SIÊU ÂM TRONG CHUẨN ĐOÁN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Bộ môn Công nghệ chuẩn đoán hình ảnh I Đề tài SIÊU ÂM TRONG CHUẨN ĐOÁN Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Thái Hà Hà Nội 1 2017 MỤC LỤC 4Chương 1 Sóng siêu âm 41 1 Tổng quan 41 2 Lịch sử phát triển 51 3 Sự truyền lan sóng siêu âm 61 4 Đặc điểm sóng siêu âm 71 5 Cường độ sóng 81 6 Tốc độ sóng 91 7 Sự suy giảm sóng siêu âm 121 8 Sự hấp thụ sóng siêu âm 13Chương 2 Đầu dò siêu âm 132 1 Giới thiệu 132 2 Hiệu ứng áp điện 142 3 Thiết kế đầu dò siêu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Bộ mơn: Cơng nghệ chuẩn đốn hình ảnh I Đề tài: SIÊU ÂM TRONG CHUẨN ĐOÁN Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thái Hà Sinh viên thực hiện: Tạ Tiến Thành \ Hà Nội 1-2017 msv: 20122432 MỤC LỤC Các ứng dụng siêu âm điều trị y học chấp nhận lợi ích tác dụng siêu âm sinh học sử dụng nhiều năm qua Cường độ siêu âm thấp khoảng MHz áp dụng rộng rãi kể từ thập niên 1950 cho vật lý trị liệu viêm gân viêm bao hoạt dịch Trong thập niên 1980, sốc sóng biên độ áp lực cao [high-pressureamplitude shock waves] bắt đầu dùng tán sỏi thận "lithotripsy" nhanh chóng thay cho phẫu thuật lựa chọn điều trị thường xuyên Sử dụng lượng siêu âm trị liệu tiếp tục mở rộng, ứng dụng chấp thuận bao gồm uterine fibroid ablation, phacoemulsification, surgical tissue cutting hemostasis, transdermal drug delivery, bone fracture healing Tác động sinh học khơng mong muốn xảy ra, bỏng nhiệt điều trị xuất huyết nặng điều trị học (ví dụ như, tán sỏi) Trong tất ứng dụng điều trị tác động sinh học siêu âm, chuẩn hóa, định liều, bảo đảm lợi ích, giảm thiểu nguy tác dụng phụ phải xem xét cẩn thận để đảm bảo lợi ích tối ưu tỷ lệ rủi ro cho bệnh nhân Siêu âm điều trị thường có xác định lợi ích rủi ro vấn đề xử trí an tồn cần trình bày cho bác sĩ Tuy nhiên, thơng tin an tồn phân tán, khó hiểu, tùy thuộc vào xung đột lợi ích thương mại Tầm quan trọng tối thượng để xử trí vấn đề giao tiếp thơng tin an tồn thực hành nhóm có thẩm quyền, chẳng hạn American Institute of Ultrasound in Medicine cho cộng đồng siêu âm y học Chương Sóng siêu âm 1.1Tổng quan Chương Đầu dò siêu âm 12 2.1 Giới thiệu 12 2.2 Hiệu ứng áp điện 12 2.3 Thiết kế đầu dò siêu âm 13 2.4 Tần số cộng hưởng Tranducer 17 2.5 Bộ phận xử lý tín hiệu thông tin 18 2.6 Các kiểu siêu âm .19 Kết luận 21 Mở đầu Các ứng dụng siêu âm điều trị y học chấp nhận lợi ích tác dụng siêu âm sinh học sử dụng nhiều năm qua Cường độ siêu âm thấp khoảng MHz áp dụng rộng rãi kể từ thập niên 1950 cho vật lý trị liệu viêm gân viêm bao hoạt dịch Trong thập niên 1980, sốc sóng biên độ áp lực cao [high-pressure-amplitude shock waves] bắt đầu dùng tán sỏi thận "lithotripsy" nhanh chóng thay cho phẫu thuật lựa chọn điều trị thường xuyên Sử dụng lượng siêu âm trị liệu tiếp tục mở rộng, ứng dụng chấp thuận bao gồm uterine fibroid ablation, phacoemulsification, surgical tissue cutting hemostasis, transdermal drug delivery, bone fracture healing Tác động sinh học khơng mong muốn xảy ra, bỏng nhiệt điều trị xuất huyết nặng điều trị học (ví dụ như, tán sỏi) Trong tất ứng dụng điều trị tác động sinh học siêu âm, chuẩn hóa, định liều, bảo đảm lợi ích, giảm thiểu nguy tác dụng phụ phải xem xét cẩn thận để đảm bảo lợi ích tối ưu tỷ lệ rủi ro cho bệnh nhân Siêu âm điều trị thường có xác định lợi ích rủi ro vấn đề xử trí an tồn cần trình bày cho bác sĩ Tuy nhiên, thơng tin an tồn phân tán, khó hiểu, tùy thuộc vào xung đột lợi ích thương mại Tầm quan trọng tối thượng để xử trí vấn đề giao tiếp thơng tin an tồn thực hành nhóm có thẩm quyền, chẳng hạn American Institute of Ultrasound in Medicine cho cộng đồng siêu âm y học Siêu âm không mơt phương pháp chuẩn đốn hình ảnh mà cịn phương pháp điều trị mà lượng gửi tế