Lời nói đầu Kỹ thuật siêu âm đợc biết đến từ lâu đợc ứng dụng nhiều lĩnh vực nh: công nghiệp, dân dụng y học Ví dụ công nghiệp ngời ta sử dụng siêu âm để thăm dò khuyết tật mối hàn kim loại hay để đánh bề mặt vật liệu, dân dụng ta sử dụng siêu âm để tìm luồng cá biển Tuy nhiên lĩnh vực đề cập vấn đề ứng dụng siêu âm y học Siêu âm đợc sử dụng rộng rãi y học cho mục đích chẩn đoán điều trị Đặc điểm siêu âm y học chúng tác động xấu đến thể ngời nh X-Quang hay phóng xạ hạt nhân Chính mà siêu âm ngày chiếm lĩnh vực quan trọng y học chẩn đoán điều trị Đồng thời phát triển mạnh mẽ công nghệ số mở rộng khả ứng dụng siêu âm chẩn đoán chất lợng hình ảnh siêu âm ngày cao nớc ta ngày bệnh viện từ tuyến huyện đợc trang bị thiết bị siêu âm bệnh viện lớn đa vào sử dụng máy siêu âm 3D cho phép tạo ảnh không gian ba chiều rõ nét có tác dụng đặc biệt thăm khám thai nhi Tuy nhiên hiểu biết khai thác thiết bị siêu âm có nhiều hạn chế gần đa vào đào tạo kỹ s chuyên nghành Điện tử y sinh cha đủ cung cấp cho bệnh viện hay nghành khác có liên quan, đồng thời thiết bị siêu âm đợc đa vào với mục đích chẩn đoán ngày nhiều Xuất phát từ thực tế nh chọn đồ án tốt nghiệp với nội dung là: Nghiên cứu khai thác sử dụng thiết bị siêu âm chẩn đoán HDI 4000 với hy vọng đồ án tốt nghiệp đồng chí khác làm tài liệu tham khảo cho đối t- ợng nh bác sỹ, kỹ s hay kỹ thuật viên làm việc bệnh viện hay chuyên nghành có liên quan Nội dung đồ án gồm bốn chơng: Chơng 1: Cơ sở kỹ thuật siêu âm Chơng 2: Nguyên lý hoạt động máy siêu âm Chơng 3: Hệ thống siêu âm chẩn đoán HDI 4000 Chơng 4: Quy trình vận hành kiểm tra sửa chữa an toàn thiết bị chẩn đoán HDI 4000 Lĩnh vực nghiên cứu sửa chữa, khai thác thiết bị siêu âm y tế lĩnh vực đa vào giảng dạy, tài liệu cha nhiều lĩnh vực tơng đối khó, đồng thời khả đợc tiếp cận trang bị y tế không nhiều đồ án không tránh khỏi thiếu sót Vì mong quan tâm góp ý thầy cô đồng chí quan tâm tới lĩnh vực nghiên cứu sửa chữa, khai thác thiết bị siêu âm y tế Chơng CƠ Sở Kỹ THUậT SIÊU ÂM 1.1 Cơ sở vật lý siêu âm 1.1.1 Bản chất sóng âm Trong vật lý phổ thông biết dao động lan truyền môi trờng đàn hồi (rắn, lỏng, khí) đợc gọi sóng Chúng ta coi môi trờng đàn hồi gồm phần tử liên kết chặt chẽ với Lúc bình thờng phần tử môi trờng dao động quanh vị trí cân bền, nhng có ngoại lực tác dụng lên phần tử môi trờng làm cho phần tử rời khỏi vị trí cân bền Tuy nhiên tơng tác với phần tử xung quanh nên mặt phần tử chịu lực tác động phần tử xung quanh kéo vị trí cân bền, mặt lại tác động tới phần tử xung quanh làm phần tử thực dao động Kết có dao động lan truyền môi trờng đàn hồi, dao động gọi sóng đàn hồi hay sóng Hình 1.1 Dao động sóng âm Đặc điểm trình lan truyền sóng học môi trờng vật chất truyền sóng ứng với kích động nhỏ không kèm theo trình vận chuyển vật chất môi trờng Ngời ta gọi ngoại vật gây kích động nguồn sóng, phơng truyền sóng tia sóng, không gian mà sóng truyền qua trờng sóng 1.1.2 Phân loại sóng âm Ngời ta chia sóng làm hai loại sóng ngang sóng dọc Sóng ngang sóng mà phơng dao động phần tử môi trờng vuông góc với tia sóng Thí dụ: sóng truyền sợi dây đàn ta rung nhẹ đầu Sóng dọc sóng mà phơng dao động phần tử môi trờng trùng với tia sóng Thí dụ: ta nén vài vòng lò xo bỏ tay Hình ảnh đoạn truyền dọc theo lò xo sóng dọc Âm dạng sóng dọc Sóng dọc truyền đợc chất rắn, lỏng khí Hình 1.2 Sóng dọc sóng