Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 4: Chẩn đoán bằng siêu âm

NHIỆT LIỆT CHÀO ĐÓN CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI!

KHỞI ĐỘNG

Trong y học, kĩ thuật chẩn đoán bằng sóng siêu âm (thường được gọi là kĩ thuật siêu âm hay siêu âm) được sử dụng phổ biến để thu được hình ảnh của một bộ phận cần được quan sát trong cơ thể như siêu âm bụng, siêu âm thai nhi.

▲ Hình 4.1. Hình ảnh thai nhi thu được bằng kĩ thuật siêu âm

Nhờ đó, các bác sĩ có thể quan sát và chẩn đoán tình trạng sức khoẻ của bệnh nhân hoặc theo dõi sức khoẻ của thai nhi trong thai kì.

Vậy kĩ thuật siêu âm

dựa trên những tính chất nào của sóng?

CHUYÊN ĐỀ 2:

MỘT SỐ ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG CHẨN ĐOÁN Y HỌC

BÀI 4: CHẨN ĐOÁN BẰNG SIÊU ÂM

NỘI DUNG BÀI HỌC

01

02

Kĩ thuật siêu âm ứng dụng trong y học

Một số ứng dụng khác của sóng siêu âm

1.

Khái niệm, kĩ thuật tạo sóng siêu âm và hình ảnh siêu âm

Sử dụng phương pháp dạy học “nêu và giải quyết vấn đề” kết hợp với kĩ thuật KWL:

Điều em đã biết

Điều em muốn biết

Điều em học được

Xác định vấn đề:

Hướng dẫn hoạt động:

HS thảo luận và nêu những thông tin đã biết về sóng siêu âm và trả lời câu Thảo luận 1 (SGK - tr.24).

HS làm việc cá nhân để điền thông tin vào cột K.

HS nêu những điều mình cần biết về sóng siêu âm được sử dụng trong y học vào cột W.

Giải quyết vấn đề:

HS làm việc theo nhóm, nghiên cứu thông tin trong SGK, quan sát tài liệu đa phương tiện (hình ảnh, video clip,...) về kĩ thuật siêu âm để trình bày câu trả lời vào cột L.

Vận dụng:

HS trình bày kết quả làm việc nhóm có thể bằng nhiều hình thức: viết, vẽ sơ đồ tư duy,...

Thảo luận 1 (SGK - tr.24)

Nhắc lại các tính chất của sóng cơ học.

Có thể tạo ra các hiện tượng phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa và khúc xạ.

Phân loại sóng âm:

16Hz

20kHz

Hạ âm

Âm thanh

Siêu âm

GHI NHỚ: Khái niệm

• Sóng siêu âm: là sóng có tần số trên 20 kHz.
• Một số loài vật nghe được sóng siêu âm:
• Sóng siêu âm cũng có các tính chất của sóng cơ học (khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa) và chỉ có thể truyền được trong môi trường vật chất.

Kĩ thuật tạo sóng siêu âm và hình ảnh siêu âm

Nêu cách tạo ra sóng siêu âm và hình ảnh siêu âm trong y học?

• Sóng siêu âm được tạo ra bởi các nguồn phát dao động, tần số của sóng siêu âm phụ thuộc vào tần số dao động của nguồn phát.
• Đặt vào đầu dò của máy siêu âm một dòng điện xoay chiều có tần số lớn hơn 20 kHz, làm tinh thể áp điện biến dạng tuần hoàn cùng tần số với tần số của điện áp xoay chiều.

Khi đầu dò tiếp xúc với bề mặt cơ thể, sóng siêu âm do đầu dò phát ra lan truyền trong cơ thể và một phần bị phản xạ, phần còn lại bị khúc xạ.

►Hình 4.4. Sự phản xạ và khúc xạ của sóng siêu âm tại bề mặt giữa hai môi trường không đồng nhất

Sóng siêu âm phản xạ sẽ được thu nhận bởi đầu dò và được chuyển thành tín hiệu điện.

Từ tín hiệu đó, phần mềm máy tính sẽ tái tạo lại hình ảnh của các cơ quan trong cơ thể.

Thảo luận 2 (SGK - tr.25)

• Tính bước sóng của một sóng siêu âm có tần số 2 MHz lan truyền trong thạch anh, biết tốc độ lan truyền của sóng âm trong thạch anh khoảng 5 800 m/s.
• Biết bề dày tối ưu của tinh thể áp điện trong đầu dò là một nửa bước sóng của sóng siêu âm. Hãy xác định bề dày tối ưu của tinh thể áp điện tương ứng với sóng siêu âm đang xét ở câu a.

Giải

a) Bước sóng của sóng siêu âm có tần số 2MHz lan truyền trong thạch anh

b) Bể dày tối ưu của tinh thể áp điện:

Luyện tập (SGK - tr.25)

Tìm hiểu và trình bày vai trò của lớp vật liệu hấp thụ dao động trong đầu dò.