bào để tạo tác dụng sinh học Ứng dụng siêu âm cho việc điều trị bắt đầu tìm từ năm 1930 Những ứng dụng ban đầu cố gắng sử dụng chế làm nóng mơ (tissue heating) cho bệnh khác Qua nhiều thập niên, với tiến khoa học kĩ thuật cho phép cải tiến phương pháp điều trị bệnh Meniere cách hủy dây thần kinh tiền đình (vestibular) bệnh Parkinson cách dùng siêu âm tập trung (focused US) để huỷ mô não khu trú Vào năm 1970, siêu âm điều trị thành lập cho vật lý trị liệu tiếp tục nghiên cứu với nhiều ứng dụng khó khăn phẫu thuật thần kinh ung thư Sau đó, siêu âm điều trị có bước phát triển nhanh chóng, loạt phương pháp đến sử dụng Các tác dụng mạnh siêu âm điều trị đem lại rủi ro sinh học ý muốn, dẫn đến chấn thương nghiêm trọng, chí đe dọa mạng sống bệnh nhân Do đó, việc chuẩn hóa, định liều [dosimetry], bảo đảm lợi ích, giảm thiểu nguy tác dụng phụ phải xem xét cẩn thận để đảm bảo kết tốt cho bệnh nhân Chương Sóng siêu âm 1.1 Tổng quan Siêu âm kỹ thuật chuẩn đốn hình ảnh đưa vào sử dụng lâm sàng từ năm 1960 Kỹ thuật dùng đầu dò phát sóng âm với tần số cao mà người khơng nghe thấy gọi sóng siêu âm Chùm sóng xuyên qua thể người truyền đến quan nội tạng bên Sau đó, phần sóng âm phản ngược lại thu đầu dị, đem tín hiệu phận xử lý (trong máy siêu âm) hình ảnh thực quan khảo sát Sóng siêu âm khơng gây tổn hại cho quan mà xuyên qua Do đó, siêu âm phương tiện chuẩn đốn nhanh chóng, an tồn, khơng gây hại cho bệnh nhân có chi phí thấp Vì vậy, bác sĩ lâm sang siêu âm gần phương tiện chuẩn đoán nghĩ đến 1.2 Lịch sử phát triển Vào năm 1858, hai nhà vật lí người Pháp Pierre Curie Jacques Curie tìm hiệu ứng áp điện Nhà vật lí người Pháp sau Paul Langerin phát triển vật chất áp điện, tạo máy tạo nhiễu cao tần (sóng siêu âm) thơng qua vật chất áp điện Ứng dụng riêng ơng dùng sóng siêu âm để phát tàu ngầm chiến tranh giới lần thứ I Ngành cơng nghiệp sử dụng sóng siêu âm năm 1928 với khởi xướng nhà vật lí người Xơ – Viết Sokolov, qua sóng siêu âm dùng để phát vết nứt ngầm kim loại Sóng siêu âm dùng ngành y tế vào năm 1930, bị hạn chế để ứng dụng việc hỗ trợ xử lí, điều trị ung thư, dùng liệu pháp vật lí trị liệu cho nhiều đối tượng bệnh nhân khác Ứng dụng chuẩn đốn sóng siêu âm bắt đầu vào năm 1940 hợp tác nhà vật lí kĩ sư đầu ngành công nghệ SONAR 1.3 Sự truyền lan sóng siêu âm Chất lỏng chuyển động khơng ngừng nhiều phần tử tập hợp tạo Khi khơng có ngoại lực tác dụng vào mơi trường, phân tử phân bố không đồng Khi có lực tác dụng (lực đẩy piston từ trái sang phải) phân tử nén lại, thể tích giảm, mật độ phân tử tăng mặt trước piston, kết tăng áp suất, vùng tăng áp suất tới giới hạn vùng gọi vùng nén Do phía trước piston phân tử bị dồn lại dẫn đến tăng mật độ Vùng tăng mật độ trước piston di chuyển xa qua mơi trường Vì ngành khí đưa hỗn loạn vào chuyển động môi trường qua môi trường bên theo hướng từ nguồn can thiệp Trong ứng dụng khám điều trị siêu âm, piston di chuyển thay đổi siêu âm vùng nén trước đổi hướng qua mơi trường Piston từ phải sang trái để lập vùng giảm áp suất trực tiếp (hoạt động tức thì, xảy sau tạo vùng nén) Các phân tử xung quanh di chuyển vào vùng khác để phục hồi mật độ phân tử, giới hạn vùng lỗng khí trước truyền từ piston C Nếu piston không bên phải sức ép thứ khơng khí hình thành, theo khơng khí vùng lỗng khí thơng qua Nếu piston dao động tiếp, vùng khí ln phiên thay đổi theo vùng sức ép vùng loãng truyền thông qua vùng ổn định Được minh họa hình (d) Hình Quá trình tạo dao động Piston Sóng mà có tần số dao động khoảng 20Hz – 20kHz sóng âm, sóng mà tai người nghe thấy cảm nhận Sóng hạ âm sóng có tần số 20Hz Sóng siêu âm sóng có tần số lớn 20kHz Tai người khơng thể cảm nhận sóng hạ âm siêu âm Trong chuẩn đốn lâm sang sóng siêu âm dùng khoảng từ 1MHz đến 20MHz Sóng dọc di chuyển mơi