ULTRASOUND_ hệ thống siêu âm

ULTRASOUND
(SIÊU ÂM)
Nguyễn Mai Chi –ĐTYS11


Contents

 1, Tổng quan
 2, Cơ sở - nguyên lí
 3, Sơ đồ khối
 4, Các thiết bị đo đạc
 5, Các loại đầu dò
 6, Các chế độ hiển thị


1, Tổng quan



Siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn giới hạn âm thanh nghe của
tai người





Siêu âm được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Siêu âm được xác định bởi ANSI là âm thanh ở tần số lớn hơn 20kHz
Trong y tế: siêu âm y tế chẩn đoán là việc sử dụng âm thanh tần số cao để
hỗ trợ trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh nhân

2, Cơ sở - nguyên lí


Cơ sở âm thanh:

 Âm thanh là kết quả của năng lượng cơ học truyền qua vật chất như một làn sóng
 Các sóng âm thanh được truyền đi như một loạt các sóng áp lực xen kẽ với áp lực cao và xung áp
thấp

 sóng âm không thể truyền trong chân không
 sóng siêu âm có tần số cao hơn 20 KHz
 hình ảnh y tế siêu âm: 2-20 MHz



Tần số

 Số chu trình trên 1 đơn vị thời gian
 Đầu dò siêu âm được dùng tại tần số cộng hưởng
 độ cao lớn nhất của chu trình sóng là biên độ của sóng siêu âm


2, Cơ sở - nguyên lí

 Bước sóng
khoảng cách 1 chu kì là bước sóng của sóng siêu âm, λ
thời gian cho sóng siêu âm đi qua 1 điểm cho trước là chu kì, T

 sự truyền:

trong chẩn đoán siêu âm sóng áp là sóng dọc và chúng truyền dọc
theo hướng chuyển động hạt

vận tốc truyền: c= vλ
sự truyền phụ thuộc vào trở kháng của môi trường, trở kháng phụ
thuộc mật độ và độ cứng của nó với độ đàn hồi của môi trường


2, Cơ sở - nguyên lí
 trở kháng âm Z của 1 môi trường là tích của mật độ ρ của môi trường và vận tốc
của sóng siêu âm (c) trong môi trường: Z = ρc

 trở kháng lớn không phù hợp trên bề mặt, phần lớn năng lượng của sóng siêu âm
được phản xạ, và chỉ 1 phần nhỏ được truyền qua bề mặt

 hiệu ứng áp điện:
 là nguyên lí chuyển đổi năng lượng bằng cách áp dụng áp lực của tinh thể TA
 ngược lại với hiệu ứng áp điện chuyển đổi năng lượng trở lại hình dạng ban đầu


2, Cơ sở - nguyên lí


phản xạ:

 máy quét siêu âm chẩn đoán dựa vào việc phát hiện và hiển thị các phản xạ âm thanh hay tiếng
vọng từ các bề mặt giữa các mô khác nhau trong cơ thể

 1 phần của năng lượng đập vào phản xạ từ một bề mặt phụ thuộc vào trở kháng âm của các môi
trường trên các cạnh đối diện của bề mặt

 trở kháng âm Z của 1 môi trường là tích của mật độ ρ của môi trường và vận tốc của sóng siêu
âm (c) trong môi trường: Z = ρc

 trở kháng lớn không phù hợp trên bề mặt, phần lớn năng lượng của sóng siêu âm được phản xạ,
và chỉ 1 phần nhỏ được truyền qua bề mặt


2, Cơ sở - nguyên lí


2, Cơ sở - nguyên lí



khúc xạ

 khi truyền 1 sóng siêu âm gặp bề mặt gương tại 1 góc xiên, đó là khúc xạ trong
nhiều trường hợp, ánh sáng bị khúc xạ qua lăng kính

 các phần của sóng không được khúc xạ tiếp tục đi vào môi trường thứ hai, cùng với
sự thay đổi có hướng

 nó phụ thuộc vào các vận tốc của 2 môi trường. nếu các vận tốc bằng nhau thì sự

khúc xạ sẽ không diễn ra và chùm tia sẽ đi thẳng vào môi trường thứ 2. với các mô
khác nhau trong cơ thể người vận tốc là khá gần nhau nên khúc xạ có thể được bỏ
qua

2, Cơ sở - nguyên lí

 tán xạ:
Xảy ra khi các hạt nhỏ hấp thụ một phần năng lượng siêu âm và tái bức xạ
nó theo tất cả các hướng hình cầu. Điều này có nghĩa rằng các bộ chuyển
đổi có thể được đặt ở bất kỳ góc nào với chùm tia siêu âm và vẫn nhận
được tiếng vang lại

nhiều mề mặt sinh học có bề mặt không đều, có xu hướng gây ra tia tán xạ
giống như phản xạ. Hữu ích là nó sẽ đưa lại ít nhất vào tiếng vọng dù cho
chùm tia không hướng vuông góc với bề mặt phản xạ

 tia tán xạ ngược
hay tia tán xạ Rayleight xảy ra với cấu trúc nhỏ hơn sự truyên bước sóng.
Năng lượng phản xạ là rất nhỏ, nhưng giúp xây dựng kết cấu hình ảnh


3, Sơ đồ khối


4, Các thiết bị đo






máy phát xung- năng lượng đầu dò





hiện thị - hiện hình ảnh siêu âm hoặc dự liệu

đầu dò
bộ nhận
xử lí- phát hiện và khuếch đại năng lượng tán xạ ngược và ứng dụng tín
hiệu phản xạ cho hiển thị
phương pháp ghi hoặc lưu trữ dữ liệu hoặc hình ảnh


