Vật lý y sinh và ứng dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.39 MB, 63 trang )
Bạn đang đọc: Vật lý y sinh và ứng dụng – Tài liệu text
Thuyết trình
Vật lý y sinh
Thành viên nhóm
Lê Thị Kim Nhung
Trần Phong Thái
Huỳnh Hữu Phúc
VẬT LÝ Y SINH
• Vật lý y sinh hay có thể hiểu là kỹ thuật y sinh là một
lĩnh vực công nghệ liên ngành ứng dụng các nguyên
lý và phương pháp kỹ thuật ( vật lý, cơ khí, điện tử,
hóa học, công nghệ thông tin) trong lĩnh vực y sinh
học, đặc biệt là y khoa.
• Với xu hướng hiện nay, ngoài thiết bị phục vụ chuẩn
đoán và điều trị thì vật lý y sinh hay kỹ thuật y sinh
còn ứng dụng trong vật liệu sinh học, trí tuệ nhân tạo
trong ứng dụng y sinh, quy trình kỹ thuật hỗ trợ chẩn
đoán và điều trị
Các công cụ và hoạt động trong ngành vật lý y
sinh – kỹ thuật y sinh
• Mô hình hóa – mô phỏng – phân tích hệ thống.
• Dò tìm – đo đạc mô hình hóa các tín hiệu sinh lý.
• Xử lí tín hiệu phục vụ cho chẩn đoán.
• Phát triển các thiết bị cho sự thay thế hoặc mở rộng các chức
năng của cơ thể.
• Phân tích bằng máy tính dữ liệu riêng của bệnh nhân để đưa ra
quyết định lâm sàng.
• ảnh y học.
• Tạo ra các
phẩm
sinh
mới.về y sinh để có thể sử dụng các
Cầnsản
phải
có kỹ
sư học
chuyên
công cụ này
Kỹ sư y sinh
• Nghiên cứu – chế tạo vật liệu cho các cơ quan, mô,
vật cấy ghép.
• Phát triển các công cụ chẩn đoán mới.
• Phát triển mô hình tính về các chức năng và hệ thống
sinh lý.
• Thiết kế các hệ thống ảnh,cảm biến, cơ quan, vật cấy
ghép, công cụ.
• Thiết kế các hệ thống điều khiển.
Mốc thời gian của các tiến bộ về kỹ thuật trong y học
• 1895: tia X được phát minh.
• 1899: Asirin được giới thiệu sử dụng.
• 1903: máy ghi âm điện tim ECG được phát minh.
• 1928: Penicilin được phát minh.
• 1931: phát minh ra kính hiển vi điện tử.
• 1932: G.Wolf (R.wolf) giới thiệu ống soi dạ dày nửa cứng nửa mềm đầu tiên
• 1954: cấy ghép thận đầu tiên.
• 1963: Karl Storz kết hợp thấu kính hình que để truyền hình ảnh với các bó
sợi phát quang.
• 1967: CT được phát triển.
• 1973: dòng vô tính DNA được phát minh – khai sinh công nghệ gen.
• 1987: Thiết bị nội soi video ( camera gắn ở thị kính).
GIỚI THIỆU VỀ NỘI SOI
• Nội soi là một kỹ thuật y học hiện đại được
ứng dụng trong việc khám bệnh, chẩn đoán
bệnh bằng việc sử dụng các loại dụng cụ
chuyên biệt để quan sát trực tiếp bên trong các
cơ quan của cơ thể. Với kỹ thuật nội soi, người
ta có thể quay phim, chụp hình bên trong các
cơ quan, lấy dị vật, sinh thiết và thậm chí là
thực hiện phẫu thuật nội soi.
