Wprowadzenie. Podstawy obrazowania USG. Dlaczego ultrasonografia? Zakres poruszanych zagadnień. wykład



Podobne dokumenty
AUS Aparatura Ultrasonograficzna Wykład 2 jednostki. Lech Padee

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z BIO-

AUS: OBRAZOWANIE HARMONICZNE. Głowice szerokopasmowe. Rosnące zniekształcenie fali. Obrazowanie harmoniczne

Badanie USG - diagnostyka prenatalna

2. Przetworniki ultradźwiękowe.

Zastosowanie ultradźwięków w technikach multimedialnych

Praktyczne aspekty ultrasonografii jamy brzusznej u małych zwierząt

w diagnostyce medycznej III

Przedmiot zamówienia: Aparat USG z kolorowym Dopplerem oraz głowicami convexową, liniową, sektorową i endovaginalną

Formularz TAK TAK TAK TAK TAK/NIE TAK/NIE

Sonochemia. Dźwięk. Fale dźwiękowe należą do fal mechanicznych, sprężystych. Fale poprzeczne i podłużne. Ciało stałe (sprężystość postaci)

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

ZESTAWIENIE WYMAGANYCH PARAMETRÓW TECHNICZNYCH I UŻYTKOWYCH. Echokardiograf. Lp. Opis parametru Warunek graniczny

Podstawy Ultrasonografii dla studentów cz.i teoretyczna

ZADANIE NR 1 APARAT USG Liczba sztuk 1 sztuka Producent: Kraj pochodzenia:.. Oferowany model:.. Rok produkcji min :...

Fizyczne podstawy stosowania ultradźwięków w medycynie. Ultrasonografia.

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozpowszechniania)

PARAMETRY TECHNICZNE PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA. Ultrasonograf weterynaryjny

Czy zamawiający dopuści do przetargu wysokiej klasy aparat renomowanego producenta o maksymalnej dynamice systemu do 255dB?

Lp. wymagane. 1. Nazwa producenta podać. 2. Model/ Typ aparatu podać. 3. Kraj pochodzenia podać

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera

System ultrasonograficzny ACUSON Antares

Defektoskop ultradźwiękowy

( F ) I. Zagadnienia. II. Zadania

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Efekt Dopplera. dr inż. Romuald Kędzierski

Podpis osoby upoważnionej do złożenia oferty

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Fizyczne podstawy stosowania ultradźwięków w medycynie. Ultrasonografia.

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA Ultrasonograf z trzema głowicami oraz kolorowym Dopplerem

SPECYFIKACJA TECHNICZNA. aparatu usg

Lp. Parametry techniczne Wartość oferowana (Wykonawca wypełnia poprzez podanie parametru lub wpisanie TAK lub NIE)

Polaryzacja anteny. Polaryzacja pionowa V - linie sił pola. pionowe czyli prostopadłe do powierzchni ziemi.

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozpowszechniania)

Technika ultradźwiękowa w diagnostyce medycznej IV

Nowa definicja systemu Dopplera kolorowego z konsolą

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

Konstrukcja. II Obrazowanie i prezentacja obrazu. załącznik nr 1. Wymagane Parametry Techniczne aparatu USG

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Badanie ultradźwiękowe grubości elementów metalowych defektoskopem ultradźwiękowym

Laboratorium Techniki ultradźwiękowej w diagnostyce medycznej. Ćwiczenie 3. Ultrasonograf

Zał 3 Opis przedmiotu zamówienia / tabela techniczna

Podstawy obrazowania USG część 1 Monika Jędrzejewska, Piotr Jankowski, Bartosz Węckowski

Fale akustyczne. Jako lokalne zaburzenie gęstości lub ciśnienia w ośrodkach posiadających gęstość i sprężystość. ciśnienie atmosferyczne

Przykładowe poziomy natężenia dźwięków występujących w środowisku człowieka: 0 db - próg słyszalności 10 db - szept 35 db - cicha muzyka 45 db -

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń. Przedmowa 15. Wprowadzenie Ruch falowy w ośrodku płynnym Pola akustyczne źródeł rzeczywistych

Załącznik nr 10 do SIWZ (wypełnić jeśli dotyczy Pakietu 5)

Widmo fal elektromagnetycznych

Krzysztof Łapsa Wyznaczenie prędkości fal ultradźwiękowych metodami interferencyjnymi

FORMULARZ OFERTY. Nazwa Wykonawcy:... Adres:...

