intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Mô phỏng sóng cơ truyền trong cấu trúc đa lớp và ứng dụng trong siêu âm định lượng xương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST
Báo xấu
30
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận văn là mô phỏng tín hiệu sóng siêu âm thu được trong cấu hình đo truyền dọc dựa trên mô hình toán học cho sóng truyền trong các cấu trúc xương dài, và khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu vào các thông số của phép đo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Mô phỏng sóng cơ truyền trong cấu trúc đa lớp và ứng dụng trong siêu âm định lượng xương

  1. VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ VÂN ANH MÔ PHỎNG SÓNG CƠ TRUYỀN TRONG CẤU TRÚC ĐA LỚP VÀ ỨNG DỤNG TRONG SIÊU ÂM ĐỊNH LƯỢNG XƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội, tháng 10/2019
  2. VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ VÂN ANH MÔ PHỎNG SÓNG CƠ TRUYỀN TRONG CẤU TRÚC ĐA LỚP VÀ ỨNG DỤNG TRONG SIÊU ÂM ĐỊNH LƯỢNG XƯƠNG Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Mã số chuyên ngành: 8 44 01 03 Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Lâm Hoài. Hà Nội, tháng 10 năm 2019
  3. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả mới được công bố trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Tác giả: NGUYỄN THỊ VÂN ANH i
  4. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và làm việc tại Học viện khoa học và công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thị Lâm Hoài, tôi đã học hỏi được rất nhiều kiến thức Vật lý, Toán học. Để hoàn thành được Luận án Thạc sĩ này và để có thể trở thành một người có khả năng độc lập nghiên cứu Khoa học, tôi xin gửi đến người thầy hướng dẫn trực tiếp của tôi lời cảm ơn sâu sắc nhất với tất cả tình cảm yêu quý cũng như lòng kính trọng của mình. Một lần nữa tôi xin cảm ơn các thầy và TS. Nguyễn Thị Lâm Hoài đã giúp đỡ tôi hoàn thành nội dung chính của luận án Thạc Sĩ. Tôi xin cảm ơn Trường THPT Yên Khánh B - Khánh Cư – Yên Khánh - Tỉnh Ninh Bình nơi tôi công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành việc học tập và nghiên cứu trong thời hạn 2 năm. Tôi xin chân thành cảm ơn Học viện khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu tại học viện, phòng sau đại học đã hỗ trợ tôi hoàn thành các thủ tục bảo vệ luận án. Cuối cùng, tôi xin được dành tất cả những thành quả trong học tập của mình dâng tặng những người thân trong gia đình mà hằng ngày dõi theo từng bước chân tôi. Hà Nội, tháng 10 năm 2019 ii
  5. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA XƯƠNG ..................................................... 3 1.1 Vai trò và cấu tạo của xương ..................................................................... 3 1.1.1 Vai trò, chức năng của bộ xương ...................................................................... 3 1.1.2 Phân loại xương ................................................................................................. 4 1.1.3 Cấu trúc vi mô của xương ................................................................................. 6 1.2 Các đại lượng cơ học đặc trưng cho xương ............................................ 7 1.2.1 Độ cứng và giới hạn chịu lực ............................................................................ 7 1.2.2 Ứng suất, sức căng và độ đàn hồi ..................................................................... 8 1.2.3 Suất đàn hồi thể tích và hệ số Poisson ............................................................. 8 1.2.4 Tính dị hướng .................................................................................................... 9 1.2.5 Độ xốp ................................................................................................................. 9 1.3 Các bệnh về xương ....................................................................................... 