ÔN tập ỨNG DỤNG SIÊU âm và từ TRƯỜNG TRONG KT

ÔN TẬP ỨNG DỤNG SIÊU ÂM VÀ TỪ TRƯỜNG TRONG KT&YH
1. Spintronics nghiên cứu bản chất và ứng dụng của:
Vận chuyển spin vận chuyển electron
2. Từ trường có tác động nguy hại đến cơ thể là vì:
Từ trường chỉ tác dụng lên cơ thể khi rất lớn
3. Ứng dụng hạt nano từ trong y sinh:
Dẫn truyền thuốc , phân tích chất, nâng cao đồng bộ, nâng cao chất lượng hình ảnh trong MRI, tăng
nhiệt độ cục bộ , thăm dò cấu trúc AND, mạ bề mặt cho các vật liệu y sinh vd: xương giả,…, tách và
tinh chế các phân tử sinh học và tế bào, phagokinetic ( phát hiện chỗ lõm trên cấu trúc vi tinh thể)
4. HIFU là phương pháp: điều trị ung thư, khối u tuyến tiền liệt, u xơ tử cung, rối loạn thần kinh……
Các khối u rắn của xương, não , vú , gan, tụy, trực tràng , tinh hoàn, thận , tuyến tiền liệt…….., thẩm
mỹ
5. Các nguyên tố hóa học có tính sắt từ là: Fe, Co, Ni
6. Ưu thế đầu dò siêu âm dạng dãy điều chỉnh pha là: khác với 2 loại Linear Array, Curved

Array, Phase Array làm việc nhờ kiểm soát thời gian quét của các chấn tử, ta có thể tạo ra
những góc quét khác nhau dùng để khảo sát tim, gan, lách, những vùng khó có thể đưa đầu
dò vào.
7. Các tinh thể áp điện trong đầu dò siêu âm dạng xung đóng vai trò:

Nguyên tắc dựa vào tinh thể áp điện (piezoelectric crystals) tinh thể áp điện biến các tín hiệu
điện thành tín hiệu dao động sóng và ngược lại biến các dao động cơ học thành tín hiệu điện.
8. Xác định tỷ lệ giảm cường độ của siêu âm 5Mhz khi đi vào độ sâu 4cm của gan và phản xạ lại khi
gặp một túi không khí cho biết hệ số tắt dần của siêu âm là 0,5dB/cm.MHz

 Khi một xung siêu âm không hội tụ có tần số f truyền qua một lớp vật chất đồng nhất dày x,
cường độ của nó giảm theo hàm mũ của độ dày x và tần số f
I(x) = Ioe-afx
 Trong đó Io là cường độ ban đầu, I(x) là cường độ ở độ sâu x, a là một hệ số tỉ lệ, có độ lớn
chỉ phụ thuộc cấu tạo của môi trường
9. A-mode và B-mode của máy siêu âm chẩn đoán vật liệu là gì?

- A- mode( Amplitude mode)
Tín hiệu hồi âm được thể hiện bằng xung hình gai trên dạo động ký qua hệ thống trục tung và
trục hoành, chiều cao của xung thể hiện độ lớn của biên độ tín hiệu hồi âm, vị trí của xung thể
hiện khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi. Loại hìnht hể hiện này thường được dùng
trong đo đạc vì có độ chính xác cao
- B-Mode( Brightness mode)
Tín hiệu hồi âm được thể hiện bởi những chấm sáng, độ sáng của các chấm này thể hiện biên


độ tín hiệu hồi âm, vị trí các chấm sáng xác định khoảng cách từ đầu dò đến mặt phản hồi
10. Hiệu ứng Doppler được sử dụng trong máy siêu âm màu là:

Máy siêu âm màu Doppler
Thông tin Doppler thu nhận được từ mỗi vị trí đặt cửa sổ được phân tích để xác định hướng
dòng chảy và tốc độ trung bình.
Dòng chảy hướng về đầu dò được mã hóa màu đỏ; ngược lại, chạy xa đầu dò được mã hóa
màu xanh.
11. Xác định cường độ còn lại của siêu âm 150mW khi nó suy giảm 30dB trong quá trình đi qua mô.

Cường độ tương đối (dB) = 10.log (I2 /I1)
12. Để ước lượng độ suy giảm của siêu âm đi qua mô đại lượng nào sau đây không cần phải
biết
-Tần số
13. Thay đổi đầu dò siêu âm 2MHz thành 10MHz, hệ quả sẽ xảy ra là :
-Độ phân giải tăng, độ xuyên sâu giảm
14. Tính chất của mô mà siêu âm đi qua sẽ không ảnh hưởng lên đặc trưng sau của xung siêu âm :
15. Khi sử dụng siêu âm Doppler để đo vận tốc dòng chảy, người sử dụng nhất thiết phải điều chỉnh
xác định:

-Xác định góc đặt đầu dò
16. Xác định câu đúng về ý nghĩa các đại lượng đặc trưng từ trường B, H, M, J:
B: cảm ứng từ
H: cường độ Từ trường
M: Trường vector từ hóa(độ từ hóa), đơn vị theo hệ SI là A/m
J : từ cảm
17. Henry là đơn vị của
Henry, kí hiệu H, đơn vị đo độ từ cảm L trong hệ SI,
Một henry là độ lớn cảm ứng điện của một cuộn dây, khi suất điện động của cuộn dây là
1 vôn được tạo ra bởi sự thay đổi đều của dòng điện 1 ămpe trong 1 giây.
1 H = 1 V.s.A −1 = 1 Ω.s = 1 m 2·kg·s−2·A−2 = 1 Wb.A−1
18. Ở trạng thái siêu dẫn, vật liệu kim loại có tính:
Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ
nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 ,dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner).
Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử. Trạng thái vật chất này không nên nhầm với mô hình lý
tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển, ví dụ từ thủy động lực học.
19. Đầu dò tử trường rất nhỏ (10-10 – 10-15T) hoạt động trên cơ sở hiệu ứng:


