NGUYÊN Lý CƠ BảN Về SIÊU ÂM CHẩN ĐOáN
BSCKI Nguyn Vn Kn
Siêu âm l một loại âm thanh đặc biệt đã đ ợc biết đến từ cách đây hàng ngàn năm,
ngày nay siêu âm cũng đã đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống,
đối với y học từ 1941, Kard Dussik, một ngời úc đã sử dụng kỹ thuật siêu âm lần
đầu tiên để đo não thất. Sau chiến tranh thể giới thứ 2 nhiều kỹ thuật quân sự đợc đa ra ứng dụng với mục đích hoà bình, trong đó có kỹ thuật Sona, từ đó mở ra một
thời kỳ mới đối với siêu âm. 1950 W.D. Keidel, một nhà nghiên cứu ngời Đức đã
ứng dụng phơng pháp siêu âm trong thăm khám tim mạch. ông ta đã chiếu chùm tia
siêu âm qua tim và thu nhận sóng siêu âm ở phía đối diện. 1953 hai bác sỹ Thuỵ
Điển là Helmut Hetz và Inge Edler đã sử dụng thành công hệ thống siêu âm để
khám tim mạch, từ đó khái niệm siêu âm lâm sàng trở thành phổ biến trên thế giới.
Tuy vậy ở thời kỳ này siêu âm chỉ ghi lại đợc một số hình ảnh vận động của thành
thất, của lá trớc van 2 lá và phát hiện dịch màng ngoài tim và Edler đã là ngời đầu
tiên mô tả những hình ảnh hẹp van 2 lá, hẹp van động mạch chủ, khối u nhĩ trái,
tràn dịch màng ngoài tim trên siêu âm. Những công trình này đợc coi là khởi đầu
cho ngành siêu âm tim mạch, nhng rất tiếc cho đến khi nghỉ hu 1976 ông không
tham gia phát triển thêm các kỹ thuật siêu âm mới. Đến hội nghị tim mạch châu Âu
lần thứ 3 năm 1960 đã có một số nghiên cứu về siêu âm của các tác giả Thuỵ Điển,
Đức, cũng chính những tác giả này đề nghị hãng Siemens chế tạo máy siêu âm đầu
tiên cho họ. Cũng từ những năm 50 của thế kỷ trớc một nhóm các nhà nghiên cứu
Nhật bản Satomura, Yoshida và Nimura ở trờng Đại học Osaka đã nghiên cứu ứng
dụng kỹ thuật Doppler trong siêu âm, đây là những nghiên cứu đầu tiên, đặt nền
móng cho phát triển siêu âm Doppler sau này, nh những nghiên cứu của Holen và
Hatle 1979 về thay đổi huyết động trong các bệnh hẹp van 2 lá và van động mạch
chủ. Kỹ thuật siêu âm màu Doppler đã đợc phát triển từ những năm 1970 do các
nhà nghiên cứu Mỹ và Nhật Bản nh Brandestini, Kasai, Omoto. Cho đến hiện nay
nhiều kỹ thuật siêu âm hiện đại ã đợc áp dụng trong lâm sàng nh siêu âm tim qua
thực quản, siêu âm trong buồng tim, trong lòng mạch, các kỹ thuật siêu âm cản âm,
siêu âm gắng sức, siêu âm tim 3D đã làm cho siêu âm tim trở thành một ph ơng
tiện không thể thiếu trong ngành tim mạch và cùng với sự phát triển của khoa học
kỹ thuật ngày càng có nhiều kỹ thuật siêu âm mới ra đời, đòi hỏi các bác sỹ siêu

âm luôn luôn cập nhật kiến thức, trang bị để phục vụ tốt hơn cho chẩn đoán lâm
1


sàng. Và để sử dụng máy siêu âm tốt hơn chúng ta cần hiểu biết về tính chất cơ bản
của siêu âm và nguyên lý cấu tạo máy siêu âm hiện đang đợc dùng trong chẩn đoán
hàng ngày.
1. Một số tính chất vật lý của siêu âm
Siêu âm là một loại dao động cơ học đợc truyền đi trong một môi trờng có
tính đàn hồi. Năng lợng cơ học này tác động vào các phân tử vật chất của môi
trờng làm cho chúng giao động khỏi vị trí cân bằng, mặt khác do tơng tác mà
các phân tử bên cạnh nó cũng chu ảnh hởng và giao động theo, tạo thành sóng
lan truyền theo một hớng nhất định cho tới khi hết năng lợng. Chính vì vậy siêu
âm không thể truyền ở môi trờng chân không nh một số dạng sóng khác.
Âm thanh đợc chia thành 3 loại theo tần số. Những âm thanh có tần số dới
16 Hz mà tai ngời không thể nghe đợc là hạ âm, nh sóng địa chấn. Các sóng âm
có dải tần từ 16 Hz đến 20.000 Hz đợc gọi là âm nghe đợc, còn siêu âm có tần
số trên 20.000 Hz. Nh vậy về bản chất siêu âm cũng không có gì khác với các
giao động cơ học khác và nó cũng đợc đặc trng bởi một số đại lợng vật lý nh:
tần số, biên độ , chu kỳ
Chu kỳ là khoảng thời gian thực hiện một nén và dãn. Đơn vị thờng đợc tính
bằng thời gian ( s, ms).
Biên độ là khoảng cách lớn nhất giữa 2 đỉnh cao nhất và thấp nhất. Nó biểu
thị cho độ mạnh của sóng âm và có liên quan mật thiết với năng lợng của
nguồn phát. Đơn vị đo bằng decibel ( db ).
Tần số ( f ) là số chu kỳ giao động trong 1 giây, đơn vị đo là Hz. 1KHz bằng
1000Hz và 1 MHz bằng 1.000.000 Hz. Trong thực hành lâm sàng các đầu dò
siêu âm chẩn đoán thờng có tần số 1- 20 MHz. Giữa tần số và bớc sóng có
mối liên quan mật thiết với nhau, khi tần số càng cao, bớc sóng càng ngắn.
Bớc sóng( ) là độ dài của 1 chu kỳ giao động. Bớc sóng thờng đợc đo bằng

