Máy siêu âm nhìn vào trong cơ thể bằng tiếng vang. Đầu dò phát những xung âm thanh có tần số rất cao, vượt xa ngưỡng tai người nghe được, vào trong cơ thể. Mỗi khi gặp ranh giới giữa hai loại mô khác nhau, một phần âm thanh dội lại. Máy đo thời gian từng tiếng vang quay về, biết âm thanh đi trong cơ thể nhanh cỡ nào, nên tính ra ranh giới nằm sâu bao nhiêu và vẽ thành hình.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Rất nhiều người lần đầu thấy con mình là qua màn hình siêu âm. Tập này mình không bàn chuyện đọc kết quả, đó là việc của bác sĩ, mà kể về thứ vật lý đứng sau chiếc đầu dò nhỏ: một ý tưởng mà loài dơi đã dùng từ rất lâu trước khi con người biết tới.
Siêu âm là âm thanh mà tai không nghe được
Như mình đã kể ở tập về âm thanh, tai người nghe được tới khoảng hai mươi nghìn héc. Âm thanh có tần số cao hơn gọi là siêu âm. Máy siêu âm y khoa dùng tần số cao hơn ngưỡng đó rất nhiều, cỡ hàng triệu héc.
Vì sao phải cao như vậy? Sóng có tần số càng cao thì bước sóng càng ngắn, và bước sóng ngắn cho phép nhìn rõ những chi tiết nhỏ hơn. Giống như muốn sờ thấy hoa văn nhỏ trên mặt đồng xu, đầu ngón tay nhỏ thì cảm nhận được nhiều chi tiết hơn bàn tay đeo găng.
Nhưng siêu âm tần số cao lại bị mô cơ thể hấp thụ nhanh hơn, không đi được sâu. Vì vậy bác sĩ chọn đầu dò khác nhau: tần số cao cho những thứ nông như tuyến giáp, mạch máu ở cổ; tần số thấp hơn cho những thứ sâu trong ổ bụng.
Trong đầu dò có những tinh thể đặc biệt, khi nhận điện thì rung lên phát ra siêu âm, và khi bị sóng dội về làm rung thì sinh ra tín hiệu điện. Cùng một đầu dò vừa nói vừa nghe, liên tục, hàng nghìn lần mỗi giây.
Từ tiếng vang thành hình ảnh
Âm thanh đi trong mô mềm của cơ thể với tốc độ gần như không đổi. Máy biết tốc độ đó, nên đo thời gian một xung âm đi xuống rồi dội về là tính ra ranh giới nằm sâu bao nhiêu, giống như bạn hét vào vách núi rồi đếm giây để ước khoảng cách.
Độ mạnh của tiếng vang cho biết hai mô ở ranh giới khác nhau nhiều hay ít. Ranh giới giữa mô mềm và dịch lỏng, giữa mô và sỏi, dội rất mạnh. Máy vẽ tiếng vang mạnh thành điểm sáng, tiếng vang yếu thành điểm tối, dịch trong như nước tiểu trong bàng quang gần như không dội gì nên hiện đen.
Đầu dò có rất nhiều tinh thể xếp thành hàng, bắn xung theo nhiều hướng liên tiếp, nên máy dựng được cả một lát cắt hình quạt. Lặp lại nhiều lần mỗi giây, hình ảnh chuyển động theo thời gian thực: tim đập, em bé cử động.
Kết hợp với hiệu ứng Doppler mà mình đã kể, máy còn đo được dòng máu chảy nhanh hay chậm, về hướng nào.
Vì sao phải bôi gel, và vì sao siêu âm không nhìn được phổi?
Âm thanh đi từ mô sang không khí gần như bị dội lại hoàn toàn, vì hai môi trường khác nhau quá nhiều. Dù chỉ một lớp không khí mỏng giữa đầu dò và da cũng chặn hết siêu âm. Lớp gel trong suốt bôi lên da lấp đầy khe đó, cho sóng đi thẳng vào cơ thể.
Cũng vì lý do đó, siêu âm không nhìn xuyên qua được những chỗ chứa nhiều khí như phổi hay ruột đầy hơi. Sóng dội lại ngay ở bề mặt. Bác sĩ có khi dặn nhịn ăn trước khi siêu âm bụng để bớt hơi trong ruột.