Vật liệu hấp thụ dao động

Điều hướng sóng âm truyền theo một chiều từ bề mặt trước của tinh thể áp điện đến cơ thể người, đồng thời hấp thụ sóng siêu âm truyền ngược từ bề mặt sau của tinh thể áp điện vào đầu dò nhằm làm giảm tín hiệu nhiễu trong quá trình siêu âm.

Làm giảm các dao động cưỡng bức trong đầu dò, từ đó tăng độ phân giải của tín hiệu trong quá trình siêu âm và bảo vệ các thành phần khác trong đầu dò khỏi hư hỏng do hiện tượng cộng hưởng.

Vai trò của lớp vật liệu hấp thụ dao động

Vận dụng (SGK - tr.25)

Tìm hiểu trên sách, báo, internet,... và trình bày sơ lược một số ứng dụng thực tiễn khác của tinh thể áp điện.

Tinh thể áp điện

Một số ứng dụng thực tiễn khác của tinh thể áp điện:

Cảm biến áp suất điện

SONAR

Cảm biến lực

Cảm biến chuyển động

► SONAR là một công nghệ hiện đại, ứng dụng nguyên lí hoạt động của sóng âm để phát hiện, đo lường và định vị những đối tượng dưới nước.

Phân loại kĩ thuật siêu âm

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Nghiên cứu SGK để phân biệt kĩ thuật siêu âm kiểu A và kĩ thuật siêu âm kiểu B theo gợi ý sau:

* Siêu âm kiểu A

Một xung sóng siêu âm được truyền vào cơ thể, sóng siêu âm phản xạ được ghi nhận dưới dạng xung điện trên đồ thị điện áp - thời gian hiển thị trên màn hình máy tính.

Bề dày của lớp giữa bề mặt B và C được xác định bởi công thức:

Trong đó, là tốc độ truyền âm của lớp vật liệu giữa hai bề mặt B và C.

• Được sử dụng để xác định trực tiếp bề dày của một số lớp mô trong vài trường hợp đơn giản như đo bề dày giác mạc hay lớp xương.

Ứng dụng:

• Là cơ sở cho kĩ thuật siêu âm kiểu B.

Thảo luận 3 (SGK - tr.27)

Quan sát Hình 4.5b, lập luận để rút ra công thức:

Giải

Từ hình 4.5b, ta thấy rằng sóng siêu âm đi quãng đường bằng hai lần bề dày giữa hai lớp B và C trước khi quay lại đầu dò. Do đó, ta có:

THẢO LUẬN CẶP ĐÔI

Luyện tập (SGK - tr.27)

Hai xung sóng phản xạ liên tiếp trong một phép chẩn đoán sử dụng kĩ thuật siêu âm kiểu A cách nhau một khoảng thời gian là 0,03 ms. Tính khoảng cách giữa hai bề mặt phản chiếu ứng với hai xung này. Lấy tốc độ của sóng siêu âm trong mô mềm khoảng 1 570 m/s.

Giải

Khoảng cách giữa hai bề mặt phản chiếu ứng với hai xung này là:

* Siêu âm kiểu B

Trong kĩ thuật siêu âm kiểu B, đầu dò của máy siêu âm di chuyển qua nhiều vị trí xung quanh vùng cơ quan cần được chẩn đoán như Hình 4.6:

Một số ứng dụng của kĩ thuật siêu âm kiểu B

Kiểm tra sức khỏe định kì của thai nhi

Chẩn đoán sỏi thận

Chẩn đoán viêm ruột thừa

MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC CỦA SÓNG SIÊU ÂM

II.

Chia lớp thành 4 nhóm

Tìm hiểu ứng dụng của sóng siêu âm trong nông nghiệp.

Tìm hiểu ứng dụng của sóng siêu âm trong công nghiệp.

Tìm hiểu ứng dụng của sóng siêu âm trong y học.

Tìm hiểu ứng dụng của sóng siêu âm trong quân sự.

Nhóm 1

Nhóm 2

Nhóm 3

Nhóm 4

Nhóm 1:

Một số ứng dụng của sóng siêu âm trong nông nghiệp:

Sấy một số loại nông phẩm

Xua đuổi và tiêu diệt một số loại sinh vật gây hại cho cây trồng

Thanh trùng một số sản phẩm như sữa

Vệ sinh và tẩy rửa các hoá chất bảo vệ thực vật trên bề mặt nông phẩm

Nhóm 2:

Một số ứng dụng của sóng siêu âm trong công nghiệp:

Tẩy rửa đồ vật có chi tiết nhỏ hoặc số lượng lớn

Máy hàn bằng sóng siêu âm

Kiểm tra chi tiết thiết bị

Nhóm 3:

Một số ứng dụng của sóng siêu âm trong quân sự:

Phát hiện thủy sản, tài nguyên biển

Cảnh báo chướng ngại vật trên biển như: đá ngầm, núi băng,...

Tìm kiếm tàu ngầm xâm nhập bất hợp pháp

--------------------------------------

--------------------- Còn tiếp ----------------------