PHÂN LOẠI
Nội soi chia làm 2 loại chính:
– Nội soi ống cứng
– Nội soi ống mềm
• Dùng sợi quang
• Dùng chip thu hình CCD (Charge coupled device
semiconductor detector )
NỘI SOI ỐNG MỀM
• Chia làm 2 loại
– Nội soi quang học
– Nội soi video
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN
• Hệ truyền dẫn hình ảnh
• Hệ truyền dẫn ánh sáng
• Hệ truyền dẫn lực
• Hệ thu nhận – tiền xử lí dữ liệu
• Hệ thống các kênh trong máy nội soi
CẤU TẠO DÂY NỘI SOI MỀM
CẤU TẠO CHUNG CỦA NỘI SOI ỐNG CỨNG
Được cấu thành từ kính viễn vọng hình ống
Không có khả năng uốn cong
Các nút trên tay cầm
CẤU TẠO BÊN TRONG DÂY SOI
• Đối với loại quang thì “Imaging Bundle” là bó sợi quang còn
loại sử dụng CCD thì là sợi dây dẫn tín hiệu điện.
SỰ TẠO ẢNH NỘI SOI ( VIDEO SCOPE)
• CCD chip gồm có khoảng 33.000 – 100.000 tế bào quang
riêng rẻ ( được gọi là phần tử ảnh hay pixel)
• Các tế bào quang nhận các photon phản hồi từ bề mặt nhầy
và tạo ra các electron tỉ lệ với ánh sáng nhận được
SỰ CHIẾU SÁNG
• Sự chiếu sáng được cung cấp bởi một nguồn sáng cường độ
cao qua một hay nhiều bó sợi dẫn sáng
• Nguồn sáng: bóng đèn xenon 300W hay đèn halogen tim bằng
tungsten (150W)
• Ánh sáng được tập trung lên bề mặt của bó sợi bằng một
gương parabol
• Cường độ sáng truyền đi được điều khiển bằng các bộ lọc hay
màng chắn cơ học
LĨNH VỰC ỨNG DỤNG
Soi thực quản
Thực quản
Soi dạ dày
Dạ dày
Soi tá tràng
Ruột non
Soi đường mật
Đường mật
Soi ruột kết
Trực tràng
Soi khớp
Ổ khớp ( đầu gối, vai)
Soi mũi
mũi
ỨNG DỤNG CỦA SÓNG ÂM
VÀ SIÊU ÂM
TRONG Y HỌC
SƠ LƯỢC VỀ SÓNG ÂM
Sóng âm là những sóngÂm nghe
cơ lan truyền được trong được
các
môi trường
Sóng
âm rắn, lỏng,
khí
Âm không
nghe được
Hạ âm
Siêu âm
Các đặc trưng của âm
Tần số
Đặc trưng
vật lý
Mức cường
độ âm
Đồ thị dao
động âm
Sóng âm
Độ cao
Đặc trưng
sinh lý
Độ to
Âm sắc
Nguồn phát âm
Ở động vật, cơ quan phát âm quan
trọng nhất là thanh quản với các dây
âm thanh. Thanh quản được cấu tạo
bởi các sụn nối với nhau bằng các
khớp, các màng, các dây chằng và
các cơ. Trong đó có 2 dây thanh âm
sẽ rung chuyển và phát ra âm thanh
dưới tác động của luồng không khí
đi qua
CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ÂM
TRONG CHẨN ĐOÁN
Chẩn đoán gõ
Khi gõ vào các vị trí tương ứng
của các tạng (tim, phổi, gan …)
trên lồng ngực hay trên thành
bụng, các tạng này sẽ dao động
và phát ra âm. Dựa vào âm phát
ra chúng ta có thể xác định được
vị trí, kích thước của chúng, có
thể xác định được chúng bình
thường hay có bệnh.
CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ÂM
TRONG CHẨN ĐOÁN
Chẩn đoán nghe
Các âm phát ra từ cơ thể
thường có tần số không quá
1000 Hz, thường dung nghiên
cứu các âm phát ra từ phổi,
tim. Cường độ âm này mạnh
yếu là do hô hấp nông hay
sâu, độ cao của âm tỉ lệ
nghịch với tiết diện khí quản,
cuống phổi. Dựa vào sự thay
đổi đó mà chẩn đoán bệnh
ỨNG DỤNG CỦA SIÊU ÂM
Nguồn phát
siêu âm
Hiệu ứng áp
điện nghịch
Hiện tượng
từ gião
Hiệu ứng áp điện nghịch
Một bản thạch anh được cắt song song
với trục lục giác và vuông góc với quang
trục tạo thành một bản thạch anh áp
điện. Khi nối hai bản điện cực nguồn
xoay chiều có tần số lớn thì bản thạch
anh sẽ liên tục bị biến dạng theo tần số
của dòng điện và phát ra siêu âm khi
tần số trên 20 000Hz.
