) có thể kiểm tra trên mỗi mặt cắt, nếu cần thì chỉnh lại. Ðược đánh gía kém tin cậy hơn khi làm bằng tay - độ lệch 6-8% nhưng nhanh hơn nhiều.
Nguyên lý cơ bản của VOCAL là kết hợp thông tin bề mặt hình học (geographic surface) với data thể tích của một tổn thương. Trong điều kiện mà tổn thương được viền quanh bằng đường viền bao rõ, phần mềm VOCAL có thể tính thể tích tự động hay bằng tay. Hình học bề mặt (surface geometry) được xác định bằng cách xoay một mặt phẳng của hình quanh một trục cố định. Hình học bề mặt gồm colored surface, wire mesh model (lưới cầu) hay một rendered gray-scale surface.
Nếu tổn thương có dạng không đều, một ball-like volume of interest, dưới dạng một vòng tròn có thể dùng theo ý riêng sao cho tất cả cấu trúc đáng lưu ý của mạch máu khối u đều được nhúng trong đường viền khối cầu (spherical contour). Tâm vòng tròn và tâm khối u phải giao nhau. Thông số color histogram trong khối cầu có thể được chỉnh sửa với thông số color histogram có được do đặt vào khối u lần 2. Nếu như có yêu cầu một data 3D Doppler khác cũng theo cách trên, với cùng settings và cùng đường kính và vị trí thì lại lấy đúng tâm tổn thương khối u lần nữa.
SHELLTM Imaging và Siêu âm năng lượng 3D
Có thể tạo nên nhiều shells với bề dày shell khác nhau, sau khi xác định một volume of interest bằng tay với tổn thương có đường viền rõ hoặc đường viền khối cầu (spherical contour) cho rường hợp một khối u không rõ ràng. Shell được xác định bằng các đường viền song song và shell geometry gồm một bề mặt phía ngoài và một bề mặt phía trong với thể tích được tính giữa chúng. Ngay tức khắc các thông tin siêu âm 3D trong shell được xác định như các thông số về color histogram hay thông số về thang xám. Thêm vào đó, phần mềm 3DVIEW còn giúp thay đổi vị trí của shell liên quan với volume of interest: phía trong, phía ngoài hay đối xứng. Phần mềm này còn có thể so sánh thông tin về color histogram từ các vị trí khác nhau của tổn thương, thí dụ vùng viền tổn thương với toàn bộ tổn thương hay kết hợp vùng mô xung quanh với vùng lân cận khối u. Các tương quan này có thể thu thập được và so sánh với dữ liệu siêu âm năng lượng 3D đã có và với các dữ liệu trong những thời điểm khác nhau của cùng một tổn thương, thí dụ như trước và sau khi dùng chất tương phản.
SHELLTM 3D TARGETING đối với 3D targeting
Khả năng nhìn thấy một khối u nghi ngờ bằng siêu âm là điều cơ bản cho sinh thiết dưới siêu âm hướng dẫn. Khám siêu âm 3D giúp cung cấp những tương quan giữa sinh thiết kim nhỏ hay typical freehand ultrasound- guided core. Ðầu tiên dữ liệu thể tích 3D đạt được giúp khảo sát hình thái khối u. Phân tích các multiplanar scan cung cấp cho thông tin của tổn thương và cấu trúc xung quanh. Máy Voluson 530, 750 có chức năng có dữ liệu thể tích 3D mà không có freehand movement của đầu dò. Trong 4 giây máy đã có dữ liệu 3D thể tích (khoảng 10MB) và cho thấy vị trí chính xác của kim trong multiplanar imaging display mode. Khả năng chỉnh vị trí kim cả 3 mặt phẳng gọi là ngắm đích 3D (3D targeting), kỹ thuật này còn giúp kiểm tra chất lượng mẫu mô trong lúc sinh thiết. Ðiều này gợi ý có thể giảm thiểu việc làm core biopsy càng nhiều càng tốt.
SHELLTM 3D là phương pháp cho thấy tương quan giữa kim và tổn thương, ít tốn thời gian và thích hợp nhất trong những trường hợp không tương hợp giữa mô giải phẫu bệnh của sinh thiết core hay tế bào hút kim nhỏ với đặc điểm tổn thương. Vấn đề trong trường hợp như vậy là có nơi nào mà sinh thiết core hay tế bào hút kim nhỏ bị sót tổn thương hay không. SHELLTM 3D ngắm đích là kết hợp giữa shell imaging với ngắm đích 3D. Máy cho phép lái qua toàn bộ thể tích có được, điều khiển những động tác tương tác song song qua các lát cắt hình. Trong cả 3 mặt phẳng của multiplanar display mode, các chấm có màu (A-plane, vàng; B-plane, cam, C-plane, xanh dương) chỉ định voxel đã xác định được hướng tới một mặt phẳng đã hoạt hóa trong trung tâm tổn thương. Sau đó, một khối cầu thể tích 3D (3D spherical volume of interest) được tạo nên. Tâm khối cầu được xác định với tâm tổn thương, và với xác định shell bên trong, với bề dày shell là 1/4 đường kính của volume of interest, tạo nên một đích ngắm 3D. Ðiều quan trọng là phải xác định đường kính của volume of interest nhỏ hơn trục ngắn nhất của tổn thương để cho mặt ngoài đường viền của shell luôn ở bên trong tổn thương trong cả 3 mặt phẳng. Ðường viền shell bên trong xác định vòng tròn bên trong của đích ngắm 3D. Trong cả 3 mặt phẳng, các điểm có màu được định trên bóng kim và được điều khiển theo bóng kim trong chuyển động hình đồng thời tức thì trong thời gian thực (real-time) trong những mặt phẳng vuông góc tương ứng. Khi trúng vào tâm tổn thương voxel màu sẽ vào outer shell surface, bắt chéo tâm tổn thương rồi rời khỏi 3D Shell target và tổn thương sang ở phía bên đối diện trực tiếp. Sự liên quan của vị trí kim ở trung tâm với 3D Shell target cho xác suất cao nhất của mẫu mô chính xác (correct tissue sampling) và chứng minh vị trí đúng của kim sau đó. Nếu như kim đi qua thể tích xác định tới mặt trong hay mặt ngoài của shell mà không xuyên trúng tâm tổn thương thì vẫn còn xác suất cao lấy được của mẫu mô chính xác. Còn nếu như voxel màu theo bóng kim không bắt chéo outer shell surface, xác suất lấy được mẫu mô chính xác sẽ giảm thấp.
Tài liệu tham khảo:
1. KURJAK A, KUPESIC S and ZODAN T: Three-Dimensional and Power Doppler in the Study of Angiogenesis, in Clinical Application of 3D Sonography, Copyright Ĩ2000 Parthenon Publishing Group.
2. PASSE TJ, BLUEMKE DA, SIEGELMAN SS: Tumor Angiogenesis: Tutorial on Implications for Imaging. Radiology 1997;203:593-600.
3. WEISMANN CF: Three-dimensional Sonography of the Breast, in Clinical Application of 3D Sonography, Copyright 2000 Parthenon Publishing Group.