đơn vị đo chiều dài nh mm, đối với siêu âm chẩn đoán bớc sóng thờng 0,151,5 mm.
Tốc độ siêu âm ( c ) là quãng đờng mà chùm tia siêu âm đi đợc trong 1 đơn
vị thời gian, thờng đợc đo bằng m/s. Tốc độ siêu âm không phụ thuộc vào
công suất của máy phát mà phụ thuộc vào bản chất của môi trờng truyền âm.
Những môi trờng có mật độ phân tử cao, tính đàn hồi lớn, siêu âm truyền tốc
độ cao và ngợc lại những môi trờng có mật độ phân tử thấp tốc độ sẽ nhỏ. Ví
2


dụ xơng từ 2700- 4100 m/s; tổ chức mỡ 1460-1470 m/s; gan 1540-1580 m/s;
phổi 650-1160 m/s; cơ 1545-1630m/s; nớc1480m/s; không khí 330m/s
Trong siêu âm chẩn đoán ngời ta thờng lấy giá trị trung bình của tốc độ siêu
âm trong cơ thể là 1540m/s, tơng đơng với tốc độ của siêu âm trong các mô
mền nói chung, đây là đối tợng chủ yếu của các thăm khám siêu âm. Ngoài
ra tốc độ của siêu âm còn phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trờng, nhng đối với
siêu âm chẩn đoán nhiệt độ cơ thể tơng đối hằng định nên yếu tố này không
đợc đề cập tới. Giữa tốc độ truyền âm, bớc sóng và tần số có mối liên hệ qua
phơng trình sau:
C = .f
Năng lợng siêu âm ( P ) biểu thị mức năng lợng mà chùm tia siêu âm truyền
vào cơ thể. Giá trị này phụ thuộc vào nguồn phát , trong siêu âm chẩn đoán
để đảm bảo an toàn các máy thờng phát với mức năng lợng thấp vào khoảng
1mw đến 10mw. Tuy nhiên trong các kiểu siêu âm thì siêu âm Doppler thờng
có mức năng lợng cao hơn. ở các máy siêu âm hiện đại ngời sử dụng có thể
chủ động thay đổi mức phát năng lợng để nâng cao hơn tính an toàn cho
bệnh nhân, nhất là đối với thai nhi và trẻ em.
Cờng độ sóng âm ( I ) là mức năng lợng do sóng âm tạo nên trên 1 đơn vị
diện tích. Thờng đợc đo bằng đơn vị W/cm 2 . Cờng độ sóng âm sẽ suy giảm
dần trên đờng truyền nhng tần số của nó không thay đổi. Ngời ta còn tính cờng độ sóng âm tơng đối đo bằng dB. Khác với cờng độ sóng âm, đại lợng
này là một giá trị tơng đối, nó cho biết sự khác nhau về cờng độ siêu âm tại 2

vị trí trong không gian.

dB = 10 Log 10 (

I
)
I0

I : Cờng độ siêu âm tại 1 điểm bất kỳ
I 0 : Cờng độ siêu âm ban đầu

3


Sơ đồ minh hoạ cách tính các chu kỳ, biên độ, bớc sóng, tần số siêu âm

2. Quá trình lan truyền sóng âm trong cơ thể
2.1.Trong môi trờng đồng nhất
Là môi trờng có cấu trúc giống nhau, đặc trng cho mỗi môi trờng là một hệ
số mật độ môi trờng ( ) . Khi chiếu một chùm tia siêu âm vào một môi trờng
đồng nhất, nó sẽ xuyên qua với một năng lợng giảm dần cho tới khi hết năng lợng. Sở dĩ có sự suy giảm năng lợng trên đờng truyền là do có sự tơng tác giữa
siêu âm và các phần tử nhỏ của cơ thể, gây ra hiệu ứng toả nhiệt và tạo vi bọt,
tuy nhiên do siêu âm chẩn đoán sử dụng công suất thấp nên chúng ta không cảm
thấy sự tăng nhiệt độ này trong quá trình thăm khám. Mỗi một môi trờng có hệ
số hấp phụ siêu âm ( ) khác nhau, nên mức độ suy giảm siêu âm cũng khác
nhau. Ngoài ra độ suy giảm siêu âm còn phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trờng
và tần số của chùm tia siêu âm, khi tần số càng cao mức độ suy giảm càng
nhanh nên độ xuyên sâu càng kém. Trong siêu âm hệ số thờng đợc tính bằng
đơn vị dB/ cm ở tần số 1MHz. Một số tổ chức, cơ quan trong cơ thể có hệ số hấp
phụ nh sau: Phổi 41; xơng sọ 20; cơ 3,3 ; thận 1; gan 0,94; não 0,85; mỡ 0,65;

