Chụp ảnh bằng sóng siêu âm

CHỤP ẢNH BẰNG SIÊU ÂM

Sóng có tần số từ 20.000Hz đến 109 Hz gọi là sóng siêu âm. Với tần số cao như vậy, người ta dễ tạo tia sóng siêu âm mảnh đi thẳng như một tia sáng. Tuy sóng siêu âm là sóng cơ, về bản chất hoàn toàn khác với ánh sáng là sóng điện từ nhưng việc truyền tia siêu âm qua các môi trường có những nét giống như truyền tia sáng. Thí dụ về quang học ta xét một tia sáng chiếu xuống một hồ nước, khi đến mặt phân cách giữa không khí và nước, tia sáng một phần bị phản xạ, một phần khúc xạ. Nếu nước trong suốt ta có thể nhìn thấy đáy hồ. Ấy là do ánh sáng đến đáy hồ phản xạ lại mắt ta. Nhìn vào cơ thể bằng tia siêu âm cũng tương tự như nhìn vào đáy hồ bằng ánh sáng.

Thật vậy cơ thể người chứa nhiều nước và tia siêu âm đi rất dễ dàng vào môi trường như vậy. Tốc độ tia siêu âm đi vào cơ thể cỡ 1500 m/s nhưng còn tùy thuộc vào cấu tạo từng phần của cơ thể mà có sai số cỡ 60 m/s.

Khi đi qua mặt phân cách giữa hai bộ phận cơ thể có chất liệu khác nhau thì tia siêu âm bị phản xạ. Sau khi bị phản xạ ở mặt phân cách tia siêu âm truyền qua bị yếu đi, lại tiếp tục cuộc hành trình, nếu gặp mặt phân cách khác lại bị phản xạ, bị yếu đi…Sau một số lần phản xạ như thế tia siêu âm xem như bị tắt hẳn. Nhưng chính nhờ cơ chế bị phản xạ nhiều lần mà máy chụp ảnh siêu âm có thể chụp ảnh bên trong cơ thể đến độ sâu vài chục cm.

*Nguyên tắc chụp ảnh bằng siêu âm.

Máy chụp ảnh siêu âm có đầu phát (cũng là đầu thu) phát ra một xung sóng siêu âm thành một tia mảnh. Giả sử đầu phát áp sát vào bụng người mẹ đang mang bầu. Tia siêu âm đi vào dạ con được một đoạn thì gặp cánh tay nằm ngang của em bé thì ở phạm vi cánh tay tia siêu âm bị phản xạ hai lần: lần đầu khi gặp mặt phân cách giữa chất dịch trong dạ con và chất cấu tạo nên cánh tay, và lần thứ hai là khi xuyên qua cánh tay tia siêu âm lại gặp mặt phân cách giữa cánh tay và chất dịch trong dạ con. Khi xung phản xạ đi ngược đến đầu phát thì cũng sinh ra một xung điện ở đầu phát. Máy chụp ảnh bằng siêu âm đo được rất chính xác thời gian giữa các xung này, từ đó máy dễ dàng tính ra thời gian xung siêu âm đi qua cánh tay. Biết được tốc độ truyền sóng siêu âm tương ứng ta có thể tính được bề ngang của cánh tay.

Với những số liệu thu thập được như trên, nếu dùng một cái máy vẽ hình, theo phương truyền tia siêu âm, ở khoảng cách từ bụng mẹ đến nơi theo tính toán bắt đầu có cánh tay, máy vẽ được một chấm đen. Ở khoảng cách bề ngang một cánh tay, máy vẽ một chấm đen nữa. Hai chấm đen đó là hình ảnh của cánh tay em bé theo phương truyền tia siêu âm. Tương tự như vậy, khi tia siêu âm đi qua bộ phận khác ta cũng có hình ảnh của các bộ phận khác. Khi thực hiện quét tia siêu âm theo hình rẻ quạt trong không gian, theo nguyên tắc trên máy có thể vẽ được rất nhiều chấm, nối liền chúng lại ta có được hình ảnh của các bộ phận khác nhau trong cơ thể. Ngày nay việc quét, vẽ, lấy số liệu đều bằng máy tính. Tùy theo tốc độ truyền siêu âm mà ảnh vẽ gần như là ảnh chụp gọi là ảnh siêu âm hai chiều. Mặt khác nhờ có máy tính xử lí nhanh nên khả năng không những quét tia siêu âm theo hình rẻ quạt mà thành nhiều hình rẻ quạt nối tiếp nhau từ đó có thể tạo được ảnh siêu âm ba chiều.

*Cấu tạo của một máy siêu âm đang phổ biến hiện nay là:

Đầu dò của máy là bốn viên áp điện lắp trên một hình trụ quay được. Mỗi viên áp điện có thể phát ra các xung sóng siêu âm đồng thời thu được các xung sóng siêu âm phản xạ từ các mô, các bộ phận trong cơ thể. Trong một giây chu trình thu phát lặp lại đến 400 lần. Khi hình trụ quay, những tia siêu âm quét thành hình rẻ quạt trong không gian, cho phép thu số liệu để vẽ ảnh không gian ba chiều.

Xét chi tiết có thể phân ra ba giai đoạn khác nhau:

– Phát ra sóng siêu âm: máy phát ra xung điện đến các viên điện áp. Viên điện áp phát ra xung siêu âm với tần số nhất định.

– Các mô phản xạ sóng siêu âm tạo ra tiếng vọng. Mỗi khi đi từ môi trường này sang môi trường kia, bị phản xạ một phần ở mặt phân cách. Khi viên điện áp nhận được tiếng vọng nó biến siêu âm thành xung điện. Có thể gặp nhiều mặt phân cách, có nhiều tiếng vọng. máy phân tích thời gian giữa xung điện phát ra và các xung điện phản xạ từ đó tính khoảng cách đến các mặt phản xạ.

– Quét tia siêu âm để dựng ảnh: các viên điện áp dịch chuyển theo nhịp độ quay của trụ gắn với viên áp điện. Máy căn cứ vào số liệu về khoảng cách và tốc độ truyền siêu âm để dựng nên hình ảnh.

Do những đặc điểm truyền và phản xạ siêu âm nên các máy chụp ảnh bằng siêu âm không phải là vạn năng mà là chuyên dùng: máy chụp ảnh siêu âm dùng cho thai nhi, máy chụp ảnh siêu âm dùng để chụp gan, máy siêu âm đo loãng xương. Ưu điểm lớn nhất của máy siêu âm là ít độc hại so với tia X hay chụp ảnh bằng tia phóng xạ.

Viết bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *