0:00

5:16

How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

TED-Ed·5:16·Technology·B2

Chương · 4

Chương 1·Echolocation and the Physics of Ultrasound

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:07

In a pitch-black cave, bats can’t see much.

Trong một hang động tối đen như mực, loài dơi không thể nhìn thấy gì nhiều.

0:10

But even with their eyes shut, they can navigate rocky topography at incredible speeds.

Thế nhưng ngay cả khi nhắm nghiền mắt, chúng vẫn có thể bay qua địa hình hiểm trở với tốc độ đáng kinh ngạc.

0:16

This is because a bat’s flight isn’t just guided by its eyes, but rather, by its ears.

Đó là vì đường bay của dơi không chỉ được dẫn lối bằng mắt, mà chủ yếu là nhờ đôi tai của nó.

0:21

It may seem impossible to see with sound, but bats, naval officers, and doctors do it all the time, using the unique properties of ultrasound.

Nhìn bằng âm thanh nghe có vẻ là điều bất khả thi, nhưng loài dơi, các sĩ quan hải quân và bác sĩ lại làm điều đó thường xuyên nhờ vào những đặc tính độc đáo của sóng siêu âm.

0:33

All sound is created when molecules in the air, water, or any other medium vibrate in a pulsing wave.

Mọi âm thanh đều được tạo ra khi các phân tử trong không khí, nước hoặc bất kỳ môi trường nào khác dao động theo dạng sóng xung kích.

0:41

The distance between each peak determines the wave’s frequency, measured as cycles per second, or hertz.

Khoảng cách giữa các đỉnh sóng quyết định tần số của sóng, được đo bằng số chu kỳ mỗi giây, hay hertz.

0:48

This means that over the same amount of time, a high frequency wave will complete more cycles than a low frequency one.

Điều này có nghĩa là trong cùng một khoảng thời gian, sóng tần số cao sẽ hoàn thành nhiều chu kỳ hơn sóng tần số thấp.

0:55

This is especially true of ultrasound, which includes any sound wave exceeding 20,000 cycles per second.

Điều này đặc biệt đúng với sóng siêu âm, bao gồm bất kỳ sóng âm nào vượt quá 20.000 chu kỳ mỗi giây.

1:04

Humans can't hear or produce sounds with such high frequencies, but our flying friend can.

Con người không thể nghe hay phát ra âm thanh có tần số cao như vậy, nhưng người bạn biết bay của chúng ta lại có thể.

1:11

When it’s too dark to see, he emits an ultrasound wave with tall peaks.

Khi trời quá tối để nhìn thấy, chú dơi phát ra một làn sóng siêu âm với các đỉnh sóng cao.

1:17

Since the wave cycles are happening so quickly, wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

Vì các chu kỳ sóng diễn ra quá nhanh, lớp sóng này đến lớp sóng khác nhanh chóng dội lại từ các bề mặt xung quanh.

1:24

Each wave’s tall peak hits every nook and cranny, producing an echo that carries a lot of information.

Đỉnh cao của từng con sóng chạm tới mọi ngóc ngách, tạo ra tiếng vang mang theo rất nhiều thông tin.

1:32

By sensing the nuances in this chain of echoes, our bat can create an internal map of its environment.

Bằng cách cảm nhận các sắc thái tinh tế trong chuỗi tiếng vang này, chú dơi có thể tạo ra một bản đồ nội tâm về môi trường xung quanh.

1:40

This is how bats use sound to see, and the process inspired humans to try and do the same.

Đó là cách loài dơi dùng âm thanh để nhìn, và quá trình này đã truyền cảm hứng cho con người thử làm điều tương tự.

1:47

In World War One, French scientists sent ultrasound beams into the ocean to detect nearby enemy submarines.

Trong Thế chiến thứ nhất, các nhà khoa học Pháp đã phát các chùm sóng siêu âm vào lòng đại dương để phát hiện tàu ngầm đối phương ở gần.

1:55

This early form of SONAR was a huge success, in large part because sound waves travel even faster through mediums with more tightly packed molecules, like water.

Dạng sơ khai này của hệ thống SONAR là một thành công lớn, phần lớn là do sóng âm truyền đi thậm chí còn nhanh hơn qua các môi trường có mật độ phân tử dày đặc hơn, như nước.

2:06

In the 1950s, medical professionals began to experiment with this technique as a non-invasive way to see inside a patient’s body.

Vào những năm 1950, giới chuyên môn y tế bắt đầu thử nghiệm kỹ thuật này như một phương pháp không xâm lấn để quan sát bên trong cơ thể bệnh nhân.

2:15

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage, measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors, and blood clots.

Ngày nay, chẩn đoán hình ảnh bằng siêu âm được dùng để đánh giá tổn thương nội tạng, đo độ dày mô và phát hiện sỏi túi mật, khối u cùng các cục máu đông.

2:25

But to explore how this tool works in practice, let’s consider its most well-known use— the fetal ultrasound.

Nhưng để tìm hiểu công cụ này hoạt động như thế nào trong thực tế, hãy cùng xem xét ứng dụng nổi tiếng nhất của nó — siêu âm thai nhi.

2:33

First, the skin is covered with conductive gel.

Trước tiên, một lớp gel dẫn truyền được thoa đều lên da.

2:36

Since sound waves lose speed and clarity when traveling through air, this gooey substance ensures an airtight seal between the body and the wand emitting ultrasound waves.

