Tải bản đầy đủ

quan điểm vật lí trong chuẩn đoán y học

LỊCH SỬ CÁC QUAN ĐIỂM VỀ
ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG
CHUẨN ĐOÁN Y HỌC

Sinh viên: Nguyễn Thanh Huyền
Lớp: TN – K65
Trường: Đại học sư phạm Hà
Nội


LỊCH SỬ CÁC QUAN ĐIỂM VỀ ỨNG DỤNG VẬT LÍ TRONG CHUẨN
ĐOÁN Y HỌC

ỤC ỤC
I.
T n r nh ch s h nh h nh c c r h c c c
n ểm về ng dụng vật lí
trong chuẩn o n y học
4
1. Ứng dụng của sóng cơ trong chuẩn đoán y học - Siêu âm ........................................ 4
1.1.


Ứng dụng của siêu âm ........................................................................................ 4

1.2.

Quan điểm thứ nhất ............................................................................................ 6

1.3.

Sự khởi đầu của siêu âm ..................................................................................... 8

1.4.

Sự phát triển của siêu âm .................................................................................. 10

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 16
2. Ứng dụng của bức xạ Rơnghen (tia X) ................................................................... 17
2.1.

Tia X ................................................................................................................. 17

2.2.

Lịch sử phát hiện tia X...................................................................................... 19

2.3.

Những tiến bộ trong X quang ........................................................................... 24

2.4.

Chụp cắt lớp vi tính .......................................................................................... 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 32
3. Nhiệt kế ................................................................................................................... 35
3.1.

Định nghĩa ........................................................................................................ 35

3.2.



Những phát minh ban đầu................................................................................. 35

3.3.

Kỷ nguyên của nhiệt kế chính xác .................................................................... 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 40
4. Điện tâm đồ (ECG).................................................................................................. 41
4.1.

Định nghĩa ........................................................................................................ 41
1


4.2.

Lịch sử hình thành ............................................................................................ 41

4.3.

Sự phát triển của điện tâm đồ ........................................................................... 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 50
5. Điện não đồ (EEG) .................................................................................................. 52
5.1.

Định nghĩa ........................................................................................................ 52

5.2.

Lịch sử ra đời .................................................................................................... 52

5.3.

Ứng dụng lâm sàng ........................................................................................... 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 58
6. Nội soi ..................................................................................................................... 59
6.1.

Định nghĩa ........................................................................................................ 59

6.2.

Lịch sử ra đời .................................................................................................... 59

7. Chụp cộng hưởng từ (MRI) ..................................................................................... 62
7.1.

Định nghĩa ........................................................................................................ 62

7.2.

Nguyên lí tạo ảnh .............................................................................................. 63

7.3.

Lịch sử ra đời và phát triển ............................................................................... 63

7.4.

Đặc điểm MRI .................................................................................................. 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 67
8. Máy đo huyết áp ...................................................................................................... 68
8.1.

Định nghĩa ........................................................................................................ 68

8.2.

Lịch sử ra đời và phát triển ............................................................................... 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 71
9. Găng tay chuẩn đoán bệnh “Glove Tricorder” ......................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 72

2


HO CH TH C HI N ĐỀ T I
T n
1

Nộ

ng

Lập kế hoạch thực hiện, trình
bày phần siêu âm

h ch
Tìm hiểu về nội dung chủ đề, liệt kê các
nội dung cần thực hiện, các phần cần có
trong bài tiểu luận cùng với đánh giá về độ
khó và thời gian thực hiện mỗi nội dung
sau đó sắp xếp thời gian thực hiện cho phù
hợp.
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt
động của máy siêu âm và lịch sử phát triển
của máy siêu âm.

2

Trình bày về siêu âm (bổ Tìm hiểu thông tin về sự phát triển của các
sung) và bức xạ Rơnghen

hiệu ứng được ứng dụng trong máy siêu âm
và các nguyên lí, cấu tạo của máy chụp X
quang.

3

Bổ sung về máy siêu âm, cấu Tìm thêm thông tin và bổ sung những
tạo, nguyên tắc hoạt động và phần còn thiếu vào máy siêu âm. Tìm hiểu
lịch sử phát triển của máy thêm về cấu tạo hoạt động, lịch sử phát
chụp X quang

triển của máy chụp X quang từ đó lựa chọn
những quan niệm vật lí trong quá trình phát
triển máy này.

4

Tìm hiểu lại tất cả các thiết bị Tra google tìm lại tất cả các thiết bị được
chuẩn đoán trong y học và tìm sử dụng trong cuộc sống hiện đại.
lịch sử hình thành, phát triển Tìm các thông tin về sự hình thành và phát
và năm được mà thiết bị đó triển của nó.
được sử dụng trong khám
bệnh.

5

Hoàn thành bài tiểu luận

Bổ sung và kiểm tra lại bài viết và tập
thuyết trình.
Nhận xét: Mục tiêu thực hiện từng tuần vẫn

3


chưa hoàn thành đủ, đúng hạn, vẫn còn
thiếu sót nhiều. Đến tuần cuối cùng, đã
hoàn thành tương đối đẩy đủ theo yêu cầu
của thầy.

NỘI DUNG
I.

