Báo cáo môn học thiết bị đo y sinh đề tài tìm hiểu về máy chụp chiếu siêu âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐO VÀ TIN HỌC CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO MÔN HỌC: Thiết bị đo y sinh  Đề tài: Tìm hiểu máy chụp chiếu siêu âm Giảng viên: PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương  Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 18 Vương Đức Trung 20174290 Trương Hồng Anh 20173621 MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM .3 Tìm hiểu tổng quan phương pháp .3 1.1 Giới thiệu chung Phương pháp siêu âm .3 1.2 Lịch sử hình thành phát triển Phương pháp kiểm tra siêu âm Ứng dụng phương pháp kiểm tra siêu âm Đánh giá chung phương pháp kiểm tra siêu âm CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM .9 Những đặc điểm sóng âm Góc tới hạn khúc xạ 11 Các loại sóng âm 12 CHƯƠNG 3: ĐẦU DỊ THU PHÁT SĨNG SIÊU ÂM 14 Nguyên lý 14 Cấu tạo đầu dò 16 Phân loại đầu dò 17 3.1 Đầu dò kết hợp 17 3.2 Đầu dị góc 18 3.3 Đầu dò trễ 18 3.4 Đầu dò ếp xúc trực ếp .19 3.5 Đầu dò PiezoComposite 20 Chất ếp âm dùng kiểm tra siêu âm 20 CHƯƠNG 4: XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM 23 Tổng quan : 23 Kiểu A : 23 Kiểu B : 23 Kiểu TM : 24 Siêu âm nhiều chiều 25 Kiểu Doppler : 26 CHƯƠNG 5: Giới thiệu thiết bị kiểm tra siêu âm cụ thể 28 1) Máy siêu âm đàn hồi mô Hitachi Ariea 850 : 28 2) Các bước thực siêu âm : 29 Chương : Một số yếu tố ảnh hưởng tới kết siêu âm 29 1) Nhiệt độ : 29 2) Cơ thể người bệnh : 29 3) Kĩ thuật người sử dụng : 30 Chương : Tổng kết .30 Tài liệu tham khảo 30 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM Tìm hiểu tổng quan phương pháp 1.1 Giới thiệu chung Phương pháp siêu âm Kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing – UT) phương pháp kiểm tra dựa việc kích thích sóng siêu âm vào đối tượng vật liệu cần kiểm tra Trong hầu hết ứng dụng UT phổ biến, sóng xung siêu âm ngắn với tần số dao động trung bình từ 0,1-15 MHz (đơi lên đến 50 MHz).Sóng truyền vào vật liệu để phát sai sót bên vật liệu Hình 2: kỹ sư kiểm tra đối tượng phương pháp siêu âm Hình 1: đầu dị siêu âm   Hình 3: nguyên lý đo phương pháp siêu âm Một hệ thống kiểm tra UT điển hình bao gồm số đơn vị chức năng, chẳng hạn  bộ phát / thu, chuyển đổi thiết bị hiển thị Bộ thu / phát xung thiết bị điện tử tạo xung điện điện áp cao Được điều khiển xung, chuyển đổi tạo lượng siêu âm tần số cao Năng lượng âm đưa vào truyền qua vật liệu dạng sóng Khi có gián đoạn (chẳng hạn vết nứt) đường truyền sóng, phần lượng bị phản xạ trở lại từ bề mặt khuyết tật Tín hiệu sóng  phản xạ đầu dị chuyển thành tín hiệu điện hiển thị hình Trong applet bên dưới, cường độ tín hiệu phản xạ hiển thị so với thời