Lịch sử và nguyên lý siêu âm

1. LÒCH SÖÛ VAØ NGUYEÂN LYÙ
Bs Buøi Anh Thaéng
Muïc tieâu :
+ Bieát roõ vai troø ngöôøi phaùt hieän ra hieäu öùng aùp ñieän
+ ÖÙng duïng hieäu öùng aùp ñieän trong sieâu aâm
+ Tính chaát cô baûn cuûa soùng aâm
+ Taàn soá soùng aâm vaø ñoä phaân giaûi
A/ LÒCH SÖÛ :
Naêm 1794 Spallazini cho raèng giôi caù khaû naêng phaùt ra sieâu aâm
Naêm 1845 Christian Doppler phaùt hieän ra hieäu öùng Doppler
Naêm 1880 anh em nhaø Pierre vaø Jacque curie phaùt hieän ra hieäu öùng aùp
ñieän ( Piezoelectric )
Naêm 1895 Roentgen phaùt hieän ra tia X
Naêm 1912 taøu Titanic gaëp naïn
Naêm 1917 Paul langevin phaùt hieän ra soùng aâm xuoáng nöôùc vaø roäi laïi .
Naêm 1954 Edler ghi aûnh van tim baèng sieâu aâm moät chieàu.
Khoaûng 1960 Sieâu aâm phaùt trieån ôû Chaâu Aâu vaø Hoa Kyø
Sau 1970 phaùt trieån maïnh treân toaøn theá giôùi.
ÔÛ VN – Phía baéc nhöõng naêm 1976
- Phía nam nhöõng naêm1987.
1/ Vaäy sieâu aâm laø gì ?
Tai ngöôøi nghe caùc soùng aâm coù taàn soá töø 20 -20.000 Hz.
Soùng aâm coù taàn soá treân 20.000 goïi laø sieâu aâm ( Ultrasound =
Echography )
Taàn soá < 16.000 Hz goïi haï aâm.
2/ Caùc ñôn vò söû duïng trong sieâu aâm:
KiloHertz = 1.000 Hz
MegaHertz = 1.000.000 Hz
GinaHertz = 1.000.000.000Hz
Hertz = Heinrich Rudolf Hertz mhaø vaät lyù ngöôøi Ñöùc , ngöôøi ñaàu tieân
giaûi thích söï lan truyeàn cuûa sieâu aâm.
Naêng löôïng sieâu aâm : Coù theå tính baèng Watts / m2 hay Micowatts / cm2
3/ ÖÙng duïng cuûa sieâu aâm
Trong quaân söï ( SONAR = Sound Navigation of Ranging )
Trong coâng nghieäp – Haøng haûi …
Trong y khoa

2. Chaån ñoaùn hình aûnh : Taàn soá thay ñoåi töø 1 Mz tôùi 20 Mz
Trong ñieàu trò : Nhö soûi thaän , u tuyeán … duøng sieâu aâm coù cöôøng ñoä
lôùn 1,4 x 10.000.000 W/ M2
B/ Nguyeân lyù :
Soùng aâm laø rung ñoäng cuûa vaät chaát  Goïi laø soùng cô
Söï lan truyeàn:
Toát nhaát trong chaát raén
Bình thöôøng ôû dòch
Lan truyeàn khoâng toát trong chaát khí.
Moät soá khaùi nieäm Veà söï hoaït ñoäng cuûa sieâu aâm
• Chu kyø dao ñoäng : Laø thôøi gian ñeå moät phaàn töû vaät chaát chuyeån
ñoäng dao ñoäng trôû veà vò trí caân baèng.
• Taàn soá :laø soá chu kyø dao ñoäng trong moät giaây ( F = Freequency )
• Böôùc soùng : Laø ñoä daøi cuûa moät chu kyø.Taàn soá caøng cao thì böôùc
soùng caøng ngaén.
• Toác ñoä lan truyeàn cuûa sieâu aâm : Laø ñoä daøi maø sieâu aâm lan truyeàn
trong moät ñôn vò thôøi gian moät giaây.
Caùc khaùi nieäm treân lieân heä vôùi nhau qua coâng thöùc
L = V / F maø L: laø böôùc soùng ( m)
V:laø vaän toác lan truyeàn ( m/s )
F:laø taàn soá ( Hz )
A B C D E F G H
Vaäy theo hình treân thì ABC laø moät chu kyø.
Töø coâng thöùc treân ta suy luaän:
+ Taàn soán caøng cao thì böôùc soùng caøng ngaén
+ Taàn soá thaáp thì böôùc soùng daøi.
Vaän toác lan truyeàn cuûa soùng aâm trong moät soá moâ