T n r nh ch s h nh h nh c c r h c các
dụng vật lí trong chuẩn o n y học

n

ểm về ng

Vật lí bao trùm nhiều lĩnh vực như quang học, điện, cơ học, vật lí hạt nhân,…
Như vậy, vật lí là một móc xích nối nhiều ngành khoa học, nhiều lĩnh vực trong cuộc
sống. Do đó vật lí đã có rất nhiều công trình được ứng dụng trong khoa học cũng như
đời sống, phục vụ trực tiếp nhu cầu của con người. Một ứng dụng không thể không
nhắc đến của vật lí đó là ứng dụng của vật lí trong y học. Nó góp phần quan trọng
trong việc chuẩn đoán, điều trị, chăm sóc sức khỏe cho con người, với một sô phương
pháp mang lại hiệu quả cao như: vật lí trị liệu, chụp X-quang, chiếu xạ, chiếu tia
phóng xạ, chiếu tia laze,… Những phương pháp trên đã và đang chứng tỏ tính hiệu
quả của chúng.

1. Ứng ụng củ sóng cơ rong ch ẩn o n y học - Siêu âm
1.1.

Ứng dụng của siêu âm

1 S ê âm y học (còn được gọi là s ê âm chẩn o n hoặc siêu âm) là
một kỹ thuật chụp hình chẩn đoán dựa trên việc áp dụng siêu âm. Nó được sử dụng
để nhìn thấy cấu trúc cơ thể bên trong như dây chằng, cơ, khớp, mạch máu, và các cơ
quan nội tạng. Mục đích của nó thường là tìm ra nguồn gốc của căn bệnh. Việc
khám thai phụ nữ bằng siêu âm được gọi là siêu âm sản khoa và được sử dụng rộng
rãi.

4


Ng yên í ch ng ể ạo r sóng âm: 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 20000 Hz 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 nghịch.

-

Dựa vào hiện tượng từ giảo.

1 Ứng ụng củ s ê âm rong ch ẩn o n y học:
Sóng siêu âm khi truyền qua các tổ chức sống trong cơ thể sẽ bị hấp thụ hoặc
phản xạ. Kết quả của sự phản xạ và hấp thụ phụ thuộc vào tính chất, cấu trúc của các
tổ chức sống. Nó gián tiếp phản ánh tình trạng, cấu trúc của các tổ chức sống thông
qua hình ảnh sóng siêu âm trên màn hình.
 Chuẩn đoán bằng hình ảnh siêu âm
 Chuẩn đoán chức năng dựa vào hiệu ứng Doppler
So với các phương pháp chụp ảnh y tế nổi bật khác, siêu âm có nhiều ưu
điểm. Nó cung cấp hình ảnh theo thời gian thực, có thể di chuyển và có thể mang tới
cạnh giường ngủ, chi phí thấp hơn và không sử dụng bức xạ ion hoá có hại.
Với sự phát triển của khoa học công nghệ các dòng máy siêu âm ngày càng
hoàn thiện và đa dạng cho phép quan sát hình ảnh đa chiều, có màu sắc, sắc nét, rõ
ràng….Có rất nhiều dòng máy siêu âm được sử dụng phổ biến này nay phục vụ nhiều
yêu cầu sử dụng của con người: siêu âm màu, siêu âm 3D, 4D, 5D/S-Live,…

5


Máy siêu âm Doppler màu xách

Máy siêu âm màu 3D, 4D, 5D/S-Live

tay DUS-5000

1.2.

Q

n

DUS-7000

ểm th nhất

Boethius (480 – 525) là người đầu tiên so sánh sóng âm thanh với sóng tạo ra
khi ném một hòn đá xuống nước.  2
Học hỏi từ thiên nhiên
Cuối thế kỷ 18, Lazzaro Spallanzani (17291799) – một giáo sĩ, nhà sinh vật học người Italia đã quan
sát và thực hiện một số thí nghiệm để chứng tỏ rằng loài
dơi sử dụng tai để tìm đường đi. Ông chỉ ra rằng âm
thanh không nghe được có thể tồn tại. Tuy nhiên, ý tưởng
này gặp một số phản bác và chìm dần vào quên lãng.  2

Thí nghiệm của ông:

6


Ông đã chứng minh dơi bị che mắt có thể bay lượn thoải mái, khi bịt tai hoặc
miệng thì chúng lại va vào các vật cản ngay. Rõ ràng là tai dơi dùng để thấy hiệu quả
hơn mắt và chúng dùng đồng thời cả miệng và tai để xác định hướng bay.
Đến tận đầu thế kỷ 20, sau các nghiên cứu của Robert Carl Galambos và
Donald Redfield Griffin, người ta đã biết rằng loài dơi có thể phát ra âm thanh với
tần số cao, sau đó thu âm thanh phản hồi bằng một bộ phận ở tai ngoài và dựa vào đó
để xác định đường đi. Người ta dựa vào hiện tượng này để đề nghị nghiên cứu chế
tạo các máy móc tương tự để xác định chướng ngại vật.  2
Hai người đã sử dụng máy dò âm để ghi lại nhiễu siêu âm định hướng phát ra
từ dơi trong lúc điều hướng bay.