-Hall, meissener,……
20. MSI là phương pháp chẩn đoán hình ảnh dựa vào
MSI(Magnetic source imaging)
-Hình ảnh nguồn từ
-MSI kết hợp với kết quả MEG và MRI để tạo bản đồ chức năng hoạt động của não. Những
bản đồ có thể chỉ ra những khu vực bình thường và bất thường.
-MSI tăng khả năng định vị các hoạt động đỉnh trong bệnh nhân với những vùng đầy máu.
-MSI có thể xem hoạt động sâu hơn trong não so với phương pháp EEG riêng lẻ.
-MSI cũng có thể vẽ bản đồ chức năng(ngôn ngữ, nghe, chạm, di chuyển, vv...) trong tiền
phẫu bệnh.
-Vẽ bản đồ thông tin định vị đỉnh và chức năng là khả năng mặc định thường dùng trước khi

phẫu thuật với mục đích lập kế hoạch và cũng như trong suốt quá trình phẫu thuật hệ thống
định phẫu thuật
CÂU HỎI PHẦN TỰ LUẬN
1. Trình bày một số ứng dụng của kỹ thuật từ trường trong lĩnh vực phân tích y sinh.
a) Phương pháp khối phổ ( Mass spectrometry - MS) là kĩ thuật dùng để đo đạc tỉ lệ khối

lượng trên điện tích của ion thiết bị chuyên dụng là khối phổ kế
Ứng dụng, bao gồm:
Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng
phần tách riêng
Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất
Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó
Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí
Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với nhiều hướng
tiếp cận khác nhau.
b) Công hưởng từ hạt nhân(MRI) :
Chụp cộng hưởng từ (MRI - Magnetic resonance imaging) là phương pháp thu hình ảnh của
các cơ quan và quan sát lượng nước của các cơ quan trong cơ thể sống. dựa trên một hiện
tượng vật lý là hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân.
Khác nhau:năng lượng dùng trong chụp X quang là năng lượng phóng xạ tia X còn trong
chụp cộng hưởng từ là năng lượng vô tuyến điện.
Cơ sở vật lý
Giai đoạn 1: Sắp hàng hạt nhân
-

-

Các hạt nhân sắp xếp ngẫu nhiên và từ trường của chúng triệt tiêu lẫn nhau do đó
không có từ trường dư ra để ghi nhận .số lượng vec tơ từ hạt nhân song song cùng
chiều Bngoài > số lượng các vectơ từ hạt nhân ngược chiều. => mạng lưới từ hoá theo

hướng của từ trường bên ngoài => trạng thái cân bằng.
Trong trạng thái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi nhận. Khi bị xáo
trộn sẽ có tín hiệu được hình thành.

Giai đoạn 2: Kích thích hạt nhân


Hiện tượng sắp hàng hạt nhân kết thúc thì các proton sẽ phóng thích năng lượng dùng để
sắp hàng chúng để trở về vị trí ban đầu. Tốc độ phóng thích các phôton này dựa vào năng
lượng được phóng thích.
Giai đoạn 3: Ghi nhận tín hiệu
Khi các phôton trở lại sắp hàng như cũ do ảnh hưởng từ trường bên ngoài chúng phóng
thích năng lượng dưới dạng tín hiệu tần số vô tuyến. Cường độ phát ra thể hiện trên một
thang màu từ trắng đến đen, màu trắng là cường độ tín hiệu cao, màu đen là không có tín
hiệu. Cường độ tín hiệu của một loại mô phụ thuộc vào thời gian khôi phục lại từ tính T1 và
T2, mật độ phôton của nó.
Giai đoạn 4: Tạo hình ảnh
Cấu tạo
- Nam châm
- Các cuộn chênh từ
- Bộ phận phát sóng radio
- Bộ phận thu nhận tín hiệu
- Hệ thống xử lý dữ liệu
2. SONAR là gì? Tóm tắt cơ sở vật lý của hiện tượng. Phân loại và ứng dụng. Phân biệt
SONAR với LIDAR và RADAR.
a) Sonar là gì:

Sonar (tiếng Anh: sound navigation and ranging) là một kỹ thuật sử dụng sự lan truyền âm
thanh (thường là dưới nước) để tìm đường di chuyển, liên lạc hoặc phát hiện các đối tượng
khác ở trên mặt, trong lòng nước hoặc dưới đáy nước.

b) Cơ sở lý thuyết

c) Phân loại:

-

Sonar chủ động dùng đầu phát (Transmitter) phát xung sóng và nghe tiếng vọng lại ở
đầu thu (Receiver). Có nhiều cách bố trí:


•

Nếu phát và thu ở cùng một chỗ đơn tĩnh (monostatic).

•

Nếu phát và thu tách biệt song tĩnh (bistatic).