Hiện tượng từ gião
Một thanh sắt khi bị từ hoá thì độ dài
của nó sẽ ngắn đi chút ít, đó là hiện
tượng từ giảo. Đặt một thanh sắt từ vào
trong lòng một cuộn dây đã nối với
nguồn điện xoay chiều có tần số cao. Từ
trường trong lòng cuộn dây biến thiên
liên tục với tần số bằng tần số của dòng
điện xoay chiều. Do hiện tượng từ giảo,
thanh sắt từ có chiều dài dao động gấp
đôi tần số dao động của dòng điện và sẽ
phát ra siêu âm khi tần số> 20 000Hz.
• Tạo ra cácphẩmsinhmới. về y sinh để hoàn toàn có thể sử dụng cácCầnsảnphảicó kỹsư họcchuyêncông cụ nàyKỹ sư y sinh • Nghiên cứu – chế tạo vật liệu cho các cơ quan, mô, vật cấy ghép. • Phát triển các công cụ chẩn đoán mới. • Phát triển quy mô tính về các công dụng và hệ thốngsinh lý. • Thiết kế các mạng lưới hệ thống ảnh, cảm ứng, cơ quan, vật cấyghép, công cụ. • Thiết kế các mạng lưới hệ thống điều khiển và tinh chỉnh. Mốc thời hạn của các tân tiến về kỹ thuật trong y học • 1895 : tia X được ý tưởng. • 1899 : Asirin được trình làng sử dụng. • 1903 : máy ghi âm điện tim ECG được ý tưởng. • 1928 : Penicilin được ý tưởng. • 1931 : ý tưởng ra kính hiển vi điện tử. • 1932 : G.Wolf ( R.wolf ) trình làng ống soi dạ dày nửa cứng nửa mềm tiên phong • 1954 : cấy ghép thận tiên phong. • 1963 : Karl Storz phối hợp thấu kính hình que để truyền hình ảnh với các bósợi phát quang. • 1967 : CT được tăng trưởng. • 1973 : dòng vô tính DNA được ý tưởng – khai sinh công nghệ tiên tiến gen. • 1987 : Thiết bị nội soi video ( camera gắn ở thị kính ). GIỚI THIỆU VỀ NỘI SOI • Nội soi là một kỹ thuật y học tân tiến đượcứng dụng trong việc khám bệnh, chẩn đoánbệnh bằng việc sử dụng các loại dụng cụchuyên biệt để quan sát trực tiếp bên trong cáccơ quan của khung hình. Với kỹ thuật nội soi, ngườita hoàn toàn có thể quay phim, chụp hình bên trong cáccơ quan, lấy dị vật, sinh thiết và thậm chí còn làthực hiện phẫu thuật nội soi. PHÂN LOẠINội soi chia làm 2 loại chính : – Nội soi ống cứng – Nội soi ống mềm • Dùng sợi quang • Dùng chip thu hình CCD ( Charge coupled devicesemiconductor detector ) NỘI SOI ỐNG MỀM • Chia làm 2 loại – Nội soi quang học – Nội soi videoCÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN • Hệ truyền dẫn hình ảnh • Hệ truyền dẫn ánh sáng • Hệ truyền dẫn lực • Hệ thu nhận – tiền xử lí tài liệu • Hệ thống các kênh trong máy nội soiCẤU TẠO DÂY NỘI SOI MỀMCẤU TẠO CHUNG CỦA NỘI SOI ỐNG CỨNGĐược cấu thành từ kính viễn vọng hình ốngKhông có năng lực uốn congCác nút trên tay cầmCẤU TẠO BÊN TRONG DÂY SOI • Đối với loại quang thì “ Imaging Bundle ” là bó sợi quang cònloại sử dụng CCD thì là sợi dây dẫn tín hiệu điện. SỰ TẠO ẢNH NỘI SOI ( VIDEO SCOPE ) • CCD chip gồm có khoảng chừng 33.000 – 100.000 tế bào quangriêng rẻ ( được gọi là thành phần ảnh hay px ) • Các tế bào quang