Robert Carl Galambos

Donald Redfield Griffin

(1914-2010)

(1915-2003)

Hai ông đã sử dụng công nghệ thu âm được phát triển bởi nhà vật lí GW Pierce
trong thí nghiệm của mình. Galambos và Pierce đã có thể xác định rằng dơi tạo ra và
nghe thấy âm thanh cao hơn âm mà con người nghe được. Họ theo dõi bộ não của
những con dơi và phản ứng thính giác của chúng khi chúng di chuyển qua các sợi
dây treo từ trần phòng thí nghệm. Họ cho thấy những con dơi sử dụng khả năng hồi
âm để tránh chính xác những chướng ngại vật mà chúng không thể làm được nếu
miệng hoặc tai bị bịt chặt.
7


Nhận xét:
Trong khoảng thời gian này, các nhà khoa học đã tìm ra được một phương pháp
xác định các vật thể nhờ loại sóng vô hình – sóng siêu âm. Từ đó, họ bắt đầu nghiên
cứu chế tạo các loại máy móc có cơ chế tương tự được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực.

1.3. Sự khở
u của siêu âm
Hiện ượng áp ện (piezoelectricity)
Hiệu ứng pyroelectric được nghiên cứa bởi Carl Linnaeus và Franz Aepinus vào
giữa thế kỉ XVIII. Theo đó vật liệu tạo ra một điện thế để ứng phó với sự thay đổi
nhiệt độ. Dựa trên kiến thức này, cả René Just Haüy và Antoine César Becquerel đều
đặt ra mối quan hệ giữa ứng suất cơ học và điện tích. Tuy nhiên, các thí nghiệm của
cả hai đã chứng minh không thuyết phục. 3

Carl Linnaeus (1707-1778)

Antoine César
Becquerel (1788-1878)

Hiệu ứng áp điện trực tiếp được nêu ra đầu tiên là vào năm 1880 bởi hai anh em
Pierre Curie và Jacques Curie. Họ kết hợp kiến thức về pyroelectricity với sự hiểu
biết của họ về cấu trúc tinh thể cơ bản đã dự đoán hoạt động của tinh thể, và chứng
8


minh hiệu ứng sử dụng tinh thể tourmaline, thạch anh, topaz, đường mía và muối
Rochelle. Muối thạch anh và Rochelle thể hiện tính áp điện cao nhất. 3

Một đĩa áp điện tạo ra một điện áp khi bị biến dạng

Tuy nhiên, Curies không dự đoán được hiệu ứng áp điện ngược. Hiệu ứng
ngược được suy luận toán học từ các nguyên tắc nhiệt động lực học cơ bản của
Gabriel Lippmann vào năm 1881.  4 Curies ngay lập tức xác nhận sự tồn tại của hiệu
ứng ngược, và tiếp tục nhận được bằng chứng định lượng về sự đảo ngược hoàn toàn
các biến dạng trong các tinh thể áp điện.

Sự khở

u của máy siêu âm

Hầu hết các ý kiến đều thống nhất rằng phát hiện hiện tượng áp điện của anh em
nhà vật lý người Pháp Pierre và Jacques Curie năm 1880 là thời điểm bắt đầu cho sự
phát triển siêu âm. Năm 1881, nhà vật lý người Luxembour, Gabriel Lippman phát
hiện ra hiện tượng áp điện ngược (converse piezoelectricity). 35 năm sau, nhà vật lý
người Pháp Paul Langevin đã phát triển phương pháp chụp ảnh biểu đồ âm thanh.  2
Theo Piere Curire: Mong ước nhìn thấy được bên trong cơ thể thôi thúc các nhà
khoa học phát triển các loại máy ghi và đầu dò từ cuối thế kỷ 19 và trong suốt thế kỷ
20. Ví dụ, Roentgen đã phát minh ra tia X năm 1895. Vụ chìm tàu Titanic năm 1912
9


cũng là một động lực lớn thúc đẩy các nhà khoa học tìm ra các vật thể chìm trong
nước và phát hiện các vật thể trôi trên mặt biển.  2
Ý tưởng về một hệ thống phát hiện bằng siêu âm của nhà khoa học người Nga
(sau đó di cư đến Pháp) Constatin Chilowsky đã thu hút sự chú ý của chính phủ
Pháp. Siêu âm cũng như nhiều tiến bộ kỹ thuật lúc đó được khuyến khích phát triển
để phục vụ chiến tranh. Chính phủ Pháp yêu cầu Langevin phát triển một thiết bị có
thể phát hiện ra tàu ngầm của đối phương trong chiến tranh thế giới lần thứ nhất.
Năm 1917, Langevin đã phát triển một thiết bị sử dụng hiện tượng áp điện, thiết bị
này chưa đủ hoàn thiện để sử dụng trong chiến tranh nhưng đã tạo cơ sở cho việc
phát triển kỹ thuật phát hiện bằng sóng âm (hệ thống SONAR) trong chiến tranh thế
giới lần 2.  2
Sau đó, nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới đã phát triển các ứng dụng của
kỹ thuật siêu âm. Ví dụ, năm 1928, nhà vật lý Liên Xô Sergei Sokolov đã đề nghị sử
dụng siêu âm trong công nhiệp, bao gồm cả việc phát hiện vết nứt trong kim loại.  2
Tuy vậy, khái niệm siêu âm chẩn đoán còn khá mới mẻ. Trong thập kỷ 1920 và
1930, siêu âm được sử dụng như là phương pháp trị liệu, đặc biệt trong các đội bóng
đá. Trong thập kỷ 1940, siêu âm được xem như phương pháp điều trị bách bệnh, nó
được sử dụng để điều trị từ bệnh viêm khớp, loét dạ dày đến eczema.  2
Karl Th. Dussik, một chuyên gia thần kinh tại đại học Vienna (Áo), được xem
như người đầu tiên sử dụng siêu âm trong chẩn đoán y khoa. Trong khoảng thời gian
năm 1937 đến năm 1942, Dussik và người anh là Freiderich đã cố gắng định vị các
khối u não và các hốc não (cerebral ventricle) bằng cách đo sự truyền của siêu âm
xuyên qua sọ. Họ gọi phương pháp này là hyperphonography. Cuối những năm 1948,
George Ludwig trong khi đang làm việc tại Viện nghiên cứu y học của Hải quân Mỹ
đã phát triển và sử dụng hệ thống siêu âm A-mode để phát hiện sỏi mật.  2

1.4.

Sự phát triển của siêu âm
Hiệu ng Doppler

10


Hiệu ứng Doppler được đề xuất lần đầu tiên
bởi Christian Doppler-một nhà vật lí người Áo, vào
năm 1842. Vào cuối những năm 30 của thế kỷ XIX,
xe lửa có vận tốc 30 dặm/giờ đã có mặt khắp các
con đường ở nông thôn. Trước đó, tốc độ di chuyển
của con người vẫn chưa vượt qua được tốc độ của
những con ngựa chậm chạp. Sau khi xe lửa ra đời,
người ta liền chú ý đến sự chuyển động của vật thể
gây ra ảnh hưởng đối với những âm thanh do vật
thể phát hiện ra. Christian Doppler quan sát rất kỹ
sự vận động của xe lửa, ông bắt đầu suy đoán cái gì
đã dẫn đến sự thay đổi những âm thanh mà ông
quan sát được. 5

Christian Doppler
(1803-1853)

Đến năm 1842, trong cách giải thích của Christian Doppler về quan điểm của
chính ông đã bao hàm sóng ánh sáng, đồng thời ông đưa ra lý luận phổ biến: đối với
người quan sát đứng yên không chuyển động thì sự chuyển động của vật thể sẽ dẫn
đến sự biến đổi tần số của ánh sáng và âm thanh do vật sinh ra, tần số này hoặc là cao
lên hoặc là thấp đi. Christian Doppler khẳng định chính sự biến đổi này đã giải thích
được màu đỏ và màu xanh của chòm sao Song Tử xa xôi. Trong chòm sao Song Tử,
ngôi sao nào chuyển động gần về phía trái đất thì tần số ánh sáng sẽ tăng và mang
màu xanh còn ngôi sao nào chuyển động ra xa trái đất thì tần số giảm và nó mang
màu gần đỏ. 6
Năm

1844,

Christian

Doppler đã trình nên Hiệp hội
khoa học Bohemian một bản luận
văn. Trong luận văn ông đã đưa ra
lý luận của riêng mình: Sự vận
động của một vật thể chuyển động
về phía người quan sát sẽ làm nén
sóng âm thanh và sóng ánh sáng, nó có thể làm thanh điệu cao hơn và khiến tần số
11


của ánh sáng cũng trở nên cao hơn (màu xanh). Nếu như vật thể lùi ra xa phía người
quan sát thì hiện tượng đó sẽ xảy ra ngược lại (dần dần chuyển thành màu đỏ).
Christian Doppler nói rằng đây chính là lời giải thích cho hiện tượng mỗi khi chũng
ta quan sát những ngôi sao ở cách xa trái đất, tại sao ánh sáng của chúng ta lại có
màu xanh và màu đỏ. Nếu như nói một cách chuẩn xác thì Christian Doppler đã
đúng, nhưng ở vào thời đại của ông thì máy móc không thể nào quan sát được sự
biến đổi siêu nhỏ này. 6 7
Người ta yêu cầu Christian Doppler phải chứng minh được lý luận của mình,
nhưng ông lại không có cách nào có thể lấy ánh sáng để chứng minh, bởi vì kính viễn
vọng và các thiết bị thời đó không đủ hiện đại. Do vậy mà Christian Doppler quyết
định mượn âm thanh để giải thích nguyên lý của mình. 6
Thí nghiệm năm 1845 của Christian Doppler đã mang lại cho ông sự nổi tiếng.
Ông mời một nhạc công đứng lên trên xe lửa, dùng kèn trumpet tấu một bản nhạc.
Trên sân ga là một số các nhạc sĩ khác rất giỏi phân biệt âm, họ ghi chép lại những
nhạc điệu nghe được mỗi khi xe lửa tiến lại gần và lùi ra xa ga. Khi so sánh những
ghi chép của các nhạc sĩ đứng cố định dưới sân ga với khúc nhạc thực tế di động do
nhạc sĩ chơi trên xe lửa thì ban đầu có cảm giác hơi cao sau đó lại hơi thấp. 6
Christian Doppler lại bố trí đội kèn thứ hai đứng dưới sân ga làm lại thí
nghiệm. Khi xe lửa đi qua, họ thổi cùng một âm điệu với người nhạc công chuyển
động cùng với xe. Người nghe có thể dễ dàng nhận ra sự khác biệt, các nốt nhạc của
bản nhạc di động và các nốt nhạc của bản nhạc đứng yên có ảnh hưởng qua lại với
nhau tạo thành những phách xung. 6
Sau khi Christian Doppler chứng minh sự tồn tại của hiệu ứng này, ông đã đặt
tên cho nó là hiệu ứng Doppler. 6