Biofizyka, Położnictwo 2017/18, W

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla kierunku Elektroradiologia w roku akademickim 2016/2017.

3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Poznań, dnia 19/10/2018 roku Oznaczenie sprawy: PN 24/18 Dz.Z.P.24/124/18

ZESTAWIENIE PARAMETRÓW TECHNICZNYCH SPECYFIKACJA TECHNICZNA APARATU USG

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

LABORATORIUM ULTRADŹWIĘKOWEJ APARATURY POMIAROWEJ I DIAGNOSTYCZNEJ EAK II st. Ćwiczenie nr 1

Ultrasonograf. Specyfikacja techniczna aparatu ultrasonograficznego. Wypełnia Dostawca. podać. Producent. podać. Model/Typ. podać.

Załącznik nr 1 do zapytania ofertowego nr 1/2018 Opis przedmiotu zamówienia w formie listy kontrolnej Lista kontrolna - Wymagane Parametry Techniczne

Falowa natura światła

Dotyczy: postępowania o zamówienie publiczne w trybie przetargu nieograniczonego na dostawę sprzętu i aparatury medycznej.

Ultradźwięki. Literatura: A. Śliwiński, Ultradźwięki i ich zastosowania, WNT, Warszawa 2003 Notatki z wykładów (prezentacje)

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

konkurencyjności ofert. Odpowiedź: Nie. Zamawiający pozostawia zapisy SIWZ bez zmian w tym zakresie.

4. Dopuszczalne natężenie fal ultradźwiękowych w tkance Tarcie między cząsteczkowe i akumulacja energii przez cząsteczki może doprowadzić do

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

Fale dźwiękowe - ich właściwości i klasyfikacja ze względu na ich częstotliwość. dr inż. Romuald Kędzierski

Legnica, dnia 4 lipca 2008 r. WSzSL/FAZ/ /08. Do wszystkich zainteresowanych

MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU Z PODSTAW ZASTOSOWAŃ ULTRADŹWIĘKÓW W MEDYCYNIE (wyłącznie do celów dydaktycznych zakaz rozpowszechniania)

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Systemy i Sieci Radiowe

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

Specyfikacja techniczna

Załącznik nr 2 do SIWZ

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych z Biofizyki dla kierunku elektroradiologia w roku akademickim 2017/2018.

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA I PARAMETRÓW WYMAGANYCH

DRGANIA W BUDOWNICTWIE. POMIARY ORAZ OKREŚLANIE WPŁYWU DRGAŃ NA OBIEKTY I LUDZI - PRZYKŁADY

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Ponadto, jeśli fala charakteryzuje się sferycznym czołem falowym, powyższy wzór można zapisać w następujący sposób:

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Ultrasonograf. Specyfikacja techniczna aparatu ultrasonograficznego. Wypełnia Dostawca. podać. Producent. podać. Model/Typ. podać.

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

Opis przedmiotu zamówienia - Parametry techniczne

Modelowanie wektora magnetycznego serca na podstawie jonowych prądów komórkowych

Opis przedmiotu zamówienia i wymagania techniczne

Fale w przyrodzie - dźwięk

PRZEDMIOT ZAMÓWIENIA WYMAGANIA GRANICZNE DLA APARATU ULTRASONOGRAFICZNEGO DLA PORADNI UROLOGICZNEJ

12.Opowiedz o doświadczeniach, które sam(sama) wykonywałeś(aś) w domu. Takie pytanie jak powyższe powinno się znaleźć w każdym zestawie.