ngang Toàn dải tần số sóng âm đợc chia thành vùng chính: - Sóng âm tần số cực thấp (Infrasound): Đây dải tần số dới ngỡng nghe thấy gọi vùng hạ âm f < 16 Hz - Sóng âm tần số nghe thấy (Audible sound): Với sóng âm dải tần số f = 16 Hz đến 20 KHz - Sóng siêu âm (Ultrasound): f > 20 KHz Hình 1.3 Biểu đồ dải tần số sóng âm 1.1.3 Các tính chất sóng siêu âm hai phần trên, ta thấy sóng siêu âm sóng học có tần số cao mà ngời nghe đợc , tần số chúng > 20000Hz Và nh sóng âm nói chung sóng siêu âm nói riêng xạ điện từ nh ánh sáng tia X Bức xạ điện từ bao gồm trờng điện từ thay đổi hợp với góc vuông chúng lan truyền qua chân không với vận tốc ánh sáng, nhiên truyền âm chân không phần tử để truyền dao động Dao động siêu âm đợc đặc trng tham số sau đây: a) Vận tốc sóng Vận tốc sóng quãng đờng sóng truyền đợc sau đơn vị thời gian Trong lý thuyết đàn hồi, ngời ta có chứng minh đợc môi trờng đẳng hớng, vận tốc sóng dọc bằng: v= = [m/s] (1.1) Trong đó: : hế số đàn hồi đại lợng đặc trng cho giảm thể tích môi trờng có lực tác động lên môi trờng Môi trờng dễ giảm thể tích hệ số đàn hồi cao : tỷ khối môi trờng gọi khối lợng riêng môi trờng hay mật độ môi trờng, khối lợng hạt môi trờng đơn vị thể tích Khi tỷ khối tăng có nhiều số lợng hạt chứa thể tích cho, hạt với số lợng lớn yêu cầu lực lớn để tạo chuyển động phân tử, cần lực lớn để dừng chúng lại Vì xét sở tỷ khối ta thấy tốc độ siêu âm xơng (tỷ khối cao) thấp không khí (tỷ khối thấp) = : gọi suất đàn hồi (suất Young) Từ công thức ta thấy tăng tỷ khối mà hệ số đàn hồi giữ không đổi tốc độ âm giảm Hệ số đàn hồi tỷ khối môi trờng cụ thể lại phụ thuộc lẫn nhau, thay đổi tỷ khối thờng đôi với thay đổi khả nén giảm thể tích ngợc lại Tuy nhiên khả nén giảm thể tích thay đổi nhanh, nên trở thành yếu tố ảnh hởng lớn công thức (1.1) Tổng kết thấy tỷ khối tăng tốc độ âm qua môi trờng tăng, dù có ngoại lệ song đối tợng chụp siêu âm (không khí, phổi, mỡ, mô mềm, xơng) điều Bảng 1.1 đa tốc độ âm số tổ chức thể Bảng 1.1 Đặc tính môi trờng khác Vật liệu Tỷ khối( kg / m Tốc độ âm Trở kháng âm( thanh( m / s ) 330 1480 1550 10 kg / m / s ) Không khí Nớc( 20 c ) Gan ) 1.2 1000 1060 0.0004 1.48 1.64 Cơ Mỡ Máu Xơng Phổi Nớc dịch thể 1080 952 1057 1912 400 1000 1580 1459 1575 4080 650 1500 1.70 1.38 1.62 7.8 0.26 1.50 Theo bảng ta thấy tốc độ âm không khí 330m/s, xơng 4080m/s Xơng có tỷ khối cao không khí nhng khả nén yếu tố để phát mối tơng quan tốc độ âm, xơng có khả nén không khí, nên vận tốc âm xơng cao không khí b) Chu kỳ tần số Chu kỳ thời gian thực dao động, đơn vị giây (s) Tần số số chu 1s, đơn vị Hz Giữa tần số chu kỳ có quan hệ nh sau: T= f (1.2) c) Bớc sóng Bớc sóng quãng đờng mà sóng truyền đợc sau thời gian chu kỳ: = v.T = v / f (1.3) Hình 1.4 Bớc sóng Từ hình vẽ ta thấy bớc sóng khoảng cách ngắn điểm có dao động pha d) Trở kháng âm Trở kháng âm Z đơn vị đo hạn chế âm truyền qua môi trờng, đại lợng đặc trng cho khả phản xạ sóng siêu âm môi trờng hay gọi độ vang hay độ dội sóng siêu âm Z = v. (1.4) Trở kháng âm có đơn vị rayl Bảng 1.1 trở kháng âm số môi trờng sinh học e) Hệ số suy giảm âm Là đại lợng đặc trng cho khả làm suy giảm sóng siêu âm chất đồng Để minh hoạ tợng hấp thụ sóng âm môi trờng chất ta xét mẫu vật dày 1cm (L=1), công suất 1/2 lợng vào môi trờng Hệ số suy giảm đợc xác định 10 lần logarit số 10 tỉ số công suất P e so với công suất tới P t , tất chia cho quãng đờng siêu âm qua L: 10 log( = Pe ) Pt [dB/cm] (1.5) L Trong thí dụ chọn, L=1, P e /P t =1/2, nên hệ số suy giảm là: = 10 log(1 / 2) =-3,01 (dB/cm) Dấu âm có suy giảm Tuy nhiên thực tế việc xác định lợng tới lợng gặp nhiều khó khăn, ngời ta thờng xác định hệ số hấp thụ thông qua biên độ sóng âm tới sóng âm khỏi môi trờng Nh biết, công suất tỉ lệ với bình phơng biên độ nên ta có: 10 log( = Ae ) At [dB/cm] (1.6) L 1.1.4 Tơng tác siêu âm với mô Trong siêu âm chẩn đoán hình ảnh ta thu nhận đợc chủ yếu dựa lợng phản xạ lợng truyền qua nh chụp X quang chẩn đoán Đầu dò làm nhiệm vụ phát sóng siêu âm sau phát lợng phản xạ Một sóng siêu âm đợc định hớng chiếu thẳng tới thể để tơng tác với mô Kết tơng tác đợc ghi lại cho chẩn đoán dới dạng sóng siêu âm phản xạ Các loại tơng tác xảy tơng tự với sóng ánh sáng đợc quan sát là: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, tán xạ, giao thoa, hấp thụ a) Sự phản xạ khúc xạ sóng âm Sự tơng tác đợc quan tâm tới siêu âm chẩn đoán phản xạ Nếu chùm sóng âm đợc hớng tới dới góc vuông (gọi tới thẳng góc) tới mặt phẳng (chẳng hạn đờng bao quanh mô khác nhau) lớn bề dày chùm tia, phản xạ phần ngợc lại nguồn âm (hình 1.5) Các mặt phân cách gọi mặt phản xạ, chịu trách nhiệm tạo ảnh phận đợc quan sát siêu âm chẩn đoán Cơ hoành màng tim ví dụ mặt phản xạ Hình 1.5 Sự phản xạ gây sóng âm tới mặt phẳng lớn dới góc vuông Bây xét truyền sóng âm môi trờng đồng đẳng hớng, sóng âm truyền thẳng Khi gặp mặt phân cách đủ lớn ( >> ) hai môi trờng có trở kháng âm khác nhau, tức có vận tốc truyền âm khác nhau, sóng âm tuân theo định luật phản xạ khúc xạ Một phần lợng sóng âm phản xạ ngợc trở lại phần lại truyền tiếp vào môi trờng thứ hai Độ lớn lợng phản xạ phụ thuộc vào khác trở kháng âm Z hai môi trờng Hệ số phản xạ K đợc tính theo công thức: Pr Z cos t Z cos i K= = Pi Z cos t + Z cos i (1.7) Trong đó: i: góc tới; t: góc khúc xạ; r: góc phản xạ Pr: biên độ áp lực sóng phản xạ Pi: biên độ áp lực sóng tới Z1, Z2: trở kháng âm hai môi trờng Hình 1.6 Sự phản xạ khúc xạ Sau ta xem xét số trờng hợp đặc biệt: + Tia tới vuông góc với mặt phân cách: i = r =0, cosi = cosr = Khi hệ số phản xạ mặt phân cách đợc tính theo công thức: Z Z1 K = Z + Z1 (1.8) + Tia tới tạo góc i Theo định luật phản xạ ta có góc phản xạ 10 Hình 2.8 ứng dụng lâm sàng máy quét chế độ A a) Tín hiệu dội điện não đồ bình thờng mẫu tơng tự phía bên phải (R) bên trái (L); T: đầu dò; M: vùng giữa; F: vùng xa b) Độ dội điện não đồ không bình thờng với xung nhọn không thẳng hàng vùng 2.2 Máy quét chế độ B 2.2.1 Định dạng ảnh Trong tạo ảnh chế độ B, biên độ tín hiệu (độ lớn tín hiệu dội đợc phát hiện) đợc biểu diễn độ sáng chấm sáng hình Xung nhọn chế độ A hình CRT đợc chuyển thành chấm sáng Biên độ độ lớn tín hiệu đợc tạo nên độ sáng chấm sáng Vị trí chấm sáng biểu thị độ sâu (thời gian) mặt phân cách tính từ đầu dò (hình 2.9) 43 Hình 2.9 So sánh hình chế độ A B a) Vị trí đầu dò đờng quét lấy mẫu b) Trong chế độ quét B mặt phân cách đợc biểu diễn điểm có độ sáng thay đổi dọc theo đờng quét c) Trong chế độ quét A chúng đợc biểu diễn xung nhọn có độ cao biến thiên Thông thờng quan tâm tới cấu trúc hình ảnh hai chiều vùng khảo sát yêu cầu liệu từ đờng quét đơn Điều đạt đợc việc quét ảnh chế độ B kết hợp, chấm sáng đợc kết hợp để tạo hình ảnh hai chiều hoàn chỉnh có nhiều thuận lợi việc miêu tả đờng nét chung bệnh nhân phận bên (hình 2.10) Việc quét hình chế độ B kết hợp tạo hình ảnh tĩnh đợc nhìn thấy nh ảnh dừng bề mặt phản xạ 44 Hình 2.10 Quét hình chế độ B kết hợp a) Đầu dò đợc di chuyển để kiểm tra ngời bệnh dọc theo đờng quét khác b) Trên hình mặt phân cách đợc xắp xếp nh chuỗi điểm dọc theo đờng quét Sơ đồ khối máy quét chế độ B đợc biểu diễn hình 2.11 Các thành phần bao gồm: máy quét chế độ A, cấu định vị đầu dò cấu chùm tia, tạo tín hiệu toạ độ hiển thị CRT Để thuận tiện cho việc theo dõi ngời ta sử dụng video cần có thêm chuyển đổi quét từ kiểu quét cho màm CRT sang video Hình 2.11 Sơ đồ khối máy quét chế độ B 45 2.2.2 Các yêu cầu quét Hai vấn đề việc quét hình chế độ B mà không đa với chế độ A định vị (tức vị trí hai chiều gốc tín hiệu dội) lu giữ thông tin đờng quét Cần phải đặt đầu dò chỗ chấm sáng từ đờng quét khác vị trí thích hợp hình ảnh Để xây dựng lên hình ảnh, thông tin đờng quét trớc cần phải đợc giữ lại theo số cách Định vị Để định vị xác mặt phân cách (tức gốc tín hiệu dội nó), cần phải biết vị trí dọc ngang đầu dò, đồng thời góc Do đầu dò đợc gắn vào máy quét đặc biệt cần định vị (hình 2.12) thị vị trí tơng đối để thời gian (hay độ sâu) đo dọc theo trục chùm tia đợc lên cách xác Do đầu dò thay đổi góc thờng xuyên quét hình, nên cần định vị cần phải linh hoạt, thời gian cần phải ổn định để lựa chọn tơng quan cách xác thông tin hình ảnh Vị trí mặt phân cách (điểm) hình đợc di chuyển tới vị trí thích hợp cách tác động tới phiến làm lệch X Y với điện từ máy phát định vị Các đầu dò đợc gắn với cần định vị xác định vị trí đầu dò tơng ứng tới điểm chuẩn đợc thiết lập lúc quét Thông tin đợc đa tới máy phát định vị, tính toán điện X Y cách thích hơp nh hàm thời gian Cần định vị học, sử dụng tín hiệu điện áp đợc đa qua phân áp để điều khiển vị trí đầu dò Sự thay đổi vị trí đoạn cần định vị đợc thực việc thay đổi điện trở phân áp, làm thay đổi điện áp gửi tới máy phát định vị Cần định vị đợc tạo cách sử dụng phơng tiện điện từ trờng quang học mà không cần di chuyển tiếp xúc điện cực nh dùng phân áp Một số hệ thống đợc điều khiển máy tính cho kết định vị xác 46 Hình 2.12 Máy quét chế độ B Máy quét chế độ A đợc cải biến thêm bao gồm cần quét, máy phát định vị hình lu trữ Hình ảnh nhiều thành phần toàn khung xơng chậu bụng theo số bề mặt (ngang, dọc đối xứng) thu đợc cách Cần định vị cần thiết phải bảo đảm thông tin tín hiệu dội từ mặt phân cách đợc vị trí hớng đầu dò; nh vậy, mặt phân cách phải nằm xác vị trí hình đối tợng đợc nhìn từ hớng khác Cần phải đợc kiểm tra định kỳ để chắn liệu tín hiệu dội đợc với vị trí Lu trữ liệu Vấn đề thứ hai quét hình chế độ B đòi hỏi lu trữ mức tín hiệu vị trí thích hợp để hiển thị Bằng cách di chuyển đầu dò quét hình chế độ A, dấu vết hình CRT đợc thay đổi Thông tin thu đợc từ vị trí đầu dò trớc không đợc lu giữ hình Để trì dấu vết đầu dò cần phải giữ vị trí- đợc vạch dọc theo đờng quét đơn Màn hình đợc cập nhật liên tục với thông tin (tức máy quét đợc lặp lặp lại với tốc độ tần số lặp lại xung PRF) Nếu quét hớng xung quanh ngời bệnh chế độ B, vệt biến khỏi hình trớc ảnh tổng thể đợc hoàn tất (yêu cầu 10 đến 20 giây cho chế độ B) Thực tế, chùm siêu âm đợc hớng dọc theo đờng quét mới, vết trớc bị 2.3 Máy quét thời gian thực Máy quét thời gian thực dùng theo dõi cấu trúc động (tim, bào thai), cho thấy thay đổi