1. Giới thiệu

Mặc dù hiện nay có sẵn các thiết bị siêu âm hiện đại, việc kiểm tra cơ bản về tim thai vẫn được thực hiện tốt nhất bằng siêu âm thang xám 2D (Bmode). Hình ảnh vị thế của thai, buồng tim, nguồn gốc và đường đi của các mạch máu lớn và các cơ quan xung quanh có thể được thực hiện chính xác bằng siêu âm thang xám 2D. Chất lượng của hình ảnh siêu âm 2D phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm việc lựa chọn các đầu dò và các cài đặt trước (presets), góc siêu âm (the angle of insonation), khả năng tiếp cận vùng quan tâm (access to the region of interest) và độ phóng đại của vùng mục tiêu (magnification of the target region). Phần này trình bày các khía cạnh thực tế của việc tối ưu hóa hình ảnh thang xám 2D vì nó liên quan đến việc kiểm tra siêu âm tim thai.

2. Lựa chọn đầu dò

Các nhà sản xuất siêu âm cung cấp nhiều loại đầu dò, tương tự như việc lựa chọn ống kính trong nhiếp ảnh chuyên nghiệp. Nhiều người thường xuyên sử dụng một hoặc hai đầu dò ưa thích để cung cấp chất lượng hình ảnh tốt cho phần lớn bệnh nhân. Hầu hết các đầu dò sản khoa đều là dạng dải cong (curved array) có dải tần từ 2 đến 8 MHz. Nói chung, hai nhóm đầu dò được sử dụng trong siêu âm sản khoa qua đường bụng: dải tần số thấp (phạm vi 2-5 MHz) (Hình 1A), cho phép truyền âm tốt và độ phân giải chấp nhận được, và dải tần số cao (phạm vi 5- 8 MHz) (Hình 1B), cho phép cải thiện độ phân giải nhưng hạn chế khả năng thâm nhập của tia siêu âm. Những tiến bộ gần đây đã giới thiệu các bộ chuyển đổi phạm vi rộng với dải tần từ 2 đến 9 MHz, do đó mang lại khả năng ứng dụng lâm sàng rộng rãi.

Hình 1: Mặt cắt bốn buồng ở hai thai nhi (A và B) được chụp bằng hai đầu dò siêu âm khác nhau. Ở thai A, bộ chuyển đổi tần số từ 2 đến 5 MHz được sử dụng. Thai nhi A nằm sâu trong khung chậu do thể trạng cơ thể mẹ lớn và nhau thai phía trước. Việc sử dụng đầu dò tần số thấp ở A cho phép tia siêu âm thâm nhập sâu nhưng độ phân giải bị giảm. Ở thai B, đầu dò tần số từ 4 đến 8 MHz được sử dụng vì tim thai nằm ở vị trí nông hơn trong khung chậu so với thai nhi A. Việc sử dụng đầu dò tần số cao ở B cho phép tăng cường độ phân giải.

Đầu dò phẳng (linear) thường được sử dụng để siêu âm mô mềm đã được điều chỉnh phù hợp với hình ảnh sản khoa. Những đầu dò phẳng này được ưa chuộng vì độ phân giải cao và do đó được sử dụng chủ yếu trong ba tháng đầu hoặc khi cần thông tin giải phẫu chi tiết (Hình 2A). Không giống như các đầu dò cong, đầu dò phẳng có các chùm siêu âm đều khắp tất cả các cấp độ mô và không phân kỳ trong các mô sâu hơn. Khi việc quét tim thai bằng đường bụng chưa đạt hiệu quả tối ưu trong tam cá nguyệt thứ nhất và đầu thứ hai của thai kỳ, có thể sử dụng đầu dò qua ngả âm đạo (Hình 2B). Ưu điểm chính của siêu âm qua ngả âm đạo là khoảng cách ngắn đến vùng quan tâm (tim thai) với ít mô của mẹ hơn giữa đầu dò và tim thai, cho phép sử dụng tần số cao hơn với độ phân giải tốt hơn.

Hình 2: Mặt cắt bốn buồng tim ở hai thai nhi (A và B) được kiểm tra bằng hai đầu dò siêu âm khác nhau. Ở thai A, đầu dò phẳng tần số cao (6-9 MHz) được sử dụng, cho phép có độ phân giải tuyệt vời. Bộ chuyển đổi tần số cao này cung cấp hình ảnh tối ưu trong phạm vi độ sâu tương đối ngắn. Ở thai B, đầu dò ngả âm đạo có dải tần từ 6 đến 12 MHz được sử dụng, mang lại độ phân giải tuyệt vời cho quét tim thai trong giai đoạn đầu của thai kỳ.

