BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG SIÊU ÂM

1.1 CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA ÂM THANH Âm thanh là sóng cơ học lan truyền trong một môi trường ở dạng dọc và đường thẳng. Khi âm thanh lan truyền trong một môi trường, các phân tử trong môi trường đó luân phiên bị nén lại và giãn ra. Âm thanh không thể lan truyền trong chân không; nó cần một môi trường để truyền âm, vì sóng âm là năng lượng cơ học được truyền từ phân tử này tới phân tử khác. Điều quan trọng cần lưu ý đó là các phân tử không chuyển động khi sóng âm truyền qua chúng, chúng chỉ dao động tới – lui, hình thành những vùng nén lại và giãn ra trong môi trường. Bảy thông số được dùng để mô tả đặc tính của sóng âm Tần số (Frequency) Chu kỳ (Period) Biên độ (Amplitude) Công suất (Power) Cường độ (Intensity) Độ dài bước sóng (Wavelength) Vận tốc truyền âm (Propagation speed) Biên độ, công suất và cường độ là ba đặc tính liên quan đến sức mạch của sóng âm. Biên độ được xác định bằng sự chênh lệch giữa đỉnh (tối đa) hoặc lõm (tối thiểu) của sóng âm và giá trị trung bình (Hình 1.2). Đỉnh hoặc chỏm, biểu thị cho vùng nén lại và lõm biểu thị cho vùng giãn ra (Hình 1.2). Đơn vị của biên độ là thông số áp suất (Pascals) và trong hình ảnh lâm sàng, đơn vị là million Pascals (MPa). Biên độ của sóng âm giảm bớt khi âm thanh lan truyền trong cơ thể. Công suất là mức năng lượng chuyển qua sóng âm, đơn vị là Watts. Công suất tỷ lệ thuận với biên độ của sóng âm. Công suất có thể điều chỉnh tăng hoặc giảm trên máy siêu âm. Cường độ là sự tập trung năng lượng trong sóng âm và như thế nó phụ thuộc vào công suất và thiết diện cắt ngang của chùm sóng âm. Cường độ của sóng âm được tính bằng cách chia công suất của sóng âm (Watts) cho thiết diện cắt ngang của nó (cm2), đơn vị là Wcm2.  Sóng siêu âm được tạo thành từ những tinh thể áp điện nằm trong đầu dò siêu âm (Hình 1.4). Khi một dòng điện luân phiên đến những tinh thể này, chúng co lại và giãn ra với cùng một tần số mà dòng điện thay đổi chiều phân cực và tạo thành tia siêu âm. Tia siêu âm đi vào cơ thể với cùng một tần số mà đầu dò đã tạo ra. Ngược lại, khi tia siêu âm trở về đầu dò, những tinh thể này thay đổi hình dáng, và sự thay đổi nhỏ bé này tạo ra một dòng điện nhỏ bé rồi được khuếch đại bởi máy siêu âm để tạo thành hình ảnh siêu âm trên màn hình. Các tinh thể áp điện trong đầu dò đã chuyển năng lượng điện thành năng lượng cơ (siêu âm) và ngược lại

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ I.

SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG

CHẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ

LỚP CK1 CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH B – BÌNH DƯƠNG

LỚP CK1 CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH B – BÌNH DƯƠNG

MỤC LỤC

1 CƠ SỞ VẬT LÝ ( BS DUY)

1 Các đặc tính vật lý của âm thanh

2 Siêu âm là gì

3 Sóng siêu âm được tạo thành như thế nào ?

4 Hình siêu âm được tạo thành như thế nào ?

2 CÁC KIỂU SIÊU ÂM ( BS TÂM)

3 TƯƠNG TÁC SIÊU ÂM VỚI VẬT CHẤT.( BS NGỌC-BS DƯƠNG)

1 Hiệu ứng cơ học

2 Hiệu ứng nhiệt

3 Hiệu ứng hóa lý

4 ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC ( chẩn đoán và điều trị ).