B-mode (2D)

12


Một trong những người tiên phong trong
việc phát triển kỹ thuật siêu âm là Douglas
Howry – một nhà nghiên cứu về X quang tại
đại học Colorado. Năm 1948, Howry đã tập
trung vào việc phát triển thiết bị B-mode với
mục đích chẩn đoán từ các hình ảnh giải phẫu
cắt ngang. Năm 1949, ông đã chế tạo thành
công thiết bị quét xung-phản hồi (pulse-echo
scanner) sử dụng bước sóng 2,5 MHz. Tại Mỹ trong thời gian này cũng có một số
người đã chế tạo thành công các thiết bị tương tự của Howry như John M. Reid,
John J. Wild, Gil Baum,…  2
Trong thời gian này một số nhà khoa học Nhật Bản cũng nghiên cứu chế tạo
thành công các thiết bị siêu âm chẩn đoán và cho ra đời công ty ALOKA (1950).
Wolf D. Keidel là người đầu tiên sử dụng siêu âm trên tim, và Inge Edler cùng
Hellmuth Hertz người Thụy Điển được xem là cha đẻ của cái gọi là
echocardiography (tạm dịch là biểu đồ tim mạch thu từ âm thanh dội lại).  2

Thập kỷ 1970 – thời kỳ phát triển bùng nổ
Cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970 chứng kiến sự phát triển bùng
nổ của các thiết bị siêu âm. Trong thời gian này, Klaus Bom giới thiệu 2D echo. Năm
1966, Don Baker, Dennis Watkins và John Reid đã phát triển siêu âm Doppler xung
có thể phát hiện dòng máu ở nhiều độ sâu khác nhau trong tim. Don Baker sau đó
còn tham gia phát triển Doppler màu và phương pháp quét kép (duplex scanning).  2
Theo hiệu ứng Doppler. Một chùm siêu âm phát ra gặp một vật chuyển động nó
sẽ bị phản xạ lại, tần số sóng phản xạ phụ thuộc vào chiều chuyển động và tốc độ
chuyển động của vật. Nhờ hiệu ứng này người ta có thể đo được tốc độ di chuyển của
hồng cầu, từ đó có thể tính được lưu lượng máu qua mạch máu có bình thường
không. 1

13


Chính vì vậy phương pháp này được dùng để chẩn đoán các bệnh của tuần hoàn
ngoại biên như viêm tắc động mạch, tĩnh mạch, rò động mạch… hoặc có thể dùng để
chẩn đoán các bệnh lý của tim như còn ống thông động mạch, thông liên thất... Thí
dụ: có thể thăm khám các mạch máu lớn bằng hiệu ứng Doppler. Tần số sóng siêu
âm thu được biểu hiện bằng một đường cong phản ánh tốc độ tức thời của máu tại
nơi thăm khám. Ở trạng thái bình thường mỗi mạch máu có một đường cong đặc
trưng liên quan rõ rệt với đường kính cũng như vùng tưới máu của nó. 1
Siêu âm thời gian thực xuất hiện vào những năm 1980. Với tiến bộ này,
phương pháp siêu âm trở nên đáng tin cậy hơn. Trong thập niên 1990, kỹ thuật siêu
âm lại tiến một bước dài với ảnh 3D và 4D, giúp người bình thường cũng có thể hiểu
được hình ảnh siêu âm. Siêu âm đã có thể giúp bác sĩ và bệnh nhân nói chuyện về
những gì mà họ nhìn thấy. Trong những năm gần đây, hướng phát triển của siêu âm
chẩn đoán hướng đến các tiêu chuẩn an toàn cho bệnh nhân và sự tiện lợi cho người
sử dụng.  2

Hình ảnh siêu âm 3D

Sự phát triển của kỹ thuật cũng giúp các thiết bị siêu âm trở nên gọn nhẹ hơn.
Sự ra đời của transitor và IC đã giúp thiết bị siêu âm ngày nay nhỏ hơn rất nhiều so
với các thiết bị đầu tiên.  2
14


Kỹ thuật chế tạo đầu dò cũng có những tiến bộ vượt bậc. Các đầu dò đầu tiên
sử dụng tinh thể thạch anh nhưng thạch anh có nhiều hạn chế trong sử dụng vì không
thể cho điệp áp lớn. Sau đó, người ta sử dụng nhiều vật liệu khác như muối Rochelle,
gốm áp điện,…Hiện nay, các đầu dò được chế tạo từ các vật liệu tổng hợp với những
tính năng vượt trội so với các vật liệu từ tự nhiên.  2
Nhận xét
Những phát minh của vật lí thời kì này đã mang lại nhiều cải tiến vượt bậc cho
các thiết bị siêu âm. Máy siêu âm có nhiều ưu điểm như không sử dụng chất phóng
xạ gây hại cho sức khỏe con người, … Do đó máy siêu âm vẫn là một trong những
thiết bị chuẩn đoán phổ biến được sử dụng trong khám chữa bệnh ngày nay.

15


TÀI LI U THAM KHẢO

1 TS. Bùi Văn Thiện, ThS. Nguyễn Quang Đông, ThS. Nguyễn Xuân
Hòa, ThS. Nguyễn Minh Tân & CN. Vũ Thị Thúy (2011). Giáo trình
vật lý lý sinh y học – Đại học Thái Nguyên – Trường đại học Y – Dược.