3. Thiết lập sẵn (Image preset)

3.1. Hình ảnh hòa âm (Harmonic imaging)

Các đầu dò tần số cao đã được giới thiệu trong hình ảnh siêu âm để cải thiện độ phân giải hình ảnh. Hạn chế của đầu dò tần số cao bao gồm giảm khả năng xuyên qua mô và giảm độ phân giải đối với các cấu trúc vùng sâu vùng chậu (Hình 3A). Hình ảnh hòa âm được giới thiệu để nâng cao khả năng hiển thị và giảm ảnh giả. Trong hình ảnh hòa âm, đầu dò gửi và nhận tín hiệu ở hai tần số siêu âm khác nhau. Điều này dẫn đến hình ảnh và độ tương phản được cải thiện, giảm ảnh giả do sóng hòa âm phản xạ có biên độ thấp hơn và tần số cao hơn (gấp đôi so với sóng ban đầu) so với sóng cơ bản. Hình ảnh hòa âm đặc biệt hữu ích cho các cấu trúc có bề mặt tiếp xúc mô-chất lỏng, chẳng hạn như tim (Hình 3B).

Hình 3: Mặt cắt bốn buồng trong cùng một thai nhi (A) với preset siêu âm cơ bản. Lưu ý cùng một hình ảnh nhưng thêm hình ảnh hòa âm (B), hình ảnh phức hợp (C), và bộ lọc giảm nhiễu hạt (D). Lưu ý cách hình ảnh được cải thiện dần dần (A-D) với việc bổ sung các presets hình ảnh này sau đó. Ví dụ, lưu ý (D), hình ảnh rõ ràng của hai tĩnh mạch phổi dưới (PV) đi vào tâm nhĩ trái (LA) khi so sánh với (A).

3.2. Hình ảnh phức hợp (Compound imaging)

Công nghệ hình ảnh phức hợp bao gồm việc kết hợp một số (ba hoặc nhiều) hình ảnh từ các góc lái khác nhau (different steering angles) của đầu dò thành một hình ảnh duy nhất. Thông thường, đầu dò gửi tín hiệu siêu âm theo một đường vuông góc với chân của đầu dò. Hình ảnh phức hợp cho phép đầu dò gửi tín hiệu ở nhiều góc, do đó loại bỏ ảnh giả và cải thiện độ phân giải (Hình 3C).

3.3. Hình ảnh giảm nhiễu hạt (Speckle reduction imaging)

Hình ảnh giảm nhiễu hạt là kỹ thuật sử dụng thuật toán để phân tầng tín hiệu siêu âm mạnh và yếu. Bằng cách đó, các tín hiệu yếu phản xạ, gọi là đốm (termed speckle), sẽ bị loại bỏ, trong khi các tín hiệu mạnh được tăng cường và làm sáng hơn. Điều này cho phép hình ảnh trở nên mượt mà hơn và giảm ảnh giả. Hình 3 cho thấy hình ảnh bốn buồng trong hình ảnh siêu âm cơ bản thông thường (Hình 3A), và ứng dụng hình ảnh hòa âm (Hình 3B), hình ảnh phức hợp (Hình 3C) và hình ảnh giảm nhiễu hạt  (Hình 3D).

3.4. Vùng tiêu cự (Focal zone)

Trong siêu âm, vùng tiêu cự đại diện cho một vùng trên màn hình nơi chùm tia siêu âm được tập trung sắc nét nhất, do đó mang lại hình ảnh tối ưu nhất. Bộ chuyển đổi đầu dò phased-array hiện đại và nhiều đầu dò chuyển đổi linear-array cho phép người vận hành chọn khoảng cách vùng tiêu cự bằng cách áp dụng độ trễ thời gian cụ thể giữa các phần tử đầu dò khiến chùm tia hội tụ ở một khoảng cách xác định. Khi áp dụng nhiều vùng tiêu cự trong quá trình quét, các phần tử array đầu dò sẽ thu thập dữ liệu liên tục với thời gian pha khác nhau. Việc thu thập lặp lại này dẫn đến tốc độ khung hình chậm hơn do độ trễ thời gian. Các vùng tiêu cự phải luôn được đặt ở độ sâu quan tâm để đảm bảo độ phân giải ngang tốt nhất có thể. Khi siêu âm tim, nên chọn một vùng tiêu điểm ở vùng quan tâm. Mặc dù việc chọn nhiều vùng tiêu cự có thể tối đa hóa độ phân giải theo chiều ngang, tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến tốc độ khung hình chậm hơn, khiến hình ảnh tim thai trở nên dưới mức tối ưu. Đầu dò siêu âm mới hơn có thể lấy nét toàn bộ hình ảnh siêu âm và do đó biểu tượng tiêu cự không được hiển thị ở lề ở một số chế độ. Hình 4 và 5 cho thấy các bước đơn giản để tối ưu hóa hình ảnh tim bao gồm giảm độ rộng và độ sâu của chùm tia và đặt vùng tiêu cự ở ngang mức tim thai.