máu 0,18; nớc 0,0022. Ví dụ khi chiếu chùm tia siêu âm với tần số 1 MHz qua
1 cm thận cờng độ siêu âm sẽ bị giảm đi 1 dB. Tơng tự nh vậy chùm tia siêu âm
sẽ bị giảm năng lợng nhiều khi chiếu qua phổi, xơng và hầu nh không thay đổi
khi xuyên qua máu và nớc. Trong thực hành lâm sàng mức độ suy giảm siêu âm
còn cao hơn nữa vì thông thờng chúng ta sử dụng đầu dò có tần số lớn hơn 1
MHz, tuy nhiên nếu nói chính xác mối quan hệ giữa tần số và hệ số hấp phụ
không hoàn toàn tuyến tính, nhng trong giải tần số của siêu âm chẩn đoán thông
thờng, chúng ta có thể coi gần nh tuyến tính nghĩa là khi tần số tăng lên 2MHz
thì hệ số hấp phụ tăng lên gần gấp đôi. Do đó muốn nâng cao độ xuyên sâu để
thăm khám các bộ phận ở xa đầu dò ngời thầy thuốc buộc phải giảm tần số
nguồn phát hoặc tăng năng lợng của chùm tia siêu âm, nhng để đảm bảo tính an
toàn cho bệnh nhân điều kiện thứ 2 thờng không thể thực hiện đợc.
2.2.Trong môi trờng không đồng nhất.
4


Cơ thể ngời là một môi trờng không đồng nhất, bao gồm nhiều cơ quan, tổ
chức có cấu trúc khác nhau. Khi chùm tia siêu âm truyền tới biên giới của hai
môi trờng có độ trở kháng âm khác nhau, một phần sẽ đi theo hớng ban đầu và
tiếp tục đi vào môi trờng tiếp theo, một phần sẽ bị phản xạ trở lại, mức độ phản
xạ nhiều hay ít phụ thuộc vào độ chênh lệch trở kháng giữa hai môi trờng. Trở
kháng âm (z) là một đại lợng vật lý biểu thị cho khả năng cản trở không cho
chùm tia siêu âm xuyên qua của môi trờng, nó phụ thuộc vào mật độ và tốc độ
truyền âm của môi trờng:
Z= .c
: Mật độ môi trờng
c : Tốc độ siêu âm trong cơ thể
Z : Độ trở kháng rayl( kg/m 2 /s ì 10 6 )
Ví dụ độ trở kháng âm của một số tổ chức, cơ quan trong cơ thể nh sau:
không khí 0,0004; mỡ 1,38; gan 1,65; cơ 1,7; xơng 7,8Nh vậy có thể nói môi

trờng truyền âm có mật độ phân tử càng lớn, dộ rắn càng cao thì độ trở kháng
càng lớn.
Khi sóng siêu âm truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trờng có độ trở
kháng âm khác nhau, phần năng lợng của chùm tia siêu âm phản xạ trở về tỷ lệ
thuận với độ chênh lệch trở kháng giữa 2 môi trờng. Và chúng đợc đặc trng
bằng một đại lợng gọi là hệ số phản xạ R. Để đơn giản chúng ta xét trờng hợp
đặc biệt khi chùm siêu âm phát ra từ đầu dò vuông góc với mặt phẳng phân
cách của các bộ phận cần thăm dò, lúc đó tỷ lệ chùm tia siêu âm phản xạ quay
trở về đợc tính theo công thức sau:
(Z Z1 )
R= 2

(Z 2 + Z1 )

2

Z 1 : Độ trở kháng âm môi trờng 1
Z 2 : Độ trở kháng âm môi trờng 2
Ngợc lại với độ trở kháng là độ truyền âm qua hai môi trờng có cấu trúc
khác nhau. Ngời ta tính hệ số truyền âm qua 2 môi trờng theo công thức sau:
4Z 2 Z1
PT =
2
( Z1 + Z 2 )

PT: Percentage transmitted (% )
Ví dụ hệ số phản xạ và hệ số truyền âm giữa hai môi trờng xơng và tổ chức mô
mền nh sau:
5



( 7,8 1,63)
R=
= 0,654 2 = 0,43

( 7.8 + 1,63)
2

Nh vậy khi chùm tia siêu âm đi qua tổ chức xơng vào mô mền có 43% năng
lợng bị phản xạ trở lại và chỉ có 57% năng lợng tiếp tục đi qua. Tơng tự nh vậy
nếu bề mặt phân cách là không khí và mô mền thì R= 0,998, hay hệ số truyền
âm chỉ còn 1- 0,998 = 0,002 hay =0,2%. Do đó trong thực hành chúng ta phải
tạo môi trờng chất lỏng ( gel siêu âm ) giữa đầu dò và cơ thể để chùm tia siêu
âm có thể xuyên vào trong cơ thể, mà không bị phản xạ trở lại.
Những ví dụ mà chúng ta mô tả trên là xét trong điều kiện chùm tia siêu âm
vuông góc với bề mặt phân cách các môi trờng truyền âm có độ trở kháng khác
nhau của cơ thể. Nhng trên thực tế phức tạp hơn và ta có hiện tợng phản xạ toàn
phần hoặc hiện tợng sóng âm chỉ trợt trên bề mặt phân cách hai môi trờng, hiện
tợng này hay gặp khi trên đờng đi của chùm tia siêu âm có các cấu trúc hình cầu
và một số trờng hợp đặc biệt khác...
Ngoài ra khi mặt phẳng phân cách giữa 2 môi trờng không phẳng thì ngoài
hiện tợng phản xạ và xuyên qua còn có hiện tợng tán xạ siêu âm , lúc này có
một phần rất nhỏ sóng siêu âm đi theo các hớng khác nhau và chỉ có rất ít các
sóng này trở về đợc đầu dò. Hiện tợng tán xạ siêu âm thờng gặp khi siêu âm gặp
các cấu trúc nhỏ có đờng kính nhỏ hơn bớc sóng ( << ). Nhng nhờ có tán xạ
siêu âm mà ta có thể đánh giá đợc sự đồng đều của nhu mô, tổ chức trong cơ
thể.