 2 Beth W. Orenstein, Ultrasound History, Radiology Today Vol. 9
No. 24 P. 28

3 Jiří Erhart (2014) "Piezoelectricity and ferroelectricity: Phenomena
and properties". Department of Physics, Technical University of
Liberec.

 4 Lippmann,

G.

(1881). "Principe

de

la

conservation

de

l'électricité" [Principle of the conservation of electricity].

5 Martin, Douglar (2010) “Robert Galambos, Neuroscientist Who
Showed How Bats Navigate, Dies at 96”, The New York Times.

 6 Buys Ballot (1845). "Akustische Versuche auf der Niederländischen
Eisenbahn, nebst gelegentlichen Bemerkungen zur Theorie des Hrn.
Prof. Doppler ". Annalen der Physik und Chemie.

 7  Scott Russell, John (1848). "On certain effects produced on sound by
the rapid motion of the observer". Report of the Eighteenth Meeting of
the British Association for the Advancement of Science. John Murray,
London in 1849.

16


2. Ứng ụng củ b c xạ Rơnghen (tia X)
Tia X 1

2.1.

Máy chụp X quang là một thiết
bị sử dụng phổ biến trong chẩn đoán
hình ảnh, phương pháp tạo ảnh là sử
dụng tia X (tia roentgen) để xây dựng
và tái tạo lại hình ảnh về cấu trúc bên
trong cơ thể. Những hình ảnh này cung
cấp thông tin có giá trị trong việc chẩn
đoán và điều trị bệnh. Trong lĩnh vực y
tế, máy X–quang giữ vai trò quan trọng,
giúp cho y bác sĩ chẩn đoán bệnh một cách dễ dàng, chính xác và nhanh chóng.
Nguồn phát xạ:
- Bóng khí kém hay ion điện tử
- Bóng chân không hay bóng âm cực cháy đỏ
Cấu tạo của máy phát tia X:
Gồm 4 bộ phận:
-

Bóng phát tia X

-

Nguồn điện

-

Các thiết bị điều khiển điện thế và cường độ dòng điện

-

Bộ phận lọc và định hướng tia X

Tính chất: Khả năng đâm xuyên lớn, gây ra hiện tượng phát quang một số
chất, làm đen phim ảnh, kính ảnh, tác dụng mạnh lên cơ thể sống, gây hại cho sức
khỏe.
Ứng dụng của tia X trong chuẩn o n y học:
Có 2 phương pháp:


Chiếu X quang: hình ảnh của tổ chức được phản ánh trên màn huỳnh

quang. Trong phương pháp này bác sĩ ngồi sau màn hình và quan sát hình ảnh
phủ tạng bệnh nhân trên màn hình.

17


Ngày nay với việc áp dụng màn tăng sáng, hình ảnh sẽ được tăng độ đậm
nhạt, hình ảnh rõ nét hơn và giảm được liều chiếu xạ cho bệnh nhân và cho nhân
viên. Đặc biệt, khi hình ảnh truyền qua một máy thu hình, cán bộ X quang có thể
ngồi tại một phòng khác, được che chắn tốt mà vẫn chuẩn đoán được qua hình
ảnh.


Chụp X quang: Hình ảnh của tổ chức được phản ánh trên phim X

quang. Thường có 2 phương pháp được ứng dụng trên lâm sàng: Chụp X quang
thường và chụp cắt lớp vi tính (CT scanner).
Một trong những tác dụng nổi bật của tia X đối với y học là giúp xác định
bệnh lí về xương, có thể giúp ích dò ra các bệnh tật về phần mềm. Tia X còn được
sử dụng khám định thành mạch máu hay nghiên cứu độ tương phản của lỗ hổng
trong nội tạng.
Nguyên tắc tạo hình ảnh:
Chùm tia X do máy phát ra xuyên qua một bộ phận của người bệnh sẽ đập
vào màn chắn (màn huỳnh quang hoặc tấm phim).
-

Do hiện tượng hấp thụ, khi qua cơ thể người chùm tia X sẽ bị tổ

chức hấp thụ không đồng đều kết quả là các điểm khác nhau trên màn chắn sẽ bị
chùm tia X tác động với một cường độ khác nhau do vậy sẽ tạo nên những vùng
sáng tối khác nhau.
-

Ngoài ra, trong kỹ thuật X quang người ta còn sử dụng các chất tăng

quang và cản quang để làm tăng hiệu quả của hình ảnh thu được.

18


2.2.

L ch s phát hiện tia X

Nhà vật lý người Đức Wilhelm Röntgen thường
được coi là người phát hiện ra tia X vào năm 1895,
bởi vì ông là người đầu tiên nghiên cứu một cách có
hệ thống, mặc dù ông không phải là người đầu tiên
quan sát các hiệu ứng của chúng. Ông cũng là người
đã đặt tên cho chúng là "X-quang" trong khi nhiều
người khác gọi chúng là "tia Röntgen".

Wilhelm Röntgen
(1845-1923)
X-quang được phát hiện từ các ống Crookes – các ống phóng thí nghiệm được
phát minh vào khoảng năm 1875, bởi các nhà khoa học nghiên cứu tia cathode.