gian từ tạo tín hiệu đến nhận tiếng vọng Thời gian di chuyển tín hiệu liên quan trực tiếp đến khoảng cách mà tín hiệu truyền Bên cạnh việc sử dụng rộng rãi ứng dụng kỹ thuật (như phát / đánh giá khuyết điểm, đo kích thước, đặc tính vật liệu, v.v.), siêu âm sử dụng lĩnh vực y tế (như siêu âm, siêu âm trị liệu, v.v.) 1.2 Lịch sử hình thành phát triển Phương pháp kiểm tra siêu âm Trước Chiến tranh giới thứ hai, sonar, kỹ thuật gửi sóng âm qua nước quan sát tiếng vọng trở lại để xác định đặc điểm vật thể chìm nước, truyền cảm hứng cho nhà nghiên cứu siêu âm ban đầu khám phá cách áp dụng khái niệm vào chẩn đốn Hình 4: kiểm tra siêu âm thực tế y tế Năm 1929 1935, Sokolov nghiên cứu việc sử dụng sóng siêu âm việc phát vật thể kim loại Mulhauser, vào năm 1931, nhận sáng chế việc sử dụng sóng siêu âm, sử dụng hai đầu dị để phát lỗ hổng chất rắn Firestone (1940) Simons (1945) phát triển thử nghiệm siêu âm xung sử dụng kỹ thuật xung dội âm Hình 4: máy siêu âm đầu ên Hình 5: máy siêu âm đại ngày nay  Ứng dụng phương pháp kiểm tra siêu âm Kiểm tra siêu âm sử dụng nhiều phương pháp kiểm tra:  Kiểm tra thể tích của, mối hàn, đúc, sản phẩm…  Phát khuyết điểm lỗ hổng đường ống  Đối với kiểm tra tiêu chuẩn định kỳ máy móc, thiết bị, động cơ, tuabin, máy bay, v.v…  Trong kiểm tra định kỳ không định kỳ trạm điện; Bao gồm nồi hơi, tàu, trống đường ống  Trong kiểm tra công nghiệp định kỳ không định kỳ ngành dầu khí, Bao gồm lị phản ứng, đường ống, bể chứa, trao đổi nhiệt, vv…  Trong kiểm tra công nghiệp định kỳ không định kỳ ngành hóa chất; bao gồm máy bơm lưu trữ hóa học  Phương tiện giao thơng cơng cộng; Xe lửa, tàu, xe buýt xe điện  Các cơng trình bao gồm cầu, tảng dầu cối xay gió Hình 6: lĩnh vực kiểm tra siêu âm  Kiểm tra siêu âm mối hàn Các loại vật liệu áp điện - Gốm áp điện   Gốm áp điện cấu tạo yếu tố: cấu tạo ba yếu tố PZT (chì Pb, zorconi, titan) Gốm áp điện có áp điện cao, số điện mơi cao xử lý thành hình dạng tùy ý, chúng có yếu tố chất lượng học thấp, điện lớn độ ổn định kém, thích hợp cho đầu dị cơng suất cao rộng Hình 15: gốm áp điện  bộ lọc dải Ứng dụng, khơng lý tưởng cho ứng dụng có tần số cao, ổn định cao - Tinh thể áp điện Cấu trúc tinh thể khơng có trung tâm đối xứng có tính áp điện Chẳng hạn tinh thể thạch anh, lithium niobate, niobate lithium, niobate titan lithium niobate bóng  bán dẫn sắt, lithium niobate… - Polyme áp điện (vật liệu áp điện hữu cơ) Loại vật liệu tính linh hoạt vật liệu, mật độ thấp, trở kháng thấp số điện áp cao (g) ưu điểm khác cho ý giới phát triển nhanh, đo siêu âm âm nước, cảm biến áp suất, bắt đầu đánh lửa khía cạnh khác ứng dụng Điểm bất lợi số biến áp áp điện Hình 16: polyme áp điện (d) thấp, làm cho hạn chế chuyển đổi