trường khơng khí phân tử rìa sóng chuyển động khác Trở kháng tác động qua hiệu ứng Shearing lí phân tử chuyển động theo phương sóng Nhìn chung sóng dọc có ý nghĩa với mơi trường rắn Sóng dọc dùng siêu âm chuẩn đốn tác động tới mơ sinh học, xương… 1.4 Đặc điểm sóng siêu âm Một chu kì sóng biểu diễn đồ thị Độ dài chu kì bước sóng Số chu kì 1s tần số sóng Đơn vị Hz, kHz… Chiều cao tối đa chu kì biên độ Hình Đồ thị biểu diễn đặc điểm sóng Cơng thức liên hệ λ v: Ở mô mềm tốc độ sóng siêu âm 1540 m/s với tần số 1MHz Khi hai sóng gặp tương tác với gây nên tượng giao thoa Nếu pha cộng hưởng, dẫn đến tăng biên độ Nếu ngược triệt tiêu 1.5 Cường độ sóng Khi sóng siêu âm truyền mơi trường mang theo lượng Năng lượng gọi cường độ Siêu âm y tế phần nhỏ, hội tụ vùng nhỏ, phần diễn tả lượng đơn vị diện tích, định nghĩa cường độ tia Mối quan hệ số lượng đơn vị cường độ tổng hợp bảng Cường độ diễn tả quan hệ với vài cường độ tham chiếu Ví dụ cường độ sóng siêu âm qua thể so sánh với sóng phản xạ từ bề mặt cấu trúc thể Trong việc điều trị, sóng phản xạ từ bề mặt thể chiếm 1% sóng tới, sóng phản xạ từ kết cấu có độ dày khoảng 10cm bề mặt Một tỉ lệ logic thích hợp cho liệu ghi chép vùng cường độ tỉ lệ Decibel Được xác định: dB = 10log Io sóng có cường độ để tham chiếu Ví dụ giá trị dB cho số trường hợp tổng hợp bảng Một vài quy tắc tính giá trị dB • dB dương sóng có cường độ cao sóng tham chiếu, âm với sóng có cường độ thấp • Tăng cường độ sóng hệ số 10 cộng 10dB Giảm 10 lần cường độ cường độ giảm 10dB Khơng có cường độ tham chiếu chuẩn cho siêu âm Khơng nói siêu âm sử dụng 50dB, mà phải nói chỉnh âm phản xạ 50dB thấp sóng mang mang đủ thơng tin Sóng mang trở thành sóng có cường độ tham chiếu ứng dụng đặc biệt Cường độ lượng đơn vị diện tích lượng đơn vị thời gian Khi so sánh sức ép hai sóng sử dụng tỉ lệ thuận Sức ép biến đổi thành cường độ Để xác định độ lớn decibel sóng siêu âm ta biến đổi biên độ sức ép từ bệnh nhân vào điện áp Biên độ điện áp ghi lại cho sóng siêu âm tỉ lệ thuận biến thiên sức ép sóng phản xạ 1.6 Tốc độ sóng Siêu âm âm có tần số cao tần số tối đa mà người nghe thấy Tần số tối đa tùy vào người, thường vào cỡ 20 MHz Ngược lại với siêu âm, âm có tần số thấp ngưỡng nghe tai người (khoảng 20 Hz) hạ âm Siêu âm truyền nhiều mơi trường tương tự môi trường truyền âm thanh, khơng khí, chất lỏng rắn, với tốc độ tốc độ âm Do tốc độ lan truyền, có tần số cao hơn, nên bước sóng siêu âm ngắn bước sóng âm Vì bước sóng ngắn, độ phân giải ảnh chụp siêu âm thường đủ để nhận biết vật thể kích thước cỡ centimet milimet Do siêu âm ứng dụng chuẩn đốn hình ảnh y khoa (siêu âm y khoa) [1] chụp ảnh bên cấu trúc khí Nhờ việc khơng bị nhận biết người, sóng siêu âm dùng ứng dụng khác, để đo khoảng cách hay vận tốc Ở môi trường khác siêu âm có vận tốc truyền khác Siêu âm có tốc độ lan truyền lớn chất rắn thấp chất khí Hình Vận tốc sóng số mơi trường 1.7 Sự suy giảm sóng siêu âm Khi chùm sóng siêu âm truyền vào môi trường, lượng bị loại bỏ khỏi chùm sóng hấp thụ, tán xạ phản xạ Quá trình biểu diễn hình Cũng với tia X, định nghĩa suy giảm đề cập tới chế giúp loại bỏ lượng từ sóng siêu âm Sóng siêu âm bị hấp thụ mơi trường xung quanh Sự tăng giảm giao thoa ảnh hưởng tới đặc tính lặp lại từ gương khơng phản xạ Bởi âm dội lại từ hướng, nên có nhiều khả để sóng siêu âm theo nhiều đường khác Các đợt sóng quay trở lại máy biến đổi tăng giảm giao thoa cách ngẫu nhiên Kiểu giao thoa tăng giảm ngẫu nhiên gọi “đốm” (giao thoa) Hình Quá trình tạo đốm giao thoa Năng lượng biến đổi thành dạng khác nhờ gia tăng chuyển động ngẫu nhiên phân tử Sóng siêu âm phản xạ có thay đổi hướng có trật tự tồn phần chùm tia Nếu phần chùm tia thay đổi hướng theo cách không trật tự, trường hợp thường gọi “tán xạ” Cách hoạt động sóng âm