PL B1. Sposób badania przyczepności materiałów do podłoża i układ do badania przyczepności materiałów do podłoża

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Analiza sygnałów biologicznych

Temat ćwiczenia. Pomiary drgań

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Impedancja akustyczna, czyli o odbiciu fal podłużnych

USG_-przetarg nieograniczony Załącznik nr 2 Wymagane Parametry Techniczne

Transkrypt:

Wprowadzenie Podstawy obrazowania USG wykład Cel: poznanie róŝnych metod obrazowania narządów i struktur wewnętrznych metodą ultrasonograficzną Zagadnienia istotne: proces generacji, propagacji i odbioru fal ultradźwiękowych (podstawy fizyczne) metody obrazowania, sprzęt uŝyteczność, potencjał ultrasonografii Dlaczego ultrasonografia? Podstawowe zalety: róŝnorodność informacji: obrazowanie w czasie rzeczywistym, pomiary morfologiczne i fizjologiczne elastyczność zastosowań niskie koszty wykorzystanie bezpiecznego nośnika informacji (niejonizującego) Zakres poruszanych zagadnień Diagnostyka dla kaŝdego Skąd się bierze obraz Co moŝna, a czego nie Serce ultrasonografii Co moŝna zobaczyć i jak Sprzętowy zawrót głowy

Ultrasonografia Początki Rys historyczny Zalety i ograniczenia Porównanie z innymi modalnościami Trendy rozwojowe Przykłady uŝytecznych zastosowań 1880, efekt piezoelektryczny 1948 początek badań nad medyczną USG Jezioro Genewskie, 1822, Daniel Colladen, szwajcarski inŝynier i Charles-Francois Sturm, matematyk wyznaczają prędkość rozchodzenia się dźwięku w wodzie Pionierskie systemy 3W Potencjał współczesnego USG Skaner do badań 3D, 1973 rok Skaner do badań 3D, połowa lat osiemdziesiątych Nerka in vitro Niedomykalność zastawki mitralnej

Przykłady kliniczne porównanie zastawki mitralnej Telemedyczna stacja ultrasonografii 3D Ultrasonografia 2D Tkanka rzeczywista Ultrasonografia 3D MV LA AV LV MV TUFTS, NEMC Obszary odosobnione (wyspy), znajdujące się w stanach klęski Ŝywiołowej itp Widok z lewego przedsionka do lewej komory Urządzenie: lekki, przenośny aparat 3D USG z łączami telekomunikacyjnymi Przetrzenne badania ultrasonograficzne Nowości głowice ultradźwiękowe 20MHz (1W i 2W) 60 % wzrost skuteczności diagnozy płodowych wad rozwojowych badania 2D i kolorowy doppler szybka ocena funkcji i morfologii lewej komory, zastawek moŝliwość podjęcia natychmiastowych działań terapeutycznych matryca 2W przenośny, podręczny aparacik doskonalone USG 3W

Natura fal ultradźwiękowych Fala mechaniczna, podstawy propagacji Wytwarzanie kryształy i zjawisko piezoelektryczne Nie(szkodliwość) Głównym ograniczeniem jakości obrazowania ultrasonograficznego jest obecnie sama fala ultradźwiękowa, jej właściwości fizyczne i prawa propagacji Fala mechaniczna - rozchodzące się zaburzenie ośrodka zagęszczenia materii Fala akustyczna w ośrodku spręŝystym X t Wymaga elastycznego ośrodka, który moŝe ulegać deformacji Cząsteczki ośrodka drgają wokół swego stanu równowagi i w ten sposób przekazują energię (fala podłuŝna, czasami poprzeczna) Fale ultradźwiękowe ulegają odbiciu, załamaniu, rozproszeniu i absorpcji Prędkość, oporność akustyczna Prędkość rozchodzenia się ultradźwięków (w tkance miękkiej około 1540 m/s): ε c = ρ ρ - gęstość, ε - moduł ściśliwości objętościowej (spręŝystości, Younga) Impedancja akustyczna charakteryzująca ośrodek: Z = ρ c = ε ρ Ośrodek Powietrze Woda (20 0 C) Rtęć Tkanki miękkie Tkanka tłuszczowa Wątroba Mięśnie wzdłuŝnie Mięśnie poprzecz. Mózg Śledziona Krew Kość Płuca Soczewka oka Ciało szkliste Ciało wodniste Kwarc Tytanian baru Olej mineralny Moduł SpręŜystości [kg/m/s 2 x10-9 ] 0,0000134 2,19 28,5 2,51 2,0 2,54 2,74 2,80 2,40 2,59 2,47 32,0 0,169 3,03 2,31 2,25 88,0 107,0 2,1 Gęstość Prędkość [kg/m 3 ] [m/s] 1,2 330 1 000 1 480 13 600 1 450 1 060 1 540 952 1 450 1 060 1 550 1 080 1 592 1 080 1 610 994 1 550 1 045 1 578 1 057 1 057 1 912 4 080 400 650 1 142 1 620 1 000 1 520 1 000 1 500 2 650 5 750 5 400 4 460 969 1 477 Propagacja fal ultradźwiękowych Impedancja akustyczna- [kg/m 2 /sx10-6 ] 0,0004 1,48 20,0 1,63 1,38 1,64 1,70 1,74 1,55 1,64 1,62 7,8 0,26 1,85 1,52 1,50 15,2 24,0 1,43 Niewielki wpływ temperatury: dla wody wzrost temperatury od 20 0 C do 37 0 C powoduje wzrost prędkości propagacji z 1480 do 1570 m/s Dyspersja prędkości jest mniejsza od 1% w zakresie częstotliwości od 1MHz do 20MHz