•

Nếu có nhiều đầu phát (hoặc nhiều đầu thu) ở vị trí tách biệt
đa tĩnh(multistatic).
Hầu hết sonar là đơn tĩnh

Sonar thụ động lắng nghe mà không phát tín hiệu. sử dụng trong quân sự, các ứng dụng khoa
học, ví dụ :phát hiện cá trong nghiên cứu biển hoặc đánh cá, nổ mìn ở đảo, nghe các vụ rung
chấn hay phun trào đáy biển……. (phân tích liên quan đến âm thanh phát ra từ xa nhằm tới
xác định vị trí và bản chất nguồn phát)
d) ứng dụng:

Quân sự: Phát hiện tàu ngầm, vũ khí dưới nước…
Dân sự: Dò tìm cá, đo độ sâu đáy biển…
Khoa học: Đo địa hình đáy biển.
e)
-

phân biệt SONAR, LIDAR, RADAR
Sonar (Sound navigation and ranging) Dò tìm định vị bằng sóng âm
Lidar (Light Dectection and Ranging) Dò tìm và nhận biết bằng ánh sáng
Radar: phiên âm từ tiếng Pháp , viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Radio Detection and
Ranging định vị và đo khoảng cách và lập bản đồ các vật thể như máy bay hay mưa.
Được sử dụng phổ biển trong hang không

3. Trình bày về ứng dụng siêu âm trong trị liệu y học.
a) Tác dụng cơ học:
do sự lan truyền của sóng siêu âm gây nên những thay đổi áp lực tương ứng với tần số siêu
âm, tạo nên hiện tượng gọi là “xoa bóp vi thể”. sự thay đổi áp lực với tần số càng lớn (3MHz)
nhanh hơn so với tần số thấp (1MHz), phụ thuộc vào cường độ siêu âm (W/cm2) và chế độ
liên tục hay xung. Sự thay đổi áp lực gây ra:
- Thay đổi thể tích tế bào.
- Thay đổi tính thấm màng tế bào.
- Tăng chuyển hóa.

b)Tác dụng nhiệt:
-

do hiện tượng cọ xát chuyển từ năng lượng cơ học sang năng lượng nhiệt. có thể tác
động tới độ sâu từ 3-5cm. độ sâu >8cm, I> 1,5W/cm2. ở độ sâu< 8cm ,I= 1W/cm2.
So với các tác nhân vật lý khác, siêu âm có thể làm tăng nhiệt độ ở mô sâu hơn và
phạm vi chống chỉ định hẹp hơn.

Nhiệt độ tăng nhiều tại ranh giới giữa các tổ chức có trị số phản xạ âm khác nhau.
Siêu âm liên tục làm tăng nhiệt độ nhiều hơn siêu âm chế độ xung, điều này cần chú ý
khi điều trị các tổ chức như khớp, vùng xương gần sát da, vì vậy nên sử dụng siêu âm
xung.


c) Tác dụng sinh học:

Từ tác dụng cơ học và tác dụng sinh nhiệt dẫn đến hàng loạt tác dụng sinh học tạo nên hiệu
quả siêu âm điều trị là:
- Tăng tuần hoàn và dinh dưỡng do tăng nhiệt độ, tăng tính thấm của mạch máu và tổ chức.
- Giãn cơ do kích thích trực tiếp của siêu âm lên các thụ cảm thể thần kinh.
- Tăng tính thấm của màng tế bào.
- Kích thích quá trình tái sinh tổ chức.
- Tác dụng lên hệ thần kinh ngoại vi.
- Giảm đau.
Liều điều trị:phụ thuộc vào các yếu tố :
- Tần số càng cao thì năng lượng càng lớn.
- Cùng một thời gian, chế độ liên tục thì liều sẽ lớn hơn chế độ xung.
- Thời gian điều trị càng lâu thì liều càng lớn.
Thực hành điều trị.
- Siêu âm trực tiếp qua da: đặt đầu siêu âm tiếp xúc với da thông qua một môi trường trung
gian để dẫn truyền siêu âm (thường dùng chất gel, dầu, mỡ thuốc, vaselin…).
- Siêu âm qua nước: nước dùng làm môi trường trung gian truyền âm: cả đầu phát và bộ phận
cơ thể đều ngập trong nước, hướng đầu phát vuông góc với da và cách da khoảng 1-5cm.
Thường dùng cho những vùng cơ thể lồi lõm dùng kỹ thuật qua da khó khăn
- Siêu âm dẫn thuốc: lợi dụng hiệu ứng cơ học người ta pha thuốc vào môi trường trung gian
để siêu âm đẩy thuốc vào cơ thể
kỹ thuật phát siêu âm
+ Cố định đầu phát siêu âm: thường dùng với vùng điều trị nhỏ.

+ Di động đầu phát: di động chậm theo vòng xoáy, hoặc theo chiều dọc ngang trên vùng da
điều trị, luôn đảm bảo đầu phát tiếp xúc với da.
4. Trình bày khái quát cơ sở vật lý của spintronics và lĩnh vực ứng dụng?
công nghệ Spintronics là một ngành nghiên cứu mới nhằm tạo ra các linh kiện mới dựa trên việc
điều khiển và thao tác spin của điện tử.
Mục tiêu :là hiểu về cơ chế tương tác giữa spin của các hạt và môi trường chất rắn, từ đó có thể
điền khiển cả về mật độ cũng như sự chuyển vận của dòng spin trong vật liệu.
- Độ lớn của spin điện tử (chỉ định hướng theo 2 chiều lên và xuống): S= ½ ћ
- Mô men từ spin của điện tử: = -gS
, g (thừa số Landé) = 2.0023 cho đt tự do.
Nguyên lý hoạt động của spintronics:
- đơn vị điều khiển của spintronics đó là dòng spin. Nếu linh kiện điện tử điều khiển dòng
điện tích để tạo ra tín hiệu, thì ở linh kiện spintronics sẽ điều khiển bằng dòng spin để tạo
tín hiệu. Dòng spin chuyển động không mang yếu tố cơ học (đơn thuần là các mômen
spin chuyển động theo dạng sóng): Không bị nhiễu bởi điện từ trường ngoài, tốc độ
nhanh và trên nguyên tắc là năng lượng tiêu tốn rất thấp.
- Các thiết bị lưu trữ thông tin sử dụng công nghệ spintronics có thông tin spin gần như
vĩnh cửu bởi spin chỉ có định hướng theo hai chiều, do đó nó lưu lại theo kiểu tương tự
như nam châm vĩnh cửu. Spintronics khi kết hợp với công nghệ nano sẽ tạo ra những linh
kiện ở thang nano, và do đó tăng mật độ linh kiện.
=> điều khiển dòng spin chính là then chốt của công nghệ spintronics.
Một số khái niệm về điều khiển dòng spin


