Kauno ECHO 2015 Ultragarso pagrindai

1. 2015.05.20
1
Ultragarsas
Fizikos pagrindai
Valdymas
Dr. Saulius Rutkauskas
Garsas
• Garsas yra mechaninė, išilginė
banga, keliaujanti tiesia linija
• Garsas keliauja terpe sukelia
dalelių poslinkius pačioje terpėje
• Garsas negali keliauti vakuumu
garsui reikia terpės !!!
Ultragarso prigimtis
• Dalelių poslinkiai yra toje pačioje
kryptyje kaip ir keliaujanti banga.
• Dalelių padėtis terpėje keičiasi,
kai banga keliauja per jas
lokalus poslinkis (B)
• Dalelės juda terpėje lokalus
spaudimo padidėjimas ir
sumažėjimas (D)
• Ultragarsas apibūdinamas dažniu
(C), kuris susijęs su bangos ilgiu -
λ
Bangų ilgis ir dažnis
• Dažnio vienetas – hercas (Hz)
▫ 1 Hz = 1 pilnas ciklas per 1 sekundę
• Girdimas garsas yra nuo 20 Hz iki 20 kHz
▫ Medicinoje naudojami dažniai nuo 2 iki 15MHz
Ultragarso greitis
• Skirtingi audiniai skirtingas
greitis
▫ Garso greitis priklauso nuo
audinio tankio ir spūdumo
(kompresijos) savybių
▫ Kuo didesnis tankis ir labiau
spūdus greitesnis bangos
greitis
Keitiklis

2. 2015.05.20
2
Keitiklis
• Piezoelektrinis efektas
▫ Piezoelektriniai kristaliai
vibruoja tam tikru dažniu,
priklausomai nuo suteiktos
įtampos.
Ultragarsinių bangų generavimas
• Keitiklis (jutiklis, daviklis) yra
prietaisas, kuris vienos rūšies
energiją keičia kita
▫ Ultragarso keitiklis - elektrinė
energija mechaninė vibracija
• Įtampos dažnis įtakoja vibracijos
dažnį
• Garso greitis elemente priklauso
iš ko pagamintas pats kristalas
Ultragarsinių bangų generavimas
• Piezoelektrinių elementų storis
sąlygoja efektyviausią vibracijos
dažnį
▫ Tai vadinama keitiklio
rezonansiniu dažniu
• Keičiant dažnį vienas keitiklis gali
pakeisti keletą keitiklių
• Plataus spektro keitiklis yra
efektyvesnis nei siauro, nes gali
veikti plačiame dažnių diapazone
Output – energijos atidavimas
UG bangos generavimas
Fokusavimas Ultragarsinių bangų grįžimas
• Grįžta atspindėtos garso bangos
• Pjezoelektriniai elementai
vibruoja elektriniai signalai
sustiprinimas, analizavimas ir
pateikimas ekrane
• Elektriniai signalai formuoja
“taškelius” ekrane
• Taškų ryškumas priklauso nuo
grįžtančios garso bangos
stiprumo

3. 2015.05.20
3
Pjūvio storis – 2D ir 3D Dažnis ir rezoliucija
• Dažnis įtakoja UG vaizdo KOKYBĘ
▫ Kuo didesnis dažnis, tuo geresnė rezoliucija
12 MHz keitiklis turi gerą rezoliuciją, bet blogai
penetruoja audinius
▫ Kuo mažesnis dažnis, tuo blogesnė rezoliucija
3 MHz keitiklis gerai penetruoja, bet prastesnės
rezoliucijos
Atspindėtas garsas (aidas)
• Stiprus atspindys balti taškeliai
▫ Hiperechogeniškas
▫ Diafragma, sausgyslės, kaulai
• Silpesnis atspindys pilki
taškeliai
▫ Izoechogeniškas
▫ Daugelis solidinių organų
• Nėra atspindžio juodi taškeliai
▫ Hipoechogeniškas arba
anechogeniškas
▫ Skystis, kraujas, šlapimas.
Artefaktai
Atspindėjimas - reflection
• Energijos perdavimas ir
atspindėjimas priklauso nuo
akustinio impedanso
• Jeigu dvi terpės turi vienodą
akustinį impedansą didžioji
dalis energijos pereis ribą
• Jeigu impedansas skiriasi
didžioji dalis energijos atsispindės
Atspindėjimas
• Kuo didesnis impedansas
didesnė UG dalis bus atspindėta
▫ Kaulas
▫ Oras
▫ Kalcifikuotos arterijos

4. 2015.05.20
4
Atspindėjimas - reverberation Lūžimas - retraction
• Veidrodinis atspindys nuo lygių
paviršių (A)
• Didžioji dalis atspindima nuo
netolygių paviršių (B) ar smulkių
struktūrų (C) spindulių
išsibarstymas
• Išsibarstymas mažiau grįš
informacijos
▫ Informacijos praradimas priklauso
nuo dažnio
Pvz., kraujagyslių sienelės būna
statmenos spinduliui
atspindima daug signalų
Tačiau, UG išbarstomas nuo
eritrocitų mažiau grįžta
informacijos
Lūžimas
• Atspindėta garso amplitudė
skiriasi nuo išsiųstos
▫ Jeigu spindulys yra lygiagretus
paviršiui, atspindėtos bangos
keliaus tuo pačiu keliu
▫ Jeigu spindulys sąveikauja su
paviršiumi mažesniu nei 90°, tai
atspindėtos bangos nukeliaus
kitur.
Lūžimas
• Refrakcija keičia spindulio eigą
artefaktai
▫ Kai registruojami grįžtantys
signalai atneša klaidingą
informaciją apie struktūrų
išsidėstymą
▫ Tai svarbu esant dideliems garso
greičio pokyčiams tarp terpių,
pvz., gimdos ir amniono skysčių
arba atliekant TKD tyrimus
Šoninio spindulio artefaktas Krašto artefaktai

5. 2015.05.20
5
Veidrodiniai artefaktai Nusilpimas - attenuation
• UG spindulio energijos praradimas keliaujant per
audinius
• Kuo labiau audinys sugeria UG energiją, tuo mažiau
jos grįžta arba mažesnė penetracija
• Nusilpimą sukelia:
▫ sugėrimas (absorbtion)
▫ išsibarstymas (scattering)
▫ atspindys (reflekcija)
▫ spindulio išsibarstymas (divergencija)
Vaizdo triukšmas
• Stiprio (gain) nustatymai
▫ Įtakojami tik gaunami signalai
▫ Neįtakoja UG jėgos
• Didinant stiprį vaizdas
šviesesnis
• Mažinant stiprį tamsesnis
Aparatūra
Tyrimo atlikimas
1. Pacientas
2. Keitiklis
3. Tyrimo būdas
4. Skvarbumo pasirinkimas
5. Sustabdymas
6. Matavimas
7. Vaizdo išsaugojimas
8. Tyrimo pabaiga
Dėkoju už dėmesį