Co widzimy (mierzymy)? Obraz USG uwidacznia zróŝnicowanie impedancji akustycznej ośrodka propagacji fali ultradźwiękowej Dodatkowo, wykorzystanie zjawiska Dopplera pozwala rejestrować (obrazować) przepływ krwi w sercu, naczyniach, jamach, ujściach Podstawowe źródła informacji Istotne rodzaje informacji: zmiany w amplitudzie impulsu fali generowanej (charakter struktury odbijającej) czas pomiędzy nadaniem a odbiorem impulsu (relacje odległościowe) zmiana częstotliwości fali odbieranej w stosunku do nadawanej (prędkość przepływu krwi) Przeszkody w zbieraniu informacji (ograniczenia w zastosowaniu): gazy i kości Zjawisko odbicia Fala ultradźwiękowa pada prostopadle na granice dwóch ośrodków o opornościach akustycznych Z 1 i Z 2. Wtedy: I R = I r o Z = Z R - współczynnik odbicia (część energii, która ulega odbiciu), I o - natęŝenie fali padającej, I r - natęŝenie fali odbitej 1 1 + Z Z 2 2 2 Powstawanie obrazu odbiciowego I 0 Ośrodek I t 1-2 I 1 I2 Z 3 Z 4 I t 2-3 Przetwornik Z 1 Z 2 I r 2-1 I r 3-2, t 2-1 I r 3-2 I 3 It 3-4 x Granica ośrodków Tkanka miękka Powietrze Tkanka miękka Płuca Tkanka miękka Kość Ciało wodniste oka Soczewka oka Tkanka tłuszczowa Wątroba Tkanka miękka Tkanka tłuszczowa Tkanka miękka Mięśnie Olej mineralny Tkanka miękka R 0,9989 0,52 0,43 0,011 0,0079 0,0069 0,0004 0,0043 Współczynnik odbicia na granicy ośrodków Współczynnik transmisji T = 1 - R R rośnie wraz ze wzrostem kąta odchylenia od kierunku normalnego, aŝ do kąta całkowitego odbicia (granicznego) I p I r 2-1 Ir 3-2, t 2-1 I r 4-3, t3-2, t 2-1 t 1 =2x 1 /c 1 t 2 =t 1 +2x 2 /c 2 t 3 Powstawanie obrazu ultradźwiękowego granic obszarów o róŝnej impedancji. t

