Trong số mọi kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh, siêu âm là kỹ thuật hiền lành nhất: không tia phóng xạ, không kim tiêm, không tiếng ồn đáng sợ. Thai phụ nào cũng từng nằm nhìn màn hình xám mờ và chờ nghe câu "tim thai đập tốt". Ít ai biết rằng công nghệ dịu dàng ấy lại sinh ra từ ngành đóng tàu, nơi người ta dùng sóng âm để tìm vết nứt ẩn trong các mối hàn thép.

Nguồn gốc: từ xưởng đóng tàu Glasgow đến phòng khám

Nền vật lý của siêu âm bắt đầu năm 1880, khi hai anh em Pierre và Jacques Curie phát hiện hiệu ứng áp điện: một số tinh thể phát ra điện khi bị ép, và ngược lại rung lên khi có dòng điện chạy qua. Đó chính là cơ chế để tạo và thu sóng âm tần số cao. Trong hai cuộc thế chiến, nguyên lý phát-thu sóng dội này được hoàn thiện thành sonar dò tàu ngầm và máy dò khuyết tật kim loại trong công nghiệp.

Bước ngoặt y học đến từ Glasgow, Scotland. Bác sĩ sản khoa Ian Donald, từng phục vụ trong Không quân Hoàng gia Anh và am hiểu radar, tự hỏi liệu sóng siêu âm có phân biệt được các loại mô mềm trong bụng người hay không. Cùng kỹ sư Tom Brown của hãng Kelvin Hughes và bác sĩ John MacVicar, ông cải biến một máy dò khuyết tật công nghiệp thành máy quét tiếp xúc đặt trực tiếp lên da bệnh nhân. Năm 1955, nhóm thử máy lên mẫu mô gồm một u nang buồng trứng và một miếng thịt bò để so sánh sóng dội. Tháng 6 năm 1958, bài báo "Khảo sát các khối u ổ bụng bằng siêu âm xung" đăng trên tạp chí The Lancet được coi là cột mốc khai sinh siêu âm sản khoa hiện đại. Đến năm 1963, chiếc máy thương mại Diasonograph ra đời — cao tới hơn hai mét, bị người Mỹ châm biếm gọi là "dinosaurograph", tức máy khủng long.

Nguyên lý: nghe tiếng vọng của sóng âm

Đầu dò siêu âm chứa các tinh thể áp điện. Khi nhận xung điện, tinh thể rung và phát ra sóng âm ở tần số hàng triệu hertz, cao hơn ngưỡng nghe của tai người rất nhiều. Sóng đi vào cơ thể, gặp ranh giới giữa hai loại mô khác nhau — chẳng hạn giữa dịch và thịt, hay giữa máu và thành tim — thì một phần dội ngược lại. Đầu dò thu sóng dội, biến thành tín hiệu điện, và máy tính dựa vào thời gian sóng đi-về cùng cường độ dội để tính vị trí và vẽ nên hình ảnh theo thời gian thực.

Vì các mô khác nhau cản sóng khác nhau, xương và khí gần như chặn đứng sóng âm, trong khi dịch lỏng cho sóng truyền qua dễ dàng — đó là lý do bàng quang đầy nước lại trở thành "cửa sổ" tự nhiên để quan sát vùng chậu. Một biến thể quan trọng là siêu âm Doppler, khai thác sự thay đổi tần số của sóng dội để đo tốc độ dòng máu, giúp phát hiện hẹp van tim hay tắc mạch mà không cần can thiệp xâm lấn.

Tác động: thay đổi hoàn toàn sản khoa và hơn thế nữa

Siêu âm biến thai kỳ từ một quá trình "mù" thành một hành trình được theo dõi từng tuần: xác định tuổi thai, đếm số thai, tầm soát dị tật, theo dõi tăng trưởng. Trước đó, để nhìn thai nhi, bác sĩ chỉ có cách chụp X-quang vốn tiềm ẩn rủi ro phóng xạ cho cả mẹ và bé. Không ngạc nhiên khi siêu âm trở thành một trong những kỹ thuật hình ảnh được thực hiện nhiều nhất hành tinh.

Ngoài sản khoa, siêu âm còn là công cụ tuyến đầu ở tim mạch, ổ bụng, tuyến giáp, mạch máu và cả cấp cứu tại giường bệnh. Máy ngày càng nhỏ: từ cỗ máy chiếm một phần ba phòng khám năm 1958 đến đầu dò cầm tay cắm vào điện thoại thông minh ngày nay, đưa chẩn đoán hình ảnh đến tận vùng sâu vùng xa và xe cứu thương.

Sự thật thú vị ít người biết

  • Để kiểm chứng máy, nhóm của Ian Donald từng quét sóng lên một miếng thịt bò mua ở chợ, đặt cạnh u nang buồng trứng, và hai mẫu cho sóng dội khác nhau rõ rệt.
  • Chiếc máy Diasonograph thương mại đầu tiên cao khoảng 2,4 mét nên bị giới y khoa Mỹ đặt biệt danh là "máy khủng long".
  • Ian Donald nảy ra ý tưởng ứng dụng siêu âm một phần nhờ kinh nghiệm với radar và sonar khi phục vụ trong không quân thời Thế chiến thứ hai.
  • Bài báo khai sinh ngành siêu âm sản khoa năm 1958 chỉ dài chín trang nhưng chứa những hình ảnh thai nhi đầu tiên trong lịch sử y học.

Hiểu lầm thường gặp

Hiểu lầm: "Siêu âm cũng là một dạng chụp chiếu có hại như X-quang." Siêu âm không dùng bức xạ ion hóa. Nó dùng sóng âm cơ học, và sau nhiều thập kỷ sử dụng cùng hàng loạt nghiên cứu, siêu âm chẩn đoán ở cường độ chuẩn được coi là an toàn cho cả thai nhi — chính vì thế nó mới thay thế X-quang trong sản khoa.

Hiểu lầm: "Siêu âm nhìn thấy mọi bệnh trong cơ thể." Sóng âm bị xương và khí cản mạnh, nên siêu âm rất hạn chế khi khảo sát phổi, ruột chứa hơi hay cấu trúc nằm sâu sau xương. Mỗi kỹ thuật hình ảnh có một thế mạnh riêng, và bác sĩ chọn phương pháp theo câu hỏi cần trả lời.

Nguồn tham khảo