Ιατρική Υπερηχογραφία: Φυσικές αρχές και οργανολογία

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ιατρική Υπερηχογραφία: Φυσικές αρχές και οργανολογία"

Ευτροπια Αρβανίτης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ιατρική Υπερηχογραφία: Φυσικές αρχές και οργανολογία

2 Περίληψη Ιστορία Τρόπος διάδοσης ήχων, Ηχητικό φάσµα Εξασθένηση των υπερήχων Πιεζοηλεκτρικό φαινόµενο Πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι Σχεδιασµός µεταλλακτών έσµες Υπερήχων Fresnel Fraunhofer Συστήµατα σάρωσης Ποιότητα εικόνας στην Υπερηχοτοµογραφία Τρόποι απεικόνισης Doppler

3 Ιστορία 1794 Spallanzi υπέδειξε ότι οι νυχτερίδες λειτουργούν µε υπέρηχους 1880 Pierre and Jacques Cuirrie Πιεζοηλεκτρικό φαινόµενο 1ος Παγκόσµιος Πόλεµος Paul Langevin ανάπτυξη Πιεζοηλεκτρικών υλικών για SONAR, 2ος2 Παγκόσµιος Πόλεµος 1928 Ο Solokov βιοµηχανική εφαρµογή των υπερήχων για την ανίχνευση ατελειών σε υλικά 1930 θεραπευτικές εφαρµογές 1940 (τέλος( τέλος) ιαγνωστικές εφαρµογές

4 Τρόπος διάδοσης ήχων Ταχύτητα διάδοσης ήχου c= λ ν c = (K / ρ ο ) 1/2 K: Συντελεστής ελαστικότητας ρ ο : Μέση πυκνότητα µέσου Ελαστικά κύµατα Μέσο διάδοσης ιαµήκη κύµατα Στο κόκαλο c= 3360 m/sec Στο ιστό c= 1540 m/sec

5 Ηχητικό φάσµα Βαθύς ήχος Ζώα 20Hz 20KHz 2MHz 200MHz Infrasound Acoustic Ultrasound Συχνότητα (Hz) 20Hz-20KHz 20KHz >20Κ Hz 1ΜHz - 30ΜHz Ακουστικό φάσµα Υπέρηχοι Ιατρική διάγνωση

6 Ανατοµική Ωτός

8 Sound power Power = Pressure X Volume velocity* (Power = Voltage X Current Intensity) Volume velocity = P A u Vu = A x S t Vu = A x u s *how much particle volume (air molecules) flows through a given area

9 Μέσο ους Cochlea increases sound pressure at the footplate relative to the TM at the expense of a decrease in stapes volume velocity relative to the TM Ear canal 1. Hydraulic lever 2. Ossicular lever

10 The hydraulic lever Assumption 2: stapes moves like a piston coupling P1 A TM A S P2 Assumption 1: TM moves as a rigid body P2 = P1 x A ΤΜ /A S A TM /A S = 20 -> 26 db

11 Ένταση Υπερήχων I = Iσχύς Eπιϕάνεια watt 2 /cm db= 10log 0 I I Power db = 10log = 10log Power 0 Energy Energy 0 Μεγαλύτερη ευαισθησία στην τάση I 2 Pm = 2ρc db= 10log P 2 / 2ρc 2 m m m m 2 ( Pm ) / 2ρc Pm0 Pm0 Am0 0 P = 10log P m Η µέγιστη πίεση Pascals, atmosperes = 20log P = 20log A Τάση σε Volts

12 Εξασθένηση των υπερήχων Υπέρηχοι Σκέδαση Επιφάνεια Απορρόφηση Ακουστική εµπέδιση γωνία ιάθλαση Ανάκλαση

13 Ανάκλαση ιάθλαση Ακουστική εµπέδηση Προσπίπτουσα θi θr Ανακλώµενη Z = ρc Ιστός Z1 sinθ sinθ i = t c c 1 2 ρ= πυκνότητα c= ταχύτητα διάδοσης Ιστός Z2 Z µονάδα Kgr/(sm 2 )=Rayl θt Για κάθετη πρόσπτωση ιαθλώµενη a a R T = = Z Z ( Z + Z ) Z Z + Z 2 Z

Ανάκλαση ιάθλαση a a R T Z2 Z = Z2 + Z 4Z2Z1 = ( Z + Z ) 2 2 1 1 1 2 Στην διαχωριστική επιφάνεια Μυς-αέρας α R =0.