tức mặt phẳng quét Chùm tia siêu âm đợc tự động quét qua mặt phẳng quét với tốc độ phù hợp cho cho hình ảnh nhận đợc không bị nhấp nháy Cơ sở kiểu thể hình ảnh siêu âm hai chiều B- mode, đợc dùng hầu hết thiết bị siêu âm chẩn đoán từ trớc nay, từ máy 47 Static Scanner (Máy quét tĩnh) thời kỳ sơ khai ngành siêu âm chẩn đoán thuộc thập niên 50, 60cho đến máy quét động Real time Scanner từ thập niên 70 trở lại Hình 2.13 Sơ đồ khối máy siêu âm chế độ B hiển thị CRT Theo cách thể B-mode siêu âm chiều tơng xứng với vị trí đầu dò thể hớng chùm tia định hình ta có đờng tạo ảnh (line of site) B-mode, phản ánh mặt phản hồi đợc tạo cấu trúc thể nằm đờng truyền chùm tia siêu âm Với máy static Scanner tổng hợp tất đờng tạo ảnh tơng xứng với nhiều vị trí đặt đầu dò thể theo nhiều hớng khác mặt phẳng 48 tạo thành hình siêu âm phản ánh cấu trúc giải phẫu theo thiết diện cắt ngang qua mặt phẳng nói Vào năm 60, để thực tổng hợp nói ngời ta phải dùng hệ thống cánh tay quét (scanning arm), cấu tạo trục khớp nối để điều khiển đầu dò (đã trình bày phần trên) Do hạn chế mặt kỹ thuật, để có đợc hình siêu âm cắt khoanh lớp thể phải nhiều thời gian hình ảnh nhận đợc hình ảnh tĩnh cấu trúc, ngời ta gọi hệ thống quét hình ảnh tĩnh Tuy nhiên u điểm hệ thống cho nhìn tổng thể cấu trúc mối liên quan cấu trúc hình Để nhìn thấy chuyển động tức thời cấu trúc thể (đặc biệt quan trọng lĩnh vực tim mạch) tốc độ tạo hình phải thật nhanh, tốc độ tạo hình thờng dùng (FR- Frame rate) khoảng 25 hình/giây; năm thuộc thập niên 70 hệ máy siêu âm đời cho phép ghi hình tức thời chuyển động cấu trúc thể, gọi máy quét hình ảnh động (Real Time scanner), tốc độ tạo hình ảnh máy đạt đợc nhờ kỹ thuật quét chùm tia siêu âm khả xử lý thông tin nhanh máy điện toán Một nhợc điểm máy ghi hình ảnh động trờng quan sát (Field of view) bị hạn chế, không cho hình ảnh tổng quát nh kỹ thuật ghi hình tĩnh nói trên, kỹ thuật ghi hình động bị hạn chế ba yếu tố: + Số hình 1s: FR (Frame rate) + Mật độ đờng (Line Density) cho hình: N + Độ sâu khảo sát: d 1/FR = N x t = 2N x d/c (2.6) đây: 1/FR thực chất thời gian tạo hình; t: thời gian tạo đờng hình (line) - thời gian cho tia siêu âm tới đầu dò Thông thờng độ sâu khảo sát 20 cm, với số đờng tạo ảnh cho hình 150 số hình 49 giây vợt 25 hình Nh vậy, sử dụng diện khảo sát rộng đòi hỏi mật độ đờng tạo ảnh lớn để đảm bảo chất lợng hình, nh làm tăng thời gian tạo nên hình đồng thời giới hạn tốc độ tạo hình máy Một vài năm gần nhờ tiến kỹ thuật vi xử lý, ngời ta tạo đợc hệ máy có đồng thời hai u điểm hai hệ máy nói trên, vừa có hình động, vừa khảo sát diện rộng gọi Real time - EFOV (extended field of view) - Siêu âm thời gian thực tới trờng nhìn mở rộng Để tạo đợc diện khảo sát rộng, ngời ta vừa di chuyển đầu dò theo thiết diện cắt ngang thể vừa ghi nhận hình ảnh, hình ảnh đợc tổng hợp liên tục từ góc quét riêng biệt ứng với vị trí đầu dò, kết nhận đợc hình tổng quát, đồng thời giữ đợc tính động ảnh Để thực kỹ thuật ngời ta phải sử dụng thuật toán Fuzzy - logic với xử lý cực nhanh máy điện toán vi mạch xử lý truyền thông đa phơng tiện- MVPO: Mulitimedia Video Processor Siêu âm với trờng nhìn mở rộng cho phép đánh giá tổ chức tơng quan toàn thể với cấu trúc xung quanh, giúp bác sĩ nhìn thấy hình toàn cảnh thay phải tởng tợng cách ghép mảnh hình riêng biệt lại với Kỹ thuật thực kết hợp đợc u điểm siêu