9 1.3.1 Loãng xương ...................................................................................................... 9 1.3.2 Gãy xương ........................................................................................................ 10 1.4 Kĩ thuật siêu âm và vai trò của nó trong chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến xương ..................................................................... 10 1.4.1 Các kĩ thuật siêu âm......................................................................................... 10 1.4.2 Định lượng siêu âm xương ............................................................................. 12 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ............................................. 15 2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn .............................................................. 15 2.1.1 Lịch sử phát triển của phương pháp phần tử hữu hạn................................. 15 2.1.2 Các khái niệm và kĩ thuật cơ bản của FEM .................................................... 15 2.2 Phương pháp trọng số thặng dư và Garlerkin FEM ............................ 18 2.2.1 Phương pháp trọng số thặng dư .................................................................... 18 2.2.2 Phương pháp Galerkin cho phần tử hữu hạn ................................................ 20 2.3 Quy trình thực hiện Galerkin FEM.......................................................... 22 2.3.1 Giải phương trình vi phân đơn giản bằng Galerkin FEM.............................. 22 iii
  6. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh 2.3.2 Tóm lược quy trình giải thuật Galerkin FEM ................................................ 26 Chương 3. SỰ TRUYỀN CỦA SÓNG DẪN SIÊU ÂM TRONG CẤU TRÚC ĐA LỚP MÔ TẢ XƯƠNG DÀI ......................................................................... 28 3.1 Sóng dẫn và phép định lượng sóng dẫn siêu âm trong xương dài ... 28 3.2 Mô hình đa lớp cho xương dài ................................................................ 32 3.3 Phương trình truyền sóng ....................................................................... 33 3.3.1 Phương trình truyền sóng trong chất rắn ..................................................... 33 3.3.2 Phương trình truyền sóng trong chất lỏng .................................................... 34 3.3.3 Các điều kiện biên ............................................................................................ 34 3.4 Giải phương trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn bán giải tích ..................................................................................................................... 35 3.5 Các tham số dùng trong mô phỏng ......................................................... 36 3.6 Bản xương phẳng đặt trong không khí .................................................. 37 3.6.1 Tín hiệu miền thời gian ................................................................................... 37 3.6.2 Biến đổi Randon và hệ thức tán sắc ............................................................... 38 3.6.3 Ảnh hưởng của tần số sóng siêu âm............................................................... 39 3.6.4 Ảnh hưởng của độ dày bản xương ................................................................. 41 3.6.5 Ảnh hưởng của vị trí nguồn ............................................................................ 42 3.7 Bản xương phẳng phủ bởi lớp mô mềm ............................................... 43 Kết luận chung ....................................................................................................... 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 46 iv
