Bài 1: Nguyên lý vật lý, an toàn siêu âm và thiết lập máy trong sản khoa

Tại sao bài này quan trọng?

Nguyên lý & Kỹ thuật tạo ảnh (Principles & Acquisition)

1. Tương tác vật lý của sóng âm và độ phân giải hình ảnh

Hình 1: Hình siêu âm cao phân giải cổ và sơ đồ liên quan

• Độ phân giải dọc (axial resolution): Là khả năng phân biệt hai cấu trúc nằm gần nhau dọc theo đường truyền của chùm tia siêu âm. Độ phân giải dọc phụ thuộc trực tiếp vào chiều dài xung không gian (Spatial Pulse Length - SPL). Công thức tính: $$\text{Độ phân giải dọc} = \frac{\text{SPL}}{2}$$ Để cải thiện độ phân giải dọc, ta cần giảm SPL bằng cách sử dụng đầu dò có tần số đầu dò (transducer frequency) cao hơn. Tuy nhiên, tần số cao sẽ làm tăng sự suy giảm chùm sóng âm, hạn chế khả năng đâm xuyên sâu.
• Độ phân giải ngang (lateral resolution): Là khả năng phân biệt hai cấu trúc nằm cạnh nhau trên một mặt phẳng vuông góc với đường truyền của chùm tia. Độ phân giải ngang phụ thuộc trực tiếp vào độ rộng chùm tia (beam width). Chùm tia siêu âm hẹp nhất tại vị trí tiêu cự (focal zone). Do đó, để tối ưu hóa độ phân giải ngang, người vận hành phải luôn đặt vùng tiêu cự ngang hàng hoặc ngay dưới cấu trúc cần khảo sát.
• Độ phân giải thời gian (temporal resolution): Khả năng hiển thị các cấu trúc chuyển động theo thời gian thực, được quyết định bởi tốc độ khung hình (frame rate). Trong siêu âm tim thai, độ phân giải thời gian cực kỳ quan trọng và có thể được tối ưu hóa bằng cách thu hẹp trường nhìn (sector width) hoặc giảm số lượng tiêu cự (focal points).

2. Lựa chọn đầu dò trong giai đoạn sớm: TAS và TVS

• Siêu âm ngả âm đạo (TVS): Sử dụng đầu dò ngả âm đạo (transvaginal transducer) có tần số cao (thường từ 5.0 đến 9.0 MHz). Do đầu dò được đặt sát cổ tử cung (cervix), khoảng cách đến túi thai rất ngắn, giảm thiểu sự suy giảm chùm sóng âm. TVS cung cấp độ phân giải dọc và ngang vượt trội, cho phép quan sát rõ màng rụng (decidua), túi noãn hoàng (yolk sac), và phôi thai (embryo) chỉ vài milimet. Đây là lựa chọn bắt buộc để chẩn đoán thai sớm, thai ngoài tử cung, hoặc đo chiều dài cổ tử cung.
• Siêu âm ngả bụng (TAS): Sử dụng đầu dò ngả bụng (transabdominal transducer) có tần số thấp hơn (thường từ 3.0 đến 5.0 MHz) để đạt được độ đâm xuyên sâu qua thành bụng của người mẹ. TAS phù hợp hơn từ tam cá nguyệt thứ hai trở đi hoặc khi bàng quang (urinary bladder) của bệnh nhân căng đầy để tạo cửa sổ âm (acoustic window) đẩy tử cung (uterus) lên cao trong giai đoạn sớm (nếu không có TVS).

Các chế độ siêu âm & Thiết lập máy (Ultrasound Modes & Machine Settings)