phát xạ hoạt động 16 Cấu tạo đầu dị Hình 17: cấu tạo đầu dị thu phát sóng siêu âm Đầu dị thu phát sóng siêu âm gồm phận hình + Wetting layer : lớp bảo vệ đầu dò khỏi tác động từ môi trường nhiệt độ,  bề mặt sắc nhọn Lớp thường làm nhựa cứng +  Matching layer : Lớp có vai trị giống việc phối hợp trở kháng mạch điện Ở phối hợp trở kháng mơi trường truyền sóng, làm cho sóng phản xạ lại nhỏ Lớp thường làm từ nhựa nhiệt rawnsn +  Piezoelectric disc : đĩa áp điện, phận quan trọng đầu dị, có nhiệm vụ thu phát sóng siêu âm Nguyên lý vật liệu phân tích + Backing : lớp vật liệu nền, làm từ hỗn hợp chất đàn hồi, làm giảm sóng siêu âm truyền ngược lại bên Bởi cung cấp điện áp nhận dao động cơ, đĩa áp điện dao động phía, để đảm bảo sóng siêu âm truyền theo hướng định tắt dao động phía bên nên cần phải có lớp backing layer để giúp việc tắt không kéo dài thời gian dao động, triệt tiêu sóng dội ngược vào bên đầu dò sẵn sàng tạo dao động truyền bên 17 + lớp điện cực: gắn vào mặt đĩa áp điện có vai trị truyền nhận tín hiệu điện từ đĩa áp điện + Coaxial cabl e: cáp đồng trục có vai trị truyền nhận tín hiệu điện từ điện cực đến mạch xử lý tín hiệu + Thermocouple: cặp nhiệt điện ( cảm biến nhiệt độ), tích hợp để theo dõi nhiệt độ  bên đầu dò để bù nhiệt độ  + Front ring, main body, rear lid, cable exhaust tube: thành phần khí giúp cố định, định hình đầu dị - Mạch phát hoạt động 9-12V DC - Tín hiệu khuếch đại đưa đến đếm thập phân IC4, đếm chia tần số thành kHz Transistor T3 (SL100) khuếch đại tín hiệu 4kHz để đưa cấu Phân loại đầu dò 3.1 Đầu dò kết hợp Đầu dò Đầu dò kép sử dụng biến tử thu phát riêng rẽ vỏ chung Chúng thường sử dụng ứng dụng liên quan đến bề mặt kiểm tra thơ ráp, vật liệu có cấu Hình 18: đầu dị kết hợp trúc hạt thơ, phát rỗ khí rỗ thủng, chúng sử dụng điều kiện nhiệt độ cao Mặc dù độ xác đầu dị kép thường khơng đầu dị đơn tinh thể, chúng thường mang lại kết ứng dụng khảo sát ăn mịn đặc tính nhạy với ăn mòn dạng pitting hay khả giúp tăng độ phân giải gần bề mặt 18 Đầu dò kép thường sử dụng ứng dụng chịu nhiệt độ cao kiểm tra bề mặt thô nhám vật liệu đúc 3.2 Đầu dị góc Hình 19: cấu trúc đầu dị góc Hình 20: đầu dị góc thực tế  Hình 21: ứng dụng đầu dị góc  Đầu dị góc sử dụng kết hợp với miếng nêm nhựa epoxy để tạo sóng ngang sóng dọc vào chi tiết kiểm tra nghiêng góc xác định trước bề mặt kiểm tra Thơng thường, đầu dị góc kết hợp với nêm để tạo sóng ngang 45, 60 70 độ Đầu dị góc thường sử dụng để kiểm tra mối hàn thường đề cập rõ ràng tiêu chuẩn kiểm tra 3.3 Đầu dò trễ 19 Hình 22: đầu dị trễ  Đầu dị trễ kết hợp phần dẫn sóng nhựa, ngắn biến tử bề mặt kiểm tra Chúng sử dụng để tăng độ phân giải gần bề mặt để sử dụng kiểm tra ở  nhiệt độ cao phần trễ giúp bảo vệ biến tử tránh bị hư hại nhiệt độ cao 3.4 Đầu dò tiếp xúc trực tiếp  Như tên gọi chúng, đầu dò tiếp xúc sử dụng tiếp xúc trực tiếp với chi tiết cần kiểm tra Năng lượng âm truyền vng góc với bề mặt, thường sử dụng để  phát lỗ rỗng, rỗ khí, vết nứt tách lớp song song với bề mặt chi tiết, để đo chiều dày Hình 23: đầu dò ếp xúc 3.5 Đầu dò PiezoComposite 20 Ban đầu, gốm cắt lát thành hình vng Các khu vực nhỏ ô vuông đổ đầy epoxy đầu dò phủ đến độ dày cần thiết, tráng bạc tráng bạc theo cách tương tự phần tử đầu dị thơng thường Sự khác biệt người dùng ở  hiệu suất Do làm vật liệu giảm chấn (epoxy) xung quanh ô vuông, chuyển đổi thể băng thơng vượt trội độ phân giải cao Có khơng cần áp dụng lớp nền; đó, hiệu lớn đầu dị gốm giảm chấn thơng thường Do khơng có mặt sau, cấu hình chiều cao thiết bị bị giảm xuống để tiếp cận khu vực nhỏ Các đầu dò đặc biệt hữu ích kiểm tra vật liệu sần sùi có tỷ lệ tín hiệu nhiễu tăng lên Chất tiếp âm dùng kiểm tra siêu âm  Như phân tích phần sở lý thuyết, sóng âm truyền qua bề mặt phân cách hai môi trường ( đặc biệt từ khơng khí vào chất rắn), tượng phản xạ xảy với tỉ lệ gần 100% Chính vậy, để hạn chế sóng phản xạ lại người ta sử dụng chất dạng lỏng gọi chất tiếp âm (couplant) Chất có dạng gel, thoa vào bề mặt vật cần kiểm tra trước tiến hành kiểm tra lau sau kiểm tra xong để tránh gây gỉ đối tượng  Một số chất tiếp âm thường dùng: - Chất tiếp âm B2 – Glyceri Lợi việc sử dụng glycerin có độ nhớt có trở kháng âm cao, làm cho trở thành chất tiếp âm ưa thích cho bề mặt thô vật liệu suy giảm âm cao Glycerin có trở kháng âm 2,42 x 10 gm-cm / giây (so với 1,61 propylen glycol, khoảng 1,5 dầu động cơ, 1,48 nước) Trở kháng âm Glycerin tương đương với chất dẻo gần với kim loại chất lỏng thông thường khác, cung cấp khả truyền âm hiệu đầu dò vật kiểm tra Bất lợi việc sử dụng glycerin khơng loại bỏ khỏi bề mặt sau kiểm tra, gây rỉ sét ăn mòn số kim loại cách hấp thụ giữ nước từ bầu khí Nó hỗ trợ phát triển nấm mốc không loại bỏ Mặc 21 dù glycerin thường đề nghị để thử nghiệm vật đúc đặc tính âm tốt nó, nên làm cẩn thận sau sử dụng - Chất tiếp âm D12 – Dạng Gel Các chất tiếp âm kiểu gel thường đề nghị cho bề mặt thô kim loại có độ nhớt cao trở kháng âm tương đối cao làm tăng tối đa khả truyền âm trường hợp đầu dị khơng thể tiếp xúc tốt với bề mặt Các chất tiếp âm dạng gel thường sử dụng kiểm tra mối hàn, cần phải đưa đầu dò di chuyển diện tích  bề mặt rộng Ở đây, lợi đơn giản gel nhanh chóng lan rộng diện tích lớn trì tiếp xúc tốt đầu dị qt dọc theo mối hàn Gel hữu ích việc kiểm tra bề mặt phía thẳng đứng, chúng không nhỏ giọt chảy Hầu hết chất tiếp âm dạng gel sử dụng bề mặt nóng vừa phải lên đến khoảng 200 ° F (90 ° C) - Chất