1 Ứng dụng trong chẩn đoán ( BS CHINH)

2 Ứng dụng trong điều trị ( BS PHONG)

5 ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM HỘI TỤ ( HIFU) ( BS ĐIỀN)

1 Định nghĩa :

2 Lịch sử phát triển của HIFU

3 Nguyên lý hoạt động của máy HIFU

4 Ứng dụng

CƠ SỞ VẬT LÝ ( BS DUY)

• 1.1 CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA ÂM THANH

• Âm thanh là sóng cơ học lan truyền trong một môi trường ở dạng dọc và đường

thẳng Khi âm thanh lan truyền trong một môi trường, các phân tử trong môi

trường đó luân phiên bị nén lại và giãn ra Âm thanh không thể lan truyền trong chân không; nó cần một môi trường để truyền âm, vì sóng âm là năng lượng cơ học được truyền từ phân tử này tới phân tử khác Điều quan trọng cần lưu ý đó là các phân tử không chuyển động khi sóng âm truyền qua chúng, chúng chỉ dao động tới – lui, hình thành những vùng nén lại và giãn ra trong môi trường Bảy thông số được dùng để mô tả đặc tính của sóng âm

CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA ÂM THANH

• Độ dài bước sóng (Wavelength)

• Vận tốc truyền âm (Propagation speed)

TẦN SỐ

• Tần số của sóng âm là số chu kỳ diễn ra trong 1 giây (Hình 1.1) Đơn vị Hertz là 1

chu kỳ / giây Tần số là một đặc tính quan trọng của sóng âm, vì nó quyết định độ xuyên thấu của sóng âm và chất lượng hình ảnh. 

VẬN TỐC TRUYỀN ÂM

• Vận tốc truyền âm là khoảng cách mà sóng âm truyền qua một môi trường đặc thù

trong thời gian 1 giây. 

ĐỘ DÀI BƯỚC SÓNG

• Độ dài bước sóng là chiều dài của sóng được xác định là khoảng cách của 1 chu

kỳ Nó được ký hiệu là lambda (λ), đơn vị tính là mm khi ứng dụng trong lâm sàng (Hình 1.3), và được tính bằng cách chia vận tốc của sóng âm cho tần số của sóng

âm (λ = v/f). 

CHU KỲ

• Chu kỳ của sóng âm là thời gian để hình thành một bước sóng đi lên và xuống, và

như thế liên quan chặt chẽ với tần số Ví dụ như, sóng âm có tần số 10 Hertz sẽ có chu kỳ là 1/10 giây.

BIÊN ĐỘ , CÔNG SUẤT , CƯỜNG ĐỘ

• Biên độ, công suất và cường độ là ba đặc tính liên quan đến sức mạch của sóng

âm. Biên độ được xác định bằng sự chênh lệch giữa đỉnh (tối đa) hoặc lõm (tối

thiểu) của sóng âm và giá trị trung bình (Hình 1.2) Đỉnh hoặc chỏm, biểu thị cho vùng nén lại và lõm biểu thị cho vùng giãn ra (Hình 1.2) Đơn vị của biên độ là thông số áp suất (Pascals) và trong hình ảnh lâm sàng, đơn vị là million Pascals (MPa). Biên độ của sóng âm giảm bớt khi âm thanh lan truyền trong cơ thể. Công suất là mức năng lượng chuyển qua sóng âm, đơn vị là Watts Công suất tỷ lệ thuận với biên độ của sóng âm. Công suất có thể điều chỉnh tăng hoặc giảm trên máy siêu

âm. Cường độ là sự tập trung năng lượng trong sóng âm và như thế nó phụ thuộc vào công suất và thiết diện cắt ngang của chùm sóng âm. Cường độ của sóng âm được tính bằng cách chia công suất của sóng âm (Watts) cho thiết diện cắt ngang của nó (cm2), đơn vị là W/cm2. 

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

SÓNG SIÊU ÂM ĐƯỢC TẠO THÀNH NHƯ THẾ NÀO?

• Sóng siêu âm được tạo thành từ những tinh thể

áp điện nằm trong đầu dò siêu âm (Hình 1.4)

Khi một dòng điện luân phiên đến những tinh thể

này, chúng co lại và giãn ra với cùng một tần số

mà dòng điện thay đổi chiều phân cực và tạo

thành tia siêu âm Tia siêu âm đi vào cơ thể với

cùng một tần số mà đầu dò đã tạo ra Ngược lại,

khi tia siêu âm trở về đầu dò, những tinh thể này

thay đổi hình dáng, và sự thay đổi nhỏ bé này tạo

ra một dòng điện nhỏ bé rồi được khuếch đại bởi

máy siêu âm để tạo thành hình ảnh siêu âm trên

màn hình Các tinh thể áp điện trong đầu dò đã

chuyển năng lượng điện thành năng lượng cơ

(siêu âm) và ngược lại

SÓNG SIÊU ÂM ĐƯỢC TẠO THÀNH NHƯ THẾ NÀO?