  7. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh MỞ ĐẦU Các sóng siêu âm Y học với tần số từ 1-10MHz (Medical Ultrasounds), có đóng góp rất lớn trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe con người, phổ biến nhất là trong lĩnh vực tim mạch và sản khoa. Khoảng gần 20 năm gần đây, một hướng nghiên cứu ứng dụng mới của sóng siêu âm: SIÊU ÂM ĐỊNH LƯỢNG XƯƠNG được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm phát triển nhằm mục đích chế tạo các linh kiện siêu âm y học mới với mục đích chẩn đoán và theo dõi các bệnh lý liên quan đến xương (loãng xương, gãy xương), dần dần thay thế cho phương pháp chẩn đoán xương truyền thống sử dụng X-ray. Lợi thế lớn nhất của siêu âm định lượng xương (Bone QUS) so với X-ray là QUS không gây ion hóa tế bào sống, vì vậy có thể dùng cho cả trẻ em và phụ nữ mang thai. Mặt khác, do bản chất là các dao động cơ học, sóng siêu âm được đánh giá là có khả năng phản ánh tốt hơn các tính chất cơ học của xương mà X-ray không thể đo được, ví dụ như độ đàn hồi của xương. Ngoài ra thiết bị vi mô thường có thể thiết kế nhỏ gọn, có thể cầm tay được với giá thành không cao. Đến nay Bone-QUS đã đạt được một số thành tựu tương đối quan trọng trong việc đo mật độ xương ở các vị trí nơi xương thường có hình dạng có thể coi là phẳng và cấu trúc xốp như gót chân, ngón tay, xương hông. Một số thiết bị vi mô dạng này đã được thương mại hóa và bán ra thị trường. Có ba kĩ thuật đo chính được sử dụng trong siêu âm xương: Cấu hình đo xung-phản xạ, cấu hình truyền qua và cấu hình truyền dọc. Các phép đo có thể được thiết lập trên các mẫu vật liệu giả xương (phantom), trên mẫu xương chết (in vitro) hay trực tiếp trên các cơ thể sống (in vivo). Nguồn phát phát ra xung siêu âm truyền qua mẫu vật tới nguồn thu. Về mặt lý thuyết, tín hiệu thu được có chứa đầy đủ thông tin về tính chất của xương như mật độ, độ đàn hồi…. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của mẫu xương việc đoán nhận cũng như phân tích tín hiệu để lấy ra được các thông tin này là không hề đơn giản. Bởi vậy, sự hiểu 1
  8. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh biết về sự truyền của sóng vi mô trong các cấu trúc xương này là hết sức cần thiết để làm cơ sở cho việc phân tích và đoán nhận tính chất của tín hiệu vi mô thu được trong các phép đo. Trong luận văn này, chúng tôi quan tâm đến sóng dẫn siêu âm (ultrasonic guided wave UGW) truyền trong cấu trúc xương dài. Các nghiên cứu về sóng dẫn trong xương dài qua cấu hình truyền dọc rất được quan tâm phát triển gần đây với các nhóm nghiên cứu mạnh nằm ở các nước Phần Lan, Pháp, Canada và Trung Quốc. Mục đích của luận văn là mô phỏng tín hiệu sóng siêu âm thu được trong cấu hình đo truyền dọc dựa trên mô hình toán học cho sóng truyền trong các cấu trúc xương dài, và khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu vào các thông số của phép đo. Về mặt phương pháp, chúng tôi mô hình hóa cấu trúc xương như một vật liệu đa lớp rắn/lỏng xen kẽ. Phần xương cứng được mô tả như vật liệu rắn trong khi đó phần da và tủy xương mang tính chất của chất lỏng. Chúng tôi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn bán giải tích (SAFE) được phát triển bởi tiến sĩ Nguyễn Vũ Hiệu và cộng sự để tính toán sự truyền của sóng siêu âm trong trong các mô hình này. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia làm 3 chương: Chương 1: Trình bày cấu trúc, chức năng và tính chất cơ học của xương Chương 2: Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn Chương 3: Mô phỏng sự truyền của sóng siêu âm trong cấu trúc đa lớp xương 2
