Nguyên Lý Siêu Âm Cơ Bản

cách siêu âm hiệu quả nhất dành cho những người mới học.hy vọng các bạn sẽ có được bài học bổ ích cho bản thân.giúp nâng cao nghề nghiệp chuyên môn

NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM

Ths – Bs Nguyễn Thị Minh Huệ

NGUYÊN LÝ SIÊU ÂM

• Định nghĩa: sóng âm nghe được 16-20.000HZ, siêu âm >

20.000HZ (20KHz-1GHz)

• >1GHz là bội âm

• SÂ trong chẩn đoán 1-10 MHz

Sóng âm thanh truyền đi như chuỗi các sóng áp lực lặp đi lặp lại với hiện tượng nén và giãn biểu hiện dạng hình sin

T: chu kỳ; f là tần số, bước sóngở là khoảng cách giữa hai điểm tương ứng trên đường cong áp lực thời gian

• Phát xạ âm

• -Hiệu ứng áp điện P.Curie 1900

• -Nguồn phát

• Tấm tinh thể thạch anh nhỏ

• Hai điện cực nối dòng xoay chiều điện thế cao: rung

• Hiện tượng áp điện cả 2 chiều: đầu dò vừa thu vứa phát

• Hiện nay dùng gốm áp điện hệ số áp điện cao hơn thạch anh nhiều lần

I.PHÁT XẠ ÂM

HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN

Hình 2.1 Hiệu ứng áp điện

a Tinh thể ở tư thế nghỉ, không có khác nhau về điện thế

b.ép cơ học, xuất hiện dòng điện

c,d,e Tinh thể được nối với nguồn điện

• Tần số phát xạ thay đổi theo yêu cầu

- Chẩn đoán: 1-10 MHz, cường độ 5-10

miliwat/cm2

- Điều trị: 0,5 – 1MHz , cường độ 0,5-4W/cm2

I.PHÁT XẠ ÂM

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

• -Trong một mụi trường nhất định thỡ tốc độ truyền của súng õm là hằng định, nú liờn quan tới tần số và bước súng

• Trong mụi trường thiờn nhiờn:

• Khụng khớ: 350m/s rất kộm, mụi trường trung gian

• Parafin: 1400m/s

• Nước: 1500m/s

• Thộp 5000m/s

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

-Có hai yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ truyền

của sóng âm là :

Mật độ của môi trường (ρ) g/cm2;mức độ

gần nhau của các phần tử trong môi trường, tăng dần từ:

Không khí->nước->mỡ->tổ chức đặc-> xương Tính đàn hồi của môi trường (E):biểu thị khả năng trở lại vị trí và hình dạng ban đầu sau

khi nén hay kéo

R càng lớn nếu trở kháng âm hai môi trường càng khác nhau

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

• Trở kháng âm :độ dội,sức cản của môi trường đối với sự truyền âm, nó cao ở những tổ chức đặc và thấp đối với nước và phần mềm, không khí.

-Trở kháng âm của một số tổ chức:

Khí có Z= 0,0004 Nước có Z= 1,48

Tổ chức mềm có Z= 1,63 Xương có Z= 3,65 đến 7,09

• Phản xạ siêu âm

Chùm SÂ truyền trong môi trường gặp môi trường có trở kháng âm khác,gặp mặt phân cách có kích thước >bước sóng có sẽ có phản xạ

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

E.Sóng phản xạD.Chùm khúc tán

R Chùm còn lại

Hệ số truyền qua

Một phần SÂ truyền qua theo hướng chính

T= 1-R ( T hệ số truyền qua, R hệ số phản xạ)

Sóng khuêch tán: phần sóng SÂ thay đổi hướng

-Trong SÂ CĐ: thu phản xạ(âm vang, echo)

-Trong XQ dùng chùm còn lại sau khi xuyên qua cơ thể

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

Hiện tượng tán xạ

Hình 1.2 Hiện tượng tán xạ của sóng âm a) Kích thước của vật nhỏ hơn bước sóng âm, tán xạ đi mọi hướng

b) Kích thước vật gần bằng bước sóng : tán xạ theo hướng trước sau

c) Kích thước vật lớn hơn bước sóng : tán xạ theo hướng nhất định

Ứng dụng hiện tượng tán xạ

• Hướng của đầu dò không ảnh hưởng nhiều đến

chất lượng của sóng âm phản hồi về thu được vì sóng phản hồi này phát ra theo mọi hướng do hiện tượng tán xạ

• Tán xạ tăng lên khi tăng tần số của sóng siêu âm, nên các đầu dò tần số cao sẽ phát hiện được các cấu trúc nhỏ trong tổ chức.

