IV godina 2005/06 J.Brnjas-Kraljević siječanj 2006

Transcript

1 V godina 005/06 J.Brnjas-Kraljević siječanj 006

2 Zvučni valovi zvučni val prijenos prijenos mehaničke energije kroz prostor - titranjem čestica elastičnog sredstva čujni zvuk - područje frekvencija 0 Hz do 0 khz infrazvuk - područje frekvencija < 0 Hz rezonancija unutrašnjih organa ultrazvuk - područje frekvencija > 0 khz - rezonancija molekula

3 Narav zvučnoga vala prijenos mehaničke energije titranja izvor tijelo koje titra u elastičnom sredstvu energija titranja prenosi se kroz prostor brzinom v λ λν T valna duljina frekvencija longitudinalni val - čestice titraju u smjeru širenja vala transverzalni val - čestice titraju okomito na smjer širenja vala za postojanje zvučnog-mehaničkog vala nužno je elastično sredstvo

4 način prijenosa energije longitudinalni val - promjene lokalne gustoće čestica i tlaka harmonijski val - izvor harmonijski oscilator neharmonijski val - izvor neharmonijski oscilator

5 Dvodimenzionalni prikaz vala čestica titra u smjeru širenja vala u prostoru nastaju -zgušnjenja i razrjeđenja čestica povećana i smanjena gustoća područja povećanog i smanjenog tlaka

6 povećani tlak smanjeni tlak atmosferski tlak titranje molekula zraka koje prenose zvuk smjer širenja poremećaja zvučni val prenose čestice sredstva titrajući u smjeru širenja vala energija se troši na savladavanje trenja zagrijavanje ovisi o odnosu frekvencije vala i vlastite frekvencije titranja čestica sredstva

7 Jednadžba harmonijskog vala x mjena elongacije u prostoru i vremenu u točki M titranje kasni t za titranjem izvora ( - t' ) Asinω t r t' v ω t' r x A sinω t - A sin v pomak u fazi π x A sin( ω t kr ) k koliki je kut za taj interval vremena t T π λ - valni broj r λ

8 Akustički tlak u prostoru se mijenja akustički tlak: pa a0 p sin( ωt kr 10 5 Pa pa 10Pa ) intenzitet harmonijskog vala : E St E 1 mω A u dijagnostici mw/cm

9 ntenzitet zvučnog vala 1 ω A ρ v zvučni otpor sredstva osobine izvora pa0 Z intenzitet kuglastog vala opada s r planarni val bolji izbor 1 r r 1 1 r 1 r

10 Ultrazvučni val frekvencija > 0 khz u medicini 1-0 MHz izvor: piezoelektrični kristal kristal u električnom polju titra frekvencijom promjenljivog polja E E 0 sin ωt t d d 0 sin ωt izvor ako je potaknut na titranje na stranama kristala induciran je promjenljiv napon F F 0 sin ωt t U U 0 sin ωt detektor debljina određena frekvencijom vala rezonantne pojave

11 Piezokristal emiter i detektor vod za signal zvučni izolator pozadina piezo-kristal sloj podešavanja debljina kristala je λ / postignuta rezonancija maksimalni intenzitet zvučnog vala sloj podešavanja debljina λ /4 maksimalan prijenos energije u tkivo usklađivanje impedancija Z sloj Z k xz t dodatni gel sloj uklanja zračne mjehuriće pulsne metode energija vala prenosi se pulsevima Puls dobro definirana količina energije oštrina granica pulsa osigurana slojem pozadina jako apsorbira impedancija jednaka impedanciji kristala- nema refleksije zvučni izolator sprječava širenje zvuka u drugim smjerovima usmjereni planarni val

12 SPL prostorna duljina pulsa nλ PD - trajanje pulsa n/ν PRF frekvencija repeticije frekvencija/mhz SPL /mm PD /µs,5 5,0 1,8 0,9 1, 0,6 1 W/cm 7,5 0,6 0,4 10,0 0,45 0,3 <> 0,3 W/cm duljina pulsa je do 3 λ zvučni snop nije prostorno homogen u energiji postoji raspodjela SPL se mijenja u tkivu veća apsorpcija viših frekvencija smanjuje moć razlučivanja s dubinom PRF - -3 khz mora biti dovoljno da prihvati sve jeke v/d D - dubina oslikavanja određuju rezoluciju metode

13 Aksialna i lateralna rezolucija rezolucija određena figuracijom zvučnog polja mijenja se s dubinom u tkivu rezolucija ograničena s λ za 3,5 MHz 0,86 mm aksialna resolucija udaljenost dviju ravnina okomito na snop oko λ lateralna rezolucija udaljenost dvije paralelne ravnine ovisi o širini snopa - oko 10 λ bolja rezolucija na kraćoj udaljenosti lošija reolucija dublje prodiranje viša frekvencija dulja Fresnelova zona bolja rezolucija jača apsorpcija! Z f a /λ

14 Transmisija ovisi o odnosu zvučnih otpora R A 0 1, 48x10 1, 48x , r 6 0 1, 48x10 1, 48x , 9988 zrak α υ α r Z 1 ρ 1 Z ρ T A 0 6 x1, 48x10 x , 48x , 0046 voda α t 6 4x1, 48x10 x430 6 ( 1, 48x ) t 0 0, 001