- Dòng spin: là dòng chuyển động của các spin. Đại lượng đặc trưng cho dòng spin là “độ
phân cực spin”, là đại lượng được xác định bằng mức độ định hướng theo một chiều nhất
định của spin trong các hạt cơ bản, được xác định là phần trăm sai khác giữa nồng độ các spin
định hướng theo hai phương lên hoặc xuống

- Truyền spin: khả năng truyền spin từ các dòng spin tới các nguyên tử vật liệu, từ khu vực

này tới khu vực khác. Chú ý là vấn đề truyền spin trong các vật liệu phi từ tính là một vấn đề
rất khó, đó cũng là một lý do mà đến nay hầu hết spintronics vẫn chưa thể nhảy ra ngoài thị
trường. Một trong những cơ chế truyền spin là spin-transfer torque – “Khi dòng điện tử phân
cực spin truyền qua một vách đômen từ (là một kết cấu biến đổi liên tục của các mômen từ từ
chiều này qua chiều khác), nó làm cho các mômen từ trong vách bị quay dần theo chiều của
đômen từ đã phân cực spin điện tử, có nghĩa là làm cho vách đômen bị dịch chuyển dần theo
chiều của dòng điện”.
- Tiêm spin, bơm spin: khả năng đưa spin vào các vùng không có spin bằng các nguồn bên
ngoài.
- Tích lũy spin: khả năng tích lũy spin tại các khu vực theo ý muốn.
- Điều khiển spin bằng ánh sáng.
Phân loại các thế hệ linh kiện spintronics: Một cách tương đối, có thể chia các linh kiện
spintronics thành 3 thế hệ:
- Thế hệ thứ nhất: Gồm các linh kiện dựa trên các hiệu ứng từ điện trở như GMR, TMR,
trong các màng mỏng từ tiếp xúc dị thể kim loại-kim loại hoặc kim loại-điện môi…, ví dụ
như các cảm biến, đầu đọc từ trở trong các đĩa cứng, các bộ nhớ RAM từ điện trở (MRAM),
các transitor kim loại (hay transitor lưỡng cực), transitor valse spin, công tắc/khoá đóng mở
spin, …
- Thế hệ thứ hai: Bao gồm các linh kiện hoạt động dựa trên việc tiêm hoặc bơm dòng phân
cực spin qua tiếp xúc dị thể bán dẫn-sắt từ hay bán dẫn từ-bán dẫn (điều này giúp cho việc tận
dụng được các kỹ thuật vi điện tử hiện nay). Đó là các mạch khoá siêu nhanh, các bộ vi xử lý
spin và mạch logic lập trình được,… Các linh kiện này sử dụng các vật liệu bán dẫn pha
loãng từ, bán dẫn sắt từ hay các bán kim, các linh kiện vận chuyển đạn đạo (ballistic electron
transport) sử dụng hiệu ứng từ điện trở xung kích, và các loại transistor spin như ở thế hệ thứ
nhất. Một thế hệ linh kiện spin mới đang được phát triển mạnh và rất có triển vọng hiện nay
là các bộ nhớ từ và các cổng lôgic dựa trên điều khiển vách đômen trong các cấu trúc nano từ
tính.
- Thế hệ thứ ba: Là các linh kiện sử dụng các cấu trúc nano (dạng chấm lượng tử, dây và sợi
nano) và sử dụng các trạng thái spin điện tử đơn lẻ như cổng logic lượng tử (là cơ sở cho máy
tính lượng tử), các transistor đơn spin (SSET), …

5.Trình bày một số ứng dụng của hạt nano từ trong y sinh học?
■ Vật liệu nano: vật liệu có kích thước khoảng 1 – 100 nm (ít nhất 1 chiều), thường gồm
vài trăm đến 105 nguyên tử
■ Tính chất của vật liệu nano:
- Kích thước tới hạn => chuyển tiếp từ tính chất vật lý cổ điển đến tính chất vật lý lượng tử
- Hiệu ứng bề mặt
■ Phương pháp chế tạo:
- Top-down
- Bottom-up
■ Phân loại vật liệu nano:
- Theo hình dáng vật liệu:


 Vật liệu nano không chiều: là vật liệu trong đó cả ba chiều đều có kích thước nano, không
còn chiều tự do nào cho điện tử, ví dụ: đám nano, hạt nano
 Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự
do trên một chiều, ví dụ: dây nano, ống nano
 Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự
do, ví dụ: màng mỏng
 Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay composite trong đó một phần của vật liệu có
kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn
nhau
- Theo trạng thái vật liệu: rắn, lỏng và khí.
■ Hạt nano từ: hạt nano có phản ứng với từ trường ngoài, có tính siêu thuận từ
■ Hạt nano từ có 2 thành phần: vật liệu từ (Fe, Ni, Co) và thành phần hoá học
■ Phân loại:
 Hạt nano ferrite
 Hạt nano ferrite có vỏ
 Hạt nano kim loại: phù hợp ứng dụng trong y học
 Hạt nano kim loại có vỏ