6



Sơ đồ của chùm tia siêu âm trong cơ thể ngời với các môi trờng có độ trở kháng
khác nhau.
2.3.Sự hấp phụ năng lợng siêu âm của tổ chức và an toàn siêu âm.
Trong quá trình sóng siêu âm đi qua các tổ chức của cơ thể, năng lợng của
nó giảm dần, sở dĩ nh vậy là do một phần đã bị phản xạ trở lại, một phần do tơng tác với môi trờng, chuyển thành nhiệt năng và gây biến đổi cấu trúc của môi
trờng. Nếu ta gọi P(d) là biên độ áp âm ở vị trí d, P(0) là biên độ áp âm ban đầu
thì:
P(d) = P(0). e . f .d
: Hệ số suy giảm siêu âm
f : tần số sóng siêu âm
d : khoảng cách đo so với ban đầu
Theo phơng trình trên ta thấy sự suy giảm của năng lợng siêu âm tỷ lệ thuận
với khoảng cách thăm dò, hệ số hấp phụ siêu âm của tổ chức và tần số đầu dò,
đây là một khó khăn cho việc phát triển kỹ thuật siêu âm vì với tần số cao hình
ảnh sẽ có độ nét cao, nhng độ xuyên sâu kém nên không thể thăm dò đợc các vị
trí ở xa đầu dò.
Từ đây chúng ta có khái niệm khoảng cách giảm năng lợng 1/2 , là khoảng
cách mà chùm tia siêu âm tới đợc nhng năng lợng đã bị giảm đi một nửa so với
ban đầu, ví dụ khoảng cách này đối với không khí là 0,08cm; xơng 0,2- 0,7cm;
mô mềm 5-7cm; máu 15cm Chính vì vậy những bộ phận trong cơ thể có chứa
hơi nh phổi, ruột gây cản trở nhiều cho các thăm khám siêu âm . Mặt khác do
hiện tợng suy giảm năng lợng siêu âm theo độ xuyên sâu của chùm tia siêu âm ,
nên về mặt kỹ thuật các máy siêu âm đều có chế độ bù gain theo chiều
sâu( Time Gain Compensation- TGC ), chế độ này nhằm tăng cờng độ sáng của
những phần xa đầu dò để tạo hình ảnh đồng nhất về độ phản hồi âm trên toàn bộ
trờng nhìn của màn hình, giúp ngời kiểm tra siêu âm tránh đợc những nhận định
sai lầm do kỹ thuật, đảm bảo kết quả chính xác hơn.
Tác động sinh học của siêu âm phụ thuộc vào tổng số năng lợng mà một
vùng cơ thể nhận đợc do chùm tia siêu âm mang lại, nh vậy nó phụ thuộc vào cả

cờng độ siêu âm và thời gian chùm tia siêu âm chiếu qua cơ thể. ở đây chúng ta
cần phân biệt năng lơng siêu âm là tổng năng lợng của chùm tia siêu âm đem lại
trong một đơn vị thời gian ( ví dụ 1W nếu chùm tia siêu âm tạo ra năng l ợng 1J

7


trong 1 giây. Còn cờng độ siêu âm là năng lợng chùm tia siêu âm tạo ra trên một
đơn vị diện tích, nên đo bằng mW/cm 2 . Cờng độ siêu âm còn chia ra, cờng độ
siêu âm đỉnh là cờng độ siêu âm cao nhất, thòng trung tâm của chùm tia và cờng
độ siêu âm trung bình là toàn bộ năng lợng của chùm tia chia cho diện tích
chùm tia siêu âm chiếu qua. Trong trờng hợp đầu dò phát sóng dạng xung, cờng
độ siêu âm sẽ đợc tính trung bình theo thời gian. Ví dụ mỗi lần phát xung của
một đầu dò là 1,5 micro giây và trong 1 giây đầu dò đó phát 1000 lần, nghĩa là
thời gian hoạt động phát xung của nó bằng 1,5 x 1000/ 1.000.000 = 0,0015, hay
nói cách khác đầu dò chỉ hoạt động 0,15% thời gian. Nếu nh đầu dò phát công
suất 10w thì năng lợng trung bình của nó chỉ là 0,0015 x 10w = 0,015 w hay 15
mw.
Năng lợng của chùm tia siêu âm khi tơng tác với cơ quan, tổ chức của cơ thể
tạo ra hai hiện tợng:
- Một phần năng lợng này sẽ tạo thành nhiệt, có tác dụng làm nóng tổ chức mà
nó đi qua, tuy nhiên do công suất phát của các máy siêu âm chẩn đoán rất thấp
nên hiện tợng tăng nhiệt độ tại chỗ rất nhỏ, không đáng kể và không thể đo đợc
( điều này thấy rõ hơn nhiều với các máy siêu âm điều trị sử dụng trong khoa
vật lý trị liệu phục hồi chức năng do sử dụng công suất lớn hơn).
- Tác dụng tạo bọt, hay còn gọi là tạo hốc. Tác dụng này phụ thuộc vào tần số
sóng âm, năng lợng của chùm tia siêu âm và cả tính chất hội tụ của chùm tia,
cũng nh tính chất của môi trờng truyền âm . Siêu âm có thể tạo ra các vi bọt có
kích thớc nhỏ cỡ àm trong các tổ chức, ở mức độ nặng hơn các vi bọt có thể phá
vỡ các tế bào, tuy nhiên tác động này trong thăm khám siêu âm không rõ ràng

