THIẾT BỊ SIÊU ÂM CHẨN ĐOÁN HÌN H ẢNH TRONG Y TẾ SP SIEMENS

THIẾT BỊ SIÊU ÂM CHẨN ĐOÁN HÌNH
THIẾT BỊ SIÊU ÂM CHẨN ĐOÁN HÌNH
ẢNH TRONG Y TẾ & SP SIEMENS
ẢNH TRONG Y TẾ & SP SIEMENS
SOLUTIONS FOR MEASUREMENT AND MEDICAL FIELDS
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 02
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 02
KS NGUYỄN VĂN ĐỊNH
KS NGUYỄN VĂN ĐỊNH
CÔNG TY MICO HITECH
CÔNG TY MICO HITECH
BÁO CÁO CHUYÊN Đ :Ề
KĨ THUẬT SIÊU ÂM
Ch đ 1ủ ề : B¶n chÊt vËt lý cña sãng siªu ©m
1. Dao động và sóng – Sóng âm
1.1.Dao động
Là một chuyển động được lặp lại nhiều lần theo thời gian.
VD: con lắc đồng hồ, dao động của cây cầu treo, dao động
của dòng điện trong mạch…
1.2. Sóng
Là sự lan truyền của tín hiệu (mang năng lượng), từ điểm này
đến điểm kia trong một môi trường mà không có sự di chuyển
thành dòng của các phần tử môi trường
1.3. Sóng âm – Siêu âm
•
B n ch tả ấ
Âm do các vật dao động phát ra và được lan truyền ra
môi
trường dưới dạng sóng: Sóng âm
Bản chất sóng âm là sóng cơ học
VD:

- Kéo dây đàn ra khỏi vị trị cân bằng rồi thả ra thì ta thấy
nó dao động

Âm thanh phát ra và lan truyền (sóng âm).
•
Các thông số cơ bản
* Chu kỳ dao động (T):
* Biên độ dao động (h):
* Tần số dao động (f):
* Bước sóng (
λ
):
* Tốc độ lan truyền của siêu âm (v):
* Cường độ của sóng siêu âm (I):
* Năng lượng của sóng siêu âm (I):

2. Các tính ch t v t lý c b n c a sóng âmấ ậ ơ ả ủ
• Hi n ệ tượng phản xạ
• Hiện tượng khúc xạ
•
Hiện tượng tán xạ
• Hiện tượng nhi uễ xạ
•
Hiện tượng h p thấ ụ
•
Hi u ng đopleệ ứ
2.1. Hi n ệ tượng phản xạ
+ Khi một nguồn siêu âm lan truyền qua hai môi trường có
âm trở khác nhau sẽ tạo nên hiện tượng phản xạ siêu âm,
tuân theo định luật quang hình học.

+ Hệ số phản xạ (R): Giữa hai môi trường khác nhau có hệ
số phản xạ siêu âm khác nhau. Hệ số phản xạ tuỳ thuộc vào
âm trở của hai môi trường:
R = (Z
1
– Z
2
) / (Z
1
+ Z
2
)
Trong đó Z1 và Z2 là âm trở của môi trường 1 và 2.
Ví dụ: - Hiện tượng dội lại khi âm phát ra gặp vật cản (tường,
núi) trong tự nhiên.
- Giữa mô mềm và không khí, xương có Z lớn

hầu hết
năng lượng của chùm siêu âm bị phản xạ lại

dùng Gel.

2.2. Hiện tượng khúc xạ.
- Là hiện tượng chùm siêu âm khi lan truyền trong một
môi trường có âm trở khác bị lệch hướng đột ngột
ngay tại mặt phân cách.
- Sự khúc xạ siêu âm làm lệch nguồn siêu âm và ảnh
hưởng đến chùm siêu âm phản xạ và kết quả chẩn
đoán.
M

M
S
I
Px
Kx
2.3. Hiện tượng tán xạ.
Hiện tượng này xảy ra khi chùm tia siêu âm gặp các cấu trúc nhỏ
(có kích thước <<
λ
) hoặc với bề mặt không đồng đều, khi đó tia siêu
âm bị tán xạ theo mọi hướng và chỉ có 1 phần nhỏ tới được đầu dò

Hiện tượng này không phụ thuộc vào góc tới của tia siêu âm, rất
quan trọng trong đánh giá các cấu trúc nhỏ (độ đồng đều của nhu
mô gan, tuỵ ).
2.4. Hiện tượng nhiễu xạ.
Là hiện tượng chùm siêu âm có thể vòng qua vật cản.
Hiện tượng này phụ thuộc vào khoảng cách đầu dò đến mặt phẳng
thăm dò, phụ thuộc vào bước sóng, đường kính của nguồn phát và
góc độ của chùm siêu âm phát ra.