gặp vật cản phụ thuộc vào kích thước vật cản so với bước sóng âm Nếu kích thước vật cản lớn so với bước sóng âm (và vật cản trơn) Khi chùm sóng cịn nguyên vẹn mà đổi hướng Một phần chùm sóng phản xạ phần cịn lại truyền qua vật cản số tia có cường độ nhỏ Nếu kích thước vật cản xấp xỉ nhỏ so với bước sóng sóng siêu âm, vật cản tán xạ lượng theo nhiều hướng Một số lượng sóng siêu âm quay lại với nguyên trạng sau tán xạ, khơng nhiều lần tán xạ diễn Trong hình ảnh sóng siêu âm, phản xạ gương cho phép mường tượng ranh giới mơi trường Hình Tương tác sóng gặp mơi trường Hình Sự suy giảm sóng siêu âm mơi trường 1.8 Sự hấp thụ sóng siêu âm Trong q trình sóng siêu âm qua quan thể, lượng giảm dần, phần lượng bị phản xạ trở lại, phần tương tác với môi trường biến đổi thành nhiệt gây thay đổi cấu trúc môi trường Nếu ta gọi P(d) biên độ áp âm vị trí d, P(0) biên độ áp âm ban đầu thì: P(d) = P(0) E-α.f.d α: Hệ số suy giảm siêu âm f : tần số sóng siêu âm d : khoảng cách đo so với ban đầu Theo phương trình ta thấy suy giảm sóng siêu âm tỷ lệ thuận với khoảng cách thăm dò, hệ số hấp phụ siêu âm quan tần số đầu dò Đây khó khăn cho việc phát triển kỹ thuật siêu âm với tần số cao hình ảnh có độ nét cao, độ đâm sâu nên khơng thể thăm dị vị trí xa đầu dị Từ có khái niệm khoảng cách giảm lượng nửa, khoảng cách mà chùm tia siêu âm lượng bị giảm nửa so với ban đầu, ví dụ khoảng cách khơng khí 0,08cm; xương 0,2-0,7cm; mơ mềm 5-7cm; máu 15cm Chính quan thể có chứa phổi, ruột gây cản trở nhiều cho việc siêu âm Mặt khác tượng suy giảm lượng siêu âm theo độ đâm sâu chùm tia siêu âm , nên mặt kỹ thuật máy siêu âm có chế độ “bù gain theo chiều sâu”(Time Gain CompensationTGC ), chế độ nhằm tăng cường độ sáng phần xa đầu dị để tạo hình ảnh đồng độ hồi âm toàn trường nhìn hình, giúp người kiểm tra siêu âm tránh nhận định sai lầm kỹ thuật, đảm bảo kết xác Một phần lượng tạo thành nhiệt, có tác dụng làm nóng tổ chức mà qua, nhiên cơng suất phát máy siêu âm chuẩn đốn thấp nên tượng tăng nhiệt độ chỗ nhỏ, không đáng kể đo ( điều thấy rõ nhiều với máy siêu âm điều trị sử dụng khoa vật lý trị liệu phục hồi chức sử dụng công suất lớn hơn) Chương Đầu dò siêu âm 2.1 Giới thiệu Transducer phận biến đổi lượng (ở đầu vào) thành lượng khác ( đầu ) Thành phần quan trọng đầu dò siêu âm tinh thể áp điện Hiện tượng áp điện xảy sau: áp vào vật liệu áp điện trường điện biến đổi hình dạng, ngược lại dùng lực học tác động vào tạo điện tích bề mặt xác định Chất áp điện biến đổi trực tiếp lượng điện sang lượng học ngược lại Một vật cấu tạo thành phần PZT (chì Pb, zorconi, titan) có tính chất áp điện (VD: thạch anh) 2.2 Hiệu ứng áp điện Hiện tượng xảy sau: người ta tìm loại chất có tính chất hóa học gần giống gốm (ceramic) có hiệu ứng thuận nghịch: áp vào trường điện biến đổi hình dạng, ngược lại dùng lực học tác động vào tạo điện tích bề mặt xác định Nó máy biến đổi trực tiếp từ lượng điện sang lượng học ngược lại Nếu theo chiều hướng thuận, có nghĩa tác dụng lực lên vật sinh điện ngược lại áp điện nghịch: tác động hiệu vào vật sinh công biến dạng làm biến đổi lực Một vật cấu tạo ba yếu tố PZT (chì Pb, zorconi, titan) có tính chất áp điện (VD: thạch anh) 2.3 Thiết kế đầu dò siêu âm Tinh thể ghép điện thành phần chức chuyển đổi sóng siêu âm Một tinh thể thể phản ứng mạnh tần số cộng hưởng Độ dày tinh thể định tần số cộng hường (kích thước tinh thể với trục chùm sóng siêu âm) Do tinh thể qua chu kỳ khép kín từ co đến giãn đến chu kì co giãn tiếp theo, sóng nén từ mặt đối diện tinh thể di chuyển hướng trung tâm Nếu bề dày tinh thể bước sóng sóng âm, sóng nén di chuyển đến mặt đối diện chu kỳ co thắt tinh thể bắt đầu Sóng nén đối ngược với co thắt làm yếu phản ứng tinh thể Vì khó để điều khiển tinh thể có độ dày bước sóng (do lượng bị