và cũng cha đợc nghiên cứu đầy đủ. Ngoài ra cần lu ý các cơ quan, bộ phận
khác nhau của cơ thể có thể nhạy cảm khác nhau dới tác dụng của siêu âm, nh
mắt, thai nhi trong những tháng đầu nên trong thăm khám hàng ngày chúng ta
không nên kéo dài thời gian thăm khám các bộ phận này khi không cần thiết.
Tóm lại, các tác động sinh học của siêu âm là có thực, tuy nhiên cho đến
hiện nay qua các nghiên cứu trên thực nghiệm, cũng nh các nghiên cứu qua hồi
cứu lâm sàng, ngời ta cha thấy những bằng chứng rõ rệt tác hại của siêu âm
chẩn đoán. vì vậy siêu âm vẫn đợc coi là một phơng pháp an toàn và có thể thăm
khám nhiều lần. Tuy vậy theo viện nghiên cứu siêu âm trong y học của Hoa kỳ (
AIUM- American Institude of Ultrasound in Medicine ), nếu sử dụng siêu âm
tần số thấp với cờng độ < 100mW / cm 2 . Hoặc khi tích cờng độ và thời gian

8


xuyên âm < 50Joules/cm 2 ( J/cm 2 = W/cm 2 ì sec. ) thì không có hậu quả sinh
học. AIUM cũng đa ra khuyến cáo sử dụng năng lợng siêu âm thấp tới mức có
thể một cách hợp lý ( ALARA: As Low As Reasonably Achievable ) để nhận đợc thông tin chẩn đoán một cách tối u. Thông thờng trong y học ngời ta áp dụng
nguyên tắc an toàn kép có nghĩa là chỉ sử dụng đến mức 1/2 liều cho phép.
Cần lu ý trong các kiểu siêu âm, siêu âm Doppler có mức năng lợng cao hơn
siêu âm 2D và TM. Những máy siêu âm hiện đại đều có hệ thống cảnh báo các
tác hại của siêu âm nh: chỉ số TI ( Thermal Index )và chỉ số MI ( Mechanical
Index ) là những chỉ số cảnh báo về tác dụng nhiệt và cơ học để đảm bảo tính an
toàn trong chẩn đoán.
3. Nguyên lý cấu tạo máy siêu âm
Máy siêu âm có rất nhiều bộ phận, chi tiết khác nhau, nhng chúng ta có thể
gộp lại thành 3 hệ thống chính:
- Đầu dò.
- Bộ phận xử lý trung tâm
- Một số bộ phận hiển thị, ghi hình, lu trữ số liệu

3.1. Đầu dò siêu âm.
- Đầu dò có nhiệm vụ phát chùm tia siêu âm vào trong cơ thể và thu nhận chùm
tia siêu âm phản xạ quay về. Dựa trên nguyên lý áp điện của Pierre Curie và
Paul Curie phát minh năm 1880 ngời ta có thể chế tạo đợc các đầu dò siêu âm
đáp ứng đợc các yêu cầu trên. Hiệu ứng áp điện có tính thuận nghịch: Khi nén
và dãn tinh thể thạch anh theo một phơng nhất định thì trên bề mặt của tinh thể
theo phơng vuông góc với lực kéo, dãn sẽ xuất hiện những điện tích trái dấu và
một dòng điện đợc tạo thành, chiều của dòng điện thay đổi theo lực kéo hoặc
dãn. Khi chiếu chùm tia siêu âm vào tinh thể thạch anh chính là thực hiện lực cơ
học gây co giãn tinh thể thạch anh. Ngợc lại khi cho một dòng điện xoay chiều
chạy qua tinh thể thạch anh, tinh thể sẽ bị nén và dãn liên tục theo tần số dòng
điện và tạo thành dao động cơ học. Nh vậy hiệu ứng áp điện rất thích hợp để chế
tạo đầu dò siêu âm.
- Cấu tạo đầu dò. Thành phần cơ bản của đầu dò siêu âm là các phần tử. Mỗi
phần tử bao gồm 1 tinh thể đợc nối với dòng điện xoay chiều. Khi cho dòng
điện chạy qua tinh thể áp điện. Chiều dày của các tinh thể càng mỏng tần số
siêu âm đợc tạo ra càng cao. Vì các tinh thể thạch anh có những hạn chế về mặt
kỹ thuật nên ngày nay nhiều vật liệu mới nh các muối titanat đợc sử dụng trong

9


công nghệ chế tạo đầu dò, cho phép tạo ra những đầu dò có tần số theo yêu cầu
của lâm sàng. Đồng thời trớc kia mỗi đầu dò chỉ phát 1 tần số cố định, ngày nay
bằng công nghệ mới ngời ta có thể sản xuất những đầu dò đa tần, bằng cách cắt
các tinh thể thành những mảnh rất nhỏ t 100- 200 àm , sau đó ngăn cách chúng
bằng một loại vật liệu tổng hợp có độ trở kháng thấp, những đầu dò kiểu mới có
thể phát với các tần số khác nhau trên 1 dải rộng nh 2-4 MHz, thậm chí 317MHzvới nhiều mức điều khiển để thay đổi tần số. Những đầu dò đa tần này
rất thuận lợi cho thăm khám trên lâm sàng. Chùm tia siêu âm khi phát ra khỏi
đầu dò ở đoạn đầu tiên đi tơng đối tập trung, song song với trục chính của đầu

