Bài giảng Kỹ thuật siêu âm

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

749
lượt xem 184
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật siêu âm trình bày các chủ đề: bản chất vật lý của sóng siêu âm, cơ sở vật lý của kĩ thuật siêu âm, kĩ thuật siêu âm, ứng dụng siêu âm trong y học. Đây là tài liệu tham khảo thuộc lĩnh vực Y học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật siêu âm

KĨ THUẬT SIÊU ÂM
Những kiến thức bổ trợ: Kiến thức lí sinh y học: - Đại cương về sóng âm và siêu âm Kiến thức Vật lí: - Tính chất vật lí của siêu âm - Dao động và sóng - Nguyên lí nguồn phát siêu âm - Sóng âm Hướng dẫn: Hướng dẫn: - Xem Giáo trình Lí sinh -Xem: “ Giáo trình&sách tham khảo”, (Phần 1. Chương 1, bài 3). chọn “giáo trình vật lí lí sinh (phần 3 - Bài giảng dạng slide trong Chương 3 ) website lisinhstudy.tnu.edu.vn - Bài giảng dạng Slide và tài liệu tham - Tham khảo: Giáo trình Vật lí khảo trong lisinhstudy.tnu.edu.vn đại cương -Tham khảo : Giáo trình lí sinh y học ( Phan sĩ An-NXB Y học), Li sinh học ( Đoàn Suy Nghĩ, NXB ĐH Huế).
Chủ đề 1: Bản chất vật lý của sóng siêu âm 1. Dao động và sóng – Sóng âm 1.1.Dao động Là một chuyển động được lặp lại nhiều lần theo thời gian. VD: con lắc đồng hồ, dao động của cây cầu treo, dao động của dòng điện trong mạch… 1.2. Sóng Là sự lan truyền của tín hiệu (mang năng lượng), từ điểm này đến điểm kia trong một môi trường mà không có sự di chuyển thành dòng của các phần tử môi trường ...
1.3. Sóng âm – Siêu âm • Bản chất Âm do các vật dao động phát ra và được lan truyền ra môi trường dưới dạng sóng: Sóng âm Bản chất sóng âm là sóng cơ học VD: - Kéo dây đàn ra khỏi vị trị cân bằng rồi thả ra thì ta thấy nó dao động  Âm thanh phát ra và lan truyền (sóng âm).
• Các thông số cơ bản * Chu kỳ dao động (T): * Biên độ dao động (h): * Tần số dao động (f): * Bước sóng (): * Tốc độ lan truyền của siêu âm (v): * Cường độ của sóng siêu âm (I): * Năng lượng của sóng siêu âm (I):
2. Các tính chất vật lý cơ bản của sóng âm • Hiện tượng phản xạ • Hiện tượng khúc xạ • Hiện tượng tán xạ • Hiện tượng nhiễu xạ • Hiện tượng hấp thụ • Hiệu ứng đople
2.1. Hiện tượng phản xạ + Khi một nguồn siêu âm lan truyền qua hai môi trường có âm trở khác nhau sẽ tạo nên hiện tượng phản xạ siêu âm, tuân theo định luật quang hình học. + Hệ số phản xạ (R): Giữa hai môi trường khác nhau có hệ số phản xạ siêu âm khác nhau. Hệ số phản xạ tuỳ thuộc vào âm trở của hai môi trường: R = (Z1 – Z2) / (Z1 + Z2) Trong đó Z1 và Z2 là âm trở của môi trường 1 và 2. Ví dụ: - Hiện tượng dội lại khi âm phát ra gặp vật cản (tường, núi) trong tự nhiên. - Giữa mô mềm và không khí, xương có Äz lớnhầu hết năng lượng của chùm siêu âm bị phản xạ lạidùng Gel.
2.2. Hiện tượng khúc xạ. - Là hiện tượng chùm siêu âm khi lan truyền trong một môi trường có âm trở khác bị lệch hướng đột ngột ngay tại mặt phân cách. - Sự khúc xạ siêu âm làm lệch nguồn siêu âm và ảnh hưởng đến chùm siêu âm phản xạ và kết quả chẩn đoán. M S Px I M Kx
2.3. Hiện tượng tán xạ. Hiện tượng này xảy ra khi chùm tia siêu âm gặp các cấu trúc nhỏ (có kích thước
2.4. Hiện tượng nhiễu xạ. Là hiện tượng chùm siêu âm có thể vòng qua vật cản. Hiện tượng này phụ thuộc vào khoảng cách đầu dò đến mặt phẳng thăm dò, phụ thuộc vào bước sóng, đường kính của nguồn phát và góc độ của chùm siêu âm phát ra.  Do các hiện tượng trên nên cường độ siêu âm càng đi xa càng bị suy giảm.
2.5. HiÖn tîng hÊp thô: - Khi chïm siªu ©m truyÒn qua mét m«i trêng vËt chÊt chïm siªu ©m ®· truyÒn mét phÇn n¨ng lîng cho m«i trêng ®ã hay nã bÞ m«i trêng ®ã hÊp thô. - Sù hÊp thô phô thuéc vµo ®é dµy c¸c m«i trêng siªu ©m truyÒn qua, tÇn sè siªu ©m vµ hÖ sè hÊp thô cña m«i trêng. Ix= I0 .e-fx Ix: cường độ siêu âm đo được ở độ sâu x Io: cường độ siêu âm lúc đầu f : hệ số hấp thụ của môi trường. x : chiều dày của môi trường siêu âm đi qua.
