Ειςαγωγι ςτισ φυςικζσ αρχζσ τθσ Υπερθχογραφίασ

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι Ο Rayeligh δθμοςιεφει το «Theory of sound 1870 Lord Rayleigh (1842-1919) Nobel Φυςικισ 1904 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι Ο Curie ανακαλφπτει το «Πιεηοθλεκτρικό φαινόμενο 1880 Pierre Curie (1859-1906) Nobel Φυςικισ 1903 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι Ο Langevin ανακαλφπτει το υδρόφωνο (sonar) που βρίςκει εφαρμογζσ ςτον εντοπιςμό υποβρυχίων ςτθν διάρκεια του πρϊτου παγκοςμίου πολζμου. 1917 Paul Langevin (1872-1946) Nobel Φυςικισ 1903 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι Πρϊτθ κλινικι χριςθ ςτον εντοπιςμό όγκων. (Karl Dussik, Friederich Dussik) 1942 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι Α-mode ultrasonic locator (General Precision Laboratories) 1950 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι 2D sonogram (Douglass Howry) 1952 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι B- mode (Wright-Meyerdirk ) 1963 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι Υπερθχογραφία ςε πραγματικό χρόνο (Vidoson- Siemens) 1965 1900 1925 1950 1975 2000

Σφντομθ ιςτορικι αναδρομι 1970-ςιμερα 1900 1925 1950 1975 2000

Υπζρ --------------------ιχοσ Συχνότθτα μεγαλφτερθ των 20 khz (Στισ ιατρικζσ εφαρμογζσ MHz) Κφμα = Διάδοςθ μθχανικϊν ταλαντϊςεων ςε ζνα μζςο

Υπόθχοι Ιχοι Υπζρθχοι 20 Hz 20 khz

Είδθ κυμάτων εγκάρςια διαμικθ (υπερθχογραφία)

Χαρακτθριςτικά κφματοσ, μζςου Συχνότθτα: ν (Hz) Περίοδοσ : Τ (s) Μικοσ κφματοσ: λ (m) Ταχφτθτα: c (m/s) Ενταςθ: Λ (Watt/m 2 ) Ακουςτικι Εμπζδθςθ: Η (Kgr/m 2 s =rayl)

Τ, λ, ν, c T= χρόνοσ 3 χρόνοσ 1 ν = 1/Τ c = λ/τ = λν

Ταχφτθτα κφματοσ Μθχανικό μοντζλο διάδοςθσ υπεριχων ςτουσ ιςτοφσ C = [k/ρ ο ] 1/2 k = μζτρο ελαςτικότθτασ ρ ο = πυκνότθτα θρεμίασ

Ταχφτθτα ιχου (20-25 0 C) Υλικό C (m/s) Νερό 1484 Αλουμίνιο 6420 Αζρασ 343 Plexiglas 2670 Αίμα 1550 Μυοκάρδιο 1550 Λίποσ 1450 Ιπαρ 1570 Νεφρόσ 1560 Κρανιακό οςτό 3360 Στο ανκρϊπινο ςϊμα θ ταχφτθτα του ιχου είναι ςχεδόν ςτακερι

Ακουςτικι Εμπζδθςθ Η = ρ 0 c = *ρ 0 κ+ 1/2 Χαρακτθρίηει τθν πίεςθ του ιχου κακϊσ διαδίδεται. Είναι ανάλογθ με τθν ελαςτικότθτα του μζςου Είναι ανάλογθ με τθν πυκνότθτα του μζςου

Ταχφτθτα και εμπζδθςθ ιχου (20-25 0 C) Υλικό C (m/s) Ζ (10-6 rayls) Νερό 1484 1.48 Αλουμίνιο 6420 17.00 Αζρασ 343 0.0004 Plexiglas 2670 3.20 Αίμα 1550 1.61 Μυοκάρδιο 1550 1.62 Λίποσ 1450 1.38 Ιπαρ 1570 1.65 Νεφρόσ 1560 1.62 Κρανιακό οςτό 3360 6.00

Ανάκλαςθ- Διάκλαςθ - Μετάδοςθ Η1<Η2 Η1>Η2

Ανάκλαςθ Ανακλαστική Διεπιφάνεια Ποσοστιαία Ανάκλαση(%) Μαλακοί ιςτοί Νερό 0,25 Λίποσ Νεφρά 0,64 Μφεσ Αίμα 0,74 Λίποσ Μφεσ 1,08 Οςτά Μφεσ 46,00 Οςτά Λίποσ 47,60 Μαλακοί ιςτοί ΚρφςταλλοσPZT 5 79,20 Μαλακοί ιςτοί Αζρασ 99,20 Οι πνεφμονεσ και ζντερα με αζρα δεν μποροφν να απεικονιςτοφν. Χριςθ gel ςτουσ υπζρθχουσ

Σκζδαςθ Rayleigh Όταν το υπερθχθτικό κφμα ςυναντιςει επιφάνειεσ ςυγκρίςιμεσ με το μικοσ κφματοσ ςκεδάηεται ςε όλεσ τισ κατευκφνςεισ. (π.χ. ερυκρά αιμοςφαίρια) Συμβάλλει ςτθν απεικόνιςθ τθσ εςωτερικισ υφισ (παρζγχυμα) των ανατομικϊν δομϊν και ςτο Doppler.