đò, gọi là trờng gần( Near field ). Độ dài của trờng gần l = r 2 / , trong đó r là
bán kính của tinh thể trong đầu dò . Sau đó chùm tia bị loe ra gọi là trờng
xa( Far field ), những bộ phận cần thăm khám nằm trong trờng gần cho hình ảnh
trung thực và rõ nét hơn. Về mặt kỹ thuật muốn tăng độ dài của trờng gần ta có
thể tăng bán kính của tinh thể trong đầu dò, hoặc tăng tần số phát để giảm bớc
sóng, tuy nhiên điều này bị giới hạn bởi các yếu tố khác, vì tăng r là tăng kích
thớc đầu dò, còn tăng tần số sẽ làm giảm độ sâu cần thăm dò, nên ngời ta hay sử
dụng 1 thấu kính để hội tụ chùm tia siêu âm để giảm độ loe của trờng xa. Ngoài
ra trong trờng chiếu của chùm tia siêu âm còn có vùng tập trung chùm tia hơn
những vùng khác gọi là vùng tiêu điểm ( Focal zone ), tại vùng này hình ảnh cấu
trúc giải phẫu rõ nét hơn, do đó chúng ta nên điều chỉnh vùng tiêu điểm vào
những vị trí cần quan tâm để kết quả phân tích tốt hơn.
- Dựa theo phơng thức quét chùm tia siêu âm ngời ta phân đầu dò làm 2 loại:
quét điện tử và quét cơ học. Nếu căn cứ vào cách bố trí các chấn tử trên giá đỡ
chúng ta có các kiểu đầu dò: thẳng( Linear ); đầu dò cong ( convex ); và đầu dò
rẻ quạt ( sector ). Mỗi loại đầu dò sử dụng cho các mục đích thăm khám khác
nhau, đầu dò thẳng dùng để khám các mạch máu ngoại vi, các bộ phận nhỏ, ở
nông nh tuyến vú, tuyến giáp Đầu dò cong chủ yếu dùng cho các thăm khám
ổ bụng và sản phụ khoa. Đầu dò rẻ quạt để khám tim và các mạch máu nội tạng.
Ngoài ra căn cứ theo mục đích sử dụng chúng ta có rất nhiều loại đầu dò khác
nhau nh: Đầu dò siêu âm qua thực quản để khám tim mạch, đầu dò nội soi khi
kết hợp với bộ phận quang học để khám tiêu hoá, đầu dò sử dụng trong phẫu
thuật, đầu dò trong lòng mạch
- Độ phân giải của đầu dò. Là khoảng cách gần nhất giữa 2 cấu trúc cạnh nhau
mà trên màn hình chúng ta vẫn còn phân biệt đợc. Nh vậy có thể nói độ phân

10


giải càng cao khả năng quan sát chi tiết các cấu trúc càng rõ nét, chính vì thế độ

phân giải là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lợng máy siêu âm. ngời
ta phân biệt độ phân giải ra làm 3 loại: Độ phân giải theo chiều dọc là khả năng
phân biệt 2 vật theo chiều của chùm tia ( theo chiều trên-dới của màn hình ). Độ
phân giải ngang là khả năng phân biệt theo chiều ngang( chiều phải-trái của
màn hình ). Độ phân giải theo chiều dày ( chiều vuông góc với mặt phẳng cắt, vì
thực tế mặt cắt siêu âm không phải là một mặt phẳng, mà có độ dày nhất định ).
Độ phân giải phụ thuộc rất nhiều vào tần số của đầu dò, vị trí của cấu trúc đang
nghiên cứu thuộc trờng gần hay xa của đầu dò. Mặt khác điều này không hoàn
toàn do đầu dò quyết định mà còn phụ thuộc vào sử lý của máy.
- Lựa chọn đầu dò: Trong thực hành nhiều khi ngời làm siêu âm phải thực hiện
thăm khám nhiều cơ quan, bộ phận khác nhau của cơ thể, đặc biệt là ở các bệnh
viện đa khoa. Do đó nên lựa chọn đầu dò cho phù hợp với nhiệm vụ của mình,
tốt nhất đơng nhiên là các đầu dò đa tần và đầy đủ chủng loại sector, convex,
linear. Tuy nhiên trên thực tế điều này khó xảy ra, nên cần loại bỏ những đầu dò
ít sử dụng và có biện pháp khắc phục khó khăn khi không có đầu dò chuyên
dụng. Trớc hết về chủng loại đầu dò, điện tử và cơ khí, cả hai loại này đều cho
hình ảnh chất lợng tốt nh nhau, tuy nhiên đầu dò cơ khí thờng có độ bền kém
hơn và để làm siêu âm tim thì thờng có kích thớc to hơn đầu dò điện tử cùng
loại, nhng đầu dò loại này thờng rẻ hơn. Theo mục đích thăm khám, để làm siêu
âm tim tốt nhất đơng nhiên là đầu dò sector, đối với ngời Việt Nam trởng thành
tần số thích hợp là 3,5 MHz, tuy nhiên nếu có loại đa tần từ 2-4 MHz là tối u,
còn đối trẻ em là 5 MHz, hoặc thích hợp hơn là loại 4-8 MHz. Để làm siêu âm
bụng tổng quát thông thờng dùng đầu dò convex với ngời lớn là 3,5 MHz ( tốt
nhất 2-4 MHz ), trẻ em có thể dùng loại tần số cao hơn. Tuy nhiên trong trờng
hợp không có đầu dò convex, đầu dò sector vẫn có thể dùng thăm khám ổ bụng
đợc. Để thăm khám các bộ phận nông nh tuyến giáp, tuyến vú, tinh hoàn, mạch
máu ngoại viđầu dò linear với tần số 7-10 MHz là tốt nhất. Nh ng trong điều
kiện không có, chúng ta vẫn có thể sử dụng mt đầu dò cho nhiu mục đích và
ở đây đầu dò sector là tốt nhất. Nh vậy trong điều kiện nếu chỉ đợc chọn 1 đầu
dò chúng ta nên mua đầu dò sector đa tần hoặc 3,5 MHz.