Do các hiện tượng trên nên cường độ siêu âm càng đi xa càng bị
suy giảm.
2.5. Hiện t ợng hấp thụ:
- Khi chùm siêu âm truyền qua một môi tr ờng vật chất
chùm siêu âm đã truyền một phần năng l ợng cho môi tr
ờng đó hay nó bị môi tr ờng đó hấp thụ.
- Sự hấp thụ phụ thuộc vào độ dày các môi tr ờng siêu
âm truyền qua, tần số siêu âm và hệ số hấp thụ của môi
tr ờng.

I
x
= I
0
.e
-fx
Ix: c ờng độ siêu âm đo đ ợc ở độ sâu x
Io: c ờng độ siêu âm lúc đầu
f : hệ số hấp thụ của môi tr ờng.
x : chiều dày của môi tr ờng siêu âm đi qua.
2.6. Hi u ng Dopplerệ ứ
Khi có chuyển động tương đối giữa nguồn phát âm
và thi t b ế ị thu âm, t n s âm thanh thu đ c s thay ầ ố ượ ẽ
đ i. ổ Đó là hiệu ứng Dopple
C th :ụ ể
+ Bước sóng
λ
ngắn lại khi đầu thu và phát lại gần
nhau ( t n s tăng) ầ ố và dài ra trong trường hợp xa
nhau ra (t n s gi m)ầ ố ả .
Ví dụ: tiêng còi tàu lúc đ n và đi khác nhauế .
3. 1. Nguyên lí ngu n phát siêu âm.ồ
Nguyên lý chung để tạo ra sóng âm là làm cho một
vật rắn, một màng căng hay một dây căng dao động
đàn hồi.
Nhưng để tạo ra sóng siêu âm, dao động đàn hồi
phải có tần số trên 20 000Hz nhờ vào nguồn dao
động đặc biệt như dao động của tinh thể thạch anh,
tinh thể Niken
Có hai cách phát siêu âm:

+ Dựa vào hiệu ứng áp điện.
+ Dựa vào hiện tượng từ giảo.
3.2. Hiệu ứng áp điện
Một bản thạch anh được cắt song song với trục lục giác và vuông góc với
quang trục tạo thành một bản thạch anh áp điện. Người ta mạ hai mặt của
bản để tạo thành một tụ điện hoặc kẹp nó vào giữa hai bản của một tụ điện
phẳng
Khi nối hai bản điện cực với nguồn điện
một chiều bản thạch anh bị biến dạng cong
về một bên, khi đổi chiều dòng điện thì bản
thạch anh bị cong ngược lại. Khi ta thay
nguồn điện một chiều bằng nguồn xoay
chiều có tần số lớn thì bản thạch anh sẽ liên
tục bị biến dạng theo tần số của dòng điện
và phát ra siêu âm khi tần số trên 20 000Hz.
H¦ ¸p ®iÖn
3.2. Hiện tượng từ giảo:
- Đặt một thanh sắt từ vào trong
lòng một cuộn dây đã nối với một nguồn
điện một chiều

độ dài của thanh sắt từ
ngắn đi một ít : hiện tượng từ giảo
- Khi nối cuộn dây với nguồn điện xoay
chiều có tần số cao. Từ trường trong lòng
cuộn dây biến thiên liên tục

thanh sắt từ
dao động với tần số cự lớn và sẽ phát ra siêu
âm ( với tần số > 20 000Hz).

Siêu âm phát ra có cường độ mạnh nhất khi
dao động của dòng điện phù hợp với dao động
riêng của thanh sắt từ. Nguồn phát siêu âm
loại này có thể lên đến 1000MHz.
Chủ đề 2: Cơ sở vật lý của kĩ thuật siêu âm
1.Nguyên lí chung:
Tương tác của sóng siêu âm với các tổ chức trong cơ
thể, sự
tương tác này phụ thuộc vào:
+ Tốc độ truyền của sóng siêu âm trong môi trường.
+ Trở kháng âm của môi trường.
+ S h p th c a t ch c.ự ấ ụ ủ ổ ứ
+ Thông s (f,ố
λ
) c a sóng siêu âmủ
+ C u trúc hình h c c a t ch c s ngấ ọ ủ ổ ứ ố
2. Tốc độ lan truyền siêu âm qua các môi tr ờng sinh học.
Môi tr ờng
Môi tr ờng
Tốc độ siêu âm (m/s)
Tốc độ siêu âm (m/s)
Da và tổ chức d ới da
Da và tổ chức d ới da
Mỡ
Mỡ
N ớc ối
N ớc ối
Cơ
Cơ
Cổ tử cung

Cổ tử cung
Tổ chức xốp
Tổ chức xốp
X ơng sọ thai
X ơng sọ thai
Thận
Thận
Não thai
Não thai
X ơng dài
X ơng dài
1408
1408
1450(330)
1450(330)
1500
1500
1585(330)
1585(330)
1560
1560
1540
1540
3000
3000
1581(330)
1581(330)
1514
1514
4080(330)

4080(330)
(Tốc độ siêu âm trung binh qua cơ thể con ng ời là 1500-1600m/s)
3. Âm trở (Z):
Mỗi một môi tr ờng có đặc điểm cấu trúc, tính chất và mật
độ khác nhau gây ra những cản trở vận tốc siêu âm khác
nhau. Sự cản trở đó là âm trở của môi tr ờng.
Âm trở của môi tr ờng tỉ lệ với mật độ của môi tr ờng và tốc
độ lan truyền siêu âm.
Z=

.v
Z: âm trở.


