Siêu âm y tế
Siêu âm là gì
Sóng siêu âm không khác nhiều so với sóng âm mà chúng ta quen thuộc, ngoại trừ việc chúng ta không thể nghe thấy "âm thanh" của nó. Khi tần số của sóng âm thanh đạt đến hơn 2 0 kHz, vượt quá phạm vi mà người bình thường có thể nhận biết được, loại sóng âm thanh này được gọi là siêu âm. Tương tự, nếu tần số của sóng âm thanh thấp hơn phạm vi mà con người có thể nghe được, thì đó là sóng hạ âm. Vì vậy, trong các tính chất vật lý khác, sóng siêu âm về cơ bản giống như sóng âm thanh. Sóng siêu âm / Sóng âm là một loại sóng cơ học, sóng dọc và sóng áp suất. Nó được lan truyền bởi sự rung động của các hạt, và sự rung động của các hạt sẽ tiếp tục tạo ra các vùng áp suất tương đối cao và thấp (như trong hình bên dưới), và hướng dao động của nó phù hợp với hướng lan truyền, do đó, sự lan truyền của sóng siêu âm yêu cầu một phương tiện. Dưới các phương tiện khác nhau, tốc độ của sóng siêu âm là khác nhau. Ví dụ, tốc độ trong không khí là khoảng 340 mét / giây, trong cơ thể người là khoảng 1540 mét / giây và tốc độ trong chân không là 0. Siêu âm có rất nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực y tế. Là một phương pháp không phóng xạ, siêu âm có thể hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán tốt hơn cho bệnh nhân. Nó sẽ được mở rộng chi tiết sau.
Cách tạo ra siêu âm
Sự tạo ra sóng siêu âm và sự tạo ra sóng âm thanh dựa trên cùng một nguyên tắc. Đối với sóng âm thanh, chúng tôi thường sử dụng điện thoại làm ví dụ. Khi nói, âm thanh (năng lượng cơ học) được chuyển đổi thành tín hiệu điện (năng lượng điện) truyền đến đầu dây bên kia, và sau đó khi nghe, tín hiệu điện được chuyển đổi trở lại thành âm thanh. Điều này hoàn toàn giống với quá trình tạo và nhận sóng siêu âm, và nguyên lý của chúng là hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng áp điện là một số vật liệu, chẳng hạn như thạch anh, sẽ tạo ra một mức điện áp nhất định trên bề mặt của nó khi nó chịu áp lực cơ học; và nếu chúng ta đặt một điện áp lên bề mặt của nó, nó sẽ tạo ra một mức độ biến dạng cơ học nhất định. Sau đó thông qua điều khiển tín hiệu điện chính xác, chúng ta có thể tạo và nhận sóng siêu âm. Hiện tại, PZT là vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong các thiết bị siêu âm. Trong hoạt động bình thường của thiết bị, sóng siêu âm thường xuất hiện dưới dạng xung hơn là sóng liên tục, do đó, nói chung, PZT nhận tín hiệu xung điện, tạo ra sóng siêu âm, sau đó bắt đầu theo dõi và quá trình tiếp nhận trả về một cái khác. Các tín hiệu siêu âm được chuyển đổi thành tín hiệu điện tương ứng để xử lý dữ liệu tiếp theo và chu kỳ được lặp lại cho đến khi quá trình quét hoàn tất.
Truyền siêu âm trong cơ thể con người
Như đã đề cập trước đó, tốc độ của sóng siêu âm trong cơ thể con người là khoảng 1540 mét / giây, đây thực sự là một giá trị trung bình và cũng là tốc độ hiệu chuẩn được sử dụng bởi các thiết bị siêu âm trong hầu hết các trường hợp. Như sẽ được đề cập ở phần sau, hình ảnh siêu âm dựa trên ước tính của vận tốc siêu âm, và độ chính xác của nó sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh. Sau đó, đối với các cơ quan và mô khác nhau, tốc độ truyền khác nhau. Ví dụ, nó là khoảng 1510 mét mỗi giây trong não, khoảng 1560 mét một giây trong gan và thận, 1570 mét mỗi giây trong cơ bắp, v.v. Chúng không khác biệt lắm so với mức trung bình. Tuy nhiên, tốc độ siêu âm trong chất béo chỉ khoảng 1440 mét / giây. Sự khác biệt về tốc độ này làm cho chất lượng của hình ảnh siêu âm giảm đáng kể đối với những bệnh nhân béo phì, vì vậy trong trường hợp này, thiết bị sẽ hiệu chỉnh lại hoặc tự động điều chỉnh tốc độ.
