How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

Translator: Anh Nguyễn Reviewer: Thu Ha Tran

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

Trong hang động tối đen như mực, loài dơi không nhìn được nhiều.

But even with their eyes shut,

Nhưng kể cả khi nhắm mắt,

they can navigate rocky topography at incredible speeds.

chúng cũng có thể vượt qua địa hình đá với tốc độ kinh ngạc.

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

Đó là vì khi bay, dơi không định hướng bằng mắt

but rather, by its ears.

mà là bằng tai của chúng.

It may seem impossible to see with sound,

Có lẽ không thể nhìn mọi thứ bằng âm thanh,

but bats, naval officers, and doctors do it all the time,

nhưng dơi, sĩ quan hải quân và bác sĩ làm việc đó mọi lúc,

using the unique properties of ultrasound.

sử dụng các đặc tính độc đáo của siêu âm.

All sound is created when molecules in the air, water,

Tất cả âm thanh được tạo ra khi các phân tử trong không khí, nước,

or any other medium vibrate in a pulsing wave.

hoặc bất kỳ thứ gì dao động theo sóng xung.

The distance between each peak determines the wave’s frequency,

Khoảng cách giữa mỗi đỉnh xác định tần số của sóng,

measured as cycles per second, or hertz.

được đo bằng chu kỳ trên giây, hoặc hertz.

This means that over the same amount of time,

Có nghĩa là trong cùng một khoảng thời gian,

a high frequency wave will complete more cycles than a low frequency one.

sóng tần số cao sẽ hoàn thành nhiều chu kỳ hơn sóng có tần số thấp.

This is especially true of ultrasound,

Điều này đặc biệt đúng với siêu âm,

which includes any sound wave exceeding 20,000 cycles per second.

bao gồm bất kỳ sóng âm thanh nào vượt quá 20.000 chu kỳ mỗi giây.

Humans can't hear or produce sounds with such high frequencies,

Con người không thể nghe hay tạo ra âm thanh với tần số cao,

but our flying friend can.

nhưng những người bạn biết bay thì có thể.

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

Khi trời tối quá, không thấy gì, cậu ta sẽ tạo ra siêu âm với đỉnh sóng cao.

Since the wave cycles are happening so quickly,

Khi chu kỳ sóng diễn ra quá nhanh,

wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

sóng nối tiếp nhau va vào các bề mặt xung quanh.

Each wave’s tall peak hits every nook and cranny,

Đỉnh của mỗi con sóng chạm vào mọi ngóc ngách,

producing an echo that carries a lot of information.

tạo ra một tiếng vang mang theo nhiều thông tin.

By sensing the nuances in this chain of echoes,

Bằng cách cảm nhận các sắc thái trong chuỗi tiếng vang này,

our bat can create an internal map of its environment.

chú dơi của chúng ta có thể tạo một bản đồ nội bộ về môi trường của nó.

This is how bats use sound to see,

Đó là cách dơi nhìn bằng âm thanh,

and the process inspired humans to try and do the same.

và quá trình này đã truyền cảm hứng cho con người cố gắng làm điều tương tự.

In World War One, French scientists sent ultrasound beams into the ocean

Trong Thế chiến I, các nhà khoa học Pháp đã gửi các chùm sóng siêu âm vào đại dương

to detect nearby enemy submarines.

để phát hiện tàu ngầm đối phương gần đó.

This early form of SONAR was a huge success,

Hình thức SONAR sơ khai này đã thành công rực rỡ,

in large part because sound waves travel even faster through mediums

phần lớn là do sóng âm truyền nhanh hơn qua các môi trường

with more tightly packed molecules, like water.

có các phân tử kết cấu chặt chẽ hơn, như nước.

In the 1950s, medical professionals began to experiment with this technique

Vào những năm 1950, các chuyên gia y tế bắt đầu thử nghiệm kỹ thuật này

as a non-invasive way to see inside a patient’s body.

như một cách không xâm lấn để xem bên trong cơ thể bệnh nhân.

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage,

Ngày nay, hình ảnh siêu âm được sử dụng để đánh giá tổn thương bên trong,

measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors,

đo độ dày của mô và phát hiện sỏi túi mật, khối u,

and blood clots.

và cục máu đông.