âm chẩn đoán - độ an toàn cao - với ảnh cấu trúc toàn thể mà trớc có hình CT hay MR, kỹ thuật thực mở chân trời siêu âm chẩn đoán đa bác sĩ chẩn đoán hình ảnh xích lại gần Để thu nhận đợc đờng ảnh ngời ta sử dụng hai phơng pháp quét: quét học quét điện tử chơng ta nghiên cứu phơng pháp quét học phơng pháp quét điện tử Cần ý phơng pháp quét điện tử ta sử dụng đầu dò sau: *) Đầu dò mảng tuyến tính Nguyên lý làm việc: đầu dò đợc cấu tạo từ dãy n tinh thể đơn Tia siêu âm đợc tạo thành từ nhóm gồm m đơn tinh thể đứng cạnh đợc quét 50 cách tắt tinh thể đứng đầu nhóm bật thêm tinh thể đứng kế tinh thể cuối (hình 2.14a) Nh tia siêu âm đợc dịch khoảng az = ac Hình 2.14 Nguyên lý làm việc đầu dò mảng tuyến tính Bằng cách thay đổi độ rộng nhóm ngời ta tăng số đờng ảnh (Line Densety) lên gấp đôi, việc đợc thực nh sau: thu tín hiệu tắt tinh thể, sau bật thêm tinh thể kế bên tinh thể cuối mà không tắt tinh thể đi, tạo thành nhóm có m + tinh thể, nh trờng hợp tia siêu âm phát từ nhóm m+ dịch so với tia trớc có độ rộng m tinh thể khoảng az =1/2 ac Sau tinh thể đợc tắt nhóm thứ ba có m tinh thể lại phát tia siêu âm dịch so với tia thứ hai khoảng nửa chiều dày tinh thể Cứ tiếp tục, tinh thể lại đợc bật lên cho nhóm thứ t gồm m + tinh thể (hình 2.14b) Tuy nhiên số đờng tăng lên gấp đôi tốc độ tạo ảnh bị giảm nửa Một đặc điểm đầu dò Linear thay đổi vị trí điểm Focus cách thay đổi độ rộng (số tinh thể) nhóm Nhóm lớn Focus 51 nằm sâu Thờng hình ảnh vị trí Focus có độ phân giải tốt nên dùng đầu dò Linear ngời ta dịch Focus đến vị trí quan tâm, đầu dò Linear làm việc chế độ nhiều Focus - từ đến Focus lúc, nhiên để tăng Focus ngời ta phải tăng số đờng phải giảm FR, ví dụ FR giảm nửa trờng hợp dùng Focus Ưu điểm đầu dò Linear: + Vùng thăm khám rộng + Khả thể vùng gần bề mặt tốt + Thực đợc kỹ thuật Focus động + Không có phần khí Nhợc điểm: + Kích thớc lớn + Độ phân giải theo chiều dọc ngang khác + Bị nhiễu mạnh hiệu ứng cánh sóng phụ nhiều đầu dò khí ứng dụng: + Vùng bụng + Sản, phụ khoa + Tuyến giáp + Mạch gần bề mặt + Các ứng dụng đặc biệt: đầu dò Biopsy, nội soi phẫu thuật *) Đầu dò Convex Nguyên lý làm việc đầu dò Convex giống hệt nh đầu dò mảng tuyến tính, khác chỗ đơn tinh thể không xếp theo hàng ngang mà xếp theo hình cong Ưu điểm: + Quét theo hình rẻ quạt mà không cần phần khí 52 + Bề mặt tiếp xúc nhỏ Linear + Có dạng cong nên có khả áp vào nhiều vùng thể Nhợc điểm: + Bề mặt tiếp xúc rộng Phased array với độ mở ứng dụng : + Vùng bụng xơng chậu Hình 2.15 Nguyên lý làm việc đầu dò Convex *) Đầu dò mảng pha (Phased array) Nguyên lý làm việc: tia siêu âm đợc lái (Beam steering) điện tử theo góc hình rẻ quạt nên loại đầu dò gọi Sector điện tử Các tinh thể đợc bật tắt qua trễ thời gian (hình 2.16), thời gian trễ t lớn tn xung phát tới đợc tinh thể n trớc tinh thể cuối cùng, tinh thể đủ nhỏ coi nh nguồn điểm sóng, nguồn điểm cộng chồng lên tạo mặt sóng (wave front) Từ 2.16 ta thấy t lớn nên xung điện tới đợc tinh thể sóng phát từ tinh thể n đợc đoạn s = (t1 - tn) x c, tơng tự nh cho tinh thể khác Góc nghiêng mặt sóng đợc tính nh sau: 53 = arc sin (t1 tn) c/a (2.7) A = aperture = chiều dài đầu dò Chiều dài hiệu dụng đầu dò bằng: A/ = - A cos (2.8) Ưu điểm: + Bề mặt tiếp xúc nhỏ + Đầu dò nhỏ, nhẹ + Khả thăm khám đặc biệt cao + Hiển thị đồng thời B- mode, Doppler TM mode + Quét rẻ quạt mà không cần