• Tán xạ đặc thù với cấu trúc của các tổ chức nên cho phép nghiên cứu cấu trúc các tôt chức khác nhau Như nghiên cứu sự đồng đều của nhu mô các tạng gan, lách

.Hấp thụ: một phần năng lượng thành nhiệt năng

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

II.DẪN TRUYỀN SIÊU ÂM

• Suy giảm âm

-Độ suy giảm D[dB] = f[MHz] d [cm]

( f là tần số, d là khoảng cách giữa hai vị trí;

là hệ số hấp thụ)

-Như vậy suy giảm tỷ lệ thuận với tần số và

độ sâu ( TGC-bù năng lượng vào sâu)

III KỸ THUẬT SIÊU ÂM

1.Siêu âm kiểu A(Amplitude mode)

- Nguyên lý:

.Dùng đầu dò thu-phát gián đoạn

.Thu tín hiệu về chuyển thành tín hiệu điện,khuếch đại hiện sóng trên màn

.Biên độ xung tỷ lệ cường độ âm vang

.Vị trí xung: vị trí các bộ phận có âm phản xạ về

-Áp dụng:

Ngày nay hầu như không còn được ứng dụng

.Sản: đo đường kính lưỡng đỉnh khung chậu

.Mắt: Đo đường kính nhãn cầu

.Thần kinh: âm vang não đồ chủ yếu đánh giá di lệch đường giữa

III KỸ THUẬT SIÊU ÂM

2.Siêu âm kiểu B.( Brightness mode)

-Nguyên lý:

.Tín hiệu phản hồi biểu hiện chấm sáng

.Độ sáng biểu hiện cường độ sóng phản hồi

.Vị trí chấm sáng: khoảng cách từ đầu dò đến mặt phẳng phản hồi

.Nếu di chuyển đầu dò theo hướng nhất định sẽ vẽ được bề mặt của vật cần khám( siêu âm hai bình diện)

III KỸ THUẬT SIÊU ÂM

• 3.Siêu âm kiểu TM( Time Motion Mode)

• -Thể hiện hình ảnh kiểu B theo thời gian

• -Nếu mặt phản hồi đứng yên sẽ biểu hiện đường thẳng, nếu

di động sẽ vẽ đường cong biểu hiện chuyển động

• -Siêu âm kiểu TM được ứng dụng trong thăm khám tim

III KỸ THUẬT SIÊU ÂM

kiÓu A

KiÓu B

SA hai b×nh diÖn

• 4 Hình tĩnh và hình động

• -Trên cơ sở kiểu B, đầu dò gắn với trục khuỷ và quét bằng tay cho hình cắt lớp tĩnh

• -Hình động( reel time): có số ảnh 30/giây cho tim và

4/giây cho bụng( đầu dò quét điện tử hay cơ học)

III KỸ THUẬT SIÊU ÂM

IV MÁY SIÊU ÂM

Lưu trữ

Sơ đồ cấu tạo máy siêu âm

.Cắt thành nhiều tinh thể xếp các loại đầu dò

.Chịu được rung lớn, không chịu nhiệt và ẩm

.Mặt trong và ngoài bọc lớp kim loại mỏng để kết nối và dẫn điện

-Bộ phận giảm âm:

.Lớp bột tungsten-chì phía sau lớp gốm

Giữ và cố định lớp gốm Làm gỉam rung kéo dài của gốm sau phát xung siêu âm Hấp thụ sóng âm ra sau