But to explore how this tool works in practice,

Nhưng để khám phá cách hoạt động của công cụ này trong thực tế,

let’s consider its most well-known use— the fetal ultrasound.

chúng ta hãy xét công dụng phổ biến nhất - siêu âm thai.

First, the skin is covered with conductive gel.

Đầu tiên, da được bao phủ bởi lớp gel dẫn điện.

Since sound waves lose speed and clarity when traveling through air,

Vì sóng mất đi tốc độ và độ trong khi truyền trong không khí,

this gooey substance ensures an airtight seal

chất nhầy này đảm bảo cho dấu dò kín khí

between the body and the wand emitting ultrasound waves.

giữa cơ thể và cây đũa phép phát ra sóng siêu âm.

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

Sau đó, người vận hành máy bắt đầu gửi các chùm sóng siêu âm vào cơ thể.

The waves pass through liquids like urine, blood, and amniotic fluid

Các sóng truyền qua các chất lỏng như nước tiểu, máu và nước ối

without creating any echoes.

không tạo ra bất cứ tiếng vang nào.

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

Nhưng khi sóng gặp một cấu trúc vững chắc, nó sẽ dội ngược trở lại.

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

Tiếng vọng này được hiển thị dưới dạng một dấu chấm trên màn hình.

Objects like bones reflect the most waves,

Các vật thể như xương phản xạ nhiều sóng nhất,

appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

xuất hiện dưới dạng các chấm xếp mau tạo thành các hình dạng màu trắng sáng.

Less dense objects appear in fainter shades of gray,

Các chỗ thưa hơn xuất hiện với sắc thái xám mờ hơn,

slowly creating an image of the fetus’s internal organs.

từ từ tạo ra hình ảnh các cơ quan nội tạng của thai nhi.

To get a complete picture,

Để có một bức ảnh hoàn chỉnh,

waves need to reach different depths in the patient’s body,

sóng cần đạt đến các độ sâu khác nhau trong cơ thể bệnh nhân,

bypassing some tissues while echoing off others.

bỏ qua một số mô trong khi phản xạ lại những mô khác.

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper

Vì dài hơn, sóng tần số thấp xâm nhập sâu hơn

than short, high frequency ones,

so với sóng ngắn, tần số cao,

multiple frequencies are often used together

nhiều tần số thường được sử dụng cùng nhau

and composited into a life-like image.

và ghép thành hình ảnh sống động như thật.

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

Người điều khiển sau đó có thể phóng to và lấy nét ở các khu vực khác nhau.

And since ultrasound machines send and receive cascades of waves in real time,

Và vì máy siêu âm gửi và nhận các tầng sóng trong thời gian thực,

the machine can even visualize movement.

máy thậm chí có thể mô phỏng chuyển động.

The waves used for medical ultrasound range from 2 million to 10 million hertz—

Sóng sử dụng cho siêu âm y tế nằm trong khoảng từ hai triệu đến mười triệu hertz—

over a hundred times higher than human ears can hear.

cao hơn gấp trăm lần so với những gì tai người nghe được.

These incredibly high frequencies create detailed images

Những tần số cực cao này tạo ra hình ảnh chi tiết

that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations

cho phép các bác sĩ chẩn đoán các sai lệch phát triển nhỏ nhất

in the brain, heart, spine, and more.

trong não, tim, cột sống, và hơn thế.

Even outside of pre-natal care,

Kể cả không phải chăm sóc trước khi sinh,

medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

siêu âm y tế có những lợi thế rất lớn so với các công nghệ tương tự.

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures,

Không như hình ảnh dựa trên bức xạ hoặc các thủ tục phẫu thuật xâm lấn,

ultrasound has no known negative side effects when used properly.

siêu âm không gây tác dụng phụ tiêu cực khi được sử dụng đúng cách.

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves

Ở mức rất cao, nhiệt do sóng siêu âm gây ra

can damage sensitive tissues,

có thể làm tổn thương các mô nhạy cảm,

but technicians typically use the lowest levels possible.

nhưng các kỹ thuật viên thường sử dụng các mức thấp nhất có thể.

And since modern ultrasound machines can be small and portable,

Và vì máy siêu âm hiện đại có thể nhỏ gọn và di động,

doctors can use them in the field—

bác sĩ có thể dùng chúng tại hiện trường

allowing them to see clearly in any medical emergency.

cho phép họ nhìn rõ trong bất kỳ trường hợp y tế khẩn cấp nào.