Cơ chế ứng dụng sóng siêu âm trong lĩnh vực y sinh học - Cơ sở Vật lí | Đại học Sư Phạm Hà Nội

Cơ chế ứng dụng sóng siêu âm trong lĩnh vực y sinh học
1. Khái niệm thế nào là sóng âm, sóng siêu âm?
2. Cơ sở vật lý của phương pháp siêu âm trong chẩn đoán
3. ứng dụng của siêu âm 1.
Ta biết rằng sóng âm có thể được tạo ra từ dây đàn bầu hay giọng nói
của con người. chúng ta có thể nghe được các âm thanh này vì chúng
có tần số nằm trong khoảng âm thanh nghe được của con người.
Khoảng âm thanh nghe được này có khoảng từ 16HZ đến 20000Hz.
Vậy còn những âm thanh ở ngoài khoảng nghe được thì xuất hiện ở đâu?
Đầu tiên, ta sẽ tìm hiểu về các sóng âm có tần số lớn hơn khoảng âm
thanh nghe được gọi là siêu âm. Có một sự thật thú vị là ngoài con
người, cá heo cũng biết hát. Chúng sử dụng những bài hát này để giao
tiếp với nhau, điểm đặc biệt của những bài hát này là tần số của chúng
có thể đạt đến 130000Hz ( tức là nằm trong khoảng siêu âm). Ngoài
ra loài cá heo còn sử dụng sóng siêu âm để định vị các vật thể trong
môi trường đại dương thiếu ánh sáng nữa. Sóng siêu âm này được
phát ra từ cá heo đến vật thể sau đó phản xạ lại chúng. Dựa vào
khoảng thời gian để siêu âm truyền đi và phản xạ trở lại cá heo có thể
biết được khoảng cách từ chúng đến vật thể. Con người đã học hỏi kĩ
thuật này của cá heo để ứng dụng vào công nghệ đỗ xe. Khi chiếc xe
di chuyển lùi vào vị trí đỗ, tài xế rất khó ước lượng được khoảng cách
đến bức tường hoặc các vật cản xung quanh. Giống như cách cá heo
xác định vật thể, bộ phát song được gắn sau xe, giúp tài xế nhận biết
được khoảng cách dựa vào thời gian của sóng siêu âm truyền đến và
phản xạ của bức tường
Qua tìm hiểu ví dụ trên chúng ta có thể hiểu được sơ lược về 2 loại
sóng và biết được sóng âm và sóng siêu âm giúp được rất nhiều trong
đời sống hàng ngày của chúng ta. Và để tìm hiểu kĩ hơn, mời cô và
các bạn cùng sang phần II
II. cơ sở vật lí của phương pháp âm trong chẩn đoán: Có 3 chuẩn đoán chính: + chẩn đoán gõ + chẩn đoán nghe + phép thử rinner
Để nghe các âm phát ra từ trong cơ thể người, ta có thể dùng ống nghe, đây là
1 thiết bị y tế âm thanh để thính chẩn hoặc nghe những âm thanh bên trong của
động vật hoặc là cơ thể con người. thường có 1 bộ cộng hưởng hình đĩa nhỏ đặt
trên ngực và 2 ống nối với tai nghe. Thường được sử dụng để nghe âm thanh
tim, phổi….kết hợp vs máy dó huyết áp nó còn được sử dụng làm máy đo huyết áp.
Ngoài chẩn đoán gõ và nghe, người ta còn sử dụng 1 phép thử là phép thử
Rinner. Mục đích của phép thử này là để xác định được tổn thương ở vùng nào
của cơ quan khướu giác như ở tai ngoài, tai giữa hay là tai trong hoặc não..
III. ứng dụng của siêu âm
1. Sơ lược về siêu âm và máy siêu âm:
-Dẫn dắt: Thiết bị có khả năng nhìn xuyên mà mình nhắc tới ở đây là cái
máy siêu âm thường dùng trong y học với việc quan sát thai nhi hoặc nội
tạng. câu hỏi đặt ra là làm thế nào mà máy siêu âm có thể cho ra hình ảnh
của những bộ phận nằm sâu bên dưới lớp da? Làm sao máy siêu âm có
thể nhìn xuyên qua lớp da của con người?
- Khái niệm máy siêu âm: hoạt động đặc tính dựa vào sóng siêu âm.
Sóng siêu âm là sóng có tần số lớn hơn 20000HZ
 Máy siêu âm là máy dùng sóng siêu âm để hoạt động và sóng siêu âm phải có tần số >20.000Hz
? tại sao việc sử dụng sóng siêu âm lại giúp cho máy siêu âm có khả năng nhìn xuyên thấu
 Trả lời: khi trở về xa xưa, khoảng thế kỉ 18-19, con người đã bắt
đầu tò mò về loài dơi bởi nó có khả năng bay và bắt mồi rất giỏi
vào ban đêm trong khi mắt của nó lại cực kì kém. Khó hơn nữa,
con mồi của dơi cũng là sinh vật biết bay, nghĩa là nó di chuyển
khá nhanh vậy mà rơi vẫn bắt 1 cách chính xác => rơi sử dụng
sóng siêu âm để định vị con mồi
Phân tích cụ thể: +miệng rơi khi bay phát ra sóng 50-70kHz. Sóng
này lan tỏa, khi gặp vật cản nó sẽ dội người lại
+ tai rơi siêu thính để nghe được sóng siêu âm và khi có sóng dội
ngược lại nó sẽ phân tích và đoán được chính xác vị trí của con
mồi hay bất cứ vật gì cần chánh khi bay. Có điều, làm sao nó biết
được đâu là con mồi, đâu là vật nó không thể ăn được. Ví dụ 1 cái
lá cây đang rơi và 1 con bọ đang bay thì đều là vật di chuyển trong
gió? Nhờ dơi mà đã khơi nguồn cho con người rất nhiều ý tưởng hữu ích trong cuộc sống
Vd: giúp tàu biển có thể phát hiện được các bãi đá ngầm, các
chướng ngại vật dưới nước sau vụ chìm tàu titanic. Phức tạp hơn chính là máy siêu âm Máy siêu âm:
-Ko giống như dơi, sóng siêu âm có tần số khoảng từ 50.000-
70.000hZ. máy siêu âm của chúng ta sử dụng sóng có tần số cao
hơn rất nhiều lần khoảng từ 2 triệu đến 20 triệu hz hay là từ 2 đến 20 mê ga Hz.
