Kỹ thuật siêu âm ra đời như thế nào?

Kỹ thuật siêu âm trong y học liên tục phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Nhưng ít ai biết được kỹ thuật siêu âm có lịch sử ra đời và phát triển như thế nào? Để tìm hiểu điều này, hãy cùng nhìn lại lịch sử hơn 225 năm qua của siêu âm.

Năm 1942, nhà thần kinh học Karl Dussik sử dụng sóng siêu âm nhằm tìm kiếm vị trí của khối u trong não bệnh nhân của mình và ông được coi là người đầu tiên sử dụng siêu âm trong y học. Tuy nhiên những ứng dụng của sóng siêu âm thực ra đã được phát hiện và đưa vào thực tế từ rất lâu trước đó.

Năm 1794 nhà sinh lý học, giáo sư và là một linh mục có tên Lazzaro Spallanzani trong một nghiên cứu về dơi đã phát hiện ra loài vật này có khả năng điều chỉnh hướng bay để tránh vật cản bằng sóng âm thanh có tần số cao mà chúng phát ra chứ không phải bằng thị giác. Sóng phản xạ thu lại giúp chúng định hình được khoảng cách và kích thước của vật cản để đưa ra hướng bay phù hợp. Đây được coi là nền móng ban đầu đưa siêu âm áp dụng vào thực tế.

Năm 1877, Pierre và Jacques Curie phát minh ra hiệu ứng điện áp, sau này được ứng dụng để tạo ra đầu dò siêu âm.

Năm 1915, nhà vật lý Paul Langevin tạo ra một đầu dò để dò tìm những vật thể dưới đáy biển được gọi là “đầu dò siêu âm đầu tiên”.

Trong những năm 1920 – 1940 sóng siêu âm được ứng dụng như một hình thức vật lý trị liệu để giảm đau và phục hồi vận động cơ và khớp cho các cầu thủ bóng đá châu Âu.

Năm 1948 George D. Ludwig bác sĩ nội khoa thuộc viện nghiên cứu Y học hải quân phát minh ra thiết bị siêu âm mà ông đặt tên là A-mode để phát hiện ra sỏi mật.

Năm 1945 – 1951 Douglas Howry và Joseph Holmes từ đại học Colorado phát triển thiết bị siêu âm B-mode. John Reid và John Wild đã cải tiến và sử dụng thiết bị này để chẩn đoán ung thư vú.

Năm 1953 bác sĩ Inge Edler và Hellmuth Hertz thực hiện thành công ca siêu âm tim đầu tiên, đánh dấu bước ngoặt cho việc áp dụng siêu âm vào y học sau này.

Năm 1966 Don Baker, Dennis Watkins và John Reid phát minh ra máy siêu âm Doppler giúp hiển thị hình ảnh của máu chảy trong các lòng mạch. Sau đó vào những năm 1970, kỹ thuật siêu âm Doppler liên tục phát triển thành các dạng doppler sóng liên tục, doppler quang phổ và siêu âm doppler màu.

Những năm 1980, Kazunori Baba của trường Đại học Tokyo đã phát triển công nghệ siêu âm 3D và lần đầu tiên chụp lại được hình ảnh siêu âm 3D của thai nhi vào năm 1986.

Năm 1989 giáo sư Daniel Lichtenstein bắt đầu kết hợp siêu âm nói chung và siêu âm phổi nói riêng vào chẩn đoán và điều trị.

Từ đó đến nay, các kỹ thuật siêu âm liên tục cải tiến, phát triển và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trong y học. Xuất hiện siêu âm màu, siêu âm 4 chiều (một dạng video mô tả hình dạng các cơ quan, hệ cơ quan và chuyển động của chúng trong cơ thể),... Siêu âm còn được áp dụng vào nhiều thủ thuật như sinh thiết hay nội soi.

Trong y học, siêu âm sử dụng sóng âm thanh tần số từ 3 – 10 MHz. Các tham số quan trọng nhất trong siêu âm là: Bước sóng, tần số, vận tốc, cường độ được liên kết với nhau bởi công thức:

v = fl

Trong đó:

v là vận tốc sóng âm

f là tần số sóng âm tính bằng Hz

l là bước sóng

Trong chẩn đoán và điều trị, sóng âm thường sử dụng có bước sóng ngắn. Các mô, cơ quan của con người không đồng nhất nên sự tiếp nhận, hấp thụ và phản xạ lại sóng âm cũng khác nhau.

Sự phản xạ âm phụ thuộc nhiều vào kháng trở của từng mô hay cơ quan. Đối với siêu âm ổ bụng như gan, thận, tụy tần số sóng được sử dụng khoảng 3MHz trong khi đối với một số bộ phận khác như cổ, vú con số này cần đạt 5MHz hoặc thậm chí 7MHz mới thu được hình ảnh rõ ràng và chính xác.

Ứng dụng của siêu âm trong ngành Y là rất lớn. Có nhiều chế độ siêu âm được áp dụng trong y học từ trước đến nay mà tiêu biểu là 4 chế độ sau:

• Chế độ A: Siêu âm chế độ A là loại siêu âm đơn giản nhất. Đầu dò sẽ tiến hành cắt một lát qua cơ thể để thể hiện hình ảnh của các mô, cơ quan, nội tạng. Ngoài ra siêu âm trị liệu cũng là một dạng của chế độ này.
• Chế độ B: Thể hiện hình ảnh siêu âm 2 chiều trên màn hình
• Chế độ M: Có thể hiển thị chuyển động của các mô, cơ quan, nội tạng trên cơ chế sử dụng siêu âm chế độ B những thay đổi thời gian và tốc độ quét của đầu dò.
• Siêu âm Doppler: Dùng để đo và hiển thị lưu lượng máu trong lòng mạch. Siêu âm doppler đóng một vai trò quan trọng trong chẩn đoán một số bệnh liên quan đến tim mạch.

Ngoài ra, kỹ thuật siêu âm tim qua thực quản đã mở ra hướng đi mới trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh tim mạch. Kỹ thuật này hỗ trợ trong việc phẫu thuật và theo dõi tình trạng hậu phẫu của tim.

Siêu âm từ khi xuất hiện đã liên tục phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của y học. Các kỹ thuật, thiết bị siêu âm ngày càng được cải tiến, từ siêu âm màu, siêu âm 3D, siêu âm 4D, siêu âm Doppler,... Điều này giúp các ứng dụng của siêu âm trong ngành Y ngày càng trở lên phong phú hơn. Không chỉ đơn giản là thu được hình ảnh các mô của cơ thể giờ đây siêu âm còn có thể thể hiện những hình ảnh đó một cách chân thực nhất, hỗ trợ cả trong quá trình phục hồi chức năng lẫn các thủ thuật thực hiện trong phẫu thuật.