3.2. Bộ phận sử lý tín hiệu và thông tin.
Tín hiệu siêu âm phản hồi từ cơ thể đợc đầu dò thu nhận, sau đó biến thành
dòng điện. Dòng điện này mang theo thông tin về độ chênh lệnh trở kháng giữa

11


các cấu trúc mà chùm tia siêu âm đã xuyên qua ( khi độ chênh lệch trở kháng
giữa hai cấu trúc càng lớn, năng lợng của chùm tia siêu âm phản xạ càng cao, sẽ
tạo ra dòng điện xoay chiều càng lớn ) và thông tin về khoảng cách từ cấu trúc
phản xạ siêu âm đến đầu dò. Khoảng cách này đợc tính bằng công thức:
D=

cìt
2

D: Khoảng cách
c: tốc độ siêu âm trong cơ thể
t: thời gian từ khi phát xung đến khi nhận xung
Những tín hiệu này sau khi sử lý tuỳ theo kiểu siêu âm mà cho ta các thông
tin khác nhau về cấu trúc và chức năng của các cơ quan mà ta cần nghiên cứu.
Ngoài ra máy siêu âm còn chứa nhiều chơng trình phần mền khác nhau cho
phép chúng ta có thể đo đạc tính toán các thông số nh khoảng cách, diện tích,
thể tích, thời gian theo không gian 2 chiều, 3 chiều. Từ những thông tin này
kết hợp với những chơng trình đã đợc tính toán sẵn sẽ cung cấp cho chúng ta
những thông tin cao hơn. Ví dụ từ đờng kính lỡng đỉnh thai nhi, có thể dự kiến
ngày sinh, trọng lợng thai Hoặc từ thể tích thất trái cuối kỳ tâm tr ơng, tâm
thu, chúng ta sẽ biết đợc thể tích nhát bóp, cung lợng tim
Những thông tin về cấu trúc và chức năng của các cơ quan sẽ đợc hiển thị
trên màn hình, đồng thời cũng có thể đợc lu trữ lại trong các bộ phận ghi hình

qua các phơng tiện nh video, đĩa quang từ, đĩa CD, máy in và có thể nối mạng
với các phơng tiện khác. Mỗi phơng tiện ghi hình có những u điểm, nhợc điểm
riêng, do đó trong thực tế tuỳ theo yêu cầu cụ thể và điều kiện kinh tế, chúng ta
có thể lựa chọn cho phù hợp.
4. các kiểu siêu âm
- Siêu âm kiểu A: Đây là kiểu siêu âm cổ điển nhất, ngày nay chỉ còn sử dụng
trong phạm vi hẹp, nh chuyên khoa mắt với mục đích đo khoảng cách, vì nó rất
chính xác trong chức năng này. Các tín hiệu thu nhận từ đầu dò đợc biến thành
những xung có đỉnh nhọn, theo nguyên tắc biên độ của sóng siêu âm phản xạ
càng lớn, biên độ của xung càng cao và ngợc lại. Nh vậy trên màn hình chúng ta
không nhìn thấy hình ảnh mà chỉ thấy các xung. Thời gian xuất hiện các xung
sẽ phản ánh chính xác khoảng cách từ các vị trí xuất hiện sóng siêu âm phản xạ.
- Siêu âm kiểu 2D: Hay còn gọi là siêu âm 2 bình diện, kiểu siêu âm này hiện
nay đang đợc sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các chuyên khoa. Có thể nói

12


chính siêu âm 2D là một cuộc cách mạng trong ngành siêu âm chẩn đoán. Vì
bằng kiểu siêu âm này chúng ta có thể nhìn đợc các cấu trúc bên trong của cơ
thể và sự vận động của chúng, chính vì vậy nó đã mở ra thời kỳ ứng dụng rộng
rãi của siêu âm trên lâm sàng. Nguyên lý của siêu âm 2D nh sau: những tín hiệu
siêu âm phản xạ đợc đầu dò tiếp nhận sẽ biến thành dòng điện xoay chiều, dòng
điện này sẽ mang theo 2 thông tin về mức độ chênh lệch trở kháng tại biên giới giữa
các cấu trúc khác nhau và khoảng cách của các cấu trúc này so với đầu dò. Dòng điện
sau đó đợc xử lý biến thành các chấm sáng có mức độ sáng khác nhau tuỳ theo dòng
điện lớn hay nhỏ và vị trí của chúng theo đúng khoảng cách từ đầu dò đến mặt phân
cách có phản hồi âm. Nh vậy các thông tin này sẽ đợc thể hiện trên màn hình thành vô
vàn những chấm sáng với cờng độ khác nhau, đợc sắp xếp theo một thứ tự nhất định
tái tạo nên hình ảnh của các cơ quan, cấu trúc mà chùm siêu âm đã đi qua. Để nghiên