 Ứng dụng của hạt nanô từ trong y học được chia làm hai loại: ứng dụng ngoài cơ thể và
trong cơ thể.
- Phân tách và chọn lọc tế bào là ứng dụng ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu
ra khỏi các tế bào khác.
- Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn truyền thuốc, tăng nhiệt cục bộ nhằm điều trị ung thư và
tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ
Phân tách và chọn lọc tế bào:
- Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học nào đó ra khỏi
môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho các mục đích khác. Phân tách
tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một trong những phương pháp thường được sử dụng. Quá
trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu; và tách
các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường.
- Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ trường ngoài tạo một
lực hút các hạt từ tính có mang các tế bào được đánh dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ
không được giữ lại và thoát ra ngoài. Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi phương trình sau
F = 6 *pi*n*R*Dn
Trong đó n là độ nhớt của môi trường xung quanh tế bào (nước), R là bán kính của hạt từ tính, Dn
là sự khác biệt về vận tốc giữa tế bào và nước.
Tăng thân nhiệt cục bộ trong điều trị ung thư:
- Phương pháp tăng thân nhiệt cục bộ các tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đến các tế bào
bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng khác của hạt nanô từ tính. Nguyên tắc hoạt
động là các hạt nanô từ tính có kích thước từ 20 - 100 nm được phân tán trong các mô mong
muốn sau đó tác dụng một từ trường xoay chiều bên ngoài đủ lớn về cường độ và tần số để làm
cho các hạt nanô hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng những vùng xung quanh. Nhiệt độ khoảng
42°C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư.
Tăng thân nhiệt cục bộ trong điều trị ung thư:
- Khó khăn chủ yếu đó là việc dẫn truyền lượng hạt nanô phù hợp để tạo ra đủ nhiệt lượng khi có
sự có mặt của từ trường ngoài mạnh trong phạm vi điều trị cho phép. Các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình nung nóng cục bộ là lưu lượng máu và phân bố của các mô
- Vật liệu dùng để làm hạt nanô thường là magnetite và maghemite và có thể có tính sắt từ hoặc

siêu thuận từ. Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với hạt siêu thuận từ. Vì vậy, ở đây chúng
tôi chỉ giải thích cơ chế vật lý cho hạt siêu thuận từ. Với hạt siêu thuận từ, khi áp dụng một từ
trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng ứng dưới tác dụng của từ trường đó. Sự hưởng ứng được thể
hiện bằng chuyển động quay vật lý và quay mô men từ của hạt.
Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ:


Các hạt nanô siêu thuận từ tạo thành từ ô-xít sắt hoặc hợp chất chứa Gd thường được sử dụng như
tác nhân làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ. Sự có mặt của chúng làm nhiễu loạn từ
trường địa phương nên làm thay đổi giá trị rất nhiều. Giá trị của cũng thay đổi nhưng ở mức độ
yếu hơn. Dựa trên đặc tính của từng mô trong cơ thể, tùy loại mô mà độ hấp thụ hạt nanô mạnh
hay yếu. Ví dụ, hạt nanô có kích thước 30 nm được bao phủ dextran có thể nhanh chóng đi vào
gan và tì trong khi những cơ quan khác thì chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt nanô ở các cơ quan là
khác nhau, dẫn đến sự nhiễu loạn từ trường địa phương cũng khác nhau làm tăng độ tương phản
trong ảnh cộng hưởng từ do thời gian hồi phục bị thay đổi khi đi từ mô này đến mô khác.
Hạt nanô từ mang các chất phát quang:
Khi đi vào cơ thể, các hạt mang loại này sẽ khu trú tập trung tại các vùng bệnh. Kết hợp với kỹ
thuật thu nhận tín hiệu phản xạ quang, dựa vào cường độ phản xạ ra bên ngoài chúng ta có thể
đóan nhận được vị trí của các mầm bệnh và có các biện pháp điều trị kịp thời. Đề tài đang được
thực hiện trên cơ sở gợi ý của một số công ty khoa học. Để giải quyết bài toán này, ngoài việc
nghiên cứu quá trình sinh hóa trong cơ thể, các phương pháp tăng hiệu quả dẫn truyền hạt nanô,
còn phải tìm ra các vật liệu phát quang tốt có khả năng kết hợp với các hạt nanô từ.
6. Sonochemistry là gì? Tóm tắt cơ sở vật lý của hiện tượng. Nêu vài ví dụ điển hình và giải
thích nguyên lý ứng dụng.
a) Sonochemistry là gì:

Sonochemistry – (siêu âm trong hóa học ) gây ra hiện tượng xâm thực khí (cavittion) trong
lòng một chất lỏng tạo ra năng lượng cho các phản ứng trong hóa học và tác dụng cơ học.
Cavitation là hiện tượng hình thành, phát triển và sụp đổ của bọt khí trong thời gian ngắn
phát ra năng lượng cực kì lớn. Xảy ra tại hàng triệu địa điểm trong chất lỏng.

b) Cơ sở vật lý:
-

Khi sóng siêu âm truyền vào môi trường chất lỏng, các chu kì kéo và nén liên tiếp đc

tạo thành. Nửa chu kì đầu là Chu kì kéo tác động áp suất dương lên chất lỏng đẩy các
phân tử chất lỏng lại gần nhau , không khí đi từ ngoài vào trong, nửa chu kì sau là
chu kì nén tác động áp suất âm kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau không khí đi từ
trong ra bên ngoài. Nhưng chưa kịp ra hết thì nửa chu kì kéo lại đẩy khí lại vào trong
cứ thế qua nhiều chu kì như vậy làm bọt khí lớn dần lên đến một giới hạn sẽ vỡ tung,