hao hụt) Nếu bề dày tinh thể nửa bước sóng, sóng nén tiến tới mặt đối diện tinh thể chu kỳ giãn bắt đầu Mỗi sóng nén tạo nhờ vào hỗ trợ giai đoạn co thắt giai đoạn giãn chu kỳ Đối với bội lẻ nửa bước sóng có kết tương tự với tinh thể tiến triển qua nhiều chu kỳ trước sóng nén đến mặt đối diện Độ dày bổ sung tinh thể tạo nhiều suy giảm hơn, với tinh thể có độ dày nửa bước sóng sóng siêu âm mong muốn đạt hoạt động hiệu Một tinh thể có độ dày nửa bước sóng cộng hưởng tần số… Để thiết lập chu kỳ co điện tử với tinh thể piezoelectric, bề mặt tinh thể bọc phim dẫn mỏng có khả tiếp xúc điện tử Tinh thể gắn kết đầu kim loại rỗng kim loại lót xi lanh nhựa với mặt trước tinh thể phủ lớp nhựa bảo vệ Nó tạo chuyển gian hiệu âm tinh thể và…Lớp nhựa bao phủ bề mặt tinh thể có độ dày = ¼… gọi lớp ¼ bước sóng ¼ độ dày tối đa hóa việc truyền lượng từ chuyển đổi đến bệnh nhân Một bội lẻ ¼ bước sóng thể chức tương tự độ dày lớn vật liệu tăng suy giảm Tuy nhiên, độ dày ¼ bước sóng đơn lẻ thường sử dụng cho lớp thích hợp Mặt trước tinh thể kết nối thông qua xi lanh tới mặt đất Phần lại tinh thể cách điện âm từ xi lanh Chỉ với khí đằng sau tinh thể, sóng siêu âm truyền vào xi lanh từ tinh thể Nó phản xạ từ điểm cuối đối diện xi lanh Sóng siêu âm phản xạ tăng cường siêu âm lan truyền theo hướng phía trước từ chuyển đổi Tiếng vang sóng siêu âm chuyển đổi tự góp phần truyền lượng đến chùm sóng Nó gia hạn thêm khoảng xung thời gian (thời gian để xung siêu âm tạo ra) Sự gia hạn khoảng xung thời gian (đôi gọi độ dài xung thời gian) khơng ảnh hưởng đến cách sử dung sóng lâm sàng sóng liên tục ứng dụng xung Doppler Với mục đích này, tàu thăm dị sóng siêu âm với tinh thể có khí sử dụng Tuy nhiên, hầu hết ứng dụng hình ảnh siêu âm sử dụng xung ngắn sóng siêu âm tiếng vang siêu âm chuyển đổi bị trấn áp Trấn áp giảm tiếng vang thực việc đổ vật liệu dự phòng vào xi lanhcuar chuyển đổi bột vonfram nhúng nhựa epoxy Đôi người ta thêm cao su vào chất dự phòng để tăng hấp thụ siêu âm Thông thường bề mặt phía sau vật liệu dự phịng bị dốc để ngăn chặn phản ứng trực tiếp xung siêu âm đằng sau tinh thể Việc xây dựng chuyển đổi siêu âm điển hình minh họa bên lề Tinh thể phẳng vẽ mỹ thuật bẻ cong để tập trung vào chùm sóng siêu âm Do vật thay cho phận giảm chấn vật lý với vật liệu lựa chọn đặt phía sau tinh thể, gỉam chấn điện tử sử dụng Trong ứng dụng định, bao gồm người sử dụng chuyển đổi tiếp nhận nhỏ, điện trở nối hai mặt tinh thể có luồng khí hậu thuẫn cung cấp giảm chấn thích hợp Có cách tiếp cận khác, gọi tắt giản chấn động năng, sử dụng xung điện tử ban đầu để kích thích chuyển đổi Điều kéo theo xung điện áp cuả phân cực đối ngược để ngăn chặn tiếp diễn hoạt động chuyển đổi Hình Cấu tạo đầu dị siêu âm Cấu tạo đầu dò Thành phần đầu dò siêu âm chấn tử Mỗi chấn tử bao gồm tinh thể nối với dòng điện xoay chiều Khi cho dòng điện chạy qua tinh thể áp điện Chiều dày tinh thể mỏng tần số cao Vì tinh thể thạch anh có hạn chế mặt kỹ thuật nên ngày nhiều vật liệu muối titanat sử dụng công nghệ chế tạo đầu dị , cho phép tạo đầu dị có tần số theo yêu lâm sàng Đồng thời trước đầu dò phát tần số cố định, ngày cơng nghệ người ta sản xuất đầu dò đa tần, cách cắt tinh thể thành mảnh nhỏ tứ 100200 µm, sau ngăn cách chúng loại vật liệu tổng hợp có độ trở kháng thấp, đầu dị kiểu phát với tần số khác dải rộng 2-4 MHz, chí 3-17MHz với mức mức điều khiển để thay đổi tần số Những đầu dò đa tần thuận lợi cho thăm khám lâm sàng Chùm tia siêu âm phát khỏi đầu dò đoạn tương đối tập trung, song song với trục đầu đị, gọi trường gần(Fresnel Zone) Chiều dài trường gần = r2/λ, r bán kính tinh thể đầu dị Sau chùm tia bị loe gọi trường xa( Fraunhoffer Zone), phận cần thăm khám nằm trường gần cho hình ảnh trung thực rõ nét Về mặt kỹ thuật muốn