Hình 4: Mặt cắt bốn buồng tim thu được mà không tối ưu hóa hình ảnh. Lưu ý rằng độ sâu của hình ảnh hiển thị là quá sâu (mũi tên thẳng màu trắng), độ rộng của chùm tia quá rộng (mũi tên cong màu trắng) và vùng tiêu cự (mũi tên màu vàng) không được chỉnh ở mức của vùng quan tâm (bốn buồng). Kích thước của tim trong toàn bộ hình ảnh (đường màu vàng) quá nhỏ nên không cho phép phân tích chi tiết một cách đáng tin cậy. Thông tin được cung cấp trong hộp màu trắng, ở góc trên bên phải, hiển thị độ sâu 14 cm và tốc độ khung hình là 22 Hz.

Hình 5: Mặt cắt bốn buồng tim ở cùng một thai nhi trong Hình 4 sau khi tối ưu hóa hình ảnh. Hình ảnh được tối ưu hóa bằng cách giảm độ sâu, phóng to hình ảnh, thu hẹp độ rộng chùm tia (mũi tên cong màu trắng) và chỉnh vùng tiêu cự ở mức thích hợp (mũi tên màu vàng). Các bước này làm cho độ phóng đại hình ảnh với tốc độ khung hình cao. Thông tin được cung cấp trong hộp màu trắng, ở góc phần tư phía trên bên phải, hiển thị độ sâu 9.6 cm và tốc độ khung hình là 58 Hz. Kích thước của tim đủ lớn (đường màu vàng) để cho phép phân tích giải phẫu chi tiết.

3.5. Dải động (Dynamic range)

Dải động học hoặc độ tương phản (dynamic range or contrast) đề cập đến cách xử lý và hiển thị thông tin thang độ xám trên màn hình. Dải động rộng hơn/wider dynamic range (cao/ high) cho nhiều sắc thái thang xám hơn vào hình ảnh (more shades of gray into the image), trong khi dải động hẹp/narrow dynamic range (thấp/low) dẫn đến hình ảnh xuất hiện đen-trắng hơn (more black-and-white appearance of the image). Đối với hình ảnh tổng quát (general imaging), chẳng hạn như siêu âm sản khoa hoặc bụng tổng quát (general obstetric or abdominal scanning), dải động rộng với nhiều mức độ xám khác nhau (various gradation of gray) là tối ưu. Để siêu âm tim thai, dải động hẹp giúp hiển thị hình ảnh tốt hơn khi loại bỏ nhiễu (noise) hoặc ảnh giả (artifacts) ở mức độ thấp. Dải động thấp (low-dynamic range) mang lại độ tương phản cao hơn (more contrast) trong hình ảnh, lý tưởng cho hình ảnh tim. Hình 6 cho thấy ảnh hưởng của dải động lên hình ảnh tim thai.

Hình 6: Hình ảnh bốn buồng tim thai trên hình ảnh dải động cao (A) và thấp (B). Lưu ý rằng hình ảnh B sắc nét và tập trung hơn (more sharp and focused) khi so sánh với hình ảnh A. Dải động thấp mang lại độ tương phản cao hơn cho hình ảnh, lý tưởng cho hình ảnh tim. Trong một số hệ thống máy siêu âm, độ tương phản hình ảnh có thể được điều chỉnh trong quá trình xử lý hậu kỳ bằng cách sử dụng các đường cong màu xám và dải động khác nhau (different gray curves and dynamic ranges).

