Siêu âm là gì? Nguyên lý, cấu tạo máy siêu âm và các kiểu siêu âm

7/28/2012 11:11:32 PM

Siêu âm là gì?

 

Siêu âm là một phương pháp khảo sát hình ảnh học bằng cách cho một phần của cơ thể tiếp xúc với sóng âm có tần số cao (siêu âm) để tạo ra hình ảnh bên trong cơ thể. Siêu âm không sử dụng các phóng xạ ion hóa (như X quang). Do hình ảnh siêu âm được ghi nhận theo thời gian thực nên nó có thể cho thấy hình ảnh cấu trúc và sự chuyển động của các bộ phận bên trong cơ thể kể cả hình ảnh dòng máu đang chảy trong các mạch máu.

Siêu âm là một khảo sát y học không xâm lấn (không gây chảy máu) giúp cho các bác sĩ có thể chẩn đoán và điều trị bệnh.

Siêu âm quy ước tạo ra những hình ảnh các lát cắt mỏng và phẳng của cơ thể. Những tiến bộ trong kỹ thuật siêu âm bao gồm siêu âm 3 chiều (siêu âm 3D) có khả năng tái tạo lại dữ liệu thu nhận được từ sóng âm thành hình ảnh 3 chiều. Siêu âm 4 chiều (siêu âm 4D) là siêu âm 3 chiều có ghi nhận sự chuyển động.

Siêu âm Doppler cũng có thể là một phần của quá trình khám siêu âm.

Siêu âm Doppler là một kỹ thuật siêu âm đặc biệt giúp đánh giá dòng máu chảy trong các mạch máu, bao gồm các động mạch và tĩnh mạch chính của cơ thể ở bụng, cánh tay, chân, và cổ.

Có 3 loại siêu âm Doppler:

Siêu âm Doppler màu: dùng máy vi tính để chuyển giá trị Doppler thành một chuỗi các màu sắc để diễn tả tốc độ và hướng đi của dòng máu chảy bên trong các mạch máu.

Siêu âm Doppler năng lượng là một kỹ thuật mới nhạy cảm hơn siêu âm Doppler màu và có khả năng cung cấp thông tin chi tiết hơn về dòng máu, đặc biệt là ở những dòng máu nhỏ. Tuy nhiên, siêu âm năng lượng không giúp cho các bác sĩ xác định được hướng đi của dòng máu mà thông tin này có thể trở nên quan trọng trong một số trường hợp.

Siêu âm phổ. Thay vì biểu diễn giá trị Doppler theo dạng trực quan, siêu âm Doppler phổ biểu diễn đại lượng dòng máu dưới dạng biểu đồ dưới dạng khoảng cách đi được trong mỗi đơn vị thời gian.

Máy siêu âm bao gồm

Bộ điều khiển gồm có máy vi tính và nguồn điện, màn hình và đầu dò được dùng để scan cơ thể và các mạch máu. Đầu dò là một thiết bị nhỏ cầm tay tương tự như chiếc microphone, được nối với máy bằng một sợi dây. Đầu dò sẽ phát sóng âm có tần số cao vào cơ thể rồi sau đó thu lại sóng dội ngược từ các mô trong cơ thể. Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như thiết bị phát hiện tàu ngầm được dùng ở các tàu thuyền hoặc tàu ngầm trên biển.

Máy siêu âm

Các loại đầu dò siêu âm

Hình ảnh siêu âm sẽ được hiển thị ngay lập tức ở màn hình kế bên tương tự như màn hình vi tính hoặc màn hình TV. Hình ảnh được tạo ra dựa vào biện độ (độ mạnh), tần số, và thời gian tín hiệu âm quay trở về đầu dò từ cơ thể người bệnh.

