NGUYÊN TẮC VẬT LÝ VỀ SIÊU ÂM

06/05/2010 NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM VÕ TẤN ĐỨC 06/05/2010 LỊCH SỬ    1880: Jacques Curie tìm 1880: tượng áp điện (piezoelectric effect) từ thạch anh (squart) 1917: Paul Langevin (Pháp) ứng 1917: dụng sóng siêu âm vào việc phát tàu ngầm 1935: Robert Watson Wat ứng 1935: dụng hệ thống RADAR đầu tiên, sóng siêu âm đươc áp dụng mô sống động vật PAUL LANGEVIN (1872-1946) 06/05/2010 06/05/2010 LỊCH SỬ    1936: Siemens sản 1936: xuất máy siêu âm đầu tiên, máy Sonostat 1942:: Ian Dussik (Áo) 1942 lần ứng dụng vào Y học để thấy rãnh liên bán cầu đại não George Ludwig (Mỹ) tính vận tốc trung bình sóng âm mô động vật 1540 m/s 06/05/2010 LỊCH SỬ  1953: Hertz Edler ( Thụy Điển) ghi đươc 1953: hình ảnh tim  1958: Ian Donald (Scotland) ứng dụng siêu 1958: âm vào sản khoa  Đầu thập niên 60 siêu âm sản khoa phát triển mạnh 06/05/2010 06/05/2010 LỊCH SỬ    Đầu thập niên 70 với máy tính hình ảnh siêu âm trở nên tốt nhanh Thập niên 80 siêu âm phát triển chủ yếu sử dụng BB-Mode Thập niên 90 sử dụng kỹ thuật cắt lớp độ phân giải cao, đầu dò tần số cao, multi channel (đa tần số), broadmulti broad-band (dải rộng), doppler màu duplex,triplex 06/05/2010 ĐỊNH NGHĨA Sóng siêu âm rung động học có chất với âm có tần số cao mà tai người không nghe 06/05/2010 06/05/2010 CÁC KHÁI NIỆM Chu kỳ T(s) : khoảng thời gian thực nén giãn sóng   Tần số f (Hz): 1Hertz = chu kỳ / giây 1kHz = 1000 1000Hz Hz = 1000 chu kỳ / giây 1MHz = triệu chu kỳ / giây  Độ dài bước sóng λ : quãng đường mà sóng truyền sau khoảng thời gian chu kỳ : λ = v x T = v/f 06/05/2010 BẢN CHẤT SÓNG ÂM       Về chất : sóng âm sóng dọc, dọc, học  tuân theo qui luật sóng Là sóng hình sin, tạo rung động học môi trường vật chất Có thể đàn hồi,thay đổi hình dạng Có tính phản xạ, khúc xạ, tán xạ Truyền lượng học cho môi trường không ion hóa Sóng siêu âm dùng Y học có tần số từ 1- 40 40MHz MHz chẩn đoán 06/05/2010 06/05/2010 VẬT LÝ HỌC Cơ sở kỹ thuật ghi hình siêu âm tương tác chum siêu âm với tổ chức thể, tương tác phụ thuộc : Tốc độ truyền sóng âm môi trường Trở kháng âm môi trường Các đònh luật truyền âm Sự hấp thụ tổ chức Thông số (f; λ ) sóng siêu âm cấu trúc hình học tổ chức 06/05/2010 Tốc độ truyền sóng âm:  Đònh nghóa : tốc độ truyền âm C(m/s) quãng đường mà sóng truyền sau đơn vò thời gian C = √ 1/αρ = √ E/ E/ρρ + α : hệ số đàn hồi + E : suất đàn hồi, hay độ cứng, gọi suất Yang + ρ : khối lượng riêng môi trường, gọi tỷ trọng môi trường Tốc độ truyền âm tăng : + Độ cứng tăng + Tỷ trọng giảm  06/05/2010 10 06/05/2010 Tốc độ truyền sóng âm     Tốc độ truyền âm môi trường khác khác : mật độ phân tử dày đặc sóng âm lan truyền nhanh  tốt chất rắn chất khí khí Không truyền chân không (khác với ánh sáng,tia X tia Laser) Trong môi trường nước,sóng âm lan truyền với vận tốc 1540 1540m/ m/giâ giây Hầu hết mô thể có vận tốc truyền âm tương đương với môi trường nước ngoại trừ mô phổi có vận tốc truyền âm mô xương có