tiếp âm H-2 – Nhiệt độ Cao Couplant H loại gel sử dụng nhiệt độ cao lên đến 750 ° F (398 ° C) điều kiện môi trường định Giống chất tiếp âm nhiệt độ cao nào, người sử dụng có trách nhiệm xác định phù hợp với ứng dụng hay không - Chất tiếp âm I-2 – Nhiệt độ cao Couplant I dạng gel sử dụng nhiệt độ cao thấp -40 đến 1250 ° F (-40 đến 675 ° C) 22 CHƯƠNG 4: XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG PHƯƠNG PHÁP SIÊU ÂM Tổng quan : Khi thực kiểm tra phương pháp siêu âm, liệu thu thị nhiều dạng, dạng phổ biến kiểu A, kiểu B, kiểu TM phát triển gần siêu âm đa chiều ( 3D,4D,5D) Kiểu A : - Đầu dị phát sóng gián đoạn, chùm siêu âm xun qua thể, gặp phận có kháng trở âm khác nhau, cho âm phản xạ trở tác dụng lên đầu dò siêu âm, tạo tín hiệu điện, khuếch đại, xử lý hình dạng hình xung nhọn nhô lên khỏi đường đẳng điện Kiểu B : - Là kiểu hiển thị dạng thang xám theo thời gian thực, mức thang xám tỉ lệ với cường độ tín hiệu Khi hình siêu âm hình có đen, tín hiệu cường độ mạnh lên màu trắng, khơng có tín hiệu lên màu đen, cịn tín hiệu với cường độ trung gian thể qua sắc xám (thang xám) 23 Kiểu TM : - Dùng để hiển thị chuyển động vật thể theo thời gian cách thể hình kiểu B theo diễn biến thời gian với tốc độ quét khác Trên hình thấy:  Nếu mặt phẳng hồi âm đứng yên hình biểu đường thẳng, mặt phẳng hồi âm di chuyển hình dạng đồ thị di chuyển Ứng dụng để đánh giá chuyển động, đo kích thước, đàn hồi 24 Siêu âm nhiều chiều - Siêu âm nhiều chiều ( 3D Scan) hiển thị trình tổng hợp nhiều liệu (đã số hoá) liệu vị trí ( hình dạng, kích thước, nơi có khuyết điểm…) phận kiểm tra 25 Kiểu Doppler : - Khi chùm siêu âm phát gặp vật có tượng phản hồi âm, tần số chùm siêu âm phản hồi thay đổi so với tần số chùm phát khoảng cách tương đối nguồn phát vật thay đổi: Tần số tăng khoảng cách giảm ngược lại - Có dạng Doppler: xung, màu, liên tục, lượng Ứng dụng siêu âm tim, khảo sát mạch máu quan nơi tổn thương u, siêu âm thai 26 27 CHƯƠNG 5: Giới thiệu thiết bị kiểm tra siêu âm cụ thể 1) Máy siêu âm đàn hồi mô Hitachi Arietta 850 : - Đây hệ thống siêu âm cao cấp hãng sản xuất Hitachi, ứng dụng tích hợp công nghệ từ hãng - Sử dụng đa dàng đầu dò đầu dò convex, đầu dò linear, đầu dò âm đạo, cho hình ảnh siêu âm chất lượng cao Máy sở hữu cổng đầu dò, giúp việc thăm khám bệnh nhân diễn thuận tiện - Máy tích hợp công nghệ đại Hitachi : đàn hồi mơ thời gian thực RTE, hình ảnh hịa âm tương phản dCHI, cơng nghệ siêu âm ảo thời gian thực RVS - Hình ảnh trung thực, góp phần đưa hiệu suất máy lên cách cao 28 - Thiết kế tối ưu hóa, nhiều cơng cụ giúp quy trình làm việc trở nên thông suốt *Ứng dụng :  Các kỹ thuật siêu âm như: ổ bụng, siêu âm tử cung phần phụ, siêu âm  phần mềm, xương