3.6. Màu hoặc bản đồ màu (Tint or color maps)

Bản đồ màu (color maps) với hiển thị hình ảnh siêu âm màu (with tinted ultrasound image display) (Hình 7) hiện có sẵn trên hầu hết các thiết bị siêu âm. Hiện tại không có sự đồng thuận về việc liệu bản đồ màu có mang lại hình ảnh thẩm mỹ hơn hay thực sự cải thiện khả năng hiển thị hay không, vì võng mạc của con người có khả năng phân biệt các chi tiết hình ảnh ở dạng màu tốt hơn so với hình ảnh thang xám. Người vận hành nên quyết định riêng xem liệu bản đồ màu có tăng cường chi tiết trong hình ảnh siêu âm hay không và do đó không thể đưa ra khuyến nghị chung nào cho chủ đề này.

Hình 7: Mặt cắt bốn buồng tim thai cùng một thai nhi được hiển thị trên các bản đồ màu khác nhau (sắc độ). Một số người thực hiện thích thực hiện kiểm tra siêu âm trên bản đồ màu (tông màu), hơn là trên hình ảnh thang xám tiêu chuẩn. Việc bổ sung bản đồ màu siêu âm có cải thiện khả năng nhận dạng chi tiết hình ảnh hay không vẫn còn được tranh luận.

3.7. Tốc độ khung hình cao (High frame rate)

Tim thai đập với tốc độ khoảng 140 lần/phút và do đó khi siêu âm tim thai, tốc độ khung hình cao được khuyến nghị, thường là trên 25 khung hình/giây. Tốc độ khung hình (frame rates) dưới phạm vi này tạo ấn tượng về hình ảnh chuyển động chậm và do đó làm giảm khả năng quét tim. Tốc độ khung hình cao đạt được bằng cách thu hẹp trường quét (độ rộng của chùm tia) và giảm độ sâu. Trong nhiều thiết bị siêu âm, việc sử dụng hộp thu phóng (zoom box) có thể dẫn đến kết quả tương tự. Tốc độ khung hình được hiển thị trên màn hình và cần được xem lại. Hình 4 và 5 cho thấy tác động của việc thu hẹp độ rộng của chùm tia và giảm độ sâu đối với tốc độ khung hình.

4. Kỹ thuật tối ưu hóa hình ảnh tim thai

Để có được hình ảnh đầy đủ về tim thai là sự cân bằng giữa việc điều chỉnh các preset của thiết bị siêu âm, vị trí của thai trong tử cung, và thể trạng cơ thể mẹ. Tiếp cận siêu âm tim tối ưu được thực hiện ở những thai có tư thế lưng phía sau, với bánh nhau nằm phía sau. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng gặp trong mọi trường hợp và do đó việc áp dụng các kỹ thuật quét có thể giúp cải thiện hình ảnh khi không thể thực hiện được trong điều kiện lý tưởng. Điều này được thực hiện bằng cách tiếp cận tim thai với vị trí tiếp cận tốt nhất và tối ưu hóa hình ảnh (Bảng 1).

Bảng 1. Tối ưu hóa hình ảnh để kiểm tra tim 2D ở siêu âm thang xám (Image optimization for 2D cardiac examination in grayscale).

Hình ảnh tối ưu của cấu trúc tim đạt được bằng cách tiếp cận siêu âm từ mỏm tim giữa các xương sườn (Hình 8) hoặc từ cách tiếp cận phía trước tránh các xương sườn (Hình 9). Nếu thai nhi ở vị trí nằm nghiêng trái hoặc nghiêng phải trong tử cung, việc di chuyển đầu dò trên bụng mẹ sang phía đối diện thường có thể dẫn đến siêu âm từ mỏm hơn là từ hướng bên. Nếu chỉ có thể tiếp cận siêu âm mặt bên hoặc mặt sau, thì hãy cố gắng tiếp cận ở giữa hoặc phía trước các xương sườn (Hình 8 và 9), để giảm thiểu bóng lưng. Nếu thai nhi nằm ở tư thế lưng phía trước, việc dịch chuyển đầu dò sang trái hoặc phải bụng mẹ kèm siêu âm giữa các kẽ xương sườn có thể cho hình ảnh tốt.

Hình 8: Mặt cắt bốn buồng ở cùng một thai nhi được siêu âm (A) xuyên qua xương sườn (các mũi tên mở) và (B) qua khoảng liên sườn (các mũi tên dài). Lưu ý hình ảnh bị suy giảm (A) do ảnh hưởng của bóng xương sườn lên tim thai. Khi siêu âm tim thai, cần cẩn thận để tránh bóng xương sườn trong tam cá nguyệt thứ hai và thứ ba thai kỳ.