tăng độ dài trường gần ta tăng bán kính tinh thể đầu dò, tăng tần số phát để giảm bớc sóng, nhiên điều bị giới hạn yếu tố khác, tăng r tăng kích thớc đầu dị, cịn tăng tần số làm giảm độ sâu cần thăm dò, nên người ta hay sử dụng thấu kính để hội tụ chùm tia siêu âm để giảm độ loe trường xa Dựa theo phương thức quét chùm tia siêu âm người ta phân đầu dò làm loại: quét điện tử quét học Nếu vào cách bố trí chấn tử giá đỡ có kiểu đầu dị: thẳng ( Linear); đầu dị cong (convex); đầu dò rẻ quạt ( sector ) Mỗi loại đầu dị sử dụng cho mục đích thăm khám khác nhau, đầu dò thẳng dùng để khám mạch máu ngoại vi, phận nhỏ, nơng tuyến vú, tuyến giáp Đầu dị cong chủ yếu dùng cho thăm khám ổ bụng sản phụ khoa Đầu dò rẻ quạt để khám tim mạch máu nội tạng Ngoài theo mục đích sử dụng có nhiều loại đầu dò khác như: đầu dò siêu âm qua thực quản để khám tim mạch, đầu dò nội soi kết hợp với phận quang học để khám tiêu hố, đầu dị sử dụng phẫu thuật, đầu dò lòng mạch Độ phân giải đầu dò Là khoảng cách gần cấu trúc cạnh mà hình cịn phân biệt Như nói độ phân giải cao khả quan sát chi tiết cấu trúc rõ nét, độ phân giải tiêu để đánh giá chất lượng máy siêu âm Người ta phân biệt độ phân giải làm loại: Độ phân giải theo chiều dọc khả phân biệt vật theo chiều chùm tia (theo chiều trêndới hình) Độ phân giải ngang khả phân biệt theo chiều ngang ( chiều phải-trái hình ) Độ phân theo chiều dày (chiều vng góc với mặt phẳng cắt, thực tế mặt cắt siêu âm khơng phải mặt phẳng, mà có độ dày định) Độ phân giải phụ thuộc nhiều vào tần số đầu dị, vị trí cấu trúc nghiên cứu thuộc trường gần hay xa đầu dò Mặt khác điều khơng hồn tồn đầu dị định mà phụ thuộc vào xử lý máy Lựa chọn đầu dò: Trong thực hành nhiều người làm siêu âm phải thực thăm khám nhiều quan, phận khác thể, đặc biệt bệnh viện đa khoa Do nên lựa chọn đầu dò cho phù hợp với nhiệm vụ mình, tốt đương nhiên đầu dò đa tần đầy đủ chủng loại sector, convex, linear Tuy nhiên thực tế điều khó xảy ra, nên cần loại bỏ đầu dị sử dụng cần có biện pháp khắc phục khó khăn khơng có đầu dị chun dụng Trước hết chủng loại đầu dị, điện tử khí, hai loại cho hình ảnh chất lượng tốt nhau, nhiên đầu dị khí thường có độ bền để làm siêu âm tim thường có kích thớc to đầu dị điện tử loại, nhng đầu dò loại thường rẻ Theo mục đích thăm khám, để làm siêu âm tim tốt đương nhiên đầu dò sector, người Việt Nam trưởng thành tần số thích hợp 3,5 MHz, nhiên có loại đa tần từ 2-4 MHz tối u, đối trẻ em MHz, thích hợp loại 4-8 MHz Để làm siêu âm bụng tổng quát thông thường dùng đầu dò convex với người lớn 3,5 MHz ( tốt 2-4 MHz ), trẻ em dùng loại tần số cao Tuy nhiên trường hợp khơng có đầu dị convex, đầu dị sector dùng thăm khám ổ bụng Để thăm khám phân nông tuyền giáp, tuyến vú, tinh hồn, mạch máu ngoại vi đầu dị linear với tần số 7-10 MHz tốt Để phục vụ mục đích sinh thiết người ta thường gắn thêm phân giá đỡ cho đầu dò chuyên dụng, nhng điều kiện khơng có sử dụng đầu dị thơng thường cho mục đích đầu dò sector tốt điều kiện chọn đầu dò nên mua đầu dò sector đa tần 3,5 MHz 2.4 Tần số cộng hưởng Tranducer Một chuyển đổi sóng siêu âm thiết kế để nhạy cảm tối đa với sóng siêu âm tần số cụ thể gọi tần số cộng hưởng chuyển đổi Tần số cộng hưởng xác định chủ yếu dựa vào độ dày tinh thể áp điện Các tinh thể mỏng mang tần số cộng hưởng cao ngược lại Tần số cộng hưởng xác định đường cong phản ứng chuyển đổi biểu thị chức tần số sóng siêu âm Trong minh họa bên lề, đặc điểm phản ứng tần số hai chuyển đổi minh họa Các đường cong cho chuyển đổi không giảm suất thể phản ứng tần số sắc nét dải tần số có hạn Do hấp thụ lượng lớn chuyển đổi giảm suất, phản ứng tần số rộng nhiều không mạnh tần số cộng hưởng chuyển đổi Trên đường cong chuyển đổi không giảm suất, điểm v1 v3 đại diện cho tần số hai bên tần số cộng