Title virad.org - nguyen ly chung ve ky thuat sieu am PDF.pdf ✅

1 CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƢƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SIÊU ÂM KS Phạm Ngọc Hoàn Hiệu ứng áp điện trên tinh thể thạch anh (quartz) đã được phát hiện từ cuối thế kỷ 19. Nhưng mãi đến cuối những năm 30 của thế kỷ này, siêu âm mới được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp và sau đó một chút là trong y học. Người đầu tiên áp dụng siêu âm vào trong y học là Dussik, năm 1932, với ý đồ khảo sát về não. Nhờ những thành tựu đạt được về RADAR SONAR trong đại chiến thế giới thứ lần thứ hai, từ những năm 50 hàng loạt các công trình nghiên cứu về sử dụng siêu âm trong y học đã ra đời. Trong đó nổi bật là ý tưởng của Satomura, năm 1957, dùng hiệu ứng Doppler - Siêu âm để đo tốc độ dòng chảy của máu. Vào những năm 60 đã xuất hiện các thiết bị siêu âm chẩn đoán hai bình diện - kiểu B tĩnh; và bước sang thập kỷ 70, cùng với sự phát hiện của công nghệ điện tử - mạch tổ hợp, mạch vi xử lý đã ra đời các máy siêu âm chẩn đoán với thời gian thực: kiểu B động. Sự kết hợp của phương pháp siêu âm - kiểu B động và phương pháp đo dòng chảy bằng hiệu ứng Doppler đã tạo ra kiểu tạo ảnh tô màu dòng chảy trên nền ảnh hai bình diện đen/ trắng, nay thường gọi là phương pháp tạo ảnh màu, là một bước tiến quan trọng trong chẩn đoán siêu âm, mở rộng phạm vi thăm khám, đặc biệt là trong thăm khám tim mạch, với những công cụ tính toán qua các phần mềm và nối kết với máy tính. 1. NHẮC LẠI MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ HỌC: - Dao động cơ học là dao động đàn hồi được truyền trong môi trường vật chất. Nó không thể truyền được trong chân không (không khí) như tia X - sóng điện từ. - Dao động, hay sóng được đặc trưng bởi các đại lượng :  Tần số f: số dao động trong một đơn vị thời gian - đơn vị Herz - Hz. 1kHz = 1000Hz, 1MHz = 1.000.000 Hz  Chu kỳ T: thời gian giữa hai đỉnh liên tiếp  f = 1/T  Biên độ : Độ lớn cực đại giữa hai đỉnh  Bước sóng  : quãng đường đi được trong thời gian một chu kỳ
2 - Siêu âm ( S.A ) là một loại dao động cơ học:  Tần số dưới 20 Hz : Hạ âm  Tần số trong khoảng 20Hz - 20.000Hz : Âm tần - âm thanh nghe được  Tần số lớn hơn 20.000Hz : Siêu âm - Đối với S.A, về mặt năng lượng, người ta thường chia ra làm ba dải nhỏ:  20kHz - 1MHz : thường dùng trong công nghiệp và điều trị  1MHz - 1GHz : thường dùng trong chẩn đoán  Trên 1GHz: thường dùng trong nghiên cứu cấu trúc, thí dụ kính hiển vi S.A Sự phân chia trên chỉ mang tính chất ước định - Trong S.A chẩn đoán người ta thường dùng hai dạng sóng :  Dạng sóng liên tục : dao động hình sin liên tục  Dạng sóng xung : dao động hình sin ngắt quãng - Trong phương pháp đo tốc độ dòng máu bằng hiệu ứng Doppler - phương pháp Doppler: người ta dùng sóng S.A liên tục và ngược lại trong phương pháp tạo ảnh S.A hai chiều, sóng S.A được phát ngắt quãng - sóng xung. Hình 2 Độ dài xung ( pulse duration ) : thời gian phát xung Chu kỳ lặp lại của xung ( pulse repetition period ): thời gian giữa hai lần phát xung. Tần số lặp lại của xung (pulse repetition frequency - PRF ) : nghịch đảo của chu kỳ lặp lại của xung. Hình 1
3 - Tốc độ truyền của sóng là quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian. Tốc độ truyền có liên quan đến tần số và bước sóng của sóng S.A theo hệ thức sau : C là tốc độ truyền của sóng S.A trong một môi trường vật chất cho trước  là bước sóng f là tần số của sóng S.A - Khi tần số tăng lên, bước sóng sẽ giảm đi, vì vậy độ phân giải sẽ tăng lên khi dùng đầu dò có tần số cao. - Tốc độ truyền thay đổi tuỳ thuộc vào môi trường vật chất mà sóng truyền qua Bảng 1 Môi trƣờng Tốc độ m/s Không khí 331 Mỡ 1450 Nước 1540 Tổ chức mềm 1540 Gan 1549 Thận 1561 Máu 1570 Cơ 1585 Xương 4080 - Cường độ: cường độ của sóng S.A được biểu thị bằng Watt (năng lượng) trên đơn vị diện tích cm2 . Cường độ phụ thuộc vào tốc độ truyền và mật độ vật chất của môi trường truyền. Cường độ suy giảm khi truyền trong môi trường nhưng tần số của sóng vẫn giữ nguyên không đổi. - Cường độ S.A tương đối được đo bằng dB. Khác với cường độ, đại lượng này là một đại lượng tương đối. - dB bằng một phần mười của B (bel), là logarit cơ số mười của tỷ số giữa hai cường độ của hai chiều S.A (hoặc một chùm S.A tại các thời điểm khác nhau hay vị trí trong không gian khác nhau). C = .f
4 B = log10 I1 / I0 (1) dB có thể dương hay âm. Nếu dB dương, chứng tỏ năng lượng được tăng lên, còn nếu dB âm - năng lượng bị suy giảm Bảng 2 dB dƣơng Cƣờng độ ( W/cm2 ) dB âm Cƣờng độ % còn lại trong chùm tia 0 1 0 100 1 1.26 -1 79 2 1.59 -2 63 3 2.00 -3 50 4 2.51 -4 40 5 3.16 -5 32 2. SỰ TRUYỀN CỦA SÓNG ÂM TRONG MÔI TRƢỜNG VẬT CHẤT 2.1 Sự truyền trong môi trƣờng đồng nhất: - Môi trường đồng nhất là môi trường chỉ có một loại vật chất, được đặc trưng bởi thông số  là mật độ của vật chất tạo nên môi trường. - Khi truyền trong môi trường, cường độ của sóng sẽ bị suy giảm. Năng lượng bị tiêu tán sẽ chuyển thành nhiệt lượng (làm nóng môi trường). Gọi I0 là cường độ của sóng tại điểm A và Ix là cường độ của nó tại điểm B cách A một khoảng là x thì sự liên hệ sẽ là : Io = Ix e * ( -.x ) (2) - Trong đó  là hệ số hấp thụ, đặc trưng cho một loại môi trường. Hệ số  phụ thuộc vào tần số của sóng truyền, nhiệt độ của môi trường truyền. Hệ số  tỷ lệ thuận với tần số, nghĩa là khi tần số tăng, hệ số  cũng tăng, do đó cường độ sẽ bị suy giảm nhanh trên cùng một quãng đường truyền so với sóng S.A có tần số thấp hơn - Từ biểu thức (2), kết hợp với biểu thức (1) ta thấy rằng hệ số  có thể biểu thị qua dB/cm với một tần số nhất định. Trong S.A hệ số  thường được tính theo dB/cm ở tần số 1MHz. Bảng 3 cho ta hệ số  của một số chất thường hay gặp trong cơ thể người