  9. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh Chương 1. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA XƯƠNG 1.1 Vai trò và cấu tạo của xương 1.1.1 Vai trò, chức năng của bộ xương Bộ xương giúp tạo hình và đảm bảo cho hoạt động của cơ thể. Các xương liên kết với nhau tạo thành khung cứng và điểm tựa để nâng toàn bộ cơ thể, giúp cho người có tư thế đứng thẳng. Xương kết hợp với cơ tạo nên hệ đòn bẩy mà điểm tựa là các khớp xương, đảm bảo cho hoạt động của cơ thể. Sự tăng trưởng về chiều cao và khả năng hoạt động của con người phụ thuộc rất lớn vào khung xương. Hình 1.1 Cấu tạo bộ khung xương của con người [1] Bộ xương có chức năng bảo vệ cho các cơ quan nội tạng. Thật vậy những khoảng trống tạo bởi bộ xương là nơi giữ các cơ quan nội tạng nội tạng: hộp sọ giữ bộ não; xương sống chứa tủy sống; xương sườn tạo thành hộp bảo vệ hai 3
  10. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh cơ quan quan trọng là phổi và tim…Xương là nơi dự trữ các chất mỡ, các muối khoáng, đặc biệt là Canxi và phốt pho và điều hòa các khoáng chất trong cơ thể khi cần thiết. Tủy xương là nơi tạo ra huyết cầu cho cơ thể. Trung bình, có 2,6 triệu tế bào hồng cầu được sản xuất từ tủy xương. 1.1.2 Phân loại xương a) Phân loại xương theo hình dạng Dựa theo hình dạng, ta có thể phân biệt các loại xương như sau: Xương phẳng (hay xương dẹt): Là các xương có dạng bản phẳng ta có thể tìm thấy các xương này ở hộp sọ, xương bả vai, xương chậu hay xương gót chân. Xương ức, xương sườn cũng có thể coi là xương phẳng. Các xương này thường có cấu trúc xốp và tương đối nhẹ. Xương đặc Vỏ xương Xương xốp Hình 1.2 Cấu trúc xương phẳng và xương dài Xương ống (hay xương dài): Có cấu trúc dạng ống, khoảng trống ở giữa được lấp đầy bởi tủy bao gồm xương ở các chi trên (xương cánh tay, xương cẳng tay, xương đốt bàn tay) và xương ở các chi dưới (xương đùi, xương cẳng chân, xương mác, xương đốt bàn chân). Xương dài có chức năng hỗ trợ trọng lượng của cơ thể và tạo điều kiện cho việc di chuyển (Hình 1.2). Xương ngắn: Thường gặp ở các khớp nối như xương cổ tay, cổ chân, bàn tay, bàn chân. Chúng có kích thước ngang, dọc, trước, sau gần bằng nhau. 4
  11. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh Xương ngắn gộp lại với nhau có thể chịu được áp lực rất lớn, là nơi chịu trách nhiệm chính cho các vận động phức tạp của cơ thể (Hình 1.3). Hình 1.3 Xương ngắn ( xương bàn tay bàn chân) và xương có hình dạng bất định (xương sống) Xương có hình dạng bất định: là các xương có hình dạng khá phức tạp, có thể gặp ở xương đốt sống (Hình 1.3) và một số xương trong vùng chậu như pubis, ilium và ischium. Ngoài ra còn có xương vừng và xương có hốc khí: Các xương vừng là những cấu trúc xương nhỏ, tròn bám vào các gân gấp của bàn chân và thường ở vị trí rất gần so với khớp. Xương giúp giảm ma sát và áp lực của gân gấp khi gân qua đoạn gần khớp. Xương có hốc khí có chứa không khí bên trong như xương trán, xương hàm, thân xương bướm b) Phân loại xương theo thành phần cấu tạo Xương đặc: Chiếm 70% khối lượng xương của cơ thể, có cấu trúc rắn chắc, và khối lượng riêng lớn. Xương đặc là loại xương chủ yếu cấu tạo nên thân của xương dài. Xương xốp: Thường gặp ở các đầu các xương ống, các xương ngắn và xương dẹt. Ở các xương dài cũng có một lớp mỏng xương xốp nằm ở phần trong của ống xương, tiếp giáp với tủy sống. Xương xốp có cấu tạo gồm các lá xương đan chéo vào nhau tạo ra nhiều hốc lớn, thông nhau và chứa đầy tủy sống. 5
  12. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh 1.1.3 Cấu trúc vi mô của xương Ở thang nano mét, xương được hợp thành bởi các phân tử collagen được xắp xếp thành các sợi nhỏ. Các sợi nhỏ này lại được xếp lại tạo thành các sợi xơ. Các tinh thể khoáng xương được sắp hàng xen kẽ với các sợi xơ và các sợi sơ đã khoáng hóa này xắp xếp thành phiến xương có độ dày đặc trưng khoảng vài micro mét. Định hướng của các sợi xơ phụ thuộc vào các phiến xương và có thể thay đổi trong các lớp phụ của phiến. Hình 1.4 Cấu trúc vi mô của xương [2] Cách tổ chức này giống như kiểu cấu trúc gỗ dán xoắn. Một osteon tương đương một cấu trúc hình trụ với đường kính 100‐300 micrometters bao gồm một số lá xương xắp xếp quanh kênh Haversian chứa các mạch máu và dây thần kinh. Một osteon còn được gọi là một cấu trúc đơn vị (BSU) của xương. Tại vùng ngoại vi của mỗi osteon, giữa khoảng cách của các osteons với osteons liền kề hoặc mô kẽ, có dòng chảy của chất khoáng, rất giàu proteoglycan. Trong xương xốp, mỗi bản xương có độ dày dao động quanh 100 micrometters được tạo thành từ các sợi xương sắp xếp song song. 6