Rozpraszanie Rozpraszanie: ośrodek o innej impedancji akustycznej ma wymiary porównywalne z długością fali akustycznej lub mniejsze Rozpraszanie Tyndalla rozpraszanie na niejednorodnościach porównywalnych z długością fali, gdzie współczynnik rozpraszania α T = k T f 2 Rozpraszanie Reileigh a rozpraszanie na niejednorodnościach o rozmiarach znacznie mniejszych od długości fali, gdzie α R = k R f 4 Wiele zmian patologicznych ma budowę strukturalną róŝną od tkanek prawidłowych Wykorzystanie w badaniu dopplerowskim Absorbcja Cześć energii ruchu falowego jest bezpowrotnie tracona wskutek tarcia wewnętrznego, przewodnictwa cieplnego i zjawisk molekularnych Amplituda drgań cząsteczek maleje wykładniczo wraz z odległością (prawo absorpcji): α - współczynnik absorpcji I = I o e αx W tkankach miękkich absorpcja jest w przybliŝeniu proporcjonalna do częstotliwości, podczas gdy w kościach jest kwadratową funkcją częstotliwości Tkanka Krew Tkanka tłuszczowa Nerka Mięsień (wzdłuŝ włókien) Mięsień (poprzecznie do włókien) Mózg Wątroba Płuca Czaszka Soczewka oka Ciało wodniste Ciało szkliste Woda Olej mineralny Polimetakrylan metylu (plexi) Osłabianie fali w róŝnych rodzajach Osłabianie [db/cm] tkanek 0,18 0,6 1,0 1,2 3,3 0,85 0,9 40,0 20,0 2,0 0,022 0,13 0,0022 0,95 2,0 Osłabienie jest wynikiem absorpcji oraz rozbieŝności i rozpraszania wiązki I = I o e gdzie µ x µ = α + u K u db 100 50 Regulacja wzmocnienia toru (korekcja zjawiska osłabiania) 7,5 MHz 5 MHz 3,5 MHz 0,1 0,2 0,3 t ms 5 10 15 20 25 X cm Przebieg wzmocnienia toru USG w funkcji czasu dla róŝnych częstotliwości fali

7,5 MHz 10 MHz 100 MHz Częstotliwość głowicyrozdzielczość badania Większość badań ultrasonograficznych prowadzi się w zakresie częstotliwości od 50kHz do 100MHz: Częstotliwość 50 khz 500 khz 2,25 MHz 3,5 MHz 5,0 MHz Długość fali 30,8 mm 3,08 mm 684 µm 440 µm 308 µm 205 µm 154 µm 15,4 µm Zakres częstotliwości 50kHz 600kHz 200kHz 5MHz 2MHz 10MHz 20MHz 100MHz Rodzaj badania Badania kości (diagnostyka osteoporozy) Badania przepływów Obrazowanie tkanek wewnętrznych Obrazowanie skóry (operacje plastyczne), badanie oka Większa częstotliwość badania, to potencjalnie większa zdolność rozdzielcza systemu obrazowania Rozdzielczość czasowa: przy głębokości obrazowania 25cm czas odsłuchu jednej linii wyniesie t lin = 2x / c = 0,5m / 1540 m/s = 0,325ms Szkodliwość? T [ o C] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Dorośli Rodzaj badania Kończyny i naczynia obwodowe Kardiologiczne Brzuszne, neurologiczne Oftalmologiczne Dzieci i dzieci nienarodzone Normy FDA (USA) I SPPA (sz) [W/cm 2 ] 350 350 350 110 2 4 6 8 10 12 14 16 18 x [cm] Przyrost temperatury wzdłuŝ osi wiązki 350 I SPTA (śr) [mw/cm 2 ] 1500 730 180 68 Bezpieczne natęŝenie fali ultradźwiękowej I SPTA to 100mW/cm 2, a moŝe nawet 1 W/cm 2 Ostatnio wzmiankowano jednak występowanie efektów kawitacyjnych przy tych natęŝeniach, moŝna się zatem spodziewać obniŝenia dopuszczalnych natęŝeń fali ultradźwiękowej w niedługim czasie 180 Przetworniki, głowice Przetwornik piezoelekryczy Prosta głowica Ogniskowanie wiązki Parametry głowic Nowoczesne głowice Przetworniki ultradźwiękowe Materiał: kryształy zawierające w sieci krystalicznej dipole elektryczne z własnościami piezoelektrycznymi (kwarc, materiały ceramiczne - tytanian baru, cyrkonian ołowiu itp.) Po deformacji mechanicznej kryształu zaburzona zostaje przestrzenna gęstość ładunku i na powierzchni kryształu pojawia się ładunek elektryczny Efekt piezoelektryczny w krysztale kwarcu SiO 2 : a - kryształ w równowadze, b kryształ ściskany, c kryształ rozciągany

