Sóng siêu âm là gì? sóng siêu âm hoạt động ra sao?

July 12, 2020
|

Siêu siêu âm là âm thanh có tần số cao hơn tần số tối đa mà tai người nghe thấy được. Tần số tối đa này tùy vào từng người, nhưng thông thường nó vào cỡ 20000 Hz. Ngược lại với siêu âm, các âm thanh có tần số thấp hơn ngưỡng nghe được bởi tai người là hạ âm.

Có nhiều tình huống trong đó siêu âm được thực hiện. Có lẽ bạn đang mang thai, và bác sĩ sản khoa của bạn muốn bạn siêu âm để kiểm tra em bé đang phát triển hoặc xác định ngày đáo hạn. Có thể bạn đang gặp vấn đề với tuần hoàn máu ở tay chân hoặc tim và bác sĩ đã yêu cầu siêu âm Doppler để xem xét lưu lượng máu. Siêu âm là một kỹ thuật hình ảnh y tế phổ biến trong nhiều năm.


Hình ảnh lịch sự Nghiên cứu siêu âm Philips
khi mang thai

Trong phiên bản này của How Stuff hoạt động , chúng ta sẽ xem xét cách thức siêu âm hoạt động, loại kỹ thuật siêu âm có sẵn và mỗi kỹ thuật có thể được sử dụng để làm gì.

Siêu âm là gì?
Siêu âm hoặc siêu âm là một kỹ thuật hình ảnh y tế sử dụng sóng âm thanh tần số cao và tiếng vang của chúng. Kỹ thuật này tương tự như định vị bằng tiếng vang được sử dụng bởi dơi, cá voi và cá heo, cũng như SONAR được sử dụng bởi tàu ngầm . Trong siêu âm, các sự kiện sau đây xảy ra:

  1. Máy siêu âm truyền các xung âm thanh tần số cao (1 đến 5 megahertz) vào cơ thể bạn bằng đầu dò.
  2. Các sóng âm thanh đi vào cơ thể bạn và chạm vào một ranh giới giữa các mô (ví dụ giữa chất lỏng và mô mềm, mô mềm và xương).
  3. Một số sóng âm thanh được phản xạ trở lại đầu dò, trong khi một số sóng truyền đi xa hơn cho đến khi chúng đến một ranh giới khác và bị phản xạ.
  4. Các sóng phản xạ được chọn bởi đầu dò và chuyển tiếp đến máy.
  5. Máy tính khoảng cách từ đầu dò đến mô hoặc cơ quan (ranh giới) bằng cách sử dụng tốc độ âm thanh trong mô (5,005 ft / s hoặc 1,540 m / s) và thời gian của mỗi tiếng vang trở lại (thường theo thứ tự một phần triệu của một giây).
  6. Máy hiển thị khoảng cách và cường độ của tiếng vang trên màn hình, tạo thành hình ảnh hai chiều giống như hình bên dưới.


Hình ảnh lịch sự Karim và Nancy
Hình ảnh siêu âm của thai nhi đang phát triển (khoảng 12 tuần tuổi) bên trong tử cung của người mẹ. Đây là hình ảnh bên của em bé, hiển thị (phải sang trái) đầu, cổ, thân và chân.

Trong một siêu âm điển hình, hàng triệu xung và tiếng vang được gửi và nhận mỗi giây. Đầu dò có thể được di chuyển dọc theo bề mặt của cơ thể và góc cạnh để có được nhiều góc nhìn khác nhau.

Máy siêu âm


Hình ảnh lịch sự Máy siêu âm Dynamic Imaging Limited
với nhiều đầu dò khác nhau

Một máy siêu âm cơ bản có các bộ phận sau:

  • đầu dò đầu dò - đầu dò gửi và nhận sóng âm
  • bộ xử lý trung tâm (CPU) - máy tính thực hiện tất cả các tính toán và chứa các nguồn cung cấp năng lượng điện cho chính nó và đầu dò đầu dò
  • điều khiển xung đầu dò - thay đổi biên độ, tần số và thời gian của các xung phát ra từ đầu dò đầu dò
  • hiển thị - hiển thị hình ảnh từ dữ liệu siêu âm được xử lý bởi CPU
  • bàn phím / con trỏ - nhập dữ liệu và lấy số đo từ màn hình
  • thiết bị lưu trữ đĩa (cứng, đĩa mềm, CD) - lưu trữ hình ảnh thu được
  • máy in - in hình ảnh từ dữ liệu được hiển thị