19


Ông Crookes được phát minh bởi Crookes
Đó là các chùm electron được tạo ra đầu tiên trong các ống. Ống Crookes tạo
ra các electron tự do bằng cách ion hóa không khí dư trong ống bằng điện áp một
chiều có hiệu điện thế cao, khoảng từ vài kV đến 100 kV. Điện áp này tăng tốc các
electron phát ra từ cực âm đến một vận tốc đủ cao cho chúng có thể tạo ra tia X khi
chúng đến cực dương hoặc thành thủy tinh của ống. Nhiều trong số các ống Crookes
đầu tiên chắc chắn phát xạ tia X, bởi vì các nhà nghiên cứu đầu tiên đã nhận thấy
hiệu ứng được quy cho chúng. Wilhelm Röntgen là người đầu tiên nghiên cứu chúng
một cách có hệ thống vào năm 1895. [7]
Vào ngày 8 tháng 11 năm 1895, giáo sư vật lý Đức Wilhelm Röntgen tìm thấy
tia X trong khi thử nghiệm với ống Lenard và Crookes và bắt đầu nghiên cứu
chúng. Ông đã viết một báo cáo ban đầu "Một loại tia mới: Một thông tin liên lạc sơ
bộ" và vào ngày 28 tháng 12 năm 1895 gửi nó cho tạp chí xã hội vật lý y tế
của Würzburg. [15] Đây là bài báo đầu tiên được viết trên tia X. Röntgen gọi bức xạ là
"X", để chỉ ra rằng đó là một loại bức xạ không rõ.
Röntgen đang nghiên cứu tia catôt từ ống Crookes mà ông đã bọc trong giấy
các-tông màu đen để ánh sáng nhìn thấy được từ ống sẽ không gây nhiễu, sử
dụng màn hình huỳnh quang được sơn với baratin platinocyanide. Ông nhận thấy
một ánh sáng xanh mờ nhạt từ màn hình, cách khoảng 1 mét. Röntgen nhận ra một số
tia vô hình từ ống đi qua bìa các tông để làm cho màn hình phát sáng. Ông thấy
20


chúng cũng có thể đi qua sách và giấy tờ trên bàn làm việc của anh. Röntgen tự ném
mình vào việc điều tra những tia không xác định này một cách có hệ thống. Hai
tháng sau lần khám phá đầu tiên, ông đã xuất bản bài báo của mình. 15
Röntgen đã khám phá ra lợi ích của chúng khi ông tạo ra một bức ảnh chụp tay
của vợ mình. Nó được hình thành khi tia X đi qua bàn tay của vợ ông. Bức ảnh tay
của vợ ông là bức ảnh đầu tiên của một bộ phận cơ thể con người sử dụng tia X. Khi
cô ấy nhìn thấy bức ảnh, cô ấy nói "Tôi đã thấy cái chết của tôi." [15]

H nh ảnh X(ảnh Bảo

ng

ên

ng Röntgen)

Hình ảnh bàn tay của vợ Röntgen-Anna Bertha (18391919). Bức ảnh được chụp vào ngày 22-12-1895.
Việc phát hiện ra tia X đã kích thích cảm giác thật sự. Nhà ghi chép tiểu sử của
Röntgen, Otto Glasser, đã ước tính rằng chỉ riêng năm 1896, có tới 49 bài tiểu luận
và 1044 bài báo về các tia mới đã được xuất bản. [8]

N HIÊN CỨU BAN ĐẦU

21


Năm 1785, William Morgan đã trình bày một bài báo cho Hội Hoàng gia
London mô tả ảnh hưởng của việc truyền dòng điện qua một ống thủy tinh được hút
chân không, tạo ra ánh sáng do tia X tạo ra. [9] Công trình này được Humphry
Davy và trợ lý Michael Faraday khám phá thêm.
Năm 1877, Ivan Pulyui, sinh ra tại Ukraina, một giảng viên vật lý thực nghiệm
tại Đại học Vienna, đã thiết kế nhiều ống phóng chân không để nghiên cứu tính chất
của chúng. Ông tiếp tục điều tra khi được bổ nhiệm làm giáo sư tại Đại học Bách
khoa Praha và năm 1886, ông phát hiện ra rằng các tấm ảnh bịt kín trở nên tối khi
tiếp xúc với các phát xạ từ các ống. Đầu năm 1896, chỉ vài tuần sau khi Röntgen xuất
bản bức ảnh chụp X-quang đầu tiên, Pulyui đã xuất bản hình ảnh X quang chất lượng
cao trên các tạp chí ở Paris và London. Mặc dù Pulyui đã học với Röntgen tại Đại
học Strasbourgtrong những năm 1873–1875, nhà viết tiểu sử của ông Gaida (1997)
khẳng định rằng nghiên cứu tiếp theo của ông đã được tiến hành độc lập. [10]

Chụp ảnh tia X với thiết bị ống Crookes, cuối những năm 1800. Ống Crookes
có thể nhìn thấy ở trung tâm bức ảnh. Người đàn ông đứng đang nhìn bàn tay của
mình với một màn hình fluoroscope . Người đàn ông ngồi đó đang chụp X-quang tay
bằng cách đặt nó lên một tấm ảnh . Không có biện pháp phòng ngừa tiếp xúc với bức
xạ được thực hiện; các mối nguy hiểm của nó không được biết vào thời điểm đó. [10]