Xương thì ngược lại, quá cứng, dội phần lớn sóng và hấp thụ phần còn lại, nên phía sau xương là một vùng bóng tối. Siêu âm không thay được chụp X quang để xem xương gãy.
Nhịn tiểu trước khi siêu âm vùng bụng dưới thì có lý do khác: bàng quang đầy nước tạo một cửa sổ chất lỏng cho sóng đi qua dễ dàng tới các cơ quan phía sau.
Siêu âm có an toàn không?
Siêu âm không dùng tia X hay bức xạ ion hoá, nên không có cái rủi ro gắn với bức xạ mà mình sẽ nói ở tập sau. Đó là lý do nó là phương pháp chính để theo dõi thai kỳ.
Tuy vậy, siêu âm vẫn là năng lượng truyền vào cơ thể và có thể làm mô ấm lên một chút. Máy y khoa được thiết kế để giữ năng lượng ở mức thấp, và nguyên tắc của ngành y là dùng mức thấp nhất, thời gian ngắn nhất đủ cho chẩn đoán.
Vì nguyên tắc đó, một số hiệp hội y khoa khuyên không nên siêu âm thai chỉ để chụp ảnh làm kỷ niệm khi không có chỉ định của bác sĩ. Lời khuyên này là để thận trọng, không phải vì đã thấy tác hại cụ thể.
Số lần siêu âm, thời điểm siêu âm trong thai kỳ hay khi nào cần siêu âm bất kỳ bộ phận nào đều nên theo chỉ định của bác sĩ đang theo dõi bạn.
Dơi, cá heo và tàu thuyền đã làm điều này từ lâu
Dơi bay trong đêm tối và vẫn bắt được muỗi nhờ phát ra những tiếng kêu siêu âm rồi nghe tiếng vang dội lại. Từ thời gian và hướng của tiếng vang, chúng biết côn trùng ở đâu, bay về phía nào. Cá heo cũng định vị con mồi trong nước đục theo cách tương tự.
Con người học cách đó để làm máy đo sâu cho tàu thuyền: bắn xung âm xuống đáy biển, đo thời gian dội về. Ngư dân dùng máy dò cá cũng dựa trên tiếng vang từ đàn cá.
Trong công nghiệp, siêu âm được dùng để tìm vết nứt bên trong mối hàn, trong trục kim loại mà mắt không thấy. Máy rửa siêu âm làm sạch kính mắt, đồ trang sức bằng những bọt khí li ti sinh ra và vỡ liên tục trong nước.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: siêu âm nhìn vào cơ thể bằng tiếng vang dội lại. Còn tia X thì làm ngược lại, nó đi xuyên qua người, và hình ảnh được tạo từ cái bóng. Vì sao xương lại hiện trắng trên phim X quang?
Câu hỏi thường gặp
Siêu âm có dùng tia phóng xạ không?
Không. Siêu âm dùng sóng âm thanh tần số cao, không phải tia X hay bức xạ ion hoá, nên được dùng phổ biến cho phụ nữ mang thai.
Vì sao gel siêu âm lạnh và dính?
Gel chủ yếu là nước pha chất làm đặc, được bôi lên để đuổi lớp không khí giữa đầu dò và da. Nó lạnh vì thường để ở nhiệt độ phòng, một số phòng khám có máy hâm gel cho dễ chịu.
Siêu âm có phát hiện được mọi bệnh không?
Không. Siêu âm rất tốt với mô mềm và dịch, nhưng hạn chế với xương, phổi và những vùng nhiều hơi. Bác sĩ sẽ chọn phương pháp chẩn đoán phù hợp với từng tình huống.
Siêu âm bốn chiều là gì?
Siêu âm ba chiều dựng hình khối từ nhiều lát cắt, còn siêu âm bốn chiều là hình ba chiều chuyển động theo thời gian. Chúng dùng cùng nguyên lý tiếng vang, chỉ khác cách xử lý và hiển thị.
Vì sao bác sĩ ấn mạnh đầu dò khi siêu âm?
Ấn đầu dò giúp đẩy bớt hơi trong ruột ra khỏi đường đi của sóng và đưa đầu dò gần cơ quan cần xem hơn, cho hình rõ hơn. Nếu thấy đau, hãy báo bác sĩ.