Đầu dò đầu dò Đầu dò
đầu dò là bộ phận chính của máy siêu âm. Đầu dò đầu dò tương tự máy nội soi tạo ra sóng âm và nhận được tiếng vang. Đó là, để nói, miệng và tai của máy siêu âm. Các thăm dò đầu dò tạo ra và nhận sóng âm thanh sử dụng một nguyên tắc gọi là hiệu ứng áp điện (điện áp) , được phát hiện bởi Pierre và Jacques Curie năm 1880. Trong thăm dò, có được một hoặc nhiều thạch anh tinh thể được gọi là tinh thể áp điện. Khi một dòng điện được áp dụng cho các tinh thể này, chúng thay đổi hình dạng nhanh chóng. Sự thay đổi hình dạng nhanh chóng, hoặc rung động của các tinh thể tạo ra sóng âm truyền ra bên ngoài. Ngược lại, khi sóng âm thanh hoặc áp lực chạm vào các tinh thể, chúng phát ra dòng điện. Do đó, các tinh thể tương tự có thể được sử dụng để gửi và nhận sóng âm thanh. Đầu dò cũng có một chất hấp thụ âm thanh để loại bỏ phản xạ ngược từ chính đầu dò và một thấu kính âm thanh để giúp tập trung các sóng âm phát ra.

Đầu dò đầu dò có nhiều hình dạng và kích cỡ, như trong bức ảnh trên. Hình dạng của đầu dò xác định trường nhìn của nó và tần số của sóng âm phát ra xác định mức độ sâu của sóng âm và độ phân giải của hình ảnh. Đầu dò đầu dò có thể chứa một hoặc nhiều nguyên tố tinh thể; trong các đầu dò đa yếu tố, mỗi tinh thể có mạch riêng. Các đầu dò đa yếu tố có lợi thế là chùm tia siêu âm có thể được "điều khiển" bằng cách thay đổi thời gian mà mỗi phần tử được phát xung; điều khiển chùm tia đặc biệt quan trọng đối với siêu âm tim (xem Nguyên tắc cơ bản của siêu âmđể biết chi tiết về đầu dò). Ngoài các đầu dò có thể di chuyển trên bề mặt cơ thể, một số đầu dò được thiết kế để đưa vào qua các lỗ khác nhau của cơ thể (âm đạo, trực tràng, thực quản) để chúng có thể đến gần cơ quan được kiểm tra (tử cung, tuyến tiền liệt tuyến, dạ dày); đến gần cơ quan hơn có thể cho phép quan điểm chi tiết hơn.


Các bộ phận của máy siêu âm

Bộ xử lý trung tâm (CPU )
CPU là bộ não của máy siêu âm. CPU về cơ bản là một máy tính chứa bộ vi xử lý , bộ nhớ , bộ khuếch đại và nguồn cung cấp cho đầu dò của bộ vi xử lý và đầu dò. CPU gửi các dòng điện đến đầu dò đầu dò để phát ra sóng âm và cũng nhận các xung điện từ các đầu dò được tạo ra từ tiếng vang trở lại. CPU thực hiện tất cả các tính toán liên quan đến xử lý dữ liệu. Sau khi dữ liệu thô được xử lý, CPU sẽ tạo thành hình ảnh trên màn hình. CPU cũng có thể lưu trữ dữ liệu đã xử lý và / hoặc hình ảnh trên đĩa.

Điều khiển xung đầu dò
Các điều khiển xung đầu dò cho phép người vận hành, được gọi là siêu âm , thiết lập và thay đổi tần số và thời gian của các xung siêu âm, cũng như chế độ quét của máy. Các lệnh từ toán tử được chuyển thành dòng điện thay đổi được áp dụng cho các tinh thể áp điện trong đầu dò đầu dò.

Màn
hình Màn hình là màn hình máy tính hiển thị dữ liệu được xử lý từ CPU. Màn hình có thể có màu đen trắng hoặc màu, tùy thuộc vào kiểu máy siêu âm.


Máy siêu âm bàn phím / con trỏ có bàn phím và con trỏ, như trackball, tích hợp sẵn. Các thiết bị này cho phép người vận hành thêm ghi chú và lấy số đo từ dữ liệu.

Lưu trữ đĩa
Dữ liệu đã xử lý và / hoặc hình ảnh có thể được lưu trữ trên đĩa. Các đĩa có thể là đĩa cứng , đĩa mềm , đĩa compact (CD) hoặc đĩa video kỹ thuật số (DVD). Thông thường, quét siêu âm của bệnh nhân được lưu trữ trên đĩa mềm và được lưu trữ trong hồ sơ y tế của bệnh nhân.

