Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 kết nối Bài 7: Siêu âm

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

KHỞI ĐỘNG

Cùng với chụp X-quang và chụp cắt lớp, siêu âm là một ứng dụng quan trọng trong y học, góp một phần không nhỏ cho việc chẩn đoán và điều trị.

Cách tạo ra siêu âm và nguyên tắc tạo hình ảnh trong kĩ thuật siêu âm như thế nào?

BÀI 7: SIÊU ÂM

NỘI DUNG BÀI HỌC

01

02

03

04

05

Siêu âm

Cách tạo ra siêu âm

Nguyên lí hoạt động của máy siêu âm

Nguyên tắc tạo hình ảnh siêu âm

Ứng dụng của siêu âm

I.

Tìm hiểu về tần số, giới hạn ứng dụng của siêu âm

16Hz

Hạ âm

Âm thanh

Siêu âm

Sóng âm được phân loại dựa trên khả năng nghe của con người:

Tần số sóng âm cao hơn 20 kHz được gọi là siêu âm.

Trong thiết bị y tế, sóng siêu âm được sử dụng có dải tần số cỡ MHz.

Tốc độ của sóng siêu âm phụ thuộc vào môi trường mà chúng truyền qua.

Tốc độ truyền siêu âm qua mô cơ thể người vào khoảng 1500 m/s.

SIÊU ÂM

Câu hỏi (SGK - tr.39)

Tốc độ truyền siêu âm trong thạch anh là 5 700 m/s. Tính bước sóng của sóng siêu âm có tần số 2 MHz trong tinh thể thạch anh.

Ta có:

Giải

CÁCH TẠO RA SIÊU ÂM

II.

Quan sát mô hình hiệu ứng áp điện Hình 7.1 để tìm hiểu về cách tạo ra siêu âm.

Bộ biến đối điện - cơ thường được làm bằng thạch anh hoặc gốm áp điện.

Tích chất đặc biệt của vật liệu này: bị co dãn khi có điện trường đặt vào.

Cách tạo ra sóng siêu âm: Đặt một xung điện vào các vật liệu trên → tạo các dao động cơ học.

Siêu âm thường được tạo ra bằng một bộ biến đổi điện - cơ.

Nếu tần số của xung điện nằm trong dải tần số của sóng siêu âm thì các dao động cơ cũng có tần số này và tạo ra sóng siêu âm.

• Khi thu sóng siêu âm người ta sử dụng tính chất biến đổi cơ - điện của tinh thể thạch anh hoặc gốm áp điện.
• Khi nhận được sóng siêu âm thì chúng sẽ tạo ra điện áp biến thiên cùng tần số với sóng siêu âm.

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY SIÊU ÂM

III.

Nguyên lí hoạt động của máy siêu âm là dựa vào định vị bằng sóng siêu âm, thông qua một đầu dò có chức năng phát và thu tín hiệu phản hồi của sóng siêu âm.

Hình 7.2. Cấu tạo của đầu dò siêu âm

• Sóng siêu âm khi gặp mặt phân cách (ranh giới) trên đường đi sẽ bị phản xạ và khúc xạ.
• Đầu dò sẽ thu nhận tín hiệu sóng siêu âm phản xạ, chuyển đổi thành tín hiệu điện, được máy vi tính xử lí và hiển thị trên màn hình.

Hoạt động 1 (SGK - tr.41)

Hình 7.4. Hình ảnh siêu âm thai nhi

Giải thích vì sao khi siêu âm thì da và xương được hiển thị rõ ràng trong khi hình ảnh các cơ quan mềm hơn bên trong cơ thể không được hiển thị rõ?

Đối với các mô mềm khác cho tín hiệu phản xạ gần như nhau nên hình ảnh hiển thị không được rõ.

Khi sóng siêu âm đi từ chất lỏng vào da và từ mô vào xương, có một sự thay đổi lớn về tín hiệu sóng âm phản xạ.

Những bề mặt này cho tín hiệu âm phản xạ mạnh nên hình ảnh hiển thị rõ nét.

Hoạt động 2 (SGK - tr.41)

Giải thích tại sao siêu âm ít được dùng để kiểm tra não.

Não được bao quanh bởi xương rắn phản xạ mạnh sóng siêu âm. Do đó, sóng siêu âm khó thâm nhập vào não → tín hiệu phản xạ âm rất yếu.

