SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 29 Xung phản xạ Xung tới Máy phát xung Bộ khuyếch đại Bề mặt phản xạ trong cơ thể
Hình 4.1. Cấu hình chung của một máy siêu âm chẩn đoán
Có hai chế độ phát thường dùng là phát sóng xung (PW-pulse wave ) hoặc phát chế độ liên tục (CW- continuous wave)
Trong chế độ sóng xung máy phát xung phát xung điện áp vào tinh thể đầu dò, độ cao của xung điện (thường khoảng 150V) xác định được biên độ dao động của tinh thể và biên độ dao động của sóng siêu âm. Sau khi ngưng cấp xung điện, do quán tính tinh thể sẽ còn dao động một thời gian và tắt dần vì vậy sóng siêu âm ở đầu ra tinh thể có dạng tắt dần. Độ dài mỗi xung điện thường khoảng 1μs và chứa vài bước sóng, tần số phát xung (số xung phát ra trong 1s) khoảng 1KHz
Hình 4.2. Sóng xung siêu âm Điều khiển quét
Hiển thị
Tương phản
Cường độ Đầu dò Gain TGC
Bộ quét chuyển đổi
Thời gian thu tín hiệu phản hồi Khoảng cách thời gian giữa 2 xungτ Độ dài xung điện Thời gian Độ cao xung điện Tần số phát xung = 1/τ Thời gian Độ dài xung Độ cao xung
SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 30
Biên độ của sóng phản hồi (echo) thường rất nhỏ, khoảng cỡ μV, được làm tăng lên nhờ bộ tiền khuếch đại với độ lợi tính theo công thức Gain (dB) = 20log[A2/A1]
Thường sau bước khuếch đại:
Tín hiệu analog chuyển thành tín hiệu digital nhờ bộ biến đổi ADC
Khuếch đại bù trừ thời gian (time-gain compensation, TGC) để bù trừ sự suy giảm tín hiệu trên đường đi.
Độ khuếch đại của TGC được đặt càng lớn khi thời gian để echo về đến đầu dò càng lớn, tương ứng với vị trí phản xạ càng ở sâu.
Khi chưa có khuếch đại, biên độ các tín hiệu có thể chênh lệch nhau hàng triệu lần = 120 dB. TGC giúp giảm sự chênh lệch này xuống còn khoảng 300:1=50 dB.
4.2.Đầu Dò
4.2.1.Hiệu ứng áp-điện thuận nghịch: xảy ra trên tinh thể thạch anh (và nhiều loại gốm tự nhiên
hay nhân tạo khác)
Hiệu ứng thuận:(từ mặt phản hồi trở về đầu dò)
Khi tác động một lực cơ học (nén hoặc dãn) vào một số tinh thể gốm theo phương đặc biệt trong tinh thể thì trên các mặt giới hạn của tinh thể đó xuất hiện những điện tích trái dấu và do đó có hiệu điện thế giữa hai bề mặt, mà sóng âm là sóng cơ học nên khi sóng siêu âm va đập vào bề mặt tinh thể gốm thì sẽ làm xuất hiện trên tinh thể một chuỗi xung điện có độ lớn tỉ lệ với cường độ của sóng âm.
Hiệu ứng nghịch:(từ máy phát xung đến đầu dò):
Nếu ta đặt một điện thế lên tinh thể gốm áp điện thì phụ thuộc vào chiều của hiệu điện thế đó mà tinh thể gốm sẽ dãn ra hay nén lại. Do đó khi ta đặt một hiệu điện thế xoay chiều lên tinh thể gốm thì tinh thể gốm sẽ dãn liên tiếp và dao động theo tần số của hiệu điện thế xoay chiều, tạo ra áp lực nén và dãn liên tục vào môi trường xung quanh (sóng âm). Phụ thuộc vào tần số dao động của xung điện, kích thước và công nghệ chế tạo tinh thể gốm ta sẽ thu được chùm tai siêu âm có tần số khác nhau.
SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 31
Hình 4.4. Quá trình biến đổi xảy ra trong đầu dò
4.2.2.Cấu tạo của đầu dò
Dùng tinh thể gốm áp điện: − Có vai trò vừa phát vừa thu
− Được nuôi bằng chuỗi xung cao tần
− Cứ sau mỗi xung phát lại tiếp nhận sóng hồi âm
Độ lặp lại của các chuỗi xung (PRF) phụ thuộc vào độ sâu tối đa cần chẩn đoán (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tinh thể áp điện Khoảng cách không
gian giữa 2 xung
Sự dao động Xung điện nén dãn Biên độ áp suất c c Độ sâu Đầu dò tinh thể áp điện Phát Nhận Hình 4.3. Hiệu ứng áp điện
SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 32
Với:
– Các điện cực áp vào 2 mặt của tinh thể áp điện.
– Lớp giảm rung để tạo ra một dao động tắt dần nhanh sau khi ngừng tác dụng xung điện. – Lớp đệm để tăng cường khả năng truyền năng lượng xung siêu âm ra ngoài (giảm sự hao tổn).