Máy in
Nhiều máy siêu âm có máy in nhiệt có thể được sử dụng để chụp bản sao cứng của hình ảnh từ màn hình.

Các loại siêu âm khác nhau Siêu
âm mà chúng tôi đã mô tả cho đến nay cho thấy hình ảnh hai chiều, hoặc "lát" của một vật thể ba chiều (thai nhi, cơ quan). Hai loại siêu âm khác hiện đang được sử dụng là siêu âm 3D và siêu âm Doppler .

Hình ảnh siêu âm 3D
Trong hai năm qua, máy siêu âm có khả năng chụp ảnh ba chiều đã được phát triển. Trong các máy này, một số hình ảnh hai chiều có được bằng cách di chuyển các đầu dò trên bề mặt cơ thể hoặc các đầu dò được chèn vào. Quét hai chiều sau đó được kết hợp bởi phần mềm máy tính chuyên dụng để tạo thành hình ảnh 3D.


Hình ảnh lịch sự Hình ảnh siêu âm 3D của Philips Research

Hình ảnh 3D cho phép bạn nhìn rõ hơn về cơ quan đang được kiểm tra và được sử dụng tốt nhất cho:

  • Phát hiện sớm các khối u ung thư và lành tính
  • kiểm tra tuyến tiền liệt để phát hiện sớm khối u
  • tìm kiếm khối trong đại tràng và trực tràng
  • phát hiện tổn thương vú để sinh thiết có thể
  • Hình dung một bào thai để đánh giá sự phát triển của nó, đặc biệt là để quan sát sự phát triển bất thường của khuôn mặt và tay chân
  • Hình dung lưu lượng máu trong các cơ quan khác nhau hoặc thai nhi

Siêu âm Doppler Siêu âm
Doppler dựa trên Hiệu ứng Doppler . Khi đối tượng phản xạ sóng siêu âm đang di chuyển, nó sẽ thay đổi tần số của tiếng vang, tạo ra tần số cao hơn nếu nó di chuyển về phía đầu dò và tần số thấp hơn nếu nó di chuyển ra xa đầu dò. Tần số thay đổi bao nhiêu tùy thuộc vào tốc độ di chuyển của vật thể. Siêu âm Doppler đo sự thay đổi tần số của tiếng vang để tính toán tốc độ di chuyển của một vật. Siêu âm Doppler đã được sử dụng chủ yếu để đo tốc độ lưu lượng máu qua tim và các động mạch chính.


Hình ảnh siêu âm Nghiên cứu Doppler của Philips
được sử dụng để đo lưu lượng máu qua tim. Hướng của dòng máu được hiển thị trong các màu sắc khác nhau trên màn hình.

Các ứng dụng chính của siêu âm Siêu
âm đã được sử dụng trong nhiều môi trường lâm sàng, bao gồm sản khoa và phụ khoa, tim mạch và phát hiện ung thư. Ưu điểm chính của siêu âm là một số cấu trúc nhất định có thể được quan sát mà không cần sử dụng bức xạ . Siêu âm cũng có thể được thực hiện nhanh hơn nhiều so với tia X hoặc các kỹ thuật X quang khác. Dưới đây là danh sách ngắn của một số sử dụng cho siêu âm:

  • Sản khoa và Phụ khoa
  • đo kích thước của thai nhi để xác định ngày đáo hạn
  • xác định vị trí của thai nhi để xem nó ở vị trí đầu xuống bình thường hay mông
  • kiểm tra vị trí của nhau thai để xem nó có phát triển không đúng cách qua lỗ mở đến tử cung (cổ tử cung)
  • nhìn thấy số lượng thai nhi trong tử cung
  • kiểm tra giới tính của em bé (nếu có thể thấy rõ vùng sinh dục)
  • kiểm tra tốc độ tăng trưởng của thai nhi bằng cách thực hiện nhiều phép đo theo thời gian
  • Phát hiện thai ngoài tử cung , tình huống đe dọa tính mạng trong đó em bé được cấy vào ống dẫn trứng của người mẹ thay vì trong tử cung
  • xác định xem có một lượng nước ối thích hợp đệm cho em bé không
  • theo dõi em bé trong các thủ tục chuyên khoa - siêu âm rất hữu ích trong việc nhìn và tránh em bé trong quá trình chọc ối (lấy mẫu nước ối bằng kim để xét nghiệm di truyền). Nhiều năm trước, các bác sĩ sử dụng để thực hiện thủ tục này một cách mù quáng; tuy nhiên, với việc sử dụng siêu âm đi kèm, rủi ro của thủ thuật này đã giảm đáng kể.
  • nhìn thấy khối u buồng trứng và vú
  • Tim mạch
  • nhìn vào bên trong trái tim để xác định các cấu trúc hoặc chức năng bất thường
  • đo lưu lượng máu qua tim và các mạch máu lớn
  • Tiết niệu
  • đo lưu lượng máu qua thận
  • thấy sỏi thận
  • phát hiện sớm ung thư tuyến tiền liệt