khớp, tuyến giáp, tuyến vú, Doppler mạch máu  Đối với siêu âm thai: Arietta 850 tự động ước tính trọng lượng thai nhi, siêu âm 3D, 4D, đo tim thai,  Siêu âm đàn hồi mô đánh giá mức độ xơ gan, đánh giá U vú, nhân tuyến giáp  Phần mềm dẫn đường sinh thiết đảm bảo độ xác chọc hút, sinh thiết khối U, nhân tuyến giáp, dẫn lưu ổ dịch, ổ áp xe, dẫn lưu đường mật  Trong can thiệp điều trị bệnh lý xương khớp giúp dẫn đường để đưa thuốc vào vị trí tổn thương 2) Các bước thực siêu âm : B1 Bệnh nhân yêu cầu nằm ngửa bàn khám B2 Một chất gel suốt bôi lên vùng thể cần khảo sát để giúp đầu dò tiếp xúc chắn với thể hạn chế khơng khí chen vào đầu dị da bệnh nhân B3 Bác sĩ siêu âm ấn đầu dị vào da bệnh nhân qt phía sau trước vùng thể khám B4 Khi trình khám kết thúc, bệnh nhân yêu cầu mặc lại quần áo ngồi đợi bác sĩ nghiên cứu hình ảnh siêu âm Tuy nhiên, bác sĩ siêu âm thường nghiên cứu hình ảnh siêu âm thời gian thực bệnh nhân Hầu hết đợt khám siêu âm hoàn thành khoảng từ 30 phút đến     Chương : Một số yếu tố ảnh hưởng tới kết siêu âm 1) Nhiệt độ :  Nhiệt độ yếu tố quan trọng xem xét kiểm tra siêu âm Nhiệt độ ảnh hưởng đến vận tốc âm hầu hết vật liệu Sự thay đổi nhiệt độ gây thay đổi góc chùm (angle beam) thay đổi độ trễ làm cho kết đo thiếu xác 2) Cơ thể người bệnh : 29 Với siêu âm ổ bụng, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng siêu âm như: bệnh béo  phì, thức ăn dày khơng khí đường ruột Vì thế, để trình siêu âm bụng thu kết xác, người bệnh nên ăn nhẹ, nên ăn thức ăn dễ tiêu, hạn chế ăn đồ khó tiêu, nhiều dầu mỡ dễ dây đầy bụng 3) Kĩ thuật người sử dụng : Yếu tố người ảnh hưởng lớn đến kết đo Cụ thể, mạch máu ngoại vi thường song song với mặt da.Trên siêu âm 2D ( kiểu A, kiểu B, kiểu TM) điều thuận lợi chùm tia siêu âm vng góc với thành mạch giúp ta thấy rõ cấu trúc thành mạch Thế trở ngại lớn làm siêu âm Doppler, chùm tia phát vng góc với mặt đầu dị, có nghĩa vng góc với dòng chảy, hiệu ứng Doppler mặt lý thuyết = > kết sai Do kĩ thuật viên cần lái góc tới thay vng góc lệch 10-20 độ Chương : Tổng kết Bằng nghiên cứu trên, nhóm em có nhìn tổng quát phương pháp kiểm tra siêu âm, hình ảnh hiển thị kết đo thu Dụng cụ có khả phát khuyết điểm nằm sâu thể đưa kết nhanh chóng, xác mà khơng ảnh hưởng tới người bệnh hay đồ dùng khác Do đó, máy chụp chiếu siêu âm có nhiều ứng dụng khác không y học Tài liệu tham khảo - Slide giảng đo lường Y sinh – PGS Nguyễn Thị Lan Hương (Bài giảngSY01-2021.pdf) - https://benhvienducgiang.com/truyen-thong-suc-khoe/tim-hieu-ve-may-sieu-amtrong-y-te-/144-677-292.aspx - https://easterngroup.com.vn/nhung-dong-may-sieu-am-tren-thi-truong-hien-nay - https://ameultrasounds.com/blogs/ultrasound-series/ultrasound-modes - 30