đồng thời giải phóng một năng lượng cực lớn ra môi trường xung quanh lên đến
(2000at, 5000oC).Tuy nhiên giữa các phân tử chất lỏng liên kết với nhau nhờ lực liên
kết giữa các phân tử, nên sóng siêu âm cần có cường độ đủ lớn để phá vỡ các liên kết
này (hiện tượng cavitation mới tạo thành). các hạt nhân bọt khí ban đầu được tạo
thành được gọi là bọt khí hạt nhân. Một bọt khí hạt nhân qua nhiều chu kì kéo, nén có
thể tạo ra vô số bọt khí khác. Có hai loại bọt khí: Transient (bọt khí tạm thời): kích
cỡ thay đổi nhanh chóng, một vài chu kì đã vỡ.Stable ( bọt khí ổn định): kích thước
của chúng dao động nhẹ trong mỗi chu kì kéo nén. Có thể chuyển thành bọt khí tạm
thời , một vài chu kì thay đổi kích thước.
Các thông số ảnh hưởng :
- Âm thanh (tần số, cường độ, xung),
- Dung môi (độ nhớt, sức căng bề mặt, áp suất hơi, nhiệt độ dẫn điện, độ nén, vận tốc âm
thanh, chất hòa tan)
- Bên ngoài (các bọt khí, nhiệt độ, áp suất).
c) ứng dụng điển hình:
Trong lĩnh vực polymer và nguyên liệu sinh học: Sự giảm cấp polymer trong dung dịch
chiếu xạ siêu âm cũng được thực hiện. Cơ chế giảm cấp xảy ra do sóng âm tạo ra bởi sự vỡ
bọt trong môi trường lỏng có siêu âm. Sản phẩm của sự giảm cấp này là những mạch polymer

có chiều dài ngắn hơn với độ phân bố đồng đều, sự giảm cấp thường xảy ra ở giữa mạch
polymer.
điều chế kim loại dạng vô định hình. Siêu âm có thể làm lạnh nhanh kim loại nóng chảy,
làm kim loại chuyển từ lỏng sang rắn trước khi nó chuyển sang dạng kết tinh. Kim loại vô
định hình có những đặc tính khác thường về dẫn điện, từ tính và kháng ăn mòn. Tuy nhiên trở
ngại lớn là muốn tạo được kim loại vô định hình thì tốc độ làm lạnh phải cực kỳ nhanh, tốc
độ đòi hỏi là xấp xỉ 1000 000K/giây. Tốc độ làm lạnh khi ngâm thanh sắt nóng đỏ vào bồn
nước chỉ 2500K/giây. Và siêu âm là giải pháp cho vấn đề này, đã sử dụng siêu âm để tổng
hợp bột kim loại vô định hình bằng cách phân hủy hợp chất hữu cơ kim loại dễ bay hơi.. Ví
dụ, pentacarbonyl sắt phân hủy với siêu âm cho ra sắt vô định hình gần như tinh chất.
7 Trình bày một số phương pháp kiểm tra không phá hủy liên quan đến siêu âm.
Phương pháp kiểm tra siêu âm sử dụng chùm sóng âm có tần số trên ngưỡng con người nghe
được (siêu âm) đập vào vùng cần kiểm tra. Nếu không có khuyết tật, chùm siêu âm sẽ đi
thẳng, còn nếu gặp khuyết tật, chùm siêu âm sẽ phản xạ trở lại, tương tự như tiếng vọng ta
nghe được từ vách núi. Thiết bị siêu âm có thể giúp ta thấy được sóng âm phản hồi và từ đó
có thể biết được khuyết tật năm ở đâu trong vật kiểm tra. Dựa vào mức độ mạnh yếu của
chùm âm vọng, có thể đánh giá được kích thước của khuyết tật.
Ưu điểm :là nhanh, chính xác, thiết bị tương đối rẻ, cho biết cả chiều sâu của khuyết tật.
hạn chế: bỏ sót nhiều khuyết tật có mặt phẳng định hướng song song với chùm siêu âm, kết
quả kiểm tra phụ thuộc nhiều vào kỹ năng của kỹ thuật viên và số liệu không lưu trữ, kiểm
chứng được.
siêu âm phased array( siêu âm đầu dò dãy điều pha, siêu âm màu 3 chiều.
thay vì sử dụng một đầu dò có một biến tử, góc và hình dạng chùm siêu âm phát ra được xác
định bằng các nêm cố đinh, người ta sử dụng một đầu dò có tới hàng trăm biến tử nhỏ sắp


xếp theo một dãy (array), các biến tử này phát ra các chùm siêu âm với các độ trễ (phased)
theo một chương trình được định trước, các chùm siêu âm từ các biến tử giao thoa và tạo nên
chùm siêu âm có các góc phát, tâm hội tụ, hình dáng, kiểu quét theo ý muốn. =>chùm siêu
âm được điều khiểm bằng điện tử, chứ không phải bằng các nêm như phương pháp thông

thường. Kỹ thuật này sử dụng đầu dò gồm nhiều phần tử nhỏ độc lập với nhau đã mang lại
cuộc cách mạng trong chẩn đoán siêu âm 3 chiều, 4 chiều trong y tế và giờ đây được sử dụng
rộng rãi trong kiểm tra mối hàn và đánh giá ăn mòn

Kiểm tra mối hàn bằng siêu âm
sử dụng chùm sóng siêu âm chiếu vào vật liệu cần kiểm tra. Chùm siêu âm đi qua môi trường
đồng nhất theo đường thẳng cho đến khi gặp biên âm thanh, tại đó một phần âm thanh bị
phản xạ trở lại. Đo đạc âm thanh thu lại sau khi chuyền sẽ biết được các khuyết tật hàn trong
vật đo.
Trong kỹ thuật siêu âm có nhiều kỹ thuật khác nhau có thể được ứng dụng như:
✔ Kỹ thuật xung – tiếng dội.
✔ Kỹ thuật dẫn siêu âm.
✔ Kỹ thuật cộng hưởng âm.
Các khuyết tật hàn có thể phát hiện
✔ Nứt
✔ Lỗi không liên kết
✔ Hàn không thấu (hàn xuyên qua không đầy đủ)
✔ Không gian rỗng được hình thành khi đông cứng
✔ Không gian rỗng
✔ Cháy cạnh
✔ Lệch cạnh
✔ Lỗi lớp chân trong mối hàn
Ưu điểm của phương pháp
✔ Nó có thể chứng minh tất cả các dạng của các bất bình thường.
✔ Nó hầu như có khả năng kiểm tra tất cả các vật liệu bằng siêu âm.
✔ Kết quả kiểm tra, hồ sơ/văn bản dữ liệu kiểm tra có thể số hóa.
✔ Kỹ thuật siêu âm được sử dụng tất cả các ngành công nghiệp.
✔ Dưới các điều kiện xác định cũng có khả năng áp dụng kiểm tra các hệ thống trên
không trung.