Vì siêu âm là một loại sóng nên nó cũng sẽ tạo ra các hiện tượng vật lý liên quan đến sóng với các mô và cơ quan khác nhau trong quá trình lan truyền của cơ thể con người. Những hiện tượng này là cơ sở cho hình ảnh bằng siêu âm. Chủ yếu là truyền dẫn, phản xạ, tán xạ và khúc xạ. Khi PZT phát ra sóng siêu âm và gặp các cơ quan / mô của con người, một phần sóng có thể xuyên qua và tiếp tục truyền sâu vào cơ thể con người theo hướng ban đầu, đó là hướng truyền và năng lượng của sóng sẽ bị hấp thụ một phần trong quá trình này; phần còn lại của sóng Quay trở lại theo hướng ngược lại và được PZT nhận, phần này là sóng phản xạ, và tín hiệu của các sóng phản xạ này là nguyên liệu chính để tạo ảnh; năng lượng của các sóng phân tán thường rất nhỏ, và các sóng khúc xạ sẽ gây trở ngại cho hình ảnh. Về cơ bản, khả năng truyền của sóng siêu âm và khả năng hấp thụ sóng siêu âm của các cơ quan / mô xác định mức độ sâu mà sóng siêu âm có thể "nhìn thấy". Vì tần số càng thấp thì độ xuyên của sóng siêu âm càng mạnh, nên khi cần quan sát sâu hơn, bác sĩ thường sử dụng đầu dò tần số thấp hơn (Transducer), nhưng tần số thấp thường khiến chất lượng hình ảnh bị giảm sút. Đây là một sự đánh đổi cần được thực hiện và sẽ được thảo luận chi tiết sau khi chúng ta nói về máy dò.
Giới thiệu về Hình ảnh Siêu âm Y tế
Với sự đào sâu của nghiên cứu và nhu cầu y tế, hình ảnh siêu âm đã thay đổi từ chỉ 1D sang 3D / 4D. Các thiết bị siêu âm hiện nay có thể hỗ trợ nhiều chế độ hình ảnh khác nhau để đáp ứng nhu cầu của các bệnh nhân và bác sĩ khác nhau. Sau đây giới thiệu một số chế độ chụp ảnh chính.
Chế độ A: Nó được gọi là 1D, là chế độ đơn giản nhất. Máy dò phát ra một làn sóng siêu âm theo một hướng nhất định, và thiết bị trình bày phương trình giữa tín hiệu phản xạ và độ sâu, và hình ảnh tương tự như tín hiệu chúng ta thường thấy trên máy hiện sóng. Chế độ A là chế độ chính của các thiết bị siêu âm ban đầu và ngày nay ít được sử dụng hơn, nhưng nó cũng có thể được sử dụng để dẫn sóng năng lượng cao để điều trị các khối u trong quá trình phẫu thuật.
B-mode: B là độ sáng ở đây. Trong chế độ này, máy dò quét một khu vực và tạo ra hình ảnh 2D thang độ xám. Đây là một trong những chế độ được sử dụng phổ biến nhất. Màu càng nhạt (trắng) thì tín hiệu phản xạ càng mạnh, nói chung là bề mặt của cơ quan / mô, và màu càng tối (đen) thì tín hiệu phản xạ càng yếu.
Chế độ M: M là chuyển động ở đây. Ở chế độ chuyển động, thiết bị thực hiện quét và chụp ảnh chế độ B nhanh, do đó bác sĩ có thể thấy chuyển động của cơ quan, điều này đặc biệt quan trọng đối với chẩn đoán liên quan đến tim.
Doppler-mode: Chế độ Doppler, được đặt tên theo việc sử dụng hiện tượng Doppler để đo vận tốc của các đối tượng chuyển động. Ở chế độ Doppler, bác sĩ có thể theo dõi dòng chảy và hướng của máu để xác định các tổn thương có thể xảy ra trong mạch máu.
Color Doppler: Chế độ này có thể hiểu đơn giản là B-mode / M-mode cộng với Doppler, nghĩa là, trên cơ sở hình ảnh thang độ xám 2D, chế độ doppler và hiệu chuẩn màu được sử dụng để hiển thị vị trí, lưu lượng máu, tốc độ dòng chảy và hướng của mạch máu.
3D / 4D: Chế độ 3D là hình ảnh 3D có thể hiển thị các cơ quan / mô. Còn đối với 4D, nó là hình ảnh 3D thời gian thực. Trong khi nhiều thiết bị siêu âm tiên tiến triển khai chế độ 3D và 4D, chúng thường không được sử dụng nhiều.