Nguyên lý tạo sóng siêu âm

•  Đầu dò khi được kích thích bởi xung điện với chiều dài và cường độ thay đổi sẽ phát sóng siêu âm (đầu dò khác nhau sẽ phát sóng với tần số khác nhau) truyền theo hướng của đầu dò vào môi trường với vận tốc xác định Sóng âm sẽ gặp các mặt phân cách trên đường đi và tạo ra các phản xạ và tán

xạ âm quay về đầu dò, đầu dò sẽ thu nhận các tín hiệu phản xạ này.

•  

•       Khoảng thời gian cho sóng âm đi tới mặt phân cách rồi quay về đầu dò, theo công thức:

•       d = C x t/2

• d: Khoảng thời gian từ đầu dò đến mặt phân cách

• C: Vận tốc sóng âm trong môi trường

• t: Khoảng thời gian cho sóng âm đi tới mặt phân cách và quay về

•  

•       Đầu dò sẽ biến tín hiệu âm phản hồi về thành tín hiệu điện thông qua hiệu ứng áp điện, các thông tin sẽ được xử lý và hiển thị trên màn hình.

HÌNH SIÊU ÂM ĐƯỢC TẠO THÀNH NHƯ THẾ NÀO?

• Máy siêu âm hiện đại tạo ra một hình

ảnh siêu âm bằng cách gửi nhiều xung

sóng âm từ đầu dò với hướng đi khác

nhau không đáng kể và phân tích sóng

âm phản hồi trở về các tinh thể Chi

tiết của quá trình này nằm ngoài mục

tiêu của cuốn sách này, nhưng điều

quan trọng cần lưu ý là   các mô phản

xạ mạnh sóng siêu âm như xương

hoặc không khí sẽ tạo ra dòng điện

mạnh từ các tinh thể áp điện và sẽ cho

hình ảnh hồi âm dày (hyperechoic)

trên màn hình máy siêu âm (Hình

1.5) Nói cách khác, những phản xạ

yếu sóng siêu âm, như dịch hoặc mô

mềm, sẽ tạo ra dòng điện yếu, cho

hình ảnh hồi âm kém (hypoechoic)

hoặc hồi âm trống (anechoic) trên màn

hình.

Hình 1.5: Hình ảnh siêu âm chi của thai quý II Lưu ý xương đùi có hồi âm dày, mô mềm của đùi có hồi âm kém, nước ối có hồi âm trống Đo dọc khoang ối lớn nhất (chương 9).

Hình 1.6: Hình ảnh siêu âm chi dưới của thai quý II mô tả hiệu ứng góc của sóng âm Lưu ý rằng xương chày (tibia) thấy rõ vì chùm tia siêu âm tạo với nó một góc gần 90 độ Xương đùi (femur) không thấy rõ vì nó gần như song song với chùm tia siêu âm.

2.CÁC KIỂU SIÊU ÂM.

• Dựa vào hai hiệu ứng thuận, nghịch của hiện tượng áp điện người ta tạo ra các đầu phát và đầu dò siêu âm thích hợp Các chùm siêu âm có cường độ lớn và phát ra trong một thời gian ngắn nên coi như nhũng xung sóng Xung sóng tạo ra các xung phản xạ khi gặp điều kiện thuận lợi về sự chênh lệch âm trở Áp dụng nguyên lí này có các kiểu siêu âm :

Kiểu A : ( Amplitude mode)

• 1.Kiểu A : ( Amplitude mode) : khi đầu dò nhận được một sóng xung phản xạ sẽ xuất hiện một xung tín hiệu Biên độ xung tín hiệu được xác định bởi cường độ của xung siêu âm phản xạ và vị trí của nó được xác định bởi thời gian mà xung siêu

âm đã lan truyến

Kiểu B : ( Brightness mode)

• 2.Kiểu B : ( Brightness

mode) mỗi sóng xung tín

hiệu tr ong kiểu A sẽ được biểu hiện bằng một điểm với cường độ ánh sáng tương ứng với biên độ xung siêu

âm phản xạ Sự di chuyển tiến lùi của mặt phản xa

tương ứng với dịch chuyển qua lại của xung tín hiệu trong kiểu A và của điểm sáng trong kiểu B

Kiểu TM ( Time motion )

• 3.Kiểu TM ( Time

motion ) các điểm sáng

thu dược theo kiểu B từ các xung siêu âm phản hồi được ghi liên tục theo thời gian , nó cho biết các

thông số về sự chuyển động , tốc độ đóng mở các van tim , số lần có bóp của tim và chức năng có bóp của tim

Kiểu 2 chiều ( 2D – 2 dimentional mode )

• Kiểu 2 chiều ( 2D – 2

dimentional mode ) khi có

một chùm xung sóng siêu

âm được phát ra và lan

truyền qua cơ quan khảo sát

, mỗi xung sẽ tương ứng với

Kiểu 3D ( 3D – 3 dimentionlal mode )