phận khí + Có thể đo đợc CW- Doppler Nhợc điểm: + Giá thành cao + Góc quét nhỏ Hình 2.16 Nguyên lý làm việc đầu dò mảng pha ứng dụng: + Siêu âm tim qua khe liên sờn + Tất ứng dụng Sector 54 + Các ứng dụng đặc biệt: nội soi qua thực quản, nội soi qua thành bụng, nội soi niệu *) Độ phân giải đầu dò Độ phân giải đầu dò khoảng cách nhỏ điểm (tính mm) hình siêu âm phân biệt đợc, đợc tính nh sau: tính theo độ chênh tín hiệu từ điểm cắt sờn hai xung có biên độ nh nhau, phản hồi từ hai điểm cạnh nhau, đến đỉnh xung; phụ thuộc vào thu nhận xử lý tín hiệu đầu dò máy cho mức chênh tín hiệu tối thiểu phải =-6db, khoảng cách hai điểm đợc coi độ phân giải đầu dò Có khác biệt độ phân giải dọc độ phân giải ngang: - Độ phân giải dọc (axial resolution): phụ thuộc chủ yếu vào tần số đầu dò, đợc xác định độ dài xung phát Do độ rộng xung nhỏ, hay nói cách khác xung hẹp độ phân giải dọc tốt thờng có giá trị cỡ hai lần bớc sóng - Độ phân giải ngang (Lateral Resolution): phụ thuộc nhiều vào trờng âm, độ rộng chùm tia, có nghĩa phụ thuộc vào công nghệ chế tạo đầu dò Độ phân giải ngang phụ thuộc vào tần số đầu dò có giá trị số tốt nằm khoảng hội tụ đầu dò, thờng có giá trị cỡ bốn đến năm lần bớc sóng Kết luận: Các phần ta nghiên cứu chế độ quét máy siêu âm, máy quét phức tạp điện nhng ta khái quát thành sơ đồ khối sau (hình 2.17) 55 Hình 2.17 Sơ đồ khối máy siêu âm Sơ đồ thiết bị chuyển đổi âm - điện đợc kết nối tới khối phát - nhận máy quét Thành phần gọi đầu dò chịu trách nhiệm phát chùm siêu âm phát tín hiệu dội trở Khi tín hiệu dội nhận đợc, tín hiệu tạo đợc xử lý điện nhằm tăng cờng tín hiệu cho mục đích quan sát Tín hiệu đợc hiển thị cần có liên quan tới tơng tác xảy thể Tất hệ thống đợc điều khiển phát đồng chủ Một tín hiệu điện từ phát đồng chủ tới máy phát để khởi tạo trình Một chùm siêu âm xung đợc phát vào thể Nó qua tơng tác khác (phản xạ, tán xạ, giao thoa) bắt gặp mặt phân cách, phần l ợng chùm đợc phản xạ trở đầu dò Đầu dò lúc hoạt động nh máy thu máy phát, chuyển sóng siêu âm (tín hiệu dội trở về) thành tín hiệu điện để xử lý hiển thị Để tơng quan biên độ tín hiệu tạo với độ sâu mặt phân 56 cách, khoảng thời gian thời gian xung siêu âm rời khỏi đầu dò thời gian tín hiệu dội trở cần đợc biết Bất khuếch đại đặc biệt dựa thời gian trải qua, nh bù khuếch đại thời gian cổng áp dụng cho tín hiệu đợc phát hiện, yêu cầu biết xác thời gian truyền xung Tất hệ thống cần đợc kích hoạt đồng thời phát đồng chủ để đảm bảo lúc Với hệ thống đồng hồ phát đồng chủ đo đạc thời gian trải qua từ phát xung siêu âm đến nhận tín hiệu dội 57 [...]... tợng nghiên cứu Ngày nay sóng xung phản xạ kiểu B đợc áp dụng rộng rãi hơn kiểu A trong chẩn đoán các bệnh của gan, mật, mắt, sọ não, tim, v.v Ngoài ra còn siêu âm chẩn đoán kiểu TM hay còn gọi là kiểu M Đây là những nghiên cứu cấu trúc các mô tạng ở trạng thái động (tim, mạch v.v ) là cơ sở của phơng pháp chụp cắt lớp bằng siêu âm Trong việc dùng siêu âm vào chẩn đoán, để tránh cho chùm siêu âm bị. .. 