: mật độ của môi tr ờng.
v: tốc độ lan truyền siêu âm.
Âm trở của một số môi tr ờng
Môi tr ờng
Môi tr ờng


Âm trở (g/cm
Âm trở (g/cm
2
2
.s)
.s)
N ớc 37oC
N ớc 37oC
Không khí

Không khí
Môi tr ờng sinh vật
Môi tr ờng sinh vật


Dịch mắt
Dịch mắt


Tinh thể mắt
Tinh thể mắt


Não
Não


Cơ
Cơ


Máu
Máu


Thận
Thận


Lách

Lách


Gan
Gan


X ơng đặc
X ơng đặc


X ơng xốp
X ơng xốp


1,49.10
1,49.10
5
5
0,0004.10
0,0004.10
5
5
1,5.10
1,5.10
5
5
1,52.10
1,52.10
5

5
1,54.10
1,54.10
5
5
1,60.10
1,60.10
5
5
1,60.10
1,60.10
5
5
1,62.10
1,62.10
5
5
1,64.10
1,64.10
5
5
1,65.10
1,65.10
5
5
6,10.10
6,10.10
5
5
2,55.10

2,55.10
5
5


4. Phân lo i sóng âm.ạ
4.1. Phân loại theo phương dao động:
- Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử
môi trường vuông góc với tia sóng (môi trường có tính đàn
hồi về hình dạng

có ở vật rắn).
- Sóng dọc: là sóng mà phương dao động của các phần tử
môi trường trùng với tia sóng (môi trường chịu biến dạng về
thể tích

truyền qua được chất rắn, khí, lỏng).
Sóng siêu âm là sóng d c ọ
4.2. Phân lo i theo t n s :ạ ầ ố
+ H âm: f <16 Hzạ
+ Sóng âm có t n s nghe th y: f = 16- 20KHz. ầ ố ấ
+ Siêu âm: f > 20 KHz.

ng d ng trong y h c: 700 KHz- 50 MHz Ứ ụ ọ
(chẩn đoán: 2MHz-50MHZ)
Ch đ 3. K thu t siêu âmủ ề ĩ ậ
1. CÊu t¹o tæng qu¸t cña m¸y siªu ©m.
HiÖn hinh
Xö lý sau khi
chôp

Bé nhí ¶nh
ång håĐ
M¸y ph¸t sãng
Bé t¸ch
sãng
Bé kiÓm so¸t ®é
héi tô
Çu dßĐ
2. Nguyên lý cấu tạo đầu dò
Đầu dò siêu âm gồm một đơn
vị tinh thể có tính áp điện để trong
một buồng làm bằng chất nhựa (tinh
thể là một tấm mỏng thạch anh
hoặc Barium titanate đ ợc nối 2 cực
dòng điện của máy).
Trong buồng nhựa còn chứa một
môi tr ờng hỗ trợ nhằm định h ớng
nguồn siêu âm phát ra, môi tr ờng
này sẽ hấp thụ nguồn siêu âm phát
ng ợc lại

Đầu dò vừa phát sóng,
vừa thu sóng.
3. Nguyên lí thu – phát
3.1. Nguyên lý thu siêu âm.
+ Hiện tượng áp điện thuận:
3.2. Nguyên lý phát siêu âm.
+ Hiện tượng áp điện nghịch:
4. Các loại đầu dò ph bi n .
Dựa vào nguyên lý trên

chế tạo các loại đầu dò đơn,
đầu dò ghép, và thay đổi hình dạng để thuận tiện ứng
dụng trong lâm sàng:
- Loại quét hình vòng cung phát nguồn siêu âm qua n ớc
thẳng trực tiếp vào da theo hình vòng cung theo h ớng
hội tụ.
- Loại quét thẳng vào cơ thể theo h ớng phân kỳ.
- Loại chùm siêu âm phát ng ợc lên một g ơng phản
chiếu theo h ớng phân kỳ rồi phản xạ lại theo h ớng song
song vào cơ thể.
- Loại vừa phát vừa xoay tròn để cho chùm siêu âm từ
trong phát ra theo hình tròn.
Hình minh họa các loại đầu dò:
Trên thực tế có các loại đầu dò sau:
-
Linear Array: cấu tạo từ 1 dãy n tinh thể đơn xếp thành hàng, ứng dụng
siêu âm vùng bụng, sản-phụ khoa, tuyến giáp
-
ầu dò Convex: tinh thể xếp thành đ ờng cong, quét hinh rẻ quạt, ứng
dụng siêu âm vùng bụng, Pelvis.
-
ầu dò Sector điện tử (Phased Array): SA khe liên s ờn, SA-nội soi.
- ầu dò Sector cơ khí: ứng dụng siêu âm tim, sản Phụ khoa, âm đạo