Hình 9: Mặt cắt bốn buồng ở cùng một thai nhi được siêu âm từ hướng bên phải. (A) Phần giữa của tim không được tối ưu do bóng của xương sườn (các mũi tên hở) và chỉ quan sát rõ được đỉnh tim (các mũi tên dài). (B) Đầu dò được đặt sao cho chùm tia siêu âm truyền vào tim từ phía trước ngực (các mũi tên dài), do đó tránh được bóng xương sườn (các mũi tên hở). Chụp ảnh tim thai từ phần trước ngực cho hình ảnh được cải thiện.

Sau khi đạt được hướng tiếp cận siêu âm tốt nhất, người khám nên giảm độ sâu, thu hẹp chiều rộng hình ảnh và điều chỉnh vùng tiêu cự ở vùng quan tâm, sau đó là phóng đại tim thai (Hình 4 và 5). Tim thai nên chiếm khoảng 1/3 đến 1/4 màn hình hiển thị để nhận dạng chi tiết tốt hơn. Siêu âm vuông góc của các cấu trúc cụ thể trong tim sẽ tăng cường chi tiết hình ảnh, chẳng hạn như sự liên tục giữa vách liên thất và động mạch chủ lên, hoặc vách liên thất đối với các khiếm khuyết hoặc độ dày. Chế độ tua hình ảnh (cine loop/scroll) là một tùy chọn có sẵn trên hầu hết các thiết bị siêu âm. Đây là một chức năng rất quan trọng trong siêu âm tim thai vì nó hỗ trợ ghi lại các khung hình trong quá trình chuyển động của van và do đó cho phép đánh giá đầy đủ sự di chuyển của các lá van. Hơn nữa, chức năng tua hình ảnh cho phép ghi lại các quá trình trong các giai đoạn khác nhau của chu kỳ tim, đây một khía cạnh quan trọng trong việc đánh giá cấu trúc và chức năng của tim. Cuối cùng, ở những bà mẹ có chỉ số khối cơ thể cao, việc nâng mỡ bụng và quét bên dưới (elevating the pannus and scanning underneath) có thể giúp cải thiện khả năng tiếp cận ngực thai nhi. Các phương pháp khác bao gồm quét phía trên rốn (scanning above the umbilicus) hoặc ở vị trí mẹ nằm nghiêng (maternal Sims position).

5. Key points (grayscale in fetal cardiac imaging, siêu âm thang xám tim thai)

-Khi siêu âm tim thai qua ngả bụng chưa đạt mức tối ưu trong quý I và đầu quý II, siêu âm qua ngả âm đạo có thể hữu ích.

-Hạn chế của đầu dò tần số cao bao gồm giảm khả năng thâm nhập mô và giảm độ phân giải đối với các cấu trúc nằm sâu trong vùng chậu.

-Trong hình ảnh hòa âm, đầu dò gửi và nhận tín hiệu ở hai tần số khác nhau.

-Điều này dẫn đến hình ảnh và độ tương phản được cải thiện với giảm ảnh giả.

-Hình ảnh phức hợp cho phép đầu dò gửi tín hiệu ở nhiều góc độ, cho phép loại bỏ ảnh giả và cải thiện độ phân giải.

-Khi siêu âm tim thai, nên chọn một vùng tiêu điểm ở ngang mức vùng quan tâm.

-Đối với siêu âm tim thai, dải động hẹp giúp hiển thị hình ảnh tốt hơn và độ tương phản cao hơn, vì nhiễu hoặc ảnh giả ở mức độ thấp được loại bỏ.

-Khi siêu âm tim thai, nên cài đặt tốc độ khung hình cao, thường trên 25 khung hình/giây.

-Tốc độ khung hình cao đạt được bằng cách thu hẹp trường quét (độ rộng của chùm tia) và giảm độ sâu hình ảnh.

-Khi siêu âm tim thai, hãy phóng to hình ảnh sao cho tim thai chiếm khoảng 1/3 đến 1/4 màn hình để nhận dạng chi tiết hình ảnh tốt hơn.

6. Tài liệu tham khảo

Alfred Abuhamad, Rabih Chaoui. A practical guide to fetal echocardiography normal and abnormal hearts, 4th edition, eBook. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, 2022.