✔ Các thiết bị siêu âm đời mới là các thiết bị với bộ ắc quy, thời gian kiểm tra có thể
nhiều hơn 12h (không nạp lại).
Nhược điểm của phương pháp
✔ Nó đòi hỏi rất nhiều về kinh nghiệm và kỹ năng chuyên môn của người tiến hành
kiểm tra.
✔ Kỹ thuật siêu âm và các trang thiết bị có giá thành rất cao, bởi vậy gây ra chi phí cao cho
việc tiến hành kiểm tra.
8 Trình bày về ứng dụng siêu âm công suất cao trong y học.
HIFU-2001 là một bộ thiết bị kỹ thuật HIFU(high intensity focused ultrasound) điều trị Khối u.

HIFU-2001 là một bộ thiết bị kỹ thuật HIFU điều trị Khối u. Được đưa vào ứng dụng lâm
sàng năm 2001, đến nay trên thế giới đã có hơn hơn 150 Trung tâm điều trị Khối u bằng
phương pháp HIFU. Thông qua kiểm nghiệm lâm sàng hệ thống thiết bị HIFU-2001 điều trị
khối u được cho là thiết bị điều trị khối u an toàn mang lại hiệu quả rõ rệt.
HIFU-2001 Khi sóng âm truyền qua mô có một phần được hấp thụ và chuyển đổi thành nhiệt.
Với vô số chùm sóng tập trung, một chùm rất nhỏ có thể vào sâu trong mô. Khi đủ nóng, mô
bị nhiệt đông. Dưới sự kiểm soát của máy tính tự động đưa tiêu điểm của máy phát sóng siêu
âm đến vị trí mô bệnh sóng siêu âm được tập trung tại nhiều chỗ hoặc bằng cách quét (scan)
tụ điểm tập trung (thể tích tiêu điểm tập trung: 3mm*3mm*6mm), với pháp đồ điều trị kiểu
quét có một khối lượng mô bị nhiệt cắt bỏ (tức là dưới sự làm việc của máy tính sẽ dần dần
chuyển động đạt được từng điểm thành đường, từng đường thành mặt, từng mặt thành khối ),
làm nóng một cách linh hoạt các tổ chức tế bào ung thư đi đến mục đích điều trị cuối cùng. Ở
cường độ sóng siêu âm được cài đặt đủ nóng, hiện tượng tạo hốc [cavitation] (do các vi bọt
[microbubbles] hình thành và tương tác với trường siêu âm) có thể xảy ra. Microbubbles sản
xuất trong trường siêu âm này dao động và to dần (do nhiều yếu tố bao gồm sự khuếch tán
hiệu chỉnh [rectified diffusion]), và cuối cùng nổ tung (do quán tính hoặc tạo hốc tạm thời).
Trong tạo hốc quán tính, có nhiệt độ rất cao xảy ra bên trong các vi bọt, và vi bọt xẹp liên kết
với một sốc âm và các luồng âm làm hư hại tế bào về mặt cơ học.
1.3 Cơ chế hoạt động

IFU-2001 Chùm siêu âm được tập trung theo các cách sau : • Về hình học, ví dụ với một thấu
kính hoặc với một dầu dò cong mặt khối cầu. • Về điện tử, bằng cách điều chỉnh dãy biến tử
liên quan (relative phases of elements) trong một dãy biến tử đầu dò [một dãy định pha
(phased array)]. Bằng cách điều chỉnh tín hiệu điện tử đến các biến tử của dãy định pha,
chùm sóng âm có thể hướng đến các vị trí khác nhau, và hiệu chỉnh được các chùm âm lệch
do cấu trúc mô. Công nghệ này có thể cắt bỏ chính xác mô bệnh, do đó nó được gọi là HIFU
phẫu thuật. Vì phá hủy các mô bệnh không tấn công, nó được gọi là " HIFU phẫu thuật không
xâm hại ".
1.4 Phạm vi chỉ định
Nhân xơ tử cung, U xơ tuyến tiền liệt. Ung thư gan Ung thư tuỵ Việc sử dụng rộng rãi sớm
nhất của HIFU điều trị ung thư tuyến tiền liệt. Điều trị bằng đầu dò trực tràng và dựa vào
nhiệt do sóng siêu âm tập trung vào tuyến tiền liệt để diệt khối u. Kỹ thuật điều trị được thực
hiện theo hình ảnh siêu âm dẫn đường, cho phép lập kế hoạch điều trị và vài chỉ định nhỏ của
tích tụ năng lượng. HIFU cũng có thể được dùng để cắt bỏ toàn bộ tuyến tiền liệt qua đầu dò
transrectal. Đây là một thủ thuật ngoại trú thường mất khoảng 1-3 giờ. Kết quả cho thấy làm
giảm đáng kể một số tác dụng phụ thường gặp khi dùng phương pháp khác. Tính ưu việt 1.
Không chịu giới hạn bởi kích thước khối u, thao tác bên ngoài cơ thể, nhiệt lượng giúp cắt bỏ


phần khối u trong cơ thể. 2. Không chảy máu trong quá trình điều trị, không đau đớn, không
cần gây mê, không ảnh hưởng đến sinh hoạt và cấu trúc bình thường xung quanh. 3. Trị liệu
sạch, không tia xạ và không ô nhiễm phóng xạ. 4. Trong suốt quá trình điều trị có thể điều
chỉnh sóng siêu âm để quan sát thay đổi, điều chỉnh liều lượng, theo dõi kịp thời suốt quá
trình trị điều trị.
1.5 Phạm vi chống chỉ định Chống chỉ định sử dụng HIFU-2001 để điều trị trong các trường
hợp sau: Các cơ quan rỗng có chứa khí； Hệ thống thần kinh trung ương； Da bị loét hoặc
nhiễm trùng； Da đã điều trị phóng xạ 45GY trở lên； Đường đi của phác đồ điều trị đi qua
thuyên tắc tĩnh mạch chủ. Người bệnh có chức năng của các cơ quan suy giảm trầm trọng
hoặc chỉ còn sống được trong vòng tối đa 3 tháng. Bệnh nhân bị rối loạn đông máu hoặc có
xu hướng xuất huyết trầm trọng.