-Lớp bọc dẫn âm phía trước: bảo vệ và dẫn truyền âm

• -Chiều dày tinh thể gốm quyết định tần số đầu dò

IV MÁY SIÊU ÂM

Hình đầu dò a:lớp bọc dẫn âm phía trước,b:thấu kính hội tụ âm;c: Gốm áp điện d:Bộ phận hấp thụ âm phía sau; e:vỏ; f: dây cáp điện

IV MÁY SIÊU ÂM

• Các vùng của chùm sóng âm

• -Vùng gần đầu dò( vùng Fresnel) sóng âm song song

• Chiều dài L= D 2 /4 ( D là kích thước đầu dò)

• -Vùng loe ở xa đầu dò ít có tác dụng thăm khám

• giảm loe bằng thấu kính âm học lõm hay đầu dò lõm

• ỏ = 0,69ở / D hay sinỏ = 1,22ở /D

*Hoạt động của đầu dò:

-Phát liên tục: có hai tinh thể một để phát một để thu

-Phát không liên tục ( pulsé): phát các xung ngắn, một tinh thể vừa phát vừa thu,thời gian giữa hai lần phát để thu

-Tần số nhắc lại xung(PRF): Số lần phát xung/giây

-Hệ số làm việc(DF): tỷ lệ giữa chiều dài xungvới PRF

thường 0,002-0,0005

-Công suất âm của đầu dò:tỷ lệ với chiều dài xung

P moyen = Pmax x DF ( max=10W, DF= 0,0005, Pm=5mW)

IV MÁY SIÊU ÂM

*Tần số cộng hưởng và băng tần số

-Tần số phát phụ thuộc vào bản chất tinh thể và chiều dày nó-Giữa tần số cao nhất ở giữa còn có dải tần số thấp đến cao có cường độ thấp(dải tần số) từ 0,25-3 lần tần số trung tâm

IV m¸y siªu ©m

BP

f2 f1

fc

F

A

Độ phân giải của đầu dò

-Định nghĩa: khoảng cách nhỏ nhất giữa hai điểm phân biệt được

Tính chênh tín hiệu từ sườn hai xung đến đỉnh xung của phản hồi hai điểm gần nhau

IV m¸y siªu ©m

• Phân giải dọc trục (résolution axiale)

• -Là khoảng cách ngắn nhất giữa hai vật theo trục sóng âm có thể phân biệt được.

• -Phụ thuộc độ rộng xung(bước sóng), càng ngắn phân giải càng cao,

thường bằng 2 ( tần số càng cao phân giải cao)

• -Cũng phụ thuộc thời gian phát xung; xung ngắn phân giải cao

IV MÁY SIÊU ÂM

a: xung ngắn phân giải tốt b: xung dài phân giải kém

• Phân giải ngang

• -Khả năng phân biệt hai điểm gần nhau đứng vuông gốc chùm sóng âm

• -Phụ thuộc vào chiều rộng chùm sóng âm,độ rộng này phụ thuộc tần số, hình thể đầu dò, chất liệu gốm, hội tụ, khoảng cách từ đầu dò đến vật

IV MÁY SIÊU ÂM

1.chùm rộng không hội tụ 2-3: chùm có hội tụ

4.Số lượng đường phát khác nhau

Các loại đầu dò

• Đầu dò thẳng( Linear Array): to, phân giải cao, khám nông

• Đầu dò cong( curved array): làm bụng, sản

• Đầu dò quét dẻ quạt (Phased Array): nhỏ, làm tim

• Đầu dò cơ học

Xử lý hình ảnh

• Khuếch đại gain

Gain=20Log (U2/U1)=[dB]( U biên độ trước và sau khuếch đại)

• Khuếch đại sâu:( DGC hay TGC-Depth Gain Compression,

Time Gain Compression)

• Khuếch đại bờ (EE-Edge Enhancement ) Tăng phân giải theo

trục Tăng nét bờ vuông góc sóng âm nét và hình mịn hơn

• Dải động ( DR-Dynamic Range) DR thấp rõ bờ ( khám tim) DR

cao rõ cấu trúc ( khám tạng)

• Độ tương quan ( CL-Correlation):Thông tin cũ và mới hòa hợp

cho ảnh tốt nhất Tạng động ( tim) dùng CL=); bụng CL=1-2-3.

36