Vì sóng âm bị giảm tốc độ và độ sắc nét khi truyền qua không khí, chất nhầy sền sệt này đảm bảo một lớp tiếp xúc kín khí giữa cơ thể và đầu dò phát sóng siêu âm.

2:48

Then the machine operator begins sending ultrasound beams into the body.

Sau đó, kỹ thuật viên vận hành máy bắt đầu truyền các chùm sóng siêu âm vào cơ thể.

2:53

The waves pass through liquids like urine, blood, and amniotic fluid without creating any echoes.

Sóng âm đi xuyên qua các chất lỏng như nước tiểu, máu và nước ối mà không tạo ra bất kỳ tiếng vang nào.

2:59

But when a wave encounters a solid structure, it bounces back.

Nhưng khi gặp một cấu trúc rắn, sóng âm sẽ dội ngược trở lại.

3:03

This echo is rendered as a dot on the imaging screen.

Tiếng vang này được kết xuất thành một dấu chấm trên màn hình hiển thị hình ảnh.

3:08

Objects like bones reflect the most waves, appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

Các vật thể như xương phản xạ nhiều sóng nhất, hiện lên dưới dạng những điểm dày đặc tạo thành các hình khối màu trắng sáng.

3:15

Less dense objects appear in fainter shades of gray, slowly creating an image of the fetus’s internal organs.

Các vật thể có mật độ kém dày đặc hơn hiện lên với các sắc độ xám mờ hơn, dần tạo nên hình ảnh về các cơ quan nội tạng của thai nhi.

3:24

To get a complete picture, waves need to reach different depths in the patient’s body, bypassing some tissues while echoing off others.

Để thu được bức tranh toàn diện, sóng cần chạm tới những độ sâu khác nhau trong cơ thể bệnh nhân, đi xuyên qua một số mô trong khi dội lại từ những mô khác.

3:33

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper than short, high frequency ones, multiple frequencies are often used together and composited into a life-like image.

Vì các sóng tần số thấp dài hơn trên thực tế thâm nhập sâu hơn sóng tần số cao ngắn, nhiều tần số thường được kết hợp cùng nhau và ghép lại thành một hình ảnh sống động như thật.

3:45

The operator can then zoom in and focus on different areas.

Kỹ thuật viên sau đó có thể phóng to và lấy nét vào các khu vực khác nhau.

3:49

And since ultrasound machines send and receive cascades of waves in real time, the machine can even visualize movement.

Và vì máy siêu âm phát và nhận các chuỗi sóng dồn dập theo thời gian thực, thiết bị này thậm chí còn có thể hiển thị chuyển động.

3:59

The waves used for medical ultrasound range from 2 million to 10 million hertz— over a hundred times higher than human ears can hear.

Các sóng được dùng trong siêu âm y tế dao động từ 2 triệu đến 10 triệu hertz — cao hơn một trăm lần so với ngưỡng tai người có thể nghe được.

4:08

These incredibly high frequencies create detailed images that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations in the brain, heart, spine, and more.

Những tần số cực cao này tạo ra hình ảnh chi tiết cho phép các bác sĩ chẩn đoán những bất thường phát triển nhỏ nhất ở não, tim, cột sống và nhiều cơ quan khác.

4:20

Even outside of pre-natal care, medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

Ngay cả bên ngoài việc chăm sóc tiền sản, siêu âm y tế cũng có những lợi thế to lớn so với các công nghệ tương tự.

4:27

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures, ultrasound has no known negative side effects when used properly.

Không giống như chẩn đoán hình ảnh bằng bức xạ hay các thủ thuật phẫu thuật xâm lấn, siêu âm không có tác dụng phụ tiêu cực nào được ghi nhận khi sử dụng đúng cách.

4:36

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves can damage sensitive tissues, but technicians typically use the lowest levels possible.

Ở mức năng lượng rất cao, nhiệt do sóng siêu âm sinh ra có thể làm tổn thương các mô nhạy cảm, nhưng các kỹ thuật viên thường dùng mức thấp nhất có thể.

4:45

And since modern ultrasound machines can be small and portable, doctors can use them in the field— allowing them to see clearly in any medical emergency.

Và vì các máy siêu âm hiện đại có thể rất nhỏ gọn và di động, các bác sĩ có thể sử dụng chúng tại hiện trường — cho phép họ nhìn rõ ràng trong mọi tình huống cấp cứu y tế.

Transcript

Hiển thị

Echolocation and the Physics of Ultrasound

In pitch-black environments, bats navigate complex topography by using their hearing rather than vision. Sound waves are created by vibrating molecules in a medium, with frequency determined by cycles per second, or hertz. Ultrasound encompasses frequencies above 20,000 hertz, beyond human perception. By emitting high-frequency waves with tall peaks, bats capture echoes reflecting off surrounding surfaces to construct detailed mental maps of their environment.

Trong môi trường tối đen như mực, loài dơi điều hướng qua địa hình hiểm trở bằng thính giác thay vì thị giác. Sóng âm được tạo ra khi các phân tử dao động trong môi trường truyền dẫn, với tần số được tính bằng số chu kỳ mỗi giây (hertz). Sóng siêu âm bao gồm các tần số trên 20.000 hertz, vượt quá ngưỡng nghe của con người. Bằng cách phát ra các sóng tần số cao có đỉnh sóng cao, dơi thu nhận tiếng vang dội lại từ các bề mặt xung quanh để xây dựng bản đồ chi tiết về môi trường.