35 NgUYÊN Lý Hoạt Động của máy siêu âm Trong chơng một chúng ta đã nghiên cứu đôi nét về cơ sở phần cứng của thiết bị siêu âm Trong chơng này chúng ta sẽ nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của thiết bị siêu âm 2.1 Máy quét chế độ A 2.1.1 Hiển thị tín hiệu dội Việc quét hình chế độ A (dạng biên độ) dựa trên nguyên lý đo xa bằng tín hiệu dội, tơng tự với sóng âm Sóng siêu âm dạng xung đợc hớng tới cơ thể... cấp điện áp các tinh thể sẽ tạo ra sóng siêu âm Ngợc lại sự tác động của sóng siêu âm dội về khi gặp mặt phản xạ sẽ làm xuất hiện tín hiệu điện áp ở đầu ra của tinh thể Đây chính là cơ sở để thiết kế thiết bị siêu âm Hình 1.23 Phát và thu sóng siêu âm 29 Hình 1.24 Phơng pháp thu sóng siêu âm Hình 1.25 Phơng pháp hiển thị ảnh siêu âm 1.2.2 Cấu tạo đầu dò siêu âm dùng tinh thể áp điện Thành phần chính của... Sonography Nh vậy các thiết bị SonoGraphy cho phép biết đợc hớng dòng chảy, so với chùm tia siêu âm và góc hợp giữa trục chùm tia và hớng dòng chảy, từ đó tính đợc tốc độ dòng chảy 1.1.6 ứng dụng của siêu âm trong y tế ứng dụng siêu âm trong điều trị Do siêu âm có tần số rất lớn ( >20.000 Hz, bớc sóng nhỏ) nên khi lan truyền ít bị nhiễu xạ, truyền tơng đối thẳng và ta có thể tạo ra chùm siêu âm hội tụ lên... bị ngăn lại, do đó ngời ta thờng bôi gen lên da để làm môi trờng trung gian giữa da và đầu phát siêu âm thay cho không khí Lu ý không dùng siêu âm điều trị cho những ngời đang có thai, đang bị lao, bị sốt và ở trẻ em Gần đây ngời ta đã bắt đầu dùng những sóng siêu âm có cờng độ lớn (1,4 x 10 7 W/m2) để phá hủy các tổ chức bệnh trong sâu nh sỏi thận, u tuyến,.v.v 22 ứng dụng siêu âm vào chẩn đoán Siêu. .. hình ảnh siêu âm để chẩn đoán bệnh nh sau: a) Hình ảnh tạo nên nhờ chùm siêu âm truyền qua tơng tự nh tạo ảnh X quang trong chẩn đoán (hình 1.18a) 23 Hình 1.18 a) Hình ảnh tạo nên nhờ chùm siêu âm truyền qua tơng tự nh tạo ảnh X quang trong chẩn đoán b) Hình ảnh tạo nên nhờ chùm siêu âm phản xạ từ các mặt phân giới đối tợng khảo sát với môi trờng xung quanh b) Hình ảnh tạo nên nhờ chùm siêu âm phản xạ... Siêu âm đợc ứng dụng vào chẩn đoán bệnh là nhờ các đặc điểm sau: * Có thể tạo ra chùm siêu âm song song hoặc hội tụ vào một khoảng nhỏ, hoặc phân kỳ * Chùm siêu âm song song truyền qua môi trờng, bị môi trờng hấp thụ, cờng độ giảm theo qui luật (1.14) * Chùm siêu âm gặp mặt phân giới giữa hai môi trờng sẽ phản xạ Khi hai môi trờng có trở kháng âm rất khác nhau thì sự phản xạ lại càng mạnh * Chùm siêu âm. .. của âm, lập phơng vận tốc và tỉ lệ nghịch mật độ môi trờng: ~ f 2v3 (1.15) Do không khí có tỷ khối thấp nên siêu âm bị hấp thụ nhiều trong không khí, đồng thời do mặt phân giới giữa môi trờng nào đó với môi trờng không khí phản xạ nhiều sóng siêu âm nên khi điều trị hoặc chẩn đoán dùng siêu âm ngời ta phải để đầu phát siêu âm sát da và ở trên da phải bôi một lớp gen điện cực Sự hấp thụ năng lợng siêu. .. xuất hiện từ trờng xung quanh chúng Hình 1.21 Phơng pháp tạo siêu âm bằng vật liệu từ giảo Sắt từ có ứng suất là 10-5, còn một số vật liệu khác lớn hơn sắt từ 10ữ100 lần Tần số dao động của vật liệu từ giảo nằm trong vùng siêu âm thấp vì vậy có thể sử dụng trong đầu dò siêu âm thấp (vựng đầu 20KHz) Tác dụng: Siêu âm tần số thấp trong y tế đợc sử dụng với mục đích phân đoạn và tán nhỏ các tế bào có tỉ lệ... phải kim loại) Chẩn đoán chức năng dựa vào hiệu ứng Doppler: ở các ứng dụng y sinh của siêu âm, nguồn phát đợc cố định, còn mục tiêu chuyển động ứng dụng thông thờng nhất của siêu âm Doppler là đo tốc độ dòng chảy của máu nhằm chẩn đoán các bệnh về tim mạch Để đo đợc tốc độ của dòng chảy thì yêu cầu cơ bản nhất là dòng chảy phải tồn tại các mục tiêu hữu hình có 25 khả năng phản xạ sóng siêu âm và các mục