Kiểu 3D ( 3D – 3 dimentionlal

mode ) là kết quả của việc sử

dụng các tiến bộ của tin học

trong tái tạo hình ảnh không gian

3 chiều từ các thông tin được thu

trong kiểu 2 chiều , cơ thể thu tín

hiệu bằng đầu dò đặc biệt cho

siêu âm 3 chiều với phần mền đã

được cài đặt sẵn trong máy siêu

âm

Kiểu siêu âm Doppler

• 6.Kiểu siêu âm Doppler : sử

dụng nguyên lí hiệu ứng

Doppler : có các kiểu siêu âm

doppler xung , doppler liên

tục , dopller màu , doppler

năng lượng Ứng dụng trong

khảo sát tim mạch , tình trạng

hoạt động van tim, hẹp hở van

tim, tình trạng mạch máu , hẹp

tắc mạch , dị dạng mạch máu

3.TƯƠNG TÁC SIÊU ÂM VỚI VẬT CHẤT.

Khi tác dụng lên chất rắn hoặc lỏng siêu âm gây ra 3 hiệu ứng cơ học ,nhiệt học và hoá lý,từ đó nó gây nên tác dụng sinh học.

• 3.1 Hiệu ứng cơ học : sóng siêu âm làm cho các phân tử môi trường dao động.áp suất dao động gây ra tuỳ thuộc mật độ vật chất

và có thể lên đến hàng vạn atmostphere Kết quả là liên kết của các phần tử môi trường bị đứt gãy Người ta gọi đó là hiện tượng tạo lôc vi mô.

• Với những chất lỏng không trộn lẫn vào nhau được như nước và dầu,nước và thuỷ ngân siêu âm có thể làm chúng hoà vào nhau được.

• 3.2 Hiệu ứng nhiệt :Phần lớn năng lượng được hấp thụ từ siêu âm vào môi trường được chuyển sang dạng nhiệt làm tăng nhiệt

độ môi trường.hiện tượng cũng đặc biệt xảy ra,nhiều chất ở các mặt ngăn cách giữa 2 môi trường có mật độ khác nhau

• 3.3 Hiệu ứng hoá lý: siêu âm có thể gây ra các phản ứng mà ở điều kiện bình thường khó xảy ra hoặc xúc tiến các phản ứng

hoá học Đặc biệt siêu âm làm tăng các phản ứng phân ly các hoạt chất hữu cơ ,làm tăng sự ion hoá và tạo ra nhiều gốc tự do trong môi trường

3.TƯƠNG TÁC SIÊU ÂM VỚI VẬT CHẤT.

• Nhờ 3 hiệu ứng đó ,siêu âm có tác dụng:

• - Cường độ nhỏ và vừa nó làm tăng tính thẩm thấu của màng tế bào ,sự dịch chuyển bào tương làm rách màng và biến dạng nhân ,phá huỷ tế bào

• -Đối với mô sinh học siêu âm làm thay đổi những đặc tính của nó như PH ,áp suất thẩm thấu áp suất keo ,thay đổi sự chuyển hoá trong cơ thể

• Siêu âm làm giãn mạch ,tăng vận mạch ,chống co thắt cơ ,chống viêm và tăng cường hấp thụ ở ruột ,làm mất canxi ở

xương ,nóng các mô và với liều lớn phá huỷ tế bào máu ,tuỷ xương và gây hoại tử ở tế bào thần kinh….

ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC ( chẩn đoán và điều trị ).

• 4.1.Ứng dụng trong chẩn đoán

• Ứng dụng kiểu siêu âm này được sử dụng rộng rãi trong các chuyến khoa :

• - SẢN KHOA siêu âm giúp chẩn đoán ,theo dõi sự phát triển , hay những bất thường của thai nhi Siêu âm phụ khoa thấy được cấu trúc bình thường của cơ quan sinh sản , chẩn đoán các bệnh lí như nang ,u buồng trứng , nhân xơ tử cung , K tử cung và buồng trứng

• - TIM MẠCH : đánh giá chức năng co bóp của tim, chẩn đoán các bệnh

màng ngoài tim, u cơ tim

• - SIÊU ÂM BỤNG : chẩn đoán bệnh lý các cơ quan trong ổ bụng như gan, lách ,tụy , thận, bàng quang , tiền liệt tuyến

SIÊU ÂM BỤNG

SIÊU ÂM TIM MẠCH

SIÊU ÂM CAN THIỆP

SIÊU ÂM ĐIỀU TRỊ

4.1.Ứng dụng trong chẩn đoán

• Ứng dụng kiểu siêu âm này được sử dụng rộng rãi trong các chuyến khoa :