nhận các photon phản hồi từ mặt phẳng nhầyvà tạo ra các electron tỉ lệ với ánh sáng nhận đượcSỰ CHIẾU SÁNG • Sự chiếu sáng được cung ứng bởi một nguồn sáng cường độcao qua một hay nhiều bó sợi dẫn sáng • Nguồn sáng : bóng đèn xenon 300W hay đèn halogen tim bằngtungsten ( 150W ) • Ánh sáng được tập trung chuyên sâu lên mặt phẳng của bó sợi bằng mộtgương parabol • Cường độ sáng truyền đi được tinh chỉnh và điều khiển bằng các bộ lọc haymàng chắn cơ họcLĨNH VỰC ỨNG DỤNGSoi thực quảnThực quảnSoi dạ dàyDạ dàySoi tá tràngRuột nonSoi đường mậtĐường mậtSoi ruột kếtTrực tràngSoi khớpỔ khớp ( đầu gối, vai ) Soi mũimũiỨNG DỤNG CỦA SÓNG ÂMVÀ SIÊU ÂMTRONG Y HỌCSƠ LƯỢC VỀ SÓNG ÂMSóng âm là những sóngÂm nghecơ Viral được trong đượccácmôi trườngSóngâm rắn, lỏng, khíÂm khôngnghe đượcHạ âmSiêu âmCác đặc trưng của âmTần sốĐặc trưngvật lýMức cườngđộ âmĐồ thị daođộng âmSóng âmĐộ caoĐặc trưngsinh lýĐộ toÂm sắcNguồn phát âmỞ động vật hoang dã, cơ quan phát âm quantrọng nhất là thanh quản với các dâyâm thanh. Thanh quản được cấu tạobởi các sụn nối với nhau bằng cáckhớp, các màng, các dây chằng vàcác cơ. Trong đó có 2 dây thanh âmsẽ rung chuyển và phát ra âm thanhdưới ảnh hưởng tác động của luồng không khíđi quaCƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ÂMTRONG CHẨN ĐOÁNChẩn đoán gõKhi gõ vào các vị trí tương ứngcủa các tạng ( tim, phổi, gan … ) trên lồng ngực hay trên thànhbụng, các tạng này sẽ dao độngvà phát ra âm. Dựa vào âm phátra tất cả chúng ta hoàn toàn có thể xác lập đượcvị trí, kích cỡ của chúng, cóthể xác lập được chúng bìnhthường hay có bệnh. CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP ÂMTRONG CHẨN ĐOÁNChẩn đoán ngheCác âm phát ra từ cơ thểthường có tần số không quá1000 Hz, thường dung nghiêncứu các âm phát ra từ phổi, tim. Cường độ âm này mạnhyếu là do hô hấp nông haysâu, độ cao của âm tỉ lệnghịch với tiết diện khí quản, cuống phổi. Dựa vào sự thayđổi đó mà chẩn đoán bệnhỨNG DỤNG CỦA SIÊU ÂMNguồn phátsiêu âmHiệu ứng ápđiện nghịchHiện tượngtừ giãoHiệu ứng áp điện nghịchMột bản thạch anh được cắt tuy nhiên songvới trục lục giác và vuông góc với quangtrục tạo thành một bản thạch anh ápđiện. Khi nối hai bản điện cực nguồnxoay chiều có tần số lớn thì bản thạchanh sẽ liên tục bị biến dạng theo tần sốcủa dòng điện và phát ra siêu âm khitần số trên 20 000H z. Hiện tượng từ giãoMột thanh sắt khi bị từ hoá thì độ dàicủa nó sẽ ngắn đi chút ít, đó là hiệntượng từ giảo. Đặt một thanh sắt từ vàotrong lòng một cuộn dây đã nối vớinguồn điện xoay chiều có tần số cao. Từtrường trong lòng cuộn dây biến thiênliên tục với tần số bằng tần số của dòngđiện xoay chiều. Do hiện tượng kỳ lạ từ giảo, thanh sắt từ có chiều dài xê dịch gấpđôi tần số giao động của dòng điện và sẽphát ra siêu âm khi tần số > 20 000H z .