2.6. Hiệu ứng Doppler Khi có chuyển động tương đối giữa nguồn phát âm và thiết bị thu âm, tần số âm thanh thu được sẽ thay đổi. Đó là hiệu ứng Dopple Cụ thể: + Bước sóng  ngắn lại khi đầu thu và phát lại gần nhau ( tần số tăng) và dài ra trong trường hợp xa nhau ra (tần số giảm). Ví dụ: tiêng còi tàu lúc đến và đi khác nhau.
3. 1. Nguyên lí nguồn phát siêu âm. Nguyên lý chung để tạo ra sóng âm là làm cho một vật rắn, một màng căng hay một dây căng dao động đàn hồi. Nhưng để tạo ra sóng siêu âm, dao động đàn hồi phải có tần số trên 20 000Hz nhờ vào nguồn dao động đặc biệt như dao động của tinh thể thạch anh, tinh thể Niken... Có hai cách phát siêu âm: + Dựa vào hiệu ứng áp điện. + Dựa vào hiện tượng từ giảo.
3.2. Hiệu ứng áp điện Một bản thạch anh được cắt song song với trục lục giác và vuông góc với quang trục tạo thành một bản thạch anh áp điện. Người ta mạ hai mặt của bản để tạo thành một tụ điện hoặc kẹp nó vào giữa hai bản của một tụ điện phẳng Khi nối hai bản điện cực với nguồn điện một chiều bản thạch anh bị biến dạng cong về một bên, khi đổi chiều dòng điện thì bản thạch anh bị cong ngược lại. Khi ta thay nguồn điện một chiều bằng nguồn xoay HƯ áp điện chiều có tần số lớn thì bản thạch anh sẽ liên tục bị biến dạng theo tần số của dòng điện và phát ra siêu âm khi tần số trên 20 000Hz.
3.2. Hiện tượng từ giảo: - Đặt một thanh sắt từ vào trong lòng một cuộn dây đã nối với một nguồn điện một chiều  độ dài của thanh sắt từ ngắn đi một ít : hiện tượng từ giảo - Khi nối cuộn dây với nguồn điện xoay chiều có tần số cao. Từ trường trong lòng cuộn dây biến thiên liên tục  thanh sắt từ dao động với tần số cự lớn và sẽ phát ra siêu âm ( với tần số > 20 000Hz). Siêu âm phát ra có cường độ mạnh nhất khi dao động của dòng điện phù hợp với dao động riêng của thanh sắt từ. Nguồn phát siêu âm loại này có thể lên đến 1000MHz.
Chủ đề 2: Cơ sở vật lý của kĩ thuật siêu âm. 1. Nguyên lí chung: Tương tác của sóng siêu âm với các tổ chức trong cơ thể, sự tương tác này phụ thuộc vào: + Tốc độ truyền của sóng siêu âm trong môi trường. + Trở kháng âm của môi trường. + Sự hấp thụ của tổ chức. + Thông số (f,) của sóng siêu âm + Cấu trúc hình học của tổ chức sống
2. Tốc độ lan truyền siêu âm qua các môi trường sinh học. M«i trêng Tèc ®é siªu ©m (m/s) Da vµ tæ chøc díi da 1408 Mì 1450(330) Níc èi 1500 C¬ 1585(330) Cæ tö cung 1560 Tæ chøc xèp 1540 X¬ng sä thai 3000 ThËn 1581(330) N·o thai 1514 X¬ng dµi 4080(330) (Tốc độ siêu âm trung bỡnh qua cơ thể con người là 1500-1600m/s)
3. Âm trở (Z): Mỗi một môi trường có đặc điểm cấu trúc, tính chất và mật độ khác nhau gây ra những cản trở vận tốc siêu âm khác nhau. Sự cản trở đó là âm trở của môi trường. Âm trở của môi trường tỉ lệ với mật độ của môi trường và tốc độ lan truyền siêu âm. Z= .v Z: âm trở. : mật độ của môi trường. v: tốc độ lan truyền siêu âm.
Âm trở của một số môi trường M«i trêng ¢m trë (g/cm2.s) Níc 37oC 1,49.105 Kh«ng khÝ 0,0004.105 M«i trêng sinh vËt DÞch m¾t 1,5.105 Tinh thÓ m¾t 1,52.105 N·o 1,54.105 C¬ 1,60.105 M¸u 1,60.105 ThËn 1,62.105 L¸ch 1,64.105 Gan 1,65.105 X¬ng ®Æc 6,10.105 2,55.105 X¬ng xèp
4. Phân loại sóng âm. 4.1. Phân loại theo phương dao động: - Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với tia sóng (môi trường có tính đàn hồi về hình dạng  có ở vật rắn). - Sóng dọc: là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường trùng với tia sóng (môi trường chịu biến dạng về thể tíchtruyền qua được chất rắn, khí, lỏng). Sóng siêu âm là sóng dọc 4.2. Phân loại theo tần số: + Hạ âm: f 20 KHz.  Ứng dụng trong y học: 700 KHz- 50 MHz (chẩn đoán: 2MHz-50MHZ)