• - SẢN KHOA siêu âm giúp chẩn đoán ,theo dõi sự phát triển , hay những bất thường của thai nhi Siêu âm phụ khoa thấy được cấu trúc bình thường của cơ quan sinh sản , chẩn đoán các bệnh lí như nang ,u buồng trứng , nhân xơ tử cung , K tử cung và buồng trứng

• - TIM MẠCH : đánh giá chức năng co bóp của tim, chẩn đoán các bệnh

màng ngoài tim, u cơ tim

• - SIÊU ÂM BỤNG : chẩn đoán bệnh lý các cơ quan trong ổ bụng như gan, lách ,tụy , thận, bàng quang , tiền liệt tuyến

5.ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM HỘI TỤ ( HIFU)

• 5.1.Định nghĩa :

• Siêu âm hội tụ cường độ cao là kỹ thuật không xâm nhập, điều trị ung bướu bằng cách gia tăng nhiệt độ cục bộ tại khối u Hiện tại HIFU đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và Bệnh viện Trường Đại học Y Dược Huế là đơn vị đầu tiên tại miền Trung sở hữu công nghệ này

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM HỘI TỤ ( HIFU)

• 5.2 Lịch sử phát triển của HIFU :

• Năm 1942, Lynn lần đầu tiên đưa ra khái niệm về siêu âm hội tụ cường độ cao

• Năm 1956, Burov lần đầu tiên sử dụng kỹ thuật siêu âm hộ tụ cường độ cao để điều trị ung bướu

• Từ năm 1975 đến nay, các thí nghiệm về việc ứng dụng siêu âm hội tụ cường độ cao để điều trị ung thư gan, ung thư tụy, sarcoma trên động vật ngày một rộng rãi

• Máy HIFU thương mại đầu tiên mang tên Sonablate 200 do công ty Focus Surgery Hoa Kỳ sản xuất vào năm 1994, được đưa vào sử dụng tại châu Âu để điều trị phì đại tuyến tiền liệt

• Năm 2004 cục quản lý dược phẩm và thực phẩm FDA – Hoa Kỳ phê chuẩn sản phẩm Exablate2000HIFU của công ty

Insightec ứng dụng vào điều trị u xơ tử cung

• Năm 2015, FDA phê chuẩn cho 2 hệ thống HIFU ứng dụng vào điều trị cắt bỏ mô tuyến tiền liệt

5.3 Nguyên lý hoạt động của máy HIFU :

• Nguyên lý hoạt động của HIFU dựa vào tính xuyên thấu, tính định hướng và tính hội tụ của sóng siêu âm, tập trung sóng siêu âm được phát ra từ nguồn bên ngoài cơ thể hội tụ tại một tiêu điểm bên trong cơ thể, tại tiêu điểm này, nhiệt độ sẽ được đưa lên trên 70°C trong thời gian ngắn, từ đó gây ra hoại tử tại tiêu điểm

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM HỘI TỤ ( HIFU)

• Ứng dụng Siêu âm hội tụ cường độ cao (HIFU) trong điều trị các khối u

• Ứng dụng điều trị chung của HIFU

• Ứng dụng thẫm mỹ của HIFU

Hình ảnh minh họa trình tự điều trị: Nhiều điểm thành một hàng, nhiều hàng xếp với nhau thành một lát cắt, và nhiều lát cắt xếp với nhau thành một khối

Nguyên lý kỹ thuật

Hệ thống điều trị Khối u bằng sóng siêu âm hôi tụ cường độ cao HIFU-2001

Hệ thống điều trị Khối u bằng sóng siêu âm hôi tụ cường độ cao HIFU-2001

ỨNG DỤNG HIFU TRONG THẪM MỸ

HIFU TRONG THẨM MỸ DA

KẾT LUẬN

•   Siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong Y khoa.Ứng dụng Siêu âm trong đời

sống rất rộng rãi và đa dạng Trong Y học hiện đại , siêu âm hỗ trợ bác sĩ lâm sàng cả trong chẩn đoán , điều trị , và thẩm mỹ Điển hình trong lĩnh vực thẩm

mỹ là siêu âm hội tụ ( HIFU) : công nghệ nâng cơ, xóa nhăn, trẻ hóa da không xâm lấn…

• Các thiết bị ứng dụng siêu âm ngày càng hoàn thiện, cao cấp hơn, với tính an

toàn cao và giá thành phù hợp đã đóng góp một phần không nhỏ cho việc chẩn đoán và điều trị.