1. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ SIÊU ÂM
- 1794 – Lazzaro Spallanzani nghiên cứu đầu tiên về các loài dơi, tạo nên nền tảng cơ bản về sóng siêu âm.
- 1877 – Brothers Pierre và Jacques Currie phát hiện hiệu ứng áp điện; đầu dò phát và nhận sóng siêu âm cũng dưạ trên nguyên lý này.
- 1915 – Lấy cảm hứng từ vụ chìm tàu Titanic, nhà vật lý Paul Langevin được giao nhiệm vụ sang tạo ra dụng cụ dò tìm vật thể dưới đáy biển, ông đã tạo ra đầu dò mà hiệp hội Giáo dục Y tế thế giới gọi là “đầu dò siêu âm đầu tiên”.
- 1942 – Nhà thần kinh học Karl Dussik được cho là người đầu tiên sử dụng siêu âm trong chẩn đoán y khoa. Ông đã dùng sóng siêu âm truyền vào sọ não trong nỗ lực phát hiện khối u não.
- 1948 – George D. Ludwig, bác sĩ nội khoa viện nghiên cứu Y học hải quân đã phát triển thành hệ thống siêu âm A - mode để phát hiện sỏi mật.
- 1949-1951 – Douglas Howry và Joseph Holmes, từ đại học Colorado, tiên phong trong phát triển thiết bị siêu âm B-mode, bao gồm loại 2D B-mode đầu dò phẳng (đầu dò linear). John Reid và John Wild phát minh ra thiết bị cầm tay B-mode để chẩn đoán u vú.
- 1953 – Bác sĩ Inge Edler và Kỹ sư C. Hellmuth Hertz ứng dụng siêu âm trên tim tạo nên bước thành công đầu tiên cho ứng dụng này.
- 1958 – Bác sĩ MacDonald ứng dụng siêu âm trên sản phụ khoa.
- 1966 – Don Baker, Dennis Watkins, và John Reid thiết kế kỹ thuật siêu âm Doppler xung, có giá trị trong đánh giá các lớp dòng máu chảy.
- 1970 – Từ những thập niên này kỹ thuật siêu âm Doppler lien tục và màu được phát triển.
- 1980s – Kazunori Baba của đại học Tokyo đưa ra kỹ thuật 3D và đã chụp ảnh thai nhi 3D vào năm 1986.
- Từ đó đến nay kỹ thuật siêu âm trong Y khoa ngày càng được tinh vi hơn, phức tạp hơn: độ phân giải cao, siêu âm 4D, phân tích thông số, siêu âm đàn hồi, siêu âm can thiệp, siêu âm điều trị khối u… Và sẽ tiếp tục phát triển không ngừng.
2. SIÊU ÂM TRONG Y KHOA
Khái niệm về siêu âm
Âm thanh: là sự lan truyền năng lượng trong vật chất dạng sóng hình sin bao gồm 2 hiện tượng nén và giãn lặp đi lặp lại.
 | - Tần số f : Số chu kỳ trong một đơn vị thời gian - Thời gian T : Thời gian để hoàn tất một chu kỳ nén và giãn - Bước sóng λ : Khoảng cách giữa 2 điểm tương ứng trên đường cong áp lực - Vận tốc C : Quãng đường sóng truyền được trong một đơn vị thời gian |
Sóng hạ âm: Tần số từ 0 – 20 Hz
Âm thanh tai chúng ta nghe được: 20 – 20 KHz
Siêu âm: 20 KHz – 1 GHz
Sóng > 1 GHz là sóng bội âm
Trong siêu âm Y khoa người ta dung tần số từ 1 – 15 MHz (1.000.000 – 15.000.000 Hz)
Sự lan truyền của sóng âm:
- Nước: Vận tốc của sóng âm 1.500 m/s
- Phần mềm và mỡ: 1.400 m/s
- Cơ: 1.600 m/s
- Xương: 3.600 – 4.000 m/s
- Không khí: 350 m/s
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.
Các hình thức hiển thị hình ảnh siêu âm
1. Kiểu A (Amplitude Mode): Đầu dò phát sóng gián đoạn, chùm siêu âm khi xuyên qua cơ thể, gặp những bộ phận có kháng trở âm khác nhau, sẽ cho ra những âm thanh phản xạ trở về tác dụng lên đầu dò siêu âm, tạo những tín hiệu điện, được khuếch đại, xử lý và hiện trên màn hình dạng những hình xung nhọn nhô lên khỏi đường đẳng điện.
Kiểu A mode này thường ít sử dụng đơn lẻ mà kết hợp với loại B (B Mode).
2. Kiểu B (Brightness Mode): Là kiểu hiển thị dưới dạng thang xám theo thời gian thực, mức thang xám tỉ lệ với cường độ tín hiệu. Khi hình siêu âm hiện trên màn hình có nền đen, các tín hiệu cường độ mạnh hiện lên màu trắng, không có tín hiệu hiện lên màu đen, còn các tín hiệu với cường độ trung gian thể hiện qua các sắc xám (thang xám).
3. Kiểu TM (Time Motion Mode): Dùng để hiển thị chuyển động của các vật thể theo thời gian bằng cách thể hiện hình kiểu B theo diễn biến thời gian với các tốc độ quét khác nhau. Trên màn hình sẽ thấy: Nếu mặt phẳng hồi âm đứng yên thì trên màn hình sẽ biểu hiện bằng đường thẳng, nếu mặt phẳng hồi âm di chuyển thì trên màn hình sẽ dạng đồ thị di chuyển. Ứng dụng để đánh giá sự chuyển động, đo kích thước, sự đàn hồi…
Siêu âm kiểu B, TM đều là siêu âm một chiều.
4. Kiểu 3D, 4D: Đây là kiểu siêu âm đa chiều trên nền tảng kiểu B, TM, sẽ giúp tái tạo hình ảnh dạng đa chiều. Kiểu siêu âm này thường được sử dụng trong sản khoa
5. Doppler:
Nguyên lý: Khi một chùm siêu âm được phát đi gặp một vật thì sẽ có hiện tượng phản hồi âm, tần số của chùm siêu âm phản hồi về sẽ thay đổi so với tần số của chùm phát đi nếu khoảng cách tương đối giữa nguồn phát và vật thay đổi: Tần số tăng nếu khoảng cách giảm và ngược lại.
Có 4 dạng Doppler: xung, màu, liên tục, năng lượng. Ứng dụng trong siêu âm tim, khảo sát mạch máu cơ quan hoặc nơi tổn thương hoặc u, siêu âm thai.
Các đầu dò siêu âm
- Đầu dò thẳng (Linear Array): đầu dò thẳng, tần số cao, độ phân giải cao, thích hợp cho đánh giá các vùng nông: như da, tuyến giáp, tuyến vú, mạch máu.
- Đầu dò cong (convex): tần số thấp hơn, độ phân giải thấp hơn, thích hợp cho việc đánh giá các cơ quan sâu, thường sử dụng cho siêu âm bụng, thai, mạch máu ở sâu.
- Đầu dò tim: tần số tương đương đầu dò cong, chuyên dụng cho siêu âm tim
Ngoài ra còn có đầu dò sử dụng cho siêu âm 3D, 4D, siêu âm qua thực quản, qua âm đạo (hoặc trực tràng), siêu âm vùng mắt, siêu âm can thiệp điều trị.
3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH KHẢO SÁT QUA SIÊU ÂM
4. KẾT LUẬN:
Siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong Y khoa, 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.
Phạm Chi Thảo Hạnh