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật sóng siêu âm hội tụ cường độ cao là: sử dụng nguyên lý hội tụ
của sóng siêu âm, để năng lượng sóng siêu âm năng lượng thấp phát ra từ nguồn phát bên
ngoài cơ thể hội tụ tại vị trí mô bệnh bên trong cơ thể với cường độ cao gấp trăm ngàn lần
gây ra tăng nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định làm chết tế bào tại vị trí mô bệnh do
hoại tử đông máu không trào ngược mà không gây tổn hại đến các cơ quan khỏe mạnh xung
quanh
Do hình dạng của các khối u không giống nhau, do vậy hệ thống điều trị lấy khối cầu elip để
mô phỏng khối u ba chiều. Chụp hình ảnh siêu âm khu vực mục tiêu đã xác định ở các góc 0°
và 90° ta được tiết diện elip ở vị trí 0° và 90°, căn cứ vào độ dài trục ngang và dọc của tiết
diện elip có thể xác định được độ dài 3 trục của khối u, từ đó xác định vị trí và kích thước của
khu vực điều trị, đồng thời có thể tính toán được thể thích của khu vực điều trị.
Máy siêu âm có thể trực tiếp chuyển đổi tín hiệu hình ảnh vào thẻ quay vi dao, từ đó nhập
vào máy tính và được xử lý bằng phần mềm điều khiển của hệ thống.
Sau khi đã quay lại hình ảnh siêu âm ở vị trí 0° và 90°, có thể lựa chọn khu vực điều trị là
hình hộp chữ nhật bao quanh khối cầu elip được xác định. (như hình 2-3)
Ứng dụng

Nguyên lý của HIFU
HIFU sử dụng một máy biến năng (transducer) đặt trong trực tràng để sinh ra bức xạ
âm thanh không ion hóa, hội tụ vào mô đích qua thấu kính âm thanh, làm nóng mô
đích lên trên 80oC gây hoại tử và chết mô ngay lập tức.(8) Phần mô nằm ngoài vùng
hội tụ của năng lượng siêu âm hoàn toàn không bị tác động đến.(9) Ngoài tác dụng
nhiệt, HIFU còn tác động lên mô tuyến tiền liệt làm vỡ màng tế bào qua các cơ chế:
tạo khoang, microstreaming và lực bức xạ của sóng âm.(10-12)


Hiện nay trên thế giới có hai hệ thống HIFU điều trị ung thư tuyến tiền liệt: hệ thống
Ablatherm (công ty EDAP, Pháp) và hệ thống Sonoblaste 500 (công ty Focus
Surgery, Hoa Kỳ).
9 Trình bày về hiệu ứng quang âm và các ứng dụng PAT, TAT trong y học.

Quang âm(Optoacoustic)
Hình ảnh quang âm (Photoacoustic imaging) là một phương thức tạo ảnh hình
ảnh y học dựa trên hiệu ứng quang âm, tương tự hình ảnh nhiệt
quang(Thermalacoustic Imaging).
Trong việc tạo ảnh quang âm, xung Laser không ion hóa mẫu vật sẽ chiếu vào
mô y sinh(xung tần số radio thường được sử dụng, công nghệ này thường được
xem như là ảnh âm nhiệt).
Năng lượng được truyền vào sẽ bị hấp thụ và chuyển đổi thành nhiệt, dẫn đến sự
co giãn bởi nhiệt nhất thời và sinh ra giao động nằm trong tần số siêu âm(vào
khoảng Mhz).
Sóng siêu âm sẽ được thu nhận bởi đầu dò siêu âm và sau đó phân tích để tạo ra
hình ảnh.
Ảnh quang âm được tái tạo từ cường độ của song siêu âm.
Việc hấp thụ quang học cũng đưa ra được những đặc tính sinh lý của khu vực
hấp thụ.

Sơ đồ khối thu nhận ảnh hiệu ứng quang âm/nhiệt âm
Nguyên lý căn bản của hình ảnh quang âm là hiệu ứng quang âm, ở đây năng lượng
quang học được chuyển đổi thành năng lượng âm học là kết quả của sự hấp thụ quang
học và sự giãn nở nhiệt.
Ánh sáng Laser với độ rộng xung rất hẹp nano giây, được chiếu đến mô làm cho nhiệt
độ nơi chiếu tăng lên nhanh chóng(vào khoảng mili độ) , bên cạnh đó vùng này còn
phát sinh sóng siêu âm dạng xung do sự giãn nở nhiệt gây ra. Ánh sáng đã kích thích
xung siêu âm lan truyền trong mô sinh học và có thể được nhận biết trên một đường
biên xunh quanh trong mô y sinh bởi đầu dò sóng siêu âm thông thường, được dùng
trong ngành chần đoán siêu âm
Phân loại: Có 2 loại hệ thống hình ảnh quang âm cắt lớp vi tính số hóa
PAT-Photoacoustic Tomography (Quang âm cắt lớp)
TAT-Thermoacoustic Tomography (Nhiệt âm cắt lớp)