vận tốc truyền âm cao cao 06/05/2010 11 Tốc độ truyền sóng âm Công thức liên hệ đến tần số sóng: g: C=Fxλ C: vận tốc truyền âm (tùy môi trường) g) F: tần số (số chu kỳ giây) λ: độ dài bước sóng g Biết tốc độ truyền, đo thời gian sóng âm ta xác đònh độ sâu bề mặt phản xạ  06/05/2010 12 06/05/2010 Tốc độ truyền sóng âm 06/05/2010 13 Trở kháng âm môi trường :   Giao diện âm : nơi tiếp giáp môi trường có tính chất vật lý khác  phản chiếu mức độ khác lượng âm tới Lượng phản âm hay phân tán trở lại nhiều tuỳ vào khác biệt độ trở kháng âm vật chất tạo nên giao diện 06/05/2010 14 06/05/2010 Trở kháng âm môi trường : Trở kháng âm môi trường hay độ dội sóng âm môi trường : Z=ρxC + Z( rayls rayls)) : trở kháng âm môi trường + ρ( kg/m3 kg/m3) : tỷ trọng môi trường + C(m/s) : tốc độ truyền sóng âm môi trường  Z hoàn toàn độc lập với tần số sóng,chỉ lệ thuộc vào tính chât vật lý mô mà sóng lan qua  06/05/2010 15 Trở kháng âm môi trường : Tại giao diện âm , + Nếu chênh lệch lớn độ trở kháng âm (VD: mô với khí hay với xương xương)) : lượng phản hồi gần hoàn toàn + Nếu độ khác biệt hơn,, phần lượng tới phản hồi, phần lại tiếp tục tới  06/05/2010 16 06/05/2010 Môi trường Không khí Phổi Mỡ Nước Gan Máu Thận Cơ Xương Z(rayls Z( rayls hay kg/m2/s) ( x 106) 0,0004 0,18 1,34 1,48 1,65 1,65 1,63 1,71 7,8 06/05/2010 Các đònh luật truyền âm  Khi sóng âm truyền môi trường đồng đẳng hướng truyền theo phương thẳng Khi gặp mặt phân cách đủ lớn (kích thước ø>> λ )(Z )(Z1 1≠ Z2 hay C1 C1≠ C2) + Một phần sóng âm dội trỏ lại môi trường đầu,gọi tượng phản xa (VD: vòm hoành, thành bàng quang đầy nước tiểu, nội mạc tử cung) + Phần sóng lại truyền tiếp vào môi trường thứ hai không hư hướng với sóng tới ,gọi tượng khúc xạ 06/05/2010 18 06/05/2010 Các đònh luật truyền âm  Khi gặp các cấu trúc nhỏ (kích thước ø[...]... sát thật nông (vài mm): siêu âm mắt ,siêu âm trong lòng mạch (intravascular US) Đầu dò 7,5 – 10 MHz : siêu âm mạch máu nông (1-3cm), tuyến giáp, tuyến vú,bìu Đầu dò 3-5 MHz : bụng,tim và sản khoa Với bụng người béo phì và siêu âm xuyên thóp thì dùng tần số 1,5-2,5MHz 06/05/2010 59 Lựa chọn đầu dò 06/05/2010 60 30 06/05/2010 3 Bộ phận tiếp nhận và xử lý   Khi các phản âm quay về đập vào bề mặt đầu dò,những... mỗi đầu dò có thể có một dải từ 2-8 tần số  06/05/2010 38 19 06/05/2010 2 Bộ phận đầu dò chính danh Các xung siêu âm phát ra từ đầu dò tạo nên một chuỗi các sóng đi tới dưới dạng một chùm siêu âm 3 chiều  Sự phân bố các chùm siêu âm này chia thành 2 vùng : 1 Vùng gần đầu dò: Chùm tia siêu âm được truyền đi theo phương gần như song song, gọi là trường gần hay vùng Fresnel 2 Vùng loe xa đầu dò: Còn... sóng âm và kích thước hình học của tổ chức   Vì sóng siêu âm phản xạ trên mặt phân cách  năng lượng phản xạ phụ thuộc : + Kích thước của mặt phân cách + Độ dài bước sóng của chùm tia Mặt phân cách phải có độ day ≥ λ/4 thì mới có khả năng phản xạ sóng siêu âm 06/05/2010 29 Cấu tạo máy siêu âm 1 2 3 4 5 Bộ phận Bộ phận