Nguyên tắc hoạt động

Siêu âm dựa trên cùng một nguyên tắc hoạt động của hệ thống định vị ở loài dơi, các tàu thuyền. Khi sóng âm va vào một vật thể, nó sẽ bị dội trở lại, hoặc phản âm trở lại. Bằng cách đo những sóng dội này, người ta có thể xác định được độ xa cũng như kích thước, hình dạng và mật độ (vật thể có tính chất rắn, hay chứa đầy dịch, hoặc cả hai) của vật thể.
Trong siêu âm, đầu dò vừa phát sóng âm vừa ghi nhận sóng dội trở lại. Khi đầu dò được ấn vào da, nó sẽ truyền những xung nhỏ của các sóng âm có tần số cao không nghe được đi vào cơ thể. Khi sóng âm dội lại từ các nội tạng bên trong cơ thể, dịch và mô, một microphone rất nhạy cảm của đầu dò sẽ ghi nhận lại những thay đổi nhỏ trong cao độ và hướng  của âm. Những tín hiệu sóng này sẽ được đo đạc ngay lập tức và thể hiện bằng máy vi tính bằng cách tạo ra những hình ảnh theo thời gian thực ở màn hình. Một hoặc nhiều khung hình sẽ được chụp lại làm hình tĩnh.

Siêu âm Doppler, một ứng dụng đặc biệt của siêu âm, dùng để đo hướng và vận tốc của các tế bào máu khi chúng di chuyển trong mạch máu. Sự chuyển động của các tế bào máu gây ra sự thay đổi về cao độ của sóng âm phản hồi lại (được gọi là hiệu ứng Doppler). Máy vi tính sẽ thu thập và xử lý những sóng âm này để tạo ra biểu đồ hoặc hình màu thể hiện dòng chảy của máu trong các mạch máu.

Cơ sở vật lý của siêu âm

- Cơ chế phát sóng âm: Sóng âm được tạo ra do chuyển đổi năng lượng từ điện thành các sóng xung tương tự như phát xạ tia X, phát ra từ các đầu dò, có cấu trúc cơ bản là gốm áp điện (piezo-electric). Sóng âm thanh chỉ truyền qua vật chất mà không truyền qua được chân không, vì không có hiện tượng rung.

Một trong những đặc điểm cơ bản nhất là tần số sóng âm phụ thuộc vào bản chất của vật có độ rung khác nhau. Đơn vị đo tần số là Hertz, tức là số chu kỳ dao động trong một giây.
- Bản chất của Siêu âm: để hiểu được siêu âm ta phải hiểu âm thanh, đó là những dao động sóng hình sin có tần số từ 20Hz - 20.000Hz. nếu sóng âm tần số thấp < 20Hz gọi là Hạ âm, > 20.000Hz gọi Siêu âm. Trong lĩnh vực Y tế người ta dùng sóng âm với tần số từ 2 MHz đến 20 MHz (1 MHz = 109Hz) tùy theo yêu cầu thăm khám.

- Tính chất của Siêu âm:

+ Sự lan tuyền của sóng âm - Sự suy giảm và hấp thu:

Trong môi trường có cấu trúc đồng nhất, sóng âm lan truyền theo đường thẳng, và bị mất năng lượng dần gọi là suy giảm. Sự suy giảm theo luật nghịch đạo của bình phương khoảng cách. Sự hấp thu quan trọng của năng lượng âm gặp vật chất tạo nhiệt. Tuy nhiên sự mất năng lượng trong siêu âm không giống bức xạ tia X, vì ở đây còn có hiệu ứng quang từ hoặc hiệu ứng Compton. Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc vào độ cứng và tỷ trọng của môi trường vật chất xuyên qua, trong cơ thể người: mỡ 1450; nước 1480; mô mềm 1540; xương 4100 m/s.

+ Sự phản xạ hay phản hồi:

Trong môi trường có cấu trúc không đồng nhất, một phần sóng âm sẽ phản hồi ở mặt phẳng thẳng góc với chùm sóng âm tạo nên âm dội hay âm vang (echo), phần còn lại sẽ lan truyền theo hướng của chùm sóng âm phát ra. Như vậy, ở đường ranh giới giữa hai môi trường có trở kháng âm (acoustic impedance), ký hiệu là Z, Z khác nhau tùy thuộc cấu trúc của vật chất đặc biệt là số nguyên tử. Sóng phản hồi sẽ thu nhận bởi đầu dò, sau đó được xử lý trong máy và truyền ảnh lên màn hình (display), hoặc ghi lại trên phim, giấy in hoặc trên băng đĩa từ. Tất nhiên các sóng phản hồi không được thu nhận bởi đầu dò sẽ bị biến mất theo luật suy giảm.