Ngoài các khu vực này, ngày càng có nhiều sử dụng cho siêu âm như một công cụ hình ảnh nhanh chóng để chẩn đoán trong phòng cấp cứu.

Nguy hiểm siêu âm

Đã có nhiều lo ngại về sự an toàn của siêu âm. Bởi vì siêu âm là năng lượng, câu hỏi trở thành "Năng lượng này đang làm gì cho các mô của tôi hoặc con tôi?" Đã có một số báo cáo về những đứa trẻ nhẹ cân được sinh ra từ những bà mẹ thường xuyên đi siêu âm khi mang thai. Hai khả năng chính với siêu âm như sau:

  • phát triển nhiệt - mô hoặc nước hấp thụ năng lượng siêu âm làm tăng nhiệt độ cục bộ
  • hình thành bong bóng ( tạo bọt ) - khi khí hòa tan ra khỏi dung dịch do nhiệt cục bộ gây ra bởi siêu âm

Tuy nhiên, không có ảnh hưởng xấu nào của siêu âm được ghi nhận trong các nghiên cứu ở cả người và động vật. Điều này đang được nói, siêu âm vẫn chỉ nên được sử dụng khi cần thiết (nghĩa là tốt hơn để thận trọng).

Kiểm tra siêu âm
Đối với một kỳ thi siêu âm, bạn vào phòng với một kỹ thuật viên và máy siêu âm. Sau đây xảy ra:

  1. Bạn cởi bỏ quần áo của bạn (tất cả quần áo của bạn hoặc chỉ những người trên khu vực quan tâm).
  2. Chuyên gia siêu âm phủ một miếng vải lên bất kỳ khu vực tiếp xúc nào không cần thiết cho kỳ thi.
  3. Chuyên gia siêu âm áp dụng một loại thạch dựa trên dầu khoáng vào da của bạn - loại thạch này giúp loại bỏ không khí giữa đầu dò và da của bạn để giúp truyền sóng âm vào cơ thể.
  4. Máy siêu âm bao gồm đầu dò bằng vỏ nhựa.
  5. Anh ấy / cô ấy vượt qua đầu dò trên da của bạn để có được những hình ảnh cần thiết. Tùy thuộc vào loại bài kiểm tra, đầu dò có thể được chèn vào bạn.
  6. Bạn có thể được yêu cầu thay đổi vị trí để có cái nhìn tốt hơn về lĩnh vực quan tâm.
  7. Sau khi hình ảnh được thu thập và thực hiện các phép đo, dữ liệu được lưu trữ trên đĩa. Bạn có thể nhận được một bản sao cứng của hình ảnh.
  8. Bạn được tặng một chiếc khăn để dọn dẹp.
  9. Bạn mặc quần áo.

Tương lai của siêu âm
Cũng như các công nghệ máy tính khác, máy siêu âm rất có thể sẽ nhanh hơn và có nhiều bộ nhớ hơn để lưu trữ dữ liệu. Các đầu dò đầu dò có thể nhỏ hơn và các đầu dò có thể chèn nhiều hơn sẽ được phát triển để có được hình ảnh tốt hơn của các cơ quan nội tạng. Nhiều khả năng, siêu âm 3D sẽ được phát triển cao hơn và trở nên phổ biến hơn. Toàn bộ máy siêu âm có thể sẽ nhỏ hơn, thậm chí có thể cầm tay để sử dụng trong lĩnh vực này (ví dụ như nhân viên y tế, phân loại chiến trường). Một lĩnh vực nghiên cứu mới thú vị là sự phát triển của hình ảnh siêu âm kết hợp với màn hình thực tế ảo / đầu thực tế sẽ cho phép bác sĩ "nhìn thấy" bên trong bạn khi họ đang thực hiện một thủ thuật xâm lấn tối thiểu hoặc không xâm lấn như chọc ối hoặc sinh thiết.

Nguồn: Thietbiytethienphuc.com