15 Refleksija i transmisija zakon refleksije: reflektirani kut upadni kut sin α 1 sinα zakon loma: v1 v koeficijenti refleksije i transmisije: r + t 1 r r ( ) Z1 Z ( Z + ) 0 1 Z za Z 1 Z maksimalna transmisija za Z 1 >> Z ili Z 1 << Z maksimalna refleksija t t 0 4Z ( Z + Z ) 1 1 Z

16 Raspršenje na krvnim zrncima σ s 4π k 9 4 a 6 Ge G G η e 3η η + η e udarni presjek raspršenja na čestici << od λ dimenzija krvnog zrnca oko 5 µm m < λ (1-0( MHz) oko 1500 µm G e 34.1x10-1 cm dyne -1 ; η e 1.09 gcm -3 a za plazmu G40.9x10-1 cm dyne -1 ; η 1.01 gcm -3 σ s 1,1 X 10-1 cm

17 Brzina i akustička impedancija brzina/ms -1 impedancija/kgm - s apsorpcijski 1 MHz /dbcm -1 voda ,48 x ,00009 zrak 343 0,0004 0,159 krv ,61 x ,003 miokard ,6 x ,040 mast ,38 x ,0069 jetra ,65 x ,016 bubreg ,6 x ,0104 kost ,0 x ,1496

18 Nivo intenziteta ne treba apsolutni intenzitet - odnos prema referentnom intenzitetu β 10log 0 jedinica decibel (db) Wm - 0 db je smanjenje intenziteta 100 puta

19 Atenuacija zračenja u tvari k 1 x 0 1 -dk dx d x k dx k 0 e kx d x 0 0 dx

20 Apsorpcija zvučnoga vala interakcijom zvučnog vala i tvari smanjuje se amplituda titranja: A A e αx 0 budući da je A to je : poludebljina apsorpcije x 1/ je određena s (x 1/ ) 0 / (x 1/ αx manja poludebljina - bolji apsorber 0 e x / 1 ln α

21 deja ultrazvučne dijagnostike energija UZ vala u biološkom tkivu gubi se zbog apsorpcije i raspršenja dio zbog refleksije na granici dva tkiva UZ slike nastaju tim reflektiranim zrakama od ravnih površina raspršenja zbog malih nehomogenosti u tkivu donose informacije mogu se detektirati promjene u elastičnim osobinama tkiva (posljedica bolesti) elastičnost tkiva vezivo tkivo veliki zvučni otpor krvna zrnca veliki otpor jasno vidljiva loše transparentni - recimo solidni tumori akustička sjena - jednostavna dijagnoza

22 Dopplerov efekt posljedica gibanja izvora ili detektora zvuka je prividna promjena frekvencije detektiranog zvuka da se efekt može uočiti mora brzina gibanja objekta biti manja od brzine zvučnog vala približavanje izvoru viša frekvencija vz + v f p fi vz udaljavanje od izvora niža frekvencija vz v f p fi vz istodobno približavanje v p vi f f0 v z p p

23 Ultrazvučna dijagnostika refleksija vala na granici dva različita sredstva snimaju se intenziteti povratnih valova u ovisnosti o vremenu povratka slika je raspored granica okomitih na upadni val pomicanje sonde - više paralelnih presjeka- istodobna uporaba više sondi snima cijelo tkivo

24 A, B i M prikaz A prikaz - intenzitet reflektiranog detektiranog vala prikazan je amplitudom B prikaz - intenzitet je prikazan sjajnošću točke; val većeg intenziteta je sjajnija točka na ekranu M prikaz - rabi se za crtanje pomičnih granica- posebno srca - kombinacija prostorne slike jeke i vremenski ovisnog grafičkog prikaza

25 intenzitet odbijenog vala ovisi o intenzitet odbijenog vala ovisi o Nastanak slike razlici impedancija A mplitudni prikaz veća razlika jače odbijanje vremenski razmak prispjelih signala proporcionalan udaljenosti ploha odbijanja u B-prikazu veći intenzitet sjajnija točka slabije razlučivanje siva skala bimodalni prikaz svaki pixel broj- jačina refleksije t jača veći broj dubina pixla utječe na kontrast slike B prikaz t

26 Dvodimenzionalne slike presjeci koje snimamo su ravnine okomite na val bilježimo B-modom prikaz: siva skala-ovisi o intenzitetu jeke granice različitih tkiva su bijele B-slika dubina ovisi o parametrima emitera slika ima toliko linija koliko je emiterskih jedinica u sondi - frame slika se obnavlja frame brzina ako je velika slika je u stvarnom vremenu

27

28 Real time istodobno snimanje s više nezavisnih snopova svaki širine 1-4 λ ovisno o mjernoj frekvenciji valna fronta jednake dimenzije u Fresnelovoj zoni površini transduktora duljina linija snimanja je dubina slike linearni transduktor- paralelne linije snimanja, velika apertura, nije za srce; sekvencionalno okidanje apertura veličina trensduktora ili broja sinhronih elemenata fazni snop - snima određeni sektor, gustoća linija se smanjuje s udaljenosti kompliciraniji prikaz, ali manji prozor frekvencije -10 MHz dubina slike osnovno određena atenuacijom

29

30 Mjerenje protjecanja

31 CW Doppler kontinuirano obasijavanje bilježi se promjena frekvencije reflektiranog vala gibanje određeno kao čujni signal Pulsni Doppler pulsni izvor omogućuje dubinu s koje dolazi pojedini pomak ograničenje frekventne analize na jeku u određenim vremenskim intervalima poslije odašiljanja pulsa gating ograničenje maksimalna dubina i maksimalni pomak određeni PRF

32