  13. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh 1.2 Các đại lượng cơ học đặc trưng cho xương 1.2.1 Độ cứng và giới hạn chịu lực Tác dụng một lực vào mặt cắt của xương sao cho hướng của lực song song với trục xương, ta thấy độ biến thiên của chiều dài xương phụ thuộc vào lực tác dụng theo dạng đồ thị sau ( hình 1.5): Hình 1.5 Sự phụ thuộc chiều dài của xương vào lực tác dụng lên xương Hệ số góc của phần tuyến tính trên đồ thị là độ cứng của xương. Độ cứng phản ánh khả năng chịu tác dụng lực của xương, có độ lớn phụ thuộc nhiều vào cấu trúc hình học của xương. Độ cứng được tính bởi: , ở đó F là độ lớn lực tác dụng lên xương (tính bằng N), và ∆l là độ biến dạng của xương (tính bằng mm). Giới hạn chịu lực của xương được định nghĩa là lực tối đa mà xương chịu được mà không bị gãy, hỏng, được xác định bằng giá trị của lực tại điểm cực trị của đường cong trên. Các xương khác nhau có giới hạn chịu lực khác nhau. Giá trị của độ cứng và giới hạn chịu lực của một số xương trong cơ thể người được thể hiện dưới Bảng 1.1. 7
  14. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh Loại xương Độ cứng (N/m) Giới hạn chịu lực (N) Xương đùi Ép đứng 5568(1597),{4937- 16948},9039(3412)a Ép bên 4000{1100-8700},2586(1146)a Cột sống Nén {2602-5802} Uốn trước 3109(1234) 630-2907},2098(815) Xương quay Nén 12946(3644) Bảng 1.1 Độ cứng và giới hạn chịu lực của một số loại xương[2] 1.2.2 Ứng suất, sức căng và độ đàn hồi Ứng suất  là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích (A), được xác định bởi công thức: ¾ = F=A Sức căng  được tính bằng tỷ lệ giữa độ biến dạng (∆l) và chiều dài ban đầu (lo) của xương:   l / l0 . Độ đàn hồi (E) hay suất Young phản ánh khả năng đàn hồi của xương được định nghĩa bằng độ dốc của tiếp tuyến trên đường cong ứng suất:  E (N/ mm 2 )  1.2.3 Suất đàn hồi thể tích và hệ số Poisson Suất đàn hồi thể tích đo lường khả năng chịu nén của khối vật chất theo P tất cả các hướng, xác định bởi   V . Ở đó, P là áp suất và V là thể tích V của mẫu. Khi chịu lực, xương có khả năng bị biến dạng theo cả hai hướng dọc theo và vuông góc với phương của lực tác dụng. Hệ số Poisson được định nghĩa là 8
  15. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh tỉ số giữa sức căng theo phương vuông góc với phương tác dụng lực và sức căng song song với phương truyền lực: ( lOT / lOT )    T (lT / lT ) L Hệ số nén khối K quan hệ với suất Young (E) và hệ số Poisson (  ) bởi công thức sau: E K  (1  2 ) 1.2.4 Tính dị hướng Tính chất cơ học của xương là khác nhau theo các hướng khác nhau, bởi vậy xương có tính dị hướng. Có một số yếu tố tạo nên tính dị hướng cơ học của xương, bao gồm định hướng của BSU và mạng lưới xốp Havers, định hướng của lamellae và sự liên kết của các sợi collagen và tinh thể hydroxyapatite. Thường người ta coi xương có tính dị hướng trực giao, tức là tính chất xương biến thiên dọc theo trục vuông góc với trục xương. 1.2.5 Độ xốp Độ xốp được định nghĩa là tỉ số phần thể tích rỗng trên tổng thể tích xương V  Vr / V . Độ xốp là khác nhau cho từng loại xương. Xương đặc có độ xốp rất thấp cỡ 2-3% trong khi xương xốp có độ xốp cỡ 70-80%. Ngoài ra độ xốp còn phu thuộc vào độ tuổi và bệnh lý của xương. Ví dụ: xương người già có độ xốp lớn hơn xương của người trẻ; xương của người bị loãng xương có độ xốp lớn hơn xương người khỏe mạnh. 1.3 Các bệnh về xương 1.3.1 Loãng xương Loãng xương (còn được gọi xốp xương hay thưa xương) là một bệnh lý của hệ thống xương, đặc trưng bởi sự giảm tỷ trọng khoáng chất của xương (Bone Mineral Density‐BMD) hay giảm trọng lượng của một đơn vị thể tích xương (Bone Mass Content – BMC), đồng thời với sự giảm bề dày lớp vỏ xương. Loãng xương thường xảy ra âm thầm, các triệu chứng lâm sàng không 9
  16. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh thể hiện các một cách tức thời và rõ ràng. Loãng xương khiến cho sức chống đỡ và chịu lực của xương giảm đi, xương sẽ trở nên mỏng mảnh, dễ gãy, dễ lún và dễ xẹp, đặc biệt ở các vị trí chịu lực của cơ thể như: cột sống, cổ xương đùi, đầu dưới xương quay, xương dần trở nên mỏng mảnh, yếu và dễ gãy khi bị chấn thương dù rất nhẹ, thậm chí không rõ chấn thương. Loãng xương do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra, bao gồm: kém phát triển thể chất từ khi còn nhỏ, còi xương, suy dinh dưỡng; có tiền sử gia đình cha, mẹ bị loãng xương hoặc gãy xương; ít hoạt động thể lực, ít hoạt động ngoài trời, bất động quá lâu ngày do bệnh tật hoặc do nghề nghiệp; có thói quen sử dụng nhiều rượu, bia, cà phê, thuốc lá; bị mắc một số bệnh hoặc đang sử dụng dài hạn một số thuốc có tác dụng phụ gây ảnh hướng đến sức khỏe của xương. 1.3.2 Gãy xương Gãy xương là tình trạng tổ chức xương bị phá hủy do tác động cơ học, có thể là một vết nứt nhỏ trên thân xương hay tình trạng xương bị phá hủy hoàn toàn. Nguy cơ bị gãy xương phụ thuộc một phần vào lứa tuổi. Xương gãy khá phổ biến ở trẻ nhỏ, tuy nhiên gãy xương ở trẻ em thường ít phức tạp hơn gãy xương ở người lớn. Người lớn tuổi có xương giòn hơn dẫn đến nguy cơ gãy xương do té ngã. Người bị loãng xương cũng có nguy cơ gãy xương cao hơn người khỏe mạnh. Gãy xương nghiêm trọng có thể có các biến chứng nguy hiểm nếu không được điều trị kịp thời; các biến chứng có thể bao gồm tổn thương mạch máu hoặc dây thần kinh và nhiễm trùng xương ( viêm tủy xương ) hoặc mô xung quanh. Thời gian phục hồi khác vết gãy phụ thuộc vào độ tuổi và sức khỏe của bệnh nhân và mức độ nghiêm trọng của vết gãy. 1.4 Kĩ thuật siêu âm và vai trò của nó trong chẩn đoán và điều trị các bệnh liên quan đến xương 1.4.1 Các kĩ thuật siêu âm Siêu âm (Ultrasound/Sonography) là một kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh không xâm lấn, áp dụng phổ biến trong y tế, phương pháp tạo ảnh là sử dụng 10
  17. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh sóng siêu âm (sóng âm tần số cao) để xây dựng và tái tạo hình ảnh về cấu trúc bên trong cơ thể hỗ trợ chẩn đoán và điều trị bệnh. Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu. Siêu âm thường được dùng để khảo sát các mô mềm và cơ quan nội tạng trong cơ thể, và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực y học như sản khoa, tim mạch. Hiện các thiết bị siêu âm y học thường dùng một đầu dò có cả hai chức năng phát/thu để tiến hành siêu âm. Sóng siêu âm phát ra từ đầu dò truyền vào bên trong cơ thể. Do trở kháng âm của các phần cơ thể là không đồng nhất một phần sóng siêu âm bị hấp thụ, một phần truyền qua và một phần bị phản xạ trở lại trở lại đầu dò. Đầu dò thu nhận sóng âm phản hồi, qua quá trình xử lý số liệu sẽ cho ra các hình ảnh siêu âm mà chúng ta nhìn thấy qua hiển thị màn hình. Các kĩ thuật siêu âm phần mềm [3] Siêu âm kiểu A (A-mode): ghi lại sóng phản hồi bằng những xung nhọn, mà vị trí tương ứng với chiều sâu và biên đô tỷ lệ thuận với cường độ của âm vang (echo). Kiểu A ít có giá trị về chẩn đoán mà thường dùng để kiểm tra sự chính xác của máy siêu âm. Siêu âm kiểu B (B-mode) mỗi sóng xung kiểu A đều được ghi lại bằng một chấm sáng nhiều hay ít tùy theo cường độ của âm dội. Sự di chuyển của đầu dò trên da bệnh nhân cho phép ghi lại cấu trúc âm của các mô trong cơ thể nằm trên mặt phẳng quét của chùm tia, đây là phương pháp siêu âm cắt lớp (Echotomography). Hình thu được từ các âm vang này sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ và chuyển thành tín hiệu trên màn truyền bằng các chấm trắng, đen, xám. Siêu âm kiểu B này được ứng dụng trong các loại máy siêu âm xách tay đen trắng hay siêu âm phủ màu xách tay. Siêu âm kiểu Động (M-mode) là một kiểu hai chiều với tốc độ quét nhanh, tạo nên hình ảnh theo thời gian thực (real time). Với siêu âm kiểu M âm 11
  18. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh vang sẽ ghi lại theo kiểu A, nhưng chuyển động theo thời gian nhờ màn hình quét ngang thường xuyên. Do đó những cấu trúc đứng yên trên màn hình là một đường thẳng, còn những cấu trúc chuyển động là một đường cong ngoằn nghèo tùy theo sự chuyển động của cơ quan thăm khám. Siêu âm kiểu này thường dùng để khám tim. Siêu âm kiểu Doppler sử dụng hiệu ứng Doppler để đánh giá và quan sát các dòng máu chảy trong mạch máu, đặc biệt được ứng dụng trong chẩn đoán các bệnh tim mạch. Với siêu âm kiểu 3D hiện nay có 2 loại, đó là loại tái tạo lại hình ảnh nhờ các phương pháp dựng hình máy tính và một loại được gọi là 3D thực sự (Live 3D, 3D real time, 4D). Siêu âm 3D do một đầu dò có cấu trúc khá lớn, mà trong đó người ta bố trí các chấn tử nhiều hơn theo hình ma trận, phối hợp với phương pháp quét hình theo chiều không gian nhiều mặt cắt, các mặt cắt theo kiểu 2D này được máy tính lưu giữ lại và dựng thành hình theo không gian 3 chiều. 1.4.2 Định lượng siêu âm xương Rất nhiều ứng dụng của kĩ thuật siêu âm đã được triển khai trên các mô mềm sinh học, tuy nhiên chỉ đến 20 năm gần đây người ta mới bắt đầu nghiên cứu để ứng dụng siêu âm trong việc chẩn đoán và chữa trị các bệnh về xương, mở ra sự phát triển của ngành định lượng siêu âm định lượng xương (QUS) [4- 8]. Đến nay, QUS đã đạt được một số các thành tựu nhất định như có thể chẩn đoán mật độ xương với độ chính xác tương đương với kỹ thuật đo mật độ tia X [9,10], hay theo dõi sự hồi phục của vết nứt xương, gãy xương[11]. Những lợi thế như không chứa các tia có khả năng ion hóa tế bào nên có thể dùng cho cả trẻ sơ sinh và phụ nữ có thai [12], rẻ tiền, nhỏ gọn, dễ di chuyển khiến cho QUS trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn do tính ứng dụng cao trong việc chăm sóc sức khỏe con người. Trong QUS, có ba kĩ thuật đo chính được sử dụng là [2]: Kĩ thuật đo xung – phản xạ: giống như siêu âm phần mềm, kĩ thuật đo xung phản xạ sử dụng một đầu dò đơn hoạt động như cả nguồn phát và nguồn 12
  19. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh thu. Đầu dò này phát các xung sóng siêu âm truyền vào trong xương và thu lại phần tính hiệu bị phản xạ. Vận tốc truyền sóng phản ánh tính chất của xương do vậy có thể tính được dựa vào độ dày xương và thời gian trễ của tín hiệu phản xạ v = 2d=t với d là độ dày của xương [3] Kỹ thuật đo truyền ngang: sử dụng một cặp đầu dò phát/ thu đặt trên hai mặt đối diện nhau của mẫu xương. Đầu phát phát ra tín hiệu siêu âm, đi qua mẫu xương. Tín hiệu truyền qua được ghi lại bởi đầu thu. Qua việc so sánh tính hiệu này với một tín hiệu qua môi trường tham chiếu (thường được chọn là nước), người ta có thể rút ra được các thông số quan trọng của mẫu xương như vận tốc khối và hệ số suy giảm tần rộng [13-16]. Hình 1.7: Kĩ thuật đo truyền ngang trong định lượng siêu âm xương[2] Kĩ thuật đo truyền dọc là kĩ thuật định lượng siêu âm sử dụng một tập hợp các các đầu dò phát và thu được xếp thẳng hàng với nhau dọc theo trục xương. Thông số quan trọng trong phép đo này là thời gian tới (TOF) và vận tốc của tín hiệu tới đầu tiên (FAS). Tần số sóng siêu âm sử dụng trong câú hình này nằm trong khoảng 100 kHz đến 2.0 MHz, thấp hơn đáng kể so với tần số lâm sàng được sử dụng trong siêu âm thông thường của các mô mềm. 13
  20. LUẬN VĂN THẠC SỸ Nguyễn Thị Vân Anh Hình 1.8: Kĩ thuật đo truyền dọc trong định lượng siêu âm xương [2] Kĩ thuật đo truyền dọc thường được dùng trong các phép đo định lượng siêu âm trên xương dài. Qua các phép đo, người ta có thể ước lượng mật độ, chiều dày cũng như độ đàn hồi của xương [17-20] 14
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2