Chiều dày của tinh thể gốm sẽ quyết định tần số f của đầu dò: l = m λ/2 (m = 1,2…) (thường l = λ/2 hoặc λ/4) Do đó tinh thể càng mỏng thì tần số phát sóng càng lớn
Để tạo một dải từ 2-8 tần số trên một đầu dò, người ta áp dụng công nghệ vật liệu tổng hợp.
Trường âm phát ra từ tinh thể gốm của đầu dò siêu âm chia làm hai loại: tạo ra chùm hội tụ và chùm không hội tụ.
Chùm hội tụ thể hiện trong đầu dò siêu âm chẩn đoán, đường kính xung tạo ra nhỏ, nhìn vật chi tiết, đặc biệt là ở vùng hội tụ, vùng hội tụ (Focus) có thể điều chỉnh được.
Chùm không hội tụ phân bố thành 2 vùng: trường gần(tia truyền gần như song song)có chiều dài = r2/λ=a2/4, và trường xa có góc loe: α =0,69 λ/a (giảm độ loe bằng cách chế tạo đầu dò dạng lõm, hay tần số càng cao)
Tinh thể áp điện Các điện cực Lớp giảm rung
Lớp đệm
SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 33
Một ảnh siêu âm có thể nhận được bằng cách quét nhiều tia siêu âm trên một vùng cơ thể. Mỗi tia siêu âm sẽ cho thông tin về các cấu trúc nằm dọc theo đường đi của tia đó.
Đối với một đầu dò gồm nhiều tinh thể sắp hàng dọc, việc quét ảnh được thực hiện bằng cách cho một nhóm tinh thể phát ra một xung và thu nhận xung echo, sau đó đến nhóm tinh thể kế tiếp, lần lượt từ trái sang phải.
Vị trí của cấu trúc phản xạ (tọa độ z và x) được xác định từ nhóm tinh thể phát thu và khoảng thời gian giữa lúc thu và phát.
4.2.3Các đầu dò quét điện tử
a.Linear array: Đầu dò được cấu tạo từ một dãy n tinh thể đơn từ 256 đến 512 phần tử áp
điện .
Tia siêu âm được tạo thành từ nhóm gồm m tinh thể đơn đứng cạnh nhau.Cách quét: tắt tinh thể đầu nhóm và bật thêm một tinh thể đứng kế tinh thể cuối cùng khi đó tia siêu âm dịch đi một khoảng az = ae
Đầu dò Linear có đặc điểm là có thể làm việc ở chế độ nhiều vùng hội tụ (focus) khác nhau từ 2 – 4 focus và thay đổi vị trí của điểm focus bằng cách thay đổi độ rộng của nhóm, tuy nhiên khi tăng focus thì làm tăng số đường tạo ảnh do đó là cũng làm giảm FR (tốc độ ghi hình).
Ưu điểm của đầu dò Linear là có vùng thăm khám rộng, khả năng thể hiện vùng gần bề mặt tốt, thực hiện được kỹ thuật focus động và thực hiện theo chế độ điện tử nên không có phần cơ khí
Tuy nhiên nhược điểm của nó là kích thước lớn, độ phân giải theo chiều dọc và ngang khác nhau, bị nhiễu mạnh và bị hiệu ứng tia thứ nhiều hơn đầu dò cơ khí, trường nhìn ở xa đầu dò nhỏ, khó hiện ảnh các vùng liên sườn (intercostal) do kích thước lớn của đầu dò. Ứng dụng cho tuyến giáp và mạch gần bề mặt.
SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 34
b.Đầu dò convex:
Nguyên lí làm việc giống linear,chỉ khác là các đơn tinh thể xếp theo hình cong
Ưu điểm của đầu dò này là quét theo hình rẻ quạt mà ko cần cơ khí và đồng bộ pha, bề mặt tiếp xúc nhỏ hơn linear và do dạng cong nên áp dụng nhiều vùng cơ thể
Ứng dụng: vùng bụng và vùng chậu, mạch máu sâu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.5. Hình ảnh đầu dò Convex .
c.Phased arrayhay còn gọi là sector điện tử
Đầu dò có 64-128 phần tử áp điện
Tia siêu âm được lái bằng điện tử theo góc hình rẻ quạt nên còn gọi là sector điện tử
Các tinh thể được bật tắt qua bộ trễ thời gian, nếu t1 lớn hơn tn thì xung phát sẽ tới tinh thể n trước và tinh thể 1 cuối cùng, mỗi tinh thể nếu đủ nhỏ có thể coi như một nguồn điểm sóng, các nguồn điểm tạo nên mặt sóng
SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Nhung GVHD: TS. Huỳnh Quang Linh 35
Ưu điểm của đầu dò này là có bề mặt tiếp xúc nhỏ, đầu dò nhỏ và nhẹ có khả năng thăm khám đặc biệt cao, hiển thị đồng thời B-mode, Doppler và TM-mode, quét rẻ quạt mà không cần bộ phận cơ khí, Có thể đo Doppler liên tục (CW-Dopple) được.
Ứng dụng: Siêu âm tim qua khe liên sườn và các ứng dụng đặc biệt: nội soi thực quản, nội soi
qua thành bụng, nội soi niệu
CHƯƠNG 5.KHẢO SÁT TRÊN THIẾT BỊ CỦA HÃNG SIEMENS VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG CHẨN ĐOÁN