Giải pháp thay thế là chụp cắt lớp, chụp cộng hưởng từ.

NGUYÊN TẮC TẠO HÌNH ẢNH SIÊU ÂM

IV.

1. Siêu âm kiểu A

• Sóng siêu âm phản xạ được thu nhận và hiển thị trên màn hình máy tính dưới dạng đồ thị điện áp - thời gian.
• Đầu dò thu được tín hiệu sóng âm phản xạ biến đổi thành tín hiệu điện. Từ những tín hiệu điện thu được, máy tính xử lí và hiển thị trên màn hình dưới dạng các xung.

2. Siêu âm kiểu B

Quan sát Hình 7.6, nêu nguyên tắc tạo hình ảnh đối với siêu âm B.

Ranh giới giữa các mô cho phản xạ sóng siêu âm có cường độ mạnh sẽ hiển thị màu sáng, cường độ yếu sẽ hiển thị màu tối.

Nguyên lí tương tự như kiểu A nhưng hình ảnh thu được sẽ được hiển thị có độ sáng, tối khác nhau.

• Trong siêu âm kiểu B, hình ảnh chi tiết của một bộ phận cơ thể được xây dựng từ nhiều hình ảnh của siêu âm kiểu A.
• Đầu dò được di chuyển xung quanh khu vực cần siêu âm, mỗi xung phản xạ được phân tích để xác định độ sâu của bề mặt phản xạ và bản chất của bề mặt.

Một hình ảnh hai chiều được máy tính hiển thị trên màn hình các chấm định vị để biểu thị vị trí của bề mặt phản xạ với độ sáng được xác định bởi cường độ sóng siêu âm phản xạ.

Hoạt động (SGK - tr.41)

Giải thích tại sao để kiểm tra thai nhi, người ta sử dụng siêu âm kiểu B chứ không dùng phương pháp chụp X-quang.

Tia X là bức xạ ion hoá và do đó gây hại cho thai nhi. Siêu âm mang rất ít rủi ro hơn vì nó không phải là một dạng bức xạ ion hoá.

ỨNG DỤNG CỦA SIÊU ÂM

V.

Một số ứng dụng của siêu âm

Từ các thông tin và hình ảnh vừa quan sát, hãy đánh giá vai trò của siêu âm trong đời sống và trong khoa học.

Siêu âm có vai trò rất lớn trong đời sống và trong khoa học, đặc biệt vai trò trong chẩn đoán hình ảnh trong y học như:

Giúp thăm khám được hầu hết các bệnh lí như: u, viêm, dị dạng, tại các vị trí như ổ bụng, tiểu khung, gan, mật, thận,...

Đánh giá được sự phát triển của thai nhi, đặc biệt với siêu âm 3D, 4D, các bác sĩ có thể đánh giá được đa số các dị tật về hình thái của thai.

Đánh giá được chính xác mức độ tràn dịch của màng phổi, màng ngoài tim...

Đánh giá khá chính xác kích thước và vị trí của sỏi trong chẩn đoán sỏi thận, sỏi bàng quang, niệu đạo.

Tuỳ theo chất lượng máy siêu âm và khả năng chẩn đoán của bác sĩ có thể giúp người bệnh được chẩn đoán nhanh chóng.

Video tìm hiểu khái quát về máy siêu âm

LUYỆN TẬP

----- Chọn đáp án đúng -----

A

20 Hz đến 20 kHz.

B

1 MHz đến 10 MHz.

C

30 kHz đến 300 kHz.

D

100 Hz đến 1 kHz.

B

1 MHz đến 10 MHz.

1

Tần số phổ biến của sóng siêu âm trong y tế khoảng:

A

Chuyển đổi điện năng thành sóng cơ học.

B

Chuyển đổi sóng âm thành ánh sáng.

C

Chuyển đổi sóng điện từ thành sóng cơ học.

D

Chuyển đổi sóng cơ học thành điện năng.

Nguyên lí hoạt động của bộ biến đổi điện - cơ trong tạo sóng siêu âm là:

2

A

Chuyển đổi điện năng thành sóng cơ học.

A

Sử dụng tia X để tạo hình ảnh.

B

Tạo ra và thu nhận sóng siêu âm để hình ảnh hóa cấu trúc bên trong cơ thể.

C

Sử dụng sóng ánh sáng để tạo hình ảnh.

D

Tạo ra sóng điện từ.

Nguyên lí cơ bản của máy siêu âm là

3

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