1. Các chế độ siêu âm cơ bản và ứng dụng an toàn

• Siêu âm kiểu B (B-mode / Brightness mode): Chế độ thang xám thời gian thực, là nền tảng của mọi khảo sát sản khoa. Năng lượng phát ra ở chế độ này là thấp nhất, cực kỳ an toàn cho thai nhi.
• Siêu âm kiểu M (M-mode / Motion mode): Khảo sát sự chuyển động của cấu trúc theo thời gian. Trong sản khoa tam cá nguyệt thứ nhất, M-mode bắt buộc phải được sử dụng thay thế cho Doppler phổ để đo tần số tim thai. Lý do là vì M-mode có mật độ năng lượng âm cực thấp, trong khi Doppler phổ tập trung năng lượng liên tục tại một điểm, dễ gây tăng nhiệt độ cục bộ tại tim phôi đang phát triển.
• Doppler màu (Color Doppler) và Doppler phổ (Spectral Doppler): Khảo sát dòng chảy mạch máu. Hai chế độ này phát ra mức năng lượng âm rất cao. Việc sử dụng Doppler trong tam cá nguyệt thứ nhất bị hạn chế nghiêm ngặt, chỉ thực hiện khi có chỉ định lâm sàng rõ ràng (ví dụ: sàng lọc lệch bội - aneuploidy qua Doppler ống tĩnh mạch ở tuần 11 - 13+6) và thời gian khảo sát phải cực kỳ ngắn (dưới 1 phút).

2. Các chỉ số an toàn sinh học trên màn hình

• Chỉ số cơ học (Mechanical Index - MI): Đo lường khả năng xảy ra các tác động cơ học phi nhiệt, đặc biệt là sự tạo bong bóng khí (sự hình thành và sụp đổ của các bong bóng khí trong trường âm). MI được tính bằng áp suất âm cực đại chia cho căn bậc hai của tần số trung tâm. Trong sản khoa, do các mô thai nhi không chứa các túi khí tự do, nguy cơ tạo bong bóng khí là rất thấp. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn tuyệt đối, MI nên được giữ dưới 1.0 (lý tưởng là dưới 0.4 trong giai đoạn phôi).
• Chỉ số nhiệt (Thermal Index - TI): Đo lường khả năng tăng nhiệt độ của mô do hấp thụ năng lượng âm. Chỉ số TI = 1 có nghĩa là công suất phát đủ để làm tăng nhiệt độ mô lên 1°C trong điều kiện phơi nhiễm kéo dài. Có hai loại chỉ số TI cần lưu ý:
  • Chỉ số nhiệt mô mềm (Thermal Index for Soft Tissue - TIS): Sử dụng trước tuần thứ 10 của thai kỳ, khi các cấu trúc xương chưa hóa cốt.
  • Chỉ số nhiệt xương (Thermal Index for Bone - TIB): Sử dụng từ tuần thứ 10 trở đi, khi xương thai nhi bắt đầu hóa cốt. Xương có hệ số hấp thụ âm cao hơn nhiều so với mô mềm, do đó nhiệt độ tại ranh giới xương - mô mềm có thể tăng lên nhanh chóng khi chùm tia siêu âm quét qua.

3. Các bước tối ưu hóa hình ảnh trên máy (Knobology)

• Độ khuếch đại (gain): Tăng hoặc giảm độ sáng của toàn bộ hình ảnh nhận được. Việc tăng Gain chỉ là khuếch đại tín hiệu điện tử nhận về, hoàn toàn không làm tăng năng lượng sóng âm phát vào cơ thể mẹ, do đó cực kỳ an toàn.
• Bù trừ độ hao kiệt theo thời gian (Time Gain Compensation - TGC): Cho phép điều chỉnh độ sáng ở các độ sâu khác nhau để bù đắp cho sự suy giảm chùm sóng âm khi đi sâu vào mô.
• Dải động (dynamic range): Điều chỉnh số lượng các tông màu xám hiển thị trên màn hình. Giảm Dynamic Range sẽ làm tăng độ tương phản (hình ảnh rõ ràng hai màu trắng đen, thích hợp để đo đạc các đường viền xương); tăng Dynamic Range sẽ làm hình ảnh mịn màng hơn (nhiều tông xám, thích hợp khảo sát nhu mô não hoặc bánh nhau).
• Tần số lặp xung (Pulse Repetition Frequency - PRF): Trong siêu âm Doppler, PRF quyết định thang vận tốc hiển thị. Thiết lập PRF quá thấp sẽ gây ra hiện tượng vượt ngưỡng (aliasing); thiết lập PRF quá cao sẽ làm mất các dòng chảy có vận tốc thấp.