14 Ανάκλαση ιάθλαση a a R T Z2 Z = Z2 + Z 4Z2Z1 = ( Z + Z ) Στην διαχωριστική επιφάνεια Μυς-αέρας α R = και α T = % της ενέργειας ανακλάται Για καλύτερη ακουστική σύζευξη χρησιµοποιούνται υλικά βασισµένα στο νερό

15 Συντελεστής εξασθένησης σε συνάρτηση µε την συχνότατα

20 Πιεζοηλεκτρικό φαινόµενο Συντελεστής Ηλεκτροµηχανικής Σύζευξης K 2 C Μηχανική Ενέργεια που µετατρέπεται σε Ηλεκτρική = Εφαρµοζόµενη Μηχανική Ενέργεια όταν εφαρµόζεται µηχανική ενέργεια (πίεση) K 2 C Ηλεκτρική Ενέργεια που µετατρέπεται σε Μηχανική = Εφαρµοζόµενη Ηλεκτρική Ενέργεια όταν εφαρµόζεται ηλεκτρική ενέργεια

21 Πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι Θερµοκρασία Currie: H Θερµοκρασία πέραν της οποίας ο κρύσταλλος παύει να έχει Πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες Υλικό Χαλαζίας Συντελεστής Ηλεκτροµηχανικής Σύζευξης (K c ) 0.11 Θερµοκρασία Currie ( 0 C) 550 Άλατα Rochelle Βαριούχο Τιτάνιο Τιτανιούχος Ζιρκονιούχος Μόλυβδός (PZT-4) Τιτανιούχος Ζιρκονιούχος Μόλυβδός (PZT-5)

22 Σχεδιασµός µεταλλακτών Τυπικός Transducer Κρύσταλλος πάχους d Ηλεκτρόδιο Απορροφητικό υλικό Υλικό ακουστικής σύζευξης Πλαστικό κάλυµµα Συχνότητα µεγιστοποίησης πλάτους fo= = c / 2d

24 έσµες Υπερήχων Επίπεδα κύµατα Σφαιρικά κύµατα Συµβολή

25 έσµες Υπερήχων Fresnel Fraunhofer θ d Ζώνη Fraunhofer D Ζώνη Fresnel D= d 2 /4λ sin θ= 1.22 λ /d Το µήκος του κοντινού πεδίου αυξάνεται µε την διάµετρο του µεταλλάκτη και τη συχνότητα. Η απόκλιση στο µακρινό πεδίο µειώνεται µε την αύξηση της διαµέτρου του µεταλλάκτη και της συχνότητας

26 Μεταλλάκτες Transducers

27 Στοιχεία εστίασης Ακουστικοί καθρέπτες, φακοί Κοίλοι µεταλλάκτες Καθρέπτες Εποξική ρητίνη µε βολφράµιο Φακοί, εποξική ρητίνη και πλαστικά όπως πολύστιρένιο

28 Εστίαση f = 1 r c Mc L f:µήκός εστίασης c M ταχύτητα ήχου στο µέσο c L ταχύτητα ήχου στο φακό r: ακτίνα µεταλλάκτη d διάµετρος µεταλλάκτη Μήκος ζώνης f εστίασης = 10λ d 2

29 Συστήµατα σάρωσης Μηχανική σάρωση Μηχανική σάρωση (α) Στροφική κίνηση µεταλλακτών (β) Στροφική ταλάντωση κατόπτρού

30 Συστήµατα σάρωσης Ηλεκτρονική σάρωση

31 Ποιότητα εικόνας στην Υπερηχοτοµογραφία Χωρική διακριτική ικανότητα (α) Αξονική διακριτική ικανότητα axial resolution Εξαρτάται από το µήκος κύµατος λ (β) Εγκάρσια διακριτική ικανότητα lateral resolution Εξαρτάται από το πλάτος του παλµού L=λ/2 3ΜΗz µαλακού ιστού λ=0,5mm 15 ΜΗz µαλακού ιστού λ=0,15mm Μεγαλύτερη f, µεγαλύτερη εξασθένηση US

32 Τρόποι απεικόνισης A-Mode (Amplitude Mode)

33 B-Mode M - Mode

35 Doppler effect 1842 Johann Christian Doppler Όταν υπάρχει κίνηση µεταξύ πηγής κύµατος και ανιχνευτή, η συχνότητα του ανιχνευόµενου κύµατός διαφέρει.

36 Συχνότητα Doppler

38 Επίδραση της γωνίας Doppler

40 Color flow imaging

41 Triplex scanning B-Mode, Color flow, Spectral Doppler

42 είκτες ταχύτητας ροής

43 Απεικόνιση ροής Color flow Spectral Doppler Περιορίζεται η µελέτη σε µια µικρή περιοχή Μελέτη ροής σε µια θέση Μικρή χρονική ανάλυση (fr χαµηλό όταν χρειάζεται σε βάθος σάρωση ) Περιορισµένες πληροφορίες ροής Καλή χρονική ανάλυση, µελετά κυµατοµορφή ροής Επιτρέπει υπολογισµούς της ταχύτητας και άλλων δεικτών

Σχετικά έγγραφα

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ ΥΠΕΡΗΧΩΝ

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ ΥΠΕΡΗΧΩΝ ΚΑΘ. Δ. Κουτσούρης Δρ. Ο. Πάνου-Διαμάντη MΕΘΟΔΟΙ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ ΥΠΕΡΗΧΩΝ Χρήση των υπερήχων στην Ιατρική κύρια στο τομέα της Διάγνωσης με τη μέτρηση διαφόρων χαρακτηριστικών των