4, Các thiết bị đo
a, Transducer




Transducer chuyển năng lượng này thành năng lượng khác
dựa vào nguyên lí xung dội lại gây ra cùng hiệu ứng áp điện siêu âm thạch
anh, quá trình chuyển đổi siêu âm gồm

 điện thành âm thanh = xung
 âm thanh thành điện = âm vọng
1. Xung

 xung âm thanh được gửi đến các mô mềm
 âm thanh tương tác với mô mềm = hiệu ứng sinh học
 xung được xác định bởi transducer của đầu dò tinh thể
2. Âm vọng

 âm vọng được sản xuất từ các mô mềm
 các mô mềm tương tác với âm thanh = tính chất truyền âm
 các âm vọng được nhận lại bởi đầu dò tinh thể
 các âm vọng được giải thích và xử lí bằng máy siêu âm


4, Các thiết bị đo

 Thiết kế đầu dò:
 tinh thể phản ứng lớn nhất ở tần số cộng hưởng
 Tần số cộng hưởng được xác định bởi độ dày của tinh thể và truyền vận
tốc theo nguyên liệu của nó

 hoạt động hiệu quả nhất là một tinh thể có độ dày bằng một nửa bước
sóng của sóng siêu âm mong muốn

 Trong hầu hết các chế độ xung siêu âm điều khiển các âm thanh đầu ra có
tần số cả trên và dưới tần số cộng hưởng

 Phạm vi của các tần số được gọi là băng thông. Thường thì độ dài xung
của đầu dò ngắn hơn băng thông


4, Các thiết bị đo

 băng thông rộng giúp làm giảm đốm bằng kép tần số
 Trong siêu âm chẩn đoán chúng ta cần độ dài xung rất nhỏ
 Vật liệu cách âm được giữ phía sau vật liệu đầu dò để rút ngắn chiều dài

xung và thời gian xung không gian bằng cách ngăn dội xung đến từ giao

diện đằng sau đầu dò

 vật liệu cách âm dùng- hỗn hợp bột kim loại (tungsten hoặc nhôm) và
nhựa hoặc epoxy

 1 lớp phủ =1/4λ ở phía trước đầu dò (thg tạo từ bột nhôm hoặc nhữa
epoxy) tối đa hóa truyền năng lượng từ các đầu dò cho bệnh nhân


4, Các thiết bị đo


4, Các thiết bị đo
 Đầu dò tập trung
 Một đầu dò siêu âm tập trung tạo ra một chùm tia tại một số khoảng cách
từ mặt đầu dò hẹp hơn kích thước tại mặt của đầu dò

 Trong khu vực nơi họ thu hẹp chùm (gọi là vùng trọng tâm của bộ chuyển
đổi), cường độ siêu âm có thể được nâng cao bằng 100 lần hoặc hơn so
với cường độ bên ngoài của khu vực tập trung

 Bởi sự tăng cường độ, một tín hiệu lớn hơn sẽ được tạo ra trong một bộ

chuyển đổi từ một vị trí phản xạ trong khu vực trọng điểm. Khoảng cách
giữa các vị trí cho âm vọng lớn nhất trong khu vực trọng điểm gọi là tiêu
cự của đầu dò

 Một chùm tia siêu âm cũng có thể được tập trung với các gương và thấu
kính khúc xạ hoặc làm đồng pha các mảng tuyến tính điện tử

4, Các thiết bị đo
b, bộ nhận



Tiếng vang quay trở lại đập vào mặt đầu dò (trên chế độ tĩnh điện tử) và
sản xuất ra điện áp phút trong các tinh thể áp điện



bộ nhận phát hiện những tín hiệu và khuếch đại chúng



nó cũng cung cấp khuếch đại bù của các tín hiệu yếu từ các mô sâu hơn.
Điều này được gọi là khuếch đại thời gian bù


4, Các thiết bị đo


5, Các loại đầu dò

 Đầu dò tuyến tính:
 đầu dò quét tuyến tính tạo các sóng âm song song với nhau và tạo ra một
hình ảnh chữ nhật

 Chiều rộng của hình ảnh và số dòng quét là các mức mô tương tự: điều
này có lợi là độ phân giải tốt trường gần

 thường dùng với tấn số cao
 có thể dùng để quan sát kết cấu bề mặt gan
 hạn chế là các thành phần lạ khi áp dụng cho các phần cơ thể cong tạo ra
các khe hở không khí giữa da và đầu dò


5, Các loại đầu dò

 Đầu do khu vực/ đầu dò pha
 Người lớn: 1-3 MHz
 Trẻ em: 8MHz
 Tạo một hình quạt :gần đầu dò hẹp và tăng chiều rộng với sự thâm nhập
sâu hơn

 Nó rất hữu ích khi quét giữa các xương sườn vì nó phù hợp trong không
gian liên sườn

 nhược điểm là độ phân giải thấp trong vùng gần


5, Các loại đầu dò

 đầu dò cong
 Thông thường với tần số 2-5 MHz
 đây là sự dung hòa của quét tuyến tính và khu vực. mật độ các dòng giảm
với sự tăng khoảng cách từ đầu dò

 khó khăn tại những phần cong của cơ thể
 Đối với siêu âm bụng máy quét kiểu cong được sử dụng như là sự dung

hòa tốt nhất của hai loại tiêu chuẩn khác thăm dò tuyến tính và máy quét
khu vực


5, Các loại đầu dò


5, Các loại đầu dò



Đầu dò hình khuyên (Annular array )

 một loạt các thiết bị đồng tâm lồng trong nhau trong một phần hình tròn
của tinh thể áp điện để tạo ra một mảng hình khuyên

 sử dụng nhiều thiết bị đồng tâm đa nhiệm cho phép lấy nét chính xác


5, Các loại đầu dò