---
title: Vật lý Siêu âm
description: Hiểu các nguyên lý vật lý đằng sau sự truyền sóng âm, sự suy hao và sự phản xạ.
---

Để sử dụng siêu âm một cách an toàn và hiệu quả, bạn phải hiểu các nguyên lý vật lý cơ bản của sự truyền sóng âm trong mô người.

## Siêu âm là gì?

Siêu âm là bất kỳ năng lượng âm thanh nào có tần số vượt quá giới hạn nghe được của con người, tức là trên **20.000 Hertz (20 kHz)**.

Trong chẩn đoán lâm sàng, chúng ta thường làm việc trong dải tần số từ **2 Megahertz (MHz) đến 20 Megahertz (MHz)**.

**Bản chất của Sóng Siêu âm** là sóng cơ học dọc. Chúng cần một môi trường để truyền đi (không giống như sóng điện từ) và bao gồm các chu kỳ luân phiên của:

- **Nén (Compression):** Áp suất cao, mật độ cao.
- **Giãn (Rarefaction):** Áp suất thấp, mật độ thấp.

```mermaid
flowchart LR
  Transducer[Tinh thể đầu dò] -- Rung động cơ học --> Medium[Mô sinh học]
  Medium --> Compression[Nén: Áp suất cao]
  Medium --> Rarefaction[Giãn: Áp suất thấp]
```

---

## Các Nguyên lý Truyền Sóng Cốt lõi

### 1. Vận tốc (Tốc độ truyền âm)

Vận tốc truyền âm ($$c$$) được quyết định hoàn toàn bởi **môi trường** mà nó đi qua. Nó bị chi phối bởi hai thuộc tính của môi trường:

- **Độ cứng (Sức cản nén - Bulk Modulus):** Độ cứng càng tăng thì vận tốc càng tăng.
- **Mật độ (Khối lượng riêng):** Mật độ càng tăng thì vận tốc càng giảm.

Trong mô mềm của con người, vận tốc trung bình của âm thanh được giả định là **1.540 m/s**.

:::note[Tốc độ truyền âm trong các môi trường khác nhau]
| Môi trường | Tốc độ truyền âm (m/s) |
| :--- | :--- |
| **Không khí** | 330 m/s |
| **Nước** | 1480 m/s |
| **Mô mềm** (Trung bình) | **1540 m/s** |
| **Xương** | 4080 m/s |

:::

### 2. Trở kháng âm

Trở kháng âm ($$Z$$) là sức cản của môi trường đối với sự đi qua của sóng âm. Nó được tính bằng công thức:

$$
Z = \rho \times c
$$

Trong đó:

- $$\rho$$ là mật độ của môi trường.
- $$c$$ là vận tốc truyền âm trong môi trường đó.

### Phản xạ tại bề mặt phân cách

Khi chùm siêu âm truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường có trở kháng âm khác nhau ($$Z_1 \neq Z_2$$), một phần năng lượng âm sẽ phản xạ ngược lại đầu dò tạo thành tín hiệu hồi âm (echo), phần năng lượng còn lại sẽ khúc xạ/truyền tiếp vào lớp mô sâu hơn.

Chênh lệch trở kháng âm RẤT LỚN ($$\Delta Z$$ lớn): Phản xạ gần như toàn bộ chùm âm. Ví dụ: Giao diện Mô mềm - Xương hoặc Mô mềm - Không khí. Hệ quả: Tạo ra vùng hồi âm rất mạnh kèm bóng lưng sạch/bẩn phía sau.
Chênh lệch trở kháng âm NHỎ ($$\Delta Z$$ nhỏ): Phần lớn chùm âm đi xuyên qua, chỉ một lượng nhỏ quay về đầu dò. Ví dụ: Bề mặt tiếp xúc giữa Gan - Thận. System dựng nên hình ảnh mô phỏng ranh giới rõ nét mà vẫn khảo sát được tạng nằm sâu.

---

## Sự giảm thế năng âm

Sự giảm thế năng âm là sự mất mát dần năng lượng của sóng âm khi nó truyền qua môi trường. Nó tăng lên theo:

1. **Độ sâu:** Sóng âm truyền càng xa thì năng lượng mất đi càng nhiều.
2. **Tần số:** Sóng âm có tần số cao hơn sẽ suy hao nhanh hơn nhiều so với sóng âm có tần số thấp hơn.

```mermaid
flowchart TD
  EnergyLoss[Suy hao] --> Absorption[Hấp thụ: Chuyển hóa thành nhiệt]
  EnergyLoss --> Reflection[Phản xạ: Tán xạ / Tiếng vang]
  EnergyLoss --> Refraction[Khúc xạ: Sóng bị bẻ cong]
```

:::note[Sự đánh đổi]

- **Tần số cao (10 - 20 MHz):** Độ phân giải không gian tuyệt vời nhưng độ đâm xuyên kém (nông). Lý tưởng cho các cấu trúc nông (ví dụ: mạch máu, tuyến giáp, dây thần kinh).
- **Tần số thấp (2 - 5 MHz):** Độ phân giải không gian kém hơn nhưng độ đâm xuyên tuyệt vời. Lý tưởng cho các cấu trúc nằm sâu (ví dụ: ổ bụng, tim mạch, sản khoa).

:::