Siêu âm Đa tham số trong Đánh giá Bệnh lý Gan Lan tỏa. CHƯƠNG 3. CÁC KỸ THUẬT ĐO ĐỘ CỨNG GAN: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN

SIÊU ÂM ĐA THÔNG SỐ TRONG ĐÁNH GIÁ BỆNH LÝ GAN LAN TOẢ – PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN THỰC TẾ
Biên tập viên chính: R. Graham Barr, Giovanna Ferraioli MD – NXB Elsevier
Biên dịch & Chú giải: Ths.Bs. Lê Đình Sáng
Xuất bản trực tuyến duy nhất trên các website yhoclamsang.net – sachyhoc.com bởi THƯ VIỆN MEDIPHARM. 

CHƯƠNG 3. CÁC KỸ THUẬT ĐO ĐỘ CỨNG GAN: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN

Spencer Moavenzadeh, Mark L. Palmeri, Richard G. Barr, Giovanna Ferraioli

Giới thiệu về Độ cứng (Stiffness)

Sự tích tụ của vật liệu Chất nền ngoại bào (Extracellular matrix) (như collagen, fibronectin, proteoglycan và glycosaminoglycan), chất béo và triglyceride, hoặc tình trạng sẹo hóa mô là những đặc điểm thường thấy ở các bệnh lý gan như Bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu (Nonalcoholic Fatty Liver Disease – NAFLD), Viêm gan nhiễm mỡ không do rượu (Nonalcoholic Steatohepatitis – NASH), Bệnh gan do rượu (Alcoholic Liver Disease), và viêm gan virus. Tất cả các yếu tố này đều làm gia tăng Độ cứng (Stiffness) của mô gan.

Về mặt sinh học, độ cứng của mô đóng vai trò quan trọng trong việc kháng lại các lực tác động ở cấp độ tế bào, nội bào và siêu tế bào, cũng như định hướng sự di cư của tế bào thông qua cơ chế Hướng cứng (Durotaxis). Mặc dù các Bệnh gan mạn tính (Chronic Liver Diseases) thường biểu hiện bằng sự gia tăng độ cứng mô, bệnh cũng có thể diễn tiến âm thầm, không triệu chứng với các kết quả xét nghiệm và chẩn đoán hình ảnh hoàn toàn bình thường. Kể từ khi các phương pháp đo lường khách quan độ cứng gan thông qua Tạo ảnh đàn hồi (Elasticity Imaging) ra đời, độ cứng gan đã được chứng minh là một Dấu ấn sinh học thay thế (Surrogate biomarker) chính xác cho nhiều bệnh lý gan.

Khác với Siêu âm B-mode thường quy (Conventional B-mode Ultrasound) – vốn dựa vào việc phát hiện các phản xạ âm thanh do sự khác biệt về tính chất âm học của mô, tạo ảnh đàn hồi lại dựa trên sự khác biệt về tính chất cơ học của mô mềm. Do đó, để nắm vững các kỹ thuật tạo ảnh đàn hồi, người đọc cần hiểu rõ các tính chất cơ học và âm học của mô mềm, các cơ chế gây xáo trộn mô và phương pháp đo lường sự dịch chuyển của mô.

CƠ HỌC MÔ MỀM

Độ cứng của vật liệu, hay Độ đàn hồi (Elasticity), là thước đo khả năng kháng lại sự biến dạng đàn hồi khi chịu một lực tác động. Độ cứng được đo bằng đơn vị áp suất là Pascal (Pa) và được tính bằng tỷ lệ giữa Ứng suất (Stress) tác dụng (lực trên một đơn vị diện tích) và Biến dạng (Strain) thu được (sự thay đổi chiều dài trên một đơn vị chiều dài) của vật liệu. Ứng suất và biến dạng là các đại lượng tensor bậc hai; khi kết hợp lại, chúng mô tả toàn diện trạng thái biến dạng của vật liệu.

Nguyên lý của tạo ảnh đàn hồi là sử dụng một lực bên ngoài để làm xáo trộn mô mềm, sau đó đo lường sự dịch chuyển của mô để tính toán độ cứng, từ đó xem đây như một dấu ấn sinh học của bệnh lý. Việc chuyển đổi độ cứng của mô thành các đại lượng đo lường được trong chẩn đoán hình ảnh tuân theo các nguyên tắc sau.

Ứng suất có thể được biểu diễn như sau:

σ_ij = ∫ f_i dx_j = ∫ ρ α_i dx_j (1)

Trong đó:

• α là gia tốc hạt.
• f đại diện cho lực tác dụng trên một đơn vị thể tích.
• ρ là Mật độ vật liệu (Material density/Density), thường được giả định là mật độ của nước và không cần ước tính từ dữ liệu hình ảnh.
• σ_ij là Tensor ứng suất (Stress tensor).

Trong các phương pháp tạo ảnh đàn hồi, lực tác động thường đến từ: nén tĩnh từ bên ngoài, Lực bức xạ âm (Acoustic Radiation Force), hoặc cơ chế rung động bên ngoài.

Tensor biến dạng, ε_ij, được biểu diễn như sau:

ε_ij = 1/2 (du_i/dx_j + du_j/dx_i + (du_k/dx_i)(du_k/dx_j)) (2)

Trong đó u đại diện cho sự dịch chuyển. Trong siêu âm, sự dịch chuyển thường được đo bằng cách tương quan các dịch chuyển thời gian của dữ liệu tần số vô tuyến (RF), hoặc dịch chuyển pha của dữ liệu Đồng pha và Vuông pha (In-phase and Quadrature – IQ) ở tần số lặp lại xung vài kilohertz.

Tuy nhiên, đối với các vật liệu phức tạp, không đồng nhất, phi tuyến tính, hoặc khi chịu các trường ứng suất phức tạp (ví dụ: lực bức xạ âm từ Đầu dò hội tụ (Focused transducer)), việc xây dựng các mối quan hệ ứng suất-biến dạng để mô hình hóa độ đàn hồi là rất khó khăn. Mô mềm có tính chất Đàn hồi nhớt (Viscoelastic) (biến dạng phụ thuộc vào tốc độ tác dụng ứng suất), không đồng nhất và Dị hướng (Anisotropic) (phản ứng phụ thuộc vào hướng tác động). Để đơn giản hóa, người ta thường giả định mô mềm hoạt động như vật liệu đàn hồi tuyến tính dưới tải trọng sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh, với điều kiện các biến dạng là nhỏ.

Ba đại lượng (modul) được sử dụng để đặc trưng cho tính chất đàn hồi của vật liệu:

1. Modul Young (E): Mô tả khả năng kháng lại biến dạng theo một trục (trục dọc).
2. Modul trượt (Shear modulus/Rigidity – G hoặc μ): Đặc trưng cho khả năng kháng lại lực trượt (cắt).
3. Modul khối (Bulk modulus – K): Đo lường khả năng kháng lại lực nén của vật liệu.

Sự biến dạng theo hướng vuông góc với trục chịu tải được mô tả bởi Hệ số Poisson (Poisson’s ratio – ν). Ba phương trình đàn hồi tuyến tính liên hệ bốn hằng số này như sau: