I. Tổng quan về lý thuyết
Kỹ thuật y sinh là một lĩnh vực khoa học ứng dụng, sử dụng các nguyên lý kỹ thuật để phát triển giải pháp trong y học. Trong đó, tạo ảnh siêu mật độ bằng kỹ thuật kết hợp tần số là một trong những phương pháp tiên tiến. Phương pháp này cho phép tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao, giúp bác sĩ chẩn đoán chính xác hơn. Việc sử dụng tần số thấp và tần số cao trong quá trình tạo ảnh giúp cải thiện độ tương phản và độ phân giải không gian. Điều này rất quan trọng trong việc phát hiện sớm các bệnh lý, đặc biệt là ung thư vú, một trong những bệnh phổ biến nhất ở phụ nữ. Theo báo cáo, ung thư vú có tỷ lệ tử vong cao, do đó, việc áp dụng các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh hiện đại là cần thiết.
1.1. Tác dụng sinh học và sự an toàn của thiết bị chuẩn đoán siêu âm
Năng lượng và cường độ chùm tia siêu âm có ảnh hưởng lớn đến tác dụng sinh học. Nghiên cứu cho thấy, sóng âm có cường độ lớn có thể gây ra biến đổi sinh học trong mô. Tuy nhiên, với cường độ thấp, tác dụng sinh học không đáng kể. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong phạm vi tần số sử dụng thấp, không có hậu quả sinh học đáng kể trong mô động vật. Điều này cho thấy rằng, việc sử dụng kỹ thuật siêu âm trong chẩn đoán là an toàn và hiệu quả. Các khuyến cáo từ các tổ chức y tế cũng nhấn mạnh rằng, thời gian xuyên âm và cường độ cần được kiểm soát để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân.
1.2. Đặc điểm lan truyền sóng siêu âm
Sóng siêu âm có đặc tính truyền thẳng và mang theo năng lượng lớn. Khi truyền qua các môi trường khác nhau, sóng siêu âm bị hấp thụ, tán xạ và phản xạ, làm thay đổi cường độ. Đặc điểm này phụ thuộc vào mật độ và tính chất của môi trường. Việc ghi đo sự thay đổi này giúp xác định các đặc điểm của lớp vật chất hấp thụ, từ đó hỗ trợ cho việc chuẩn đoán bệnh. Hệ số phản xạ và hệ số hấp thụ là những yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của kỹ thuật tạo ảnh. Sự hiểu biết về các đặc điểm này là cần thiết để tối ưu hóa quy trình chẩn đoán.
II. Kỹ thuật của phương pháp tạo hình bằng siêu âm
Nguyên lý hoạt động của siêu âm dựa trên việc phát ra sóng âm và thu nhận sóng phản hồi. Đầu dò phát ra sóng âm và nhận tín hiệu phản hồi từ các cấu trúc trong cơ thể. Thông tin này được xử lý để tạo ra hình ảnh. Các loại kỹ thuật siêu âm như kiểu A, kiểu B, và kiểu TM đều có những ứng dụng riêng trong chẩn đoán. Kỹ thuật siêu âm kiểu B là phổ biến nhất, cho phép tạo ra hình ảnh hai chiều động. Việc sử dụng kỹ thuật siêu âm cắt lớp giúp cải thiện độ chính xác trong chẩn đoán. Đặc biệt, kỹ thuật kết hợp tần số cho phép tối ưu hóa độ phân giải và độ tương phản, từ đó nâng cao chất lượng hình ảnh.
2.1. Nguyên lý hoạt động của siêu âm
Khi đầu dò được kích thích, nó phát ra sóng âm vào môi trường. Sóng âm gặp các mặt phản hồi và tạo ra sóng phản xạ quay trở về đầu dò. Độ lớn của sóng phản hồi phụ thuộc vào biên độ sóng phát đi và trở kháng âm của mặt phản hồi. Thông tin về độ lớn biên độ và vị trí của nguồn tạo tín hiệu được chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu này sau đó được xử lý để tạo ra hình ảnh trên màn hình. Việc hiểu rõ nguyên lý này là rất quan trọng để phát triển các ứng dụng mới trong tạo ảnh siêu mật độ.
2.2. Các loại kỹ thuật siêu âm
Có nhiều loại kỹ thuật siêu âm, mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng. Siêu âm kiểu A chủ yếu được sử dụng để đo khoảng cách, trong khi siêu âm kiểu B cho phép tạo ra hình ảnh động. Siêu âm kiểu TM thể hiện sự chuyển động của các vật thể theo thời gian. Việc kết hợp các kỹ thuật này giúp nâng cao độ chính xác trong chẩn đoán. Đặc biệt, kỹ thuật siêu âm cắt lớp sử dụng kỹ thuật kết hợp tần số giúp cải thiện độ phân giải và độ tương phản, từ đó hỗ trợ cho việc phát hiện sớm các bệnh lý.
III. Phương pháp đề xuất và kết quả
Phương pháp DF-DBIM (Dual Frequency Distorted Born Iterative Method) là một trong những phương pháp tiên tiến trong tạo ảnh siêu mật độ. Phương pháp này cho phép mô phỏng và tạo ảnh với độ chính xác cao. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng, việc sử dụng kỹ thuật kết hợp tần số giúp cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh. Các kịch bản mô phỏng cho thấy rằng, với các tham số khác nhau, độ chính xác của phương pháp DF-DBIM vẫn được duy trì. Điều này chứng tỏ rằng, phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn y học.
3.1. Mô phỏng DBIM và DF DBIM
Mô phỏng DBIM và DF-DBIM cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong chất lượng hình ảnh. Kết quả cho thấy rằng, DF-DBIM có khả năng tạo ra hình ảnh với độ phân giải cao hơn so với DBIM truyền thống. Việc sử dụng tần số kép giúp cải thiện độ tương phản và giảm thời gian tạo ảnh. Điều này rất quan trọng trong việc phát hiện sớm các bệnh lý, đặc biệt là ung thư vú. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy rằng, phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại hình ảnh khác nhau.
3.2. Kết quả mô phỏng hàm mục tiêu
Kết quả mô phỏng hàm mục tiêu cho thấy rằng, phương pháp DF-DBIM có thể đạt được độ chính xác cao trong việc tái tạo mật độ. Các kịch bản mô phỏng cho thấy rằng, với các tham số khác nhau, độ chính xác của phương pháp này vẫn được duy trì. Điều này chứng tỏ rằng, DF-DBIM có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn y học. Việc sử dụng kỹ thuật kết hợp tần số trong mô phỏng cũng cho thấy sự cải thiện đáng kể về chất lượng hình ảnh, từ đó hỗ trợ cho việc chẩn đoán chính xác hơn.