22


Tia X được tạo ra và phát hiện bởi Fernando Sanford (1854–1948), Giáo sư
Vật lý tại Đại học Stanford, năm 1891. Từ năm 1886 đến năm 1888, ông đã học
tại phòng thí nghiệm Hermann Helmholtz ở Berlin, ông trở nên quen thuộc với “tia
âm cực” (cathode rays) được tạo ra trong ống chân không khi điện áp được đặt vào
các điện cực riêng biệt, như đã được nghiên cứu trước đây của Heinrich
Hertz và Philipp Lenard . Bức thư của ông ngày 6 tháng 1 năm 1893 (mô tả phát hiện
của ông là "nhiếp ảnh điện") cho tạp chí Physical Review được xuất bản và một bài
viết có tên Không có ống kính hoặc ánh sáng, các bức ảnh chụp với tấm và đối tượng
trong bóng tối xuất hiện trong San Francisco Examiner. [11]
Bắt đầu từ năm 1888, Philipp Lenard, một sinh viên của Heinrich Hertz, đã tiến
hành các thí nghiệm để xem tia cực tím có thể đi ra khỏi ống Crookes vào không khí
hay không. Ông đã xây dựng một ống Crookes (sau này được gọi là "ống Lenard")
với một "cửa sổ" cuối cùng làm bằng nhôm mỏng, đối diện với cực âm để tia cathode
sẽ đi vào nó. Ông thấy rằng một cái gì đó đã đi qua tấm nhôm và gây ra huỳnh
quang. Ông đã đo sức mạnh thâm nhập của các tia này thông qua các vật liệu khác
nhau. Nó đã gợi ý rằng ít nhất một số trong số những "tia sáng Lenard" này thực ra là
tia X. [12]
Hermann von Helmholtz đã xây dựng phương trình toán học cho tia X. Ông đã
đưa ra một lý thuyết phân tán trước khi Röntgen khám phá và thông báo công trình
của mình. Nó được hình thành trên cơ sở lý thuyết điện từ ánh sáng. [13] Tuy nhiên,
ông không làm việc với tia X thực tế.
Năm 1894, Nikola Tesla nhận thấy phim bị hư hỏng trong phòng thí nghiệm
của ông dường như được kết hợp với các thí nghiệm ống Crookes và bắt đầu điều
tra năng lượng bức xạ của các loại "vô hình" này . [14] Sau khi Röntgen khám phá Xquang, Tesla bắt đầu tạo ra hình ảnh tia X của riêng mình bằng cách sử dụng điện áp
cao và các ống của thiết kế riêng của mình, cũng như các ống Crookes.

NHẬN XÉT
Thời gian này là sự bùng nổ những nghiên cứu về tia X và máy X-quang. Sự
khám phá của Wilhelm Röntgen đã mở ra một tương lai cho ngành y học chuẩn
23


đoán. Nó đã giúp con người nhìn được vào bên trong cơ thể người, điều mà trước đó
con người chưa từng làm.
Tuy nhiên, thời gian này, các nhà khoa học vẫn chưa lường trước được những
ảnh hưởng của tia X đến sức khỏe của con người. Do đó, họ vẫn chưa có những thiết
bị để đảm bảo an toàn khi sử dụng X-quang.

2.3.
T

Những ti n bộ trong X quang
X ược s

ụng rong y học

Đã có sự quan tâm ngay lập tức từ các nhà nghiên cứu cho X-Ray. A. A.
Campbell Swinton, Nikola Tesla nằm trong số những người đầu tiên thử nghiệm phát
hiện mới này.
Năm 1896, Thomas Edison đã nghiên cứu khả năng phát huỳnh quang của vật
liệu khi tiếp xúc với tia X, và phát hiện ra rằng calcium tungstate (CaWO4) là chất có
hiệu quả nhất. Khoảng tháng ba năm 1896, ông đã phát triển fluoroscope trở thành
tiêu chuẩn cho cuộc đua về X-quang. Tuy nhiên, Edison đã giảm nghiên cứu tia X
vào khoảng năm 1903, ngay cả trước cái chết của Clarence Madison Dally, một trong
những người thổi thủy tinh của ông. Dally đã có thói quen thử nghiệm các ống X
quang trên tay, cuối cùng mắc căn bệnh ung thư và phải cắt cụt cả hai tay trong một
nỗ lực vô ích để cứu mạng ông.
Việc sử dụng tia X đầu tiên trong điều kiện lâm sàng là của John HallEdwards ở Birmingham, Anh vào ngày 11 tháng 1 năm 1896, khi ông chụp X quang
một kim đâm vào tay người. Vào ngày 14 tháng 2 năm 1896, Hall-Edwards cũng là
người đầu tiên sử dụng tia X trong phẫu thuật. [16]
Đầu năm 1896, vài tuần sau khi phát hiện ra Röntgen, Ivan Romanovich
Tarkhanov chiếu xạ ếch và côn trùng bằng tia X, kết luận rằng các tia "không chỉ
chụp ảnh mà còn ảnh hưởng đến chức năng sống". [17]
X-quang y tế đầu tiên được sản xuất tại Hoa Kỳ thu được bằng cách sử dụng
ống xả của thiết kế của Pulyui. Vào tháng 1 năm 1896, khi đọc về khám phá của
Röntgen, Frank Austin thuộc trường đại học Dartmouth đã kiểm tra tất cả các ống xả
trong phòng thí nghiệm vật lý và thấy rằng chỉ có ống Pulyui sản xuất tia X. Đây là
24


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×