Cạm bẫy hình ảnh & Cách khắc phục (Artifacts & Pitfalls)

1. Xảo ảnh dội lại (reverberation artifact)

• Cơ chế: Xảy ra khi chùm sóng âm bị phản xạ qua lại nhiều lần giữa hai bề mặt có độ phản xạ cao (ví dụ: thành bụng mẹ và đầu dò). Kết quả là xuất hiện các đường sáng song song, cách đều nhau ở phần nông của hình ảnh.
• Cạm bẫy lâm sàng: Xảo ảnh dội lại trong buồng ối hoặc bên trong túi thai có thể bị nhầm lẫn với dải sợi ối (amniotic band) hoặc vách ngăn tử cung (uterine septum).
• Cách khắc phục: Thay đổi góc quét của đầu dò, dịch chuyển vùng tiêu cự xuống sâu hơn, hoặc sử dụng tính năng hình ảnh hòa âm mô (Tissue Harmonic Imaging - THI) để giảm thiểu các tín hiệu dội lại tần số thấp.

2. Bóng lưng sạch (clean acoustic shadowing) và Tăng âm phía sau (posterior acoustic enhancement)

Hình 2: Hình siêu âm dọc hiển thị bóng lưng sạch

• Cơ chế:
  • Bóng lưng sạch xảy ra khi chùm sóng âm đi qua một cấu trúc hấp thụ hoặc phản xạ âm gần như hoàn toàn (như xương sọ hoặc xương đùi thai nhi), để lại một vùng tối phía sau cấu trúc đó.
  • Tăng âm phía sau xảy ra khi chùm sóng âm đi qua một cấu trúc chứa dịch (như bàng quang, túi thai, hoặc các nang dịch), vốn ít gây suy giảm âm hơn mô xung quanh. Sóng âm truyền qua vùng dịch này ít bị suy giảm, nên khi gặp các mô phía sau, tín hiệu phản xạ về sẽ mạnh hơn bình thường, tạo nên vùng sáng phía sau.
• Cạm bẫy lâm sàng: Bóng lưng bên (refraction shadowing / lateral shadowing) từ rìa của các cấu trúc tròn như đầu thai nhi có thể che khuất các cấu trúc giải phẫu lân cận, hoặc vùng tăng âm phía sau túi dịch có thể làm mờ các chi tiết giải phẫu của thai nằm ngay phía sau đó.
• Cách khắc phục: Điều chỉnh TGC ở vùng sâu thấp xuống để giảm độ sáng phía sau túi dịch, hoặc thay đổi hướng tiếp cận của đầu dò để tránh bóng lưng của xương.

3. Xảo ảnh thùy bên (grating lobe artifact)

• Cơ chế: Do năng lượng sóng âm không chỉ truyền đi theo búp sóng chính mà còn có các búp sóng phụ (thùy bên) truyền lệch góc. Khi các thùy bên này gặp một cấu trúc phản xạ mạnh, nó sẽ tạo ra một hình ảnh giả nằm lệch sang bên so với cấu trúc thực tế.
• Cạm bẫy lâm sàng: Có thể tạo ra hình ảnh giả giống như có mảnh vỡ hoặc vách ngăn bên trong một cấu trúc chứa dịch hoàn toàn trống âm (như bàng quang thai nhi hoặc bể thận), dẫn đến chẩn đoán nhầm là có xuất huyết hoặc cặn lắng.
• Cách khắc phục: Đặt cấu trúc cần khảo sát vào trung tâm của trường quét, sử dụng đầu dò có công nghệ giảm thùy bên (apodization) hoặc bật chế độ hòa âm mô (THI).

Minh họa ca lâm sàng (DICOM Cases)

🩺 Ca bệnh: Nhịp tim thai chậm (fetal bradycardia)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Bệnh nhân đến khám siêu âm xác định tuổi thai (dating scan) để đánh giá thai kỳ.
• Đặc điểm hình ảnh học: Siêu âm ngả bụng cho thấy thai trong tử cung với phôi thai dài 4 mm (tương đương 6 tuần). Tần số tim thai đo được rất chậm, chỉ khoảng 86 nhịp/phút, thấp hơn mức sinh tồn bình thường trong giai đoạn này.
• Đối chiếu lý thuyết: Ca bệnh này minh họa tầm quan trọng của việc sử dụng siêu âm B-mode và M-mode (thay vì Doppler phổ) để đo tim thai ở giai đoạn sớm nhằm tuân thủ nguyên lý ALARA. Nhịp tim chậm (< 100 bpm ở tuần 6) là dấu hiệu tiên lượng xấu, dẫn đến sảy thai trong trường hợp này.