Głowica Drgania przetwornika U(t) Impuls pobudzający U(t) i drgania przetwornika X(t) X(t) U(t) Kryształ piezoelektryczny ma kształt walca o grubości x=0,64mm, stanowi rezonator półfalowy - drganie rezonansowe o długości fali λ = 2x= 1,28 mm m 4460 c Kryształ z tytanianu baru (c=4460m/s), wtedy: f = = s = 3, 5MHz λ 1,28mm 70ns X(t) t 150ns duŝa dobroć mała dobroć Pole bliskie i dalekie ogniskowanie wiązki d Pole bliskie(interferencje) r N r = 2 d λ Pole dalekie r F Zdolność rozdzielcza - osiowa Osiowa zdolność rozdzielcza: rozróŝnienie dwóch punktów leŝących w osi wiązki (odwrotność najmniejszej odległości dwóch punktów widzianych jeszcze oddzielnie) ZaleŜy od szerokości impulsu ultradźwiękowego (tj. częstotliwości pracy przetwornika, czyli długość emitowanej fali) zastosowanie soczewek akustycznych

Zdolność rozdzielcza - boczna Systemy ogniskowania Boczna zdolność rozdzielcza: rozróŝnienie dwóch punktów leŝących w równej odległości osiowej od przetwornika, lecz usytuowanych w róŝnych kierunkach. ZaleŜy od szerokości wiązki ultradźwiękowej (minimalna w rejonie ogniska wiązki) Współczesne aparaty uzyskują osiową zdolność rozdzielczą rzędu 0,8 1,5 λ boczną zdolność rozdzielczą 5 15 λ Producenci głowic pierścieniowych twierdzą, Ŝe obie zdolności rozdzielcze są bliskie 0.5 λ Wykorzystanie linii opóźniających Szumy - spekle Źródła szumów: głowica (charakterystyka pracy przetwornika, stabilność generatora impulsów itd.) elektronika wzmacniaczy sygnału z głowicy otoczenie, w którym pracuje aparat (zakłócenia elektromagnetyczne)

Rodzaje głowic Kształt: 15obr/min liniowa konweksowa sektorowa 0.5 mm/s pierścieniowa wewnątrznaczyniowa intro-waginalna i intro rektalna Sterowanie: konwencjonalne odchylanie fazowe (liniowe) cyfrowe dynamiczne ogniskowanie Głowice szerokopasmowe szerokie pasmo folia piezoelektryczna PVDF fluorek poliwinylidenu (PVF 2 ) krótsze impulsy poprawa rozdzielczości osiowej mniejsze interferencje w polu bliskim większa sprawność głowicy moŝliwość pracy z harmonicznymi Głowice 3W Składanie obrazu Głowice obrotowe i wychyłowe Z wolnej ręki * Matryca 2D

Metody obrazowania Rodzaje prezentacji Jakość obrazów, artefakty Metody poprawy jakości obrazów Rodzaje prezentacji w badaniach USG Mod A Mod M Mod B (n*b) Mod D (Doppler) 1W (ciągły) Doppler 2W (cyfrowy, kolorowy) Power Doppler Mod mieszany (B+D, M+B) Przestrzenne 3W (powierzchnia lub objętość) Mod A Prezentacje projekcja typu M Szkic usytuowania sondy i obiektu przy prezentacji A sygnał odbierany Typowy sygnał dla prezentacji A odległość Ruch wybranej struktury, w kierunku której jest skierowana wąska wiązka ultradźwięków (stałe połoŝenie głowicy podczas wykonywania zapisu)

Projekcja typu B Badanie Dopplerowskie (1W, 2W, Power) f r = v f 0 (1 2 cos ϕ ) c f 0 -częstotliwość nadawana, f r -częstotliwość rozproszona v - wektor prędkości ruchu ośrodka rozpraszającego c - wektor prędkości propagacji fali Przykład: ϕ - kąt między v i c v sk = 50cm/s f d sk = 1600Hz Stosowane skale barwne: róŝne odcienie czerwieni dla krwi przepływającej w kierunku sondy i róŝne odcienie koloru niebieskiego dla krwi płynącej w kierunku przeciwnym Zastosowanie: ocena niedomykalności zastawek, przecieków wewnątrzsercowych, przecieków wokół sztucznej protezy i tętniaków rozwarstwiających v roz = 10cm/s f d roz = 320Hz Doppler 2W i... 3W USG: Prezentacja wieloplanarna Kolorowy Doppler Rekonstrukcja dowolnego planu LA LAA Power Doppler LA AV LAA LA LV