+ Sự khúc xạ, nhiễu âm:

Khi chùm sóng đi qua mặt phẳng phân cách với một góc nhỏ, chùm âm phát ra sẽ bị thụt lùi một khoảng so với chùm âm tới còn gọi là nhiễu âm. Chính điều này sẽ tạo ra ảnh giả.
- Đầu dò (Transducer - Probe): làm nhiệm vụ vừa phát vừa thu sóng âm phản hồi. Nó bao gồm một hoặc nhiều miếng gốm áp điện (piezo-eletric), khi có dòng điện xoay chiều tần số cao khích thích vào miếng gốm này làm cho nó co giãn và phát ra xung siêu âm. Ngược lại khi miếng áp điện rung lên do sóng siêu âm dội trở về sẽ tạo ra một xung động. Sóng siêu âm lan truyền vào các mô trong cơ thể, gặp các mặt phẳng sẽ gặp các sóng âm dội trở về. Mỗi âm dội mà đầu dò thu nhận được sẽ chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu này sẽ được chuyển thành tín hiệu trên màn hình, và tất cả chùm sóng âm quét tạo nên hình ảnh siêu âm.

Tùy theo máy và hãng sản xuất, các đầu dò quét được nhờ một hệ thống cơ khí hay điện tử, với chùm thăm dò theo hình chữ nhật hay rẽ quạt.

+ Đầu dò quét cơ học:

Trong đầu dò có bộ chuyển động được gắn với tinh thể gốm áp điện hoặc một tấm gương phản âm. Chức năng của bộ này giống như một bộ đèn pha quét ánh sáng chùm đơn, chuyển động nhờ một bánh xe hoặc một chuyển động kế. Các dao động sóng sẽ phản chiếu nhờ tấm gương.

+ Đầu dò quét điện tử:

Các tinh thể gốm áp điện được xếp thành một dãy theo chiều ngang (tuyến tính), được mở ra một cửa sổ (aperture) nhỏ lớn phụ thuộc vào số lượng tinh thể, chiều rộng của chùm sóng âm khi phát ra.

- Các loại kỹ thuật siêu âm: gồm 5 kỹ thuật.

+ Siêu âm kiểu A (Amplitude): ghi lại sóng phản hồi bằng những xung nhọn, mà vị trí tương ứng với chiều sâu và biên đô tỷ lệ thuận với cường độ của âm vang. Kiểu A ít có giá trị về chẩn đoán. Mà dùng để kiểm tra sự chính xác của máy siêu âm.
+ Siêu âm kiểu B hay 2 chiều (2D - bidimention): mỗi sóng xung kiểu A đều được ghi lại bằng một chấm sáng nhiều hay ít tùy theo cường độ của âm dội. Sự di chuyển của đầu dò trên da bệnh nhân cho phép ghi lại cấu trúc âm của các mô trong cơ thể nằm trên mặt phẳng quét của chùm tia, đây là phương pháp siêu âm cắt lớp (Echotomography). Hình thu được từ các âm vang này sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ và chuyển thành tín hiệu trên màn truyền bằng các chấm trắng đen, xám.

+ Siêu âm kiểu Động (Dynamic): là một kiểu hai chiều với tốc độ quét nhanh, tạo nên hình ảnh theo thời gian thực (real time). Kiểu Động so với kiểu B tựa như điện ảnh so với chụp ảnh.

+ Siêu âm kiểu TM (Time Motion): trong kiểu siêu âm này âm vang sẽ ghi lại theo kiểu A, nhưng chuyển động theo thời gian nhờ màn hình quét ngang thường xuyên. Do đó những cấu trúc đứng yên trên màn hình là một đường thẳng, còn những cấu trúc chuyển động là một đường cong ngoằn nghèo tùy theo sự chuyển động của cơ quan thăm khám. Siêu âm kiểu này thường dùng để khám tim.

+ Siêu âm kiểu Doppler (Động): Dùng hiệu ứng Doppler của siêu âm để đo tốc độ tuần hoàn, xác định hướng của dòng máu và đánh giá lưu lượng máu. Có 3 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 là siêu âm DUPLEX. Ngày nay người ta còn mã hóa các dòng chảy của siêu âm chính là siêu âm Động-màu, siêu âm D năng lượng (Power Doppler), siêu âm tổ chức (tissue doppler) và siêu âm chiều rất tiện cho việc thăm khám Tim-Mạch, sản khoa.

Benh.vn

Bài viết liên quan
 
Các bài viết khác
Omron thu
Trà bảo bảo

 
ĐỐI TÁC