🩺 Ca bệnh: Thai ngoài tử cung tai vòi (tubal ectopic pregnancy)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Bệnh nhân nữ đau vùng hạ vị và hố chậu phải, xét nghiệm beta-hCG dương tính.
• Đặc điểm hình ảnh học: Hình ảnh cho thấy một túi thai rõ ràng tại vùng phụ (adnexa) bên phải, có phôi thai, túi noãn hoàng và hoạt động tim thai (128-133 bpm). Tử cung trống, không thấy túi thai trong buồng tử cung.
• Đối chiếu lý thuyết: Đây là ví dụ điển hình về vai trò của siêu âm ngả âm đạo (TVS) trong chẩn đoán thai sớm. Việc sử dụng tần số cao của TVS giúp phân biệt rõ ràng túi thai vòi trứng với buồng trứng (ovary), cho phép chẩn đoán chính xác và can thiệp kịp thời trước khi vỡ.

🩺 Ca bệnh: Không có ống tĩnh mạch (absent ductus venosus)

• Bệnh cảnh lâm sàng: Thai phụ được chuyển đến để siêu âm chi tiết lại ở tuần thứ 14 của thai kỳ.
• Đặc điểm hình ảnh học: Hình ảnh Doppler màu và siêu âm B-mode cho thấy sự vắng mặt của ống tĩnh mạch (ductus venosus). Tĩnh mạch rốn (umbilical vein) đi trực tiếp vào phần giữa của tĩnh mạch chủ dưới (inferior vena cava - IVC) qua một kênh tĩnh mạch bất thường, bỏ qua xoang tĩnh mạch cửa (portal sinus).
• Đối chiếu lý thuyết: Ca bệnh này làm nổi bật ứng dụng của Doppler màu trong thai kỳ (tuy nhiên cần thực hiện nhanh chóng để giảm thiểu năng lượng nhiệt). Việc đánh giá dòng máu tĩnh mạch và giải phẫu bất thường đòi hỏi người siêu âm phải nắm vững giải phẫu mạch máu bình thường để nhận diện các dị tật phức tạp.

Điểm mấu chốt kỹ thuật

1. Tuân thủ ALARA tuyệt đối: Luôn bắt đầu khảo sát bằng siêu âm thang xám (B-mode) và sử dụng M-mode để đo tim thai trong tam cá nguyệt thứ nhất. Tuyệt đối không sử dụng Doppler màu và Doppler phổ một cách thường quy ở tuổi thai dưới 10 tuần trừ khi có chỉ định y khoa bắt buộc.
2. Giám sát chỉ số an toàn: Luôn giữ chỉ số nhiệt mô mềm (TIS) < 0.7 khi tuổi thai < 10 tuần, và chuyển sang chỉ số nhiệt xương (TIB) < 0.7 từ tuần thứ 10 trở đi. Chỉ số cơ học (MI) cần được duy trì dưới 1.0 để tránh các tác động cơ học lên mô thai.
3. Lựa chọn đầu dò thông minh: Sử dụng siêu âm ngả âm đạo (TVS) với đầu dò tần số cao cho mọi trường hợp nghi ngờ thai sớm, thai ngoài tử cung hoặc cần khảo sát chi tiết cấu trúc phôi ở tam cá nguyệt thứ nhất. Siêu âm ngả bụng (TAS) chỉ nên là lựa chọn thứ hai hoặc phối hợp khi cần trường nhìn rộng.
4. Tối ưu hóa hình ảnh trước khi tăng công suất: Khi hình ảnh bị mờ hoặc tối, hãy ưu tiên điều chỉnh các thông số không làm tăng năng lượng phát như: điều chỉnh lại tiêu cự (focal zone) đúng mức, tăng độ khuếch đại (gain), tối ưu hóa TGC, hoặc sử dụng tính năng hòa âm mô (THI).

Bài tiếp theo

📷 Nguồn hình ảnh tham khảo

• [Hình 1] Axial HRUS neck scans & vagus cs measurements Walter et al (2018) FrontNeurol 9-805.jpg - Nguồn: Wikimedia Commons · Uwe Walter, Panagiota Tsiberidou, Maxi Kersten, Alexander Storch, Matthias Löhle, Wikimedia Commons (CC BY 4.0)
• [Hình 2] Longitudinal (Ultrasound) - Ca lâm sàng Radiopaedia - Nguồn: Radiopaedia Cases · Hình minh họa từ Ca lâm sàng Radiopaedia: https://radiopaedia.org/cases/posterior-acoustic-shadowing-and-enhancement