Bộ phận Bộ phận Bộ phận 06/05/2010 phát đầu dò chính danh tiếp nhận và xử lý hiển... dụng : + Siêu âm tim qua khe liên sườn + Các ứng dụng đặc biệt : nội soi qua thực quản, nội soi qua thành bụng, g, nội soi niệu  06/05/2010 50 25 06/05/2010 Annular Array Nguyên lý : + Trên các đầu dò , gắn một loạt (3-7) các tinh thể vành khuyên đồng tâm + Trong quá trình quét , bằng cách thay đổi số tinh thể vành khuyên tham gia phát tia , có thể điều chỉnh vò trí hội tụ của chùm tia siêu âm + Số... năng lượng bò suy giảm theo khoảng cách h Sự suy giảm của biên độ áp âm theo khoảng cách tuân theo hàm số: p(d) = p(0 p(0) x e –αfd + p : biên độ áp âm ( dB ) + α : hệ số suy giảm âm của môi trường + f : tần số của sóng âm + d : độ sâu cần tới 06/05/2010 25 4.Độ giảm thấu : Nguyên nhân gây sự suy giảm của năng Nguyê lượng sóng siêu âm: + Sự phản xạ và tán xạ trên các tổ chức + Sự hấp thụ của môi trường... Gain Compensation) : tín hiệu hồi âm từ những mặt phản hồi ở xa thì được khuếch đại nhiều hơn so với tín hiệu hồi âm từ những mặt phản hồi ở gần 06/05/2010 63 3 Bộ phận tiếp nhận và xử lý Khuếch đại tăng bờ (EE(EE-Edge Enhancement): + EE có tác dụng tăng độ phân giải dọc theo phương truyền của tia siêu âm bằng cách tăng độ vi phân của tín hiệu + Khi tăng EE hình siêu âm được biểu thò có hạt nhỏ hơn,... đònh luật truyền âm  Từ công thức trên  K phụ thuộc ΔZ = (Z2 - Z1) + Nếu ΔZ càng lớn thì năng lượng phản xạ càng lớn và chỉ còn một phần rất nhỏ năng lượng sóng siêu âm đi được xuống môi trường bên dưới mặt phân cách h + Nếu ΔZ vừa đủ để nhận biết mặt phân cách thì một phần lớn năng lượng sóng siêu âm đi được xuống môi trường bên dưới mặt phân cách và tiếp tục cho thêm thông tin về cấu trúc bên dưới... đầu dò đặc biệt có góc quét 360o +Trường âm là như nhau theo hướng song song và vuông góc với tia siêu âm, hình ảnh ở vùng hội tụ rất rõ nét + Giá phải chăng g  06/05/2010 52 26 06/05/2010 Annular Array Nhược điểm : + Có phần cơ khí + Chuyển mode chậm  ng dụng : + Siêu âm tim tim + Nội tổng quát, sản phụ khoa khoa + Các ứng dụng đặc biệt : đầu dò nội tạng qua âm đạo, trực tràng g  06/05/2010 53 Các... 06/05/2010 23 3 Các đònh luật truyền âm ΔZ giữa mô mềm và không khí hay giữa mô mềm và xương là rất lớn  hầu hết năng lượng của sóng siêu âm sẽ bò phản xạ trở lại,sóng truyền tiếp sẽ rất nhỏ  không nhận được thông tin về cấu trúc bên dưới mặt phân cách h  Dùng gel tiếp xúc nhằm tạo ra tiếp xúc không có không khí khí  06/05/2010 24 12 06/05/2010 4.Độ giảm thấu :   Sóng âm truyền đi trong tổ chức thì... phương truyền của tia siêu âm được vẽ ra rõ nét hơn  Bộ phận tiếp nhận cũng có chức năng nén độ rộng biên độ trở về đầu dò trở thành một dải đủ hiển thò  06/05/2010 64 32 06/05/2010 3 Bộ phận tiếp nhận và xử lý  Dải động ( Dynamic range ) : + Khoảng tín hiệu cần thiết có thể biểu diễn được và là tỉ lệ giữa tín hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất trong khoảng tín hiệu cần quan tâm + Các dải dộng thường