Σκζδαςθ Rayleigh Λ S ~ r 6 ν 4 Λs: ζνταςθ ςκεδαηόμενου κφματοσ r: ακτίνα ςωματιδίου ι ανομοιογζνειασ ν: ςυχνότθτα ιχου Μεγαλφτερθ ςυχνότθτα -> μεγαλφτερθ διακριτικι ικανότθτα Μεγαλφτερθ ςυχνότθτα -> μεγαλφτερθ εξαςκζνιςθ

H ςκζδαςθ Rayleigh είναι υπεφκυνθ για τα κόκκινα θλιοβαςιλζματα

Απορρόφθςθ Μετατροπι τθσ θχθτικισ ενζργειασ ςε κερμότθτα Λ(χ)=Λ 0 exp[ exp[-α A x] I: ζνταςθ ιχου, α Α : ςυντελεςτισ απορρόφθςθσ Αυξάνει με τθν ςυχνότθτα και το ιξϊδεσ. Βρίςκει εφαρμογι ςτθ κεραπευτικι υπερθχογραφία

Εξαςκζνιςθ Μείωςθ τθσ ενζργειασ τθσ δζςμθσ των υπεριχων λόγω ςκζδαςθσ, και απορρόφθςθσ από τουσ ιςτοφσ του ανκρϊπινου ςϊματοσ. Αυξάνεται εκκετικά με τθν απόςταςθ Κατά μζςο όρο για κάκε 1 MHz, υπάρχει 1 db/cm απϊλεια, δθλαδι ςτα 3.5 MHz θ εξαςκζνιςθ ςτα 2 cm ιςτοφ είναι 7 db. (db = 10 log(i 2 /I 1 )

T.G.C. ( Time Gain Control) Αντιςτακμιηόμενθ ενίςχυςθ

T.G.C. ( Time Gain Control)

Το φαινόμενο Doppler

Το φαινόμενο Doppler ταχφτθτα = Δν c / (2 ν ςυν(κ )) Δν = διαφορά ςυχνότθτασ C = ταχφτθτα του ιχου ν = ςυχνότθτα ειςερχόμενου ιχου Κ = γωνία πρόςπτωςθσ

Το πιεηοθλεκτρικό φαινόμενο

Για τθν εκπομπι και ανίχνευςθ θχθτικϊν κυμάτων με πιεηοθλεκτρικό φαινόμενο χρθςιμοποιείται το κράμα Τιτανίου- Ηιρκονίου- Μολφβδου-PZΤ Θχοβολζασ

Το αποςβεςτικό υλικό βάςθσ ζχει τθν ίδια εμπζδθςθ με το PZT ϊςτε να ςυντομεφει το χρόνο ταλάντωςθσ και να απορροφά τα εςωτερικά ανακλϊμενα κφματα.

Θχοβολείσ μθχανικισ ςάρωςθσ Μονοκρφςταλλοσ μθχανικόσ Πολυκρφςταλλοσ μθχανικόσ

Διατάξεισ θλεκτρονικισ ςάρωςθσ (α) Διατάξεισ δακτυλίων (β) Γραμμικζσ διατάξεισ και διατάξεισ φάςθσ (γ) Κυρτζσ διατάξεισ

Γραμμικι διάταξθ Κυρτιδιάταξθ Διάταξθ φάςθσ

Διατάξεισ φάςθσ - Phased arrays

Είδθ θχοβολζων

Θ θχθτικι δζςμθ Άπω ηϊνθ (Fraunhofer zone) Εγγφσ ηϊνθ (Fresnel zone)

Θ θχθτικι δζςμθ

A-mode (Amplitude mode) Διαμόρφωςθ πλάτουσ Βαςικζσ αρχζσ: Απεικόνιςθ υπό μορφι επαρμάτων (κορυφϊν) Το πλάτοσ (φψοσ) μειϊνεται ςε ςυνάρτθςθ με το βάκοσ Ακριβισ μζτρθςθ απόςταςθσ Σπάνια χρθςιμοποιείται ςιμερα

Β-mode (Brightness mode) Διαμόρφωςθ φωτεινότθτασ Βαςικζσ αρχζσ: Απεικόνιςθ ςε κλίμακα του γκρίηου Χριςθ TGC Δυνατότθτα επζμβαςθσ ςτθν ποιότθτα τθσ εικόνασ

Μ- & ΤΜ-mode (Motion mode) Διαμόρφωςθ κίνθςθσ Βαςικζσ αρχζσ: Ανίχνευςθ κίνθςθσ Απεικόνιςθ ςε ςυνάρτθςθ με το χρόνο

Υπερθχογραφία Doppler Βαςίηεται ςτο φαινόμενο Doppler. Χρθςιμοποιείται για τον ζλεγχο και τθν αξιολόγθςθ τθσ ροισ υγρϊν ςτο ανκρϊπινο ςϊμα (ταχφτθτα και διεφκυνςθ ροισ). Doppler κεφαλισ εμβρφου

Είδθ Doppler Συνεχζσ (Continuous Doppler) Απλι μορφι. Δεν μπορεί να ξεχωρίςει το βάκοσ. Παλμικό Παλμικό (Pulsed Doppler) Ζνασ νζοσ παλμόσ εκπζμπεται όταν οι ανακλάςεισ από τον προθγοφμενο ζχουν ελαττωκεί ςθμαντικά. Ζγχρωμο (Color Doppler) Κωδικοποίθςθ τθσ μετατόπιςθσ ςυχνότθτασ με χρωματικό κϊδικα και απεικόνιςθ πραγματικοφ χρόνου (real time) επί τθσ εικόνασ U/S

Τριςδιάςτατθ απεικόνιςθ