hưởng nơi phản ứng giảm nửa Những điểm gọi điểm nửa lượng, chuúng bao gồm loaạt tần số gọi dải thông chuyển đổi Tỷ lệ điểm trung tâm tần số cộng hưởng v2 đến băng thông (v3-v1) gọi giá trị Q chuyển đổi Giá trị Q mô tả độ sắc nét đường cong phản ứng tần số với giá trị Q cao phản ứng tần số mạnh Hình Cách tính Q Bộ chuyển đổi dùng sóng siêu âm phải cung cấp xung siêu âm ngắn phản ứng đến vọng âm trở lại lượng tần số lớn Với lý này, chuyển đổi giảm suất mạnh với ow giá trị Q thường mong đợi 2.5 Bộ phận xử lý tín hiệu thơng tin Tín hiệu siêu âm phản hồi từ thể đầu dò thu nhận, sau biến thành dịng điện Dịng điện mang theo thông tin độ chênh lệnh trở kháng cấu trúc mà chùm tia siêu âm xuyên qua ( độ chênh lệch trở kháng hai cấu trúc lớn, lượng chùm tia siêu âm phản xạ cao, tạo dòng điện xoay chiều lớn ) thông tin khoảng cách từ cấu trúc phản xạ siêu âm đến đầu dị Khoảng cách tính cơng thức: Cxt D = D: Khoảng cách c: tốc độ siêu âm thể t: thời gian từ phát xung đến nhận xung Những tín hiệu sau xử lý tuỳ theo kiểu siêu âm mà cho ta thông tin khác cấu trúc chức quan mà ta cần nghiên cứu Ngồi máy siêu âm cịn chứa nhiều chương trình phần mền khác cho phép đo đạc tính tốn thơng số khoảng cách, diện tích, thể tích, thời gian theo không gian chiều, chiều Từ thơng tin kết hợp với chương trình tính tốn sẵn cung cấp cho thơng tin cao Ví dụ từ đường kính lỡng đỉnh thai nhi, dự kiến ngày sinh, trọng lượng thai Hoặc từ thể tích thất trái cuối kỳ tâm trương, tâm thu, biết thể tích nhát bóp, cung lượng tim Những thông tin cấu trúc chức quan hiển thị hình, đồng thời lu trữ lại phận ghi hình qua phương tiện video, đĩa quang từ, đĩa CD, máy in nối mạng với phương tiện khác Mỗi phương tiện ghi hình có u điểm, nhợc điểm riêng, thực tế tuỳ theo yêu cầu cụ thể điều kiện kinh tế, lựa chọn cho phù hợp 2.6 Các kiểu siêu âm Siêu âm kiểu A: Đây kiểu siêu âm lâu đời nhất, ngày sử dụng số phạm vi, chuyên khoa mắt với mục đích đo khoảng cách, xác chức nà Kiểu siêu âm ghi lại sóng phản hồi xung nhọn, mà vị trí tương ứng với chiều sâu biên đô tỷ lệ thuận với cường độ âm vang Kiểu A có giá trị chẩn đốn Mà dùng để kiểm tra xác máy siêu âm Siêu âm kiểu B (2D): Hay cịn gọi siêu âm bình diện, kiểu siêu âm sử dụng phổ biến tất chuyên khoa.Có thể nói siêu âm 2D cách mạng ngành siêu âm chuẩn đốn Vì lần nhìn cấu trúc bên thể vận động chúng, mở thời kỳ ứng dụng rộng rãi siêu âm lâm sàng Nguyên lý siêu âm 2D sau: tín hiệu siêu âm phản xạ đầu dò tiếp nhận biến thành dòng điện xoay chiều, dòng điện mang theo thông tin mức độ chênh lệch trở kháng biên giới cấu trúc khác khoảng cách cấu trúc so với đầu dị Dịng điện sau xử lý biến thành chấm sáng có mức độ sáng khác tuỳ theo dòng điện lớn hay nhỏ vị trí chúng theo khoảng cách từ đầu dị đến mặt phân cách có phản hồi âm thông tin thể hình thành vơ vàn chấm sáng với cường độ khác nhau, xếp theo thứ tự định tái tạo nên hình ảnh quan, cấu trúc mà chùm tia qua Để nghiên cứu cấu trúc có vận động thể tim mạch máu người ta chế tạo đầu dị ghi lại nhiều hình ảnh vận động chúng thời điểm khác đơn vị thời gian ( > 24 hình/ giây ) vận động quan thể liên tục giống vận động thực thể người ta gọi siêu âm hình ảnh thời gian thực ( real time) Tất máy siêu âm hình ảnh thời gian thực Siêu âm kiểu TM Để đo đạc thông số siêu âm khoảng cách, thời gian cấu trúc có chuyển động, nhiều siêu âm 2D gặp nhiều khó khăn Do để giúp cho việc đo đạc dễ dàng người ta đa kiểu siêu âm M-Mode hay gọi TM (Time motion), kiểu siêu âm vận động theo thời gian, kiểu siêu âm âm vang ghi lại theo kiểu A, chuyển động theo thời gian nhờ hình qt ngang thường xun Do cấu trúc đứng yên hình đường thẳng, cấu trúc chuyển động đường cong ngoằn nghèo tùy theo chuyển động quan thăm khám Siêu âm kiểu thường dùng để khám tim Siêu âm