- máy siêu âm cũng như con dơi, có 2 bộ phận, quan trọng nhất là
đầu phát sóng và nhận sóng. Khi bác sĩ sử dụng máy, họ sẽ bôi vào
đó 1 ít gel để bôi trơn và giúp truyền sóng tốt hơn, nhấn mạnh cái
đầu dò vào bụng. Đầu dò lúc này sẽ phát đi những đợt sóng siêu
âm. Khi sóng đi vào ổ bụng nó sẽ gặp bề mặt của các cơ quan nội
tạng. một phần sóng sẽ bị bề mặt này dội lại và bộ phận nhận sóng
sẽ thu được, 1 số khác thì đi vào bên trong xa hơn rồi mới dội lại.
khi nhận sóng dội lại, nó sẽ được chíp xử lí, phân tích và dựng lên hình ảnh mô phỏng.
- để có thể dựng được hình ảnh, chíp xử lí phải căn cứ vào rất nhiều yếu tố:
+ thời gian nhận sóng => tính được khoảng cách
+ cường độ của sóng => tính được độ cứng/ dày mỏng
+ hướng sóng => định vị trí  Tạo ra hình ảnh
Con người chúng ta biết được những thú vị của siêu âm có thể giúp
chúng ta rất nhiều trong đời sống. Máy siêu âm là bằng chứng cho
thành tựu khoa học. để hiểu rõ hơn ta sẽ qua phần tiếp theo, nguồn phát sóng siêu âm.
2. Nguồn phát sóng siêu âm:
3. ứng dụng của siêu âm trong y học:
+sẽ thay đổi tính thẩm thấu của tế nào + tăng chuyển hóa
+ tác dụng bóc tách các sợi mô liên kết và xơ hóa
Các hình thức hiển thị hình ảnh siêu âm: gồm 4 hình thức chính
 Kiều A ( Amplitude Mode): đầu dò siêu âm gián đoạn, trùm siêu âm khi
đi qua cơ thể gặp những bộ phận có thế đỡ khác nhau sẽ cho ra những âm
thanh phản xạ tác dụng lên đầu dò siêu âm 1 cách khác nhau.
 Phương pháp này thường ít dùng vì chỉ có hình ảnh 1 đường nằm
trong 1 chất, bác sĩ sẽ rất khó tưởng tượng ra những vật chất cần
thăm dò. Kiểu A này được sử dụng trong việc siêu âm về mắt dị vật hay ổ tụ máu
 Kiểu B (Brightness mode): tín hiệu hồi âm được thể hiện bằng những
chấm sáng và độ sáng của những chấm này thể hiện biên độ, tín hiệu hồi
âm, vị trí các chấm sáng xác định được khoảng cách từ đầu dò đến mặt
phản hồi. Ảnh của kiểu B là ảnh phản ánh cấu trúc của vật chất của
những điểm nằm trong mặt phẳng mà tia siêu âm quét qua thể hiện bằng
độ sáng tối khác nhau. Do đó ảnh của kiểu B là 1 lát cắt được dùng rộng
rãi trong chẩn đoán. Ví dụ như chẩn đoán mật và gan
 Kiểu TM ( time motion mode): dùng để hiển thị chuyển động của các vật
thể theo thời gian bằng cách thể hiện tiến hành kiểu B và diễn biến thời
gian với các tốc độ quét khác nhau. Trên màn hình mình sẽ thấy, nếu mặt
phẳng hồi âm đứng yên thì trên mặt màn hình sẽ biểu hiện bằng đường
thẳng, còn nếu mà mặt hồi âm di chuyển thì trên màn hình sẽ thuộc dạng
1 cái đồ thị di chuyển
 ứng dụng để đánh giá được sự chuyển động và đo kích thước, sự
đàn hồi. nó được dùng ở trong khám tim.
 kiểu 3D 4D: là kiểu siêu âm đa chiều trên nền tảng kiểu B, kiểu TM sẽ
giúp tái tạo hình ảnh đa chiều và kiểu siêu âm này thường dùng trong sản khoa là nhiều.
chẩn đoán chức năng dựa vào hiệu ứng Doppler: có 4 loại Doppler:
+ Doppler liên tục: là 1 loại siêu âm gồm 2 tinh thể ở 1 đầu dò và 2 chức
năng khác biệt. trong đó 1 tinh thể có chức năng phát ra sóng âm còn 1
tinh thể còn lại là nhiệm vụ sóng âm từ đó siêu âm Doopler liên tục sẽ có
thể kiểm tra được các vận tốc nhanh tuy nhiên hình thức này lại không có
vị trí để điện thu về.
+ Doppler xung: là 1 loại siêu âm chỉ có 1 tinh thể đầu, điều đó cos nghĩa
là siêu âm Doppler xung vừa có khả năng phát sóng âm và vừa có khả
năng thu sóng âm lại tại phần đầu dò của máy siêu âm Doppler xung có
kết cấu của một chuỗi xung dọc nhằm mục đích phát sóng âm theo hướng quét đầu dò.
+ Doppler màu: dài quá chưa lọc được ý