cứu các cấu trúc có vận động trong cơ thể nh tim và các mạch máu ngời ta chế tạo các
đầu dò có thể ghi lại rất nhiều hình ảnh vận động của chúng ở các thời điểm khác
nhau trong một đơn vị thời gian ( > 24 hình/ giây ) và nh vậy những vận động của các
cơ quan này sẽ đợc thể hiện liên tục giống nh vận động thực của nó trong cơ thể và
gọi là siêu âm hình ảnh thời gian thực ( real time ). Tất cả các máy siêu âm hiện nay
đều là hình ảnh thời gian thực.
- Siêu âm kiểu TM. Để đo đạc các thông số siêu âm về khoảng cách, thời gian đối với
những cấu trúc có chuyển động, nhiều khi trên siêu âm 2D gặp nhiều khó khăn. Do đó
để giúp cho việc đo đạc dễ dàng hơn ngời ta đa ra kiểu siêu âm M-Mode hay còn gọi
là TM ( Time motion ), đó là kiểu siêu âm vận động theo thời gian, ở đó chùm tia siêu
âm đợc cắt ở một vị trí nhất định, trục tung của đồ thị biểu hiện biên độ vận động của
các cấu trúc, trục hoành thể hiện thời gian. Nh vậy những cấu trúc không vận động sẽ
thành những đờng thẳng, còn những cấu trúc vận động sẽ biến thành những đờng
cong với biên độ tuỳ theo mức độ vận động của các cấu trúc này. Sau đó khi dừng
hình chúng ta có thể dễ dàng đo đợc các thông số về khoảng cách, biên độ vận động,
thời gian vận đọngKiểu TM đợc sử dụng nhiều trong siêu âm tim mạch.
- Siêu âm Doppler. Đây cũng là một tiến bộ lớn của siêu âm chẩn đoán vì nó cung cấp
thêm những thông tin về huyết động, làm phong phú thêm giá trị của siêu âm trong
thực hành lâm sàng, đặc biệt đối với siêu âm tim mạch. Kiểu siêu âm này đợc giới
thiệu trong một phần riêng.
- Siêu âm kiểu 3D. Trong những năm gần đây siêu âm 3D đã đợc đa vào sử dụng ở
một số lĩnh vực, chủ yếu là sản khoa. Hiện nay có 2 loại siêu âm 3D, đó là loại tái tạo

13


lại hình ảnh nhờ các phơng pháp dựng hình máy tính và một loại đợc gọi là 3D thực
sự hay còn gọi là Live 3D. Siêu âm 3D do một đầu dò có cấu trúc khá lớn, mà trong
đó ngời ta bố trí các phần tử nhiều hơn theo hình ma trận, phối hợp với phơng pháp
quét hình theo chiều không gian nhiều mặt cắt, các mặt cắt theo kiểu 2D này đợc máy

tính lu giữ lại và dựng thành hình theo không gian 3 chiều. Ngày nay có một số máy
siêu âm thế hệ mới đã có siêu âm 3 chiều cho cả tim mạch, tuy nhiên ứng dụng của
chúng còn hạn chế do kỹ thuật tơng đối phức tạp và đặc biệt là giá thành cao.
Tóm lại trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật
các phơng tiện siêu âm chẩn đoán cũng phát triển không ngừng, nhiều công nghệ mới
đã đợc áp dụng nên các máy móc thế hệ sau ngày càng cho hình ảnh với độ phân giải
cao, với nhiều tính năng u việt đã cung cấp cho chúng ta những thông tin chi tiết và
chính xác hơn, vì vậy việc ứng dụng siêu âm chẩn đoán cũng ngày càng rộng rãi hơn.
Cõu hi lng giỏ
1. Bn cht ca súng siờu õm l súng õm thanh cú tn s trờn 20.000 Hz.
(Khoanh vo ỏp ỏn ỳng )
a- ỳng .
b- sai .
2 .Siờu õm l phng phỏp chn oỏn vụ hi i vi ngi bnh cú th lm
i lm li nhiu ln .
a -ỳng .
b sai
3. Trong mỏy siờu õm b phn x lý trung tõm l ni phỏt ra súng siờu õm
ch khụng phi l u dũ siờu õm
a- ỳng .
b- sai .
4 Trong quỏ trỡnh lm siờu õm thỡ chn u dũ phự hp theo c quan cn
thm khỏm s mang li cht lng hỡnh nh siờu õm tt nht .
a ỳng .
b - sai ,
Ti liu tham kho :
I Ti liu ting Vit
1Phan Trng Duyt , K thut siờu õm v ng dng trong sn khoa,1995 nh
xut bn khoa hc v k thut .1-40.
2 Nguyn Phc Bo Quõn , Siờu õm bng tng quỏt , 2011 nh xut bn

Thun Húa .1-112.
3 B mụn CHA trng HY H Ni , bi ging chn oỏn hỡnh nh ,2000 .6982.
II Ti liu ting Anh
14


1Hagen-anser SL .Textbook of Diagnostic Utrasonography .Phyladelphia JB
lippincott,1995.
2Higashi Y ,Mizushima A, Introduction to Abdominal Utrasonography,Newyork
Spriger-Verlag,1991.

15