Doppler Dùng hiệu ứng Doppler siêu âm để đo tốc độ tuần hoàn, xác định hướng dòng máu đánh giá lưu lượng máu Có loại Doppler: D liên tục, D xung, D màu, người ta thường phối hợp hệ thống D với siêu âm cắt lớp theo thời gian thật gọi siêu âm DUPLEX Ngày người ta mã hóa dịng chảy siêu âm siêu âm Động-màu, siêu âm D lượng (Power Doppler), siêu âm tổ chức (tissue doppler) siêu âm chiều tiện cho việc thăm khám Tim-Mạch, sản khoa Siêu âm kiểu 3D Trong năm gần siêu âm 3D đa vào sử dụng số lĩnh vực, chủ yếu sản khoa Hiện có loại siêu âm 3D, loại tái tạo lại hình ảnh nhờ phương pháp dựng hình máy tính loại gọi 3D thực hay gọi Live 3D Siêu âm 3D đầu dị có cấu trúc lớn, mà người ta bố trí chấn tử nhiều theo hình ma trận, phối hợp với phương pháp quét hình theo chiều không gian nhiều mặt cắt, mặt cắt theo kiểu 2D máy tính lu giữ lại dựng thành hình theo khơng gian chiều Ngày có số máy siêu âm hệ có siêu âm chiều cho tim mạch, nhiên ứng dụng chúng hạn chế kỹ thuật tương đối phức tạp đặc biệt giá thành cao Tóm lại năm gần với phát triển khoa học, kỹ thuật phương tiện siêu âm chuẩn đoán phát triển khơng ngừng, máy móc hệ sau ngày cho hình ảnh với độ phân giải cao, với nhiều tính u việt cung cấp cho thơng tin chi tiết xác hơn, việc ứng dụng siêu âm chuẩn đoán ngày rộng rãi Kết luận Kể từ kỹ thuật siêu âm đưa vào ứng dụng nghành Y, đóng góp việc hỗ trợ thúc đẩy việc chẩn đoán Y Bác sĩ vô to lớn.Siêu âm biết đến phương pháp chẩn đốn gần gũi, khơng xấm lấn, không để lại di chứng, không chống định với tất trường hợp Do ứng dụng sâu sát chẩn đốn mơ mềm, cấu trúc hình thái học thể, dịng chảy.Chúng ta nhìn lại lịch sử, siêu âm phát triển từ kỹ thuật siêu âm đen trắng thường quy lên siêu âm Doppler màu hóa; từ siêu âm hình thái đơn chiều, hai chiều đến hình thái đa chiều; từ siêu âm định tính giải phẫu thể đến định lượng tế bào nhu mơ… Bước tiến dài có tham gia nhiều chuyên gia, nhà sản xuất Siêu âm từ xa tương lai chuẩn đoán sử dụng siêu âm, việc thực telesonography (SIÊU ÂM TỪ XA) nhằm cung cấp dịch vụ siêu âm mang lại kết đầy hứa hẹn số dự án nước quốc tế Chủ đề nghiên cứu chung telesonography gồm chất lượng truyền hình ảnh, ứng dụng lâm sàng rào cản thực kỹ thuật không kỹ thuật Các nghiên cứu sở tiến hành nhằm kết hợp việc phát triển viễn thông với cải thiện chất lượng máy siêu âm xách tay Các rào cản tồn lưu việc triển khai hệ thống telesonography bao gồm thiếu tiếp cận viễn thông, thiếu huấn luyện chuẩn giao thức hoạt động, cịn nghiên cứu ảnh hưởng telesonography với mục tiêu sức khỏe lâu dài cộng đồng Telesonography dùng để cải thiện trực tiếp tiêu chuẩn chăm sóc cộng đồng; nhiên, hạn chế nguồn lực quan tâm khó trì hoạt động siêu âm từ xa Trong tương lai sử dụng dự án telesonography để bổ sung cho việc đào tạo nhân viên y tế địa điểm xa xôi nỗ lực thiết lập dịch vụ siêu âm thường trực cho cộng đồng Tài liệu tham khảo: http://www.echiase.com/2015/08/tai-lieu-bai-giang-sieu-am-tong-quat.html http://trungcapykhoa.com/sieu-am-la-gi-hoc-ky-thuat-sieu-am-chan-doan-hinhanh-y-hoc-o-dau-tot/ http://dulieu.tailieuhoctap.vn/books/y-duoc/bac-si-da-khoa/file_goc_783943.pdf Cuốn sách: W.R.Hendee-Medical-Imaging-Physics3 ... với siêu âm cắt lớp theo thời gian thật gọi siêu âm DUPLEX Ngày người ta mã hóa dịng chảy siêu âm siêu âm Động-màu, siêu âm D lượng (Power Doppler), siêu âm tổ chức (tissue doppler) siêu âm chiều... độ âm vang Kiểu A có giá trị chẩn đốn Mà dùng để kiểm tra xác máy siêu âm Siêu âm kiểu B (2D): Hay cịn gọi siêu âm bình diện, kiểu siêu âm sử dụng phổ biến tất chuyên khoa.Có thể nói siêu âm. .. sóng âm, sóng mà tai người nghe thấy cảm nhận Sóng hạ âm sóng có tần số 20Hz Sóng siêu âm sóng có tần số lớn 20kHz Tai người khơng thể cảm nhận sóng hạ âm siêu âm Trong chuẩn đốn lâm sang sóng siêu