3. Khoâng khi ( Air) 330 m / s
Môõ ( Fat ) 1450 m /s
Nöôùc ( water # 20* ) 1480 m / s
Nöôùc oái (Amniotic
Fluid )
1510 m/ s
Naõo ( Brain )
1565 m / s
Maùu ( Blood )
1579 m / s
Cô ( Muscle )
1600 m / s
Gan ( Liver ) 1630 m/ s
Töû cung ( Uterus ) 1630 m / s
Da ( Skin )
1700 m / s
Moâ meàm ( Soft tissue)
1540 m / s
Xöông ( Bone ) 3500 m / s
Döôùi taùc ñoäng cuûa doøng ñieän xoay chieàu laøm thaïch anh co giaõn vaø rung
ñoäng , taàn soá rung ñoäng phuï thuoác vaøo beà daøy baûn thaïch anh vaø hieäu
ñieän theá ( # 1.000volts ) thì seõ phaùt ra moät taàn soá > 20.000 Hz maø tai
ngöôøi khoâng nghe ñöôïc thì goïi laø sieâu aâm.Ngöôïc laïi soùng aâm > 20.000
Hz taùc ñoäng laïi baûn thaïch anh seõ taïo neân tín hieäu ñieän.Ñoù laø nguyeân lyù
aùp ñieän vaø ñieän aùp.
C/ Tính chaát cuûa sieâu aâm:
1/ Laø soùng cô hoïc :Coù theå lan truyeàn trong taát caû moïi moâi tröôøng vaät
chaát nhö loûng , raén .. Nhöng chaát khoâng thì khoâng theå lan truyeàn vì
khoâng coù phaàn töû vaät chaát cuï theå ñeå lan truyeàn.

4. Khi lan truyeàn töø moâi tröôøng naøy qua moâi tröôøng khaùc ( Coù maët phaân
caùch giöõa 2 moâi tröôøng ) neân taïo neân moät soà tính chaát nhö Reflection –
Refraction vaø scatter )
Reflection = Faûn xaï
Refraction = Khuùc xaï
Chuù yù : Goùc faûn xaï caøng nhoû cho hình caøng ñeïp ( trung thöïc )
2/ Söï suy giaûm cuûa sieâu aâm :
Trong quaù trình lan truyeàn soùng aâm bò haáp thu bôûi moâ , truyeàn caøng xa
naêng löôïng caøng yeáu.Coâng thöùc :
Is = Io x ( -2 fx )
Is laø cöôøng ñoä ôû ñoä saâu
Io laø cöôøng ñoä ban ñaàu
F laø heä soá haáp thu
X laø ñoä daøy vaät maø sieâu aâm ñi qua
3/ Ñoä phaân giaûi : Laø khaû naêng phaân bieät 2 vaät gaàn nhau nhaát
+ Phaân giaûi theo truïc doïc( Axial resolution ) : ----> o o
+ Phaân giaûi theo truïc ngang( Lateral resolution ) : ----> o
o
Taàn soá caøng cao phaân giaûi caøng toát
Taàn soá thaáp phaân giaûi khoâng toát
Ví duï :
Taàn soá ( Hz ) Ñoä phaân giaûi
3.5 0,4 mm
5.0 0,3 mm
7.5 0,2 mm
10 0,1 mm
Chuù yù : taàn soá cao xuyeân saâu toài ( 5.0 MHz  12 cm )
Taàn soá thaáp xuyeân saâu toát ( 3,5 MHz  23 cm saâu )

5. Moät soá giaûi thích:
+ Hieäu öùng aùp ñieän ( Piezoelectric ): laø khaû naêng bieán ñoåi ñieän naêng
thaønh soùng cô hoïc vaø ngöôïc laïi cuûa moät soá chaát nhö thaïch anh , muoái
Rochelle…
Echoic :
Isoechoic
Hypoechoic ( Echo poor )
Hyperechoic ( Echo rich )
Anechoic = free echo
Taêng aâm phía sau
Boùng löng
D/ Caùc phöông phaùp sieâu aâm chaån ñoaùn :
1/ A mode ( Amplitute )
2/ B mode ( bright )
3/ T mode ( Time motion )
4/ Doppler :
F1- F2 =2F. cos α .V/C
Vôùi F1 : Tia tôùi vaø F2 tia faûn xaï
Α laø goùc hôïp bôûi tía tôùi vaø höôùng ñi cuûa maïch maùu
V laø vaän toác doøng maùu
C laø vaän toác soùng aâm trong moâi tröôøng
E/ Hieäu öùng sinh hoïc vaø an toaøn trong sieâu aâm