Odtwarzanie objętości Odtwarzanie powierzchni Powierzchnia otwarcia zastawki mitralnej Rozszerzenia 3W USG Zastawka mitralna w skurczu Zastawka mitralna w rozkurczu Pomiar powierzchni zastawki

Obrazowanie rozszerzonej objętości (extended volume imaging) Sutek 20 objetości fatom złoŝony z 4 kostek obrazowanie całej piersi Sutek- kolejny przykład Sutek i obszar pachy

Obrazowanie rozszerzone tarczycy Obrazowanie złoŝone (compound) złoŝenie 5 skanów Obrazowanie złoŝone Badania 4D Sekwencja około 60 cykli pracy serca jest rejestrowana cyfrowo (synchronizacja EKG i oddechem) R. Entrekin, P. Jackson et al., Real Time Spatial Compound Imaging in breast ultrasound: technology and early clinical experience, Medica Mundi, 43(3),1999

Badanie unaczynienia nerki (PowerD) Badanie piersi Badania prenatalne Ocena ilościowa (na przykładzie echokardiografii) Pomiary podstawowe: odległość, powierzchnia, kąt, objętość Wartości kliniczne: frakcja wyrzutowa, objętość w skurczu i rozkurczu, asynergia (serce) Pomiary zaawansowane objętość lewej komory dynamiczna, globalna, dynamiczna mapa asynergii (serce) 27 mm 23 mm

Artefakty cień (kości, kamienie nerkowe i Ŝółciowe) Artefakty zniekształcenia obrazu wskutek refrakcji Całkowite wewnętrzne odbicie: dla kąta padania większego niŝ kąt graniczny: c θ arcsin 1 gr = c współczynnik odbicia wynosi 1 2 c 1 < c 2 kamień w woreczku Ŝółciowym Głowica USG C 1 C 2 Obiekt pozorny Obiekt rzeczywisty Przy C 1 < C 2 obiekt rzeczywisty odwzorowywany jest wyŝej i bliŝej głowicy Cień akustyczny Refrakcja: błąd wynikający z róŝnicy załoŝonego przy obrazowaniu prostoliniowego ruchu fali a jej rzeczywistego toru w ośrodku niejednorodnym Ultrasonogram woreczka Ŝółciowego Refrakcja na jednorodnościach o kształcie elipsoidalnym Artefakty przejaskrawienia i rewerberacje Przejaskrawienia (cysty z płynem, pęcherzyki, naczynia): analogicznie jak cienie Rewerberacja czyli przekłamania powstałe wskutek wielokrotnych odbić Ultrasonogram z cieniem powstałym wskutek refrakcji

Przetwarzanie obrazów Przetwarzanie w 3W obrys ręczny lekarza Poprawa jakości obrazów warstw, korekta połoŝenia przestrzennego, wypełnianie objętości, klasyfikacja obiektów oryginał obrys automatyczny Aparaty USG Typowy aparat USG monitor klawiatura magnetowid Cyfrowy procesor sygnałowy drukarka Analogowy procesor sygnałowy Transformator izolacyjny, zasilacz

Wzm izolow Kl+LED Kula Schemat blokowy aparatu USG Przełączn Głowic, Przeł Nad/Odb, Nadajniki ADC, Pam TV dspl Kontroler kl, enkoder Multip. PW bufor Ogniskow wiązki CW wzm CW dem odul ator CW Nadajnik Linia opóźniaj Opóźn. krótkie PW, CFM Reg wzm PW, CFM dem odul Linia opóźniaj. Opóźn. długie PW S&H, filtry CFM, Wzm bufor A D C Pam R,Θ In ter pol ator Sterowanie interpolat A D C F F T D A C Pam X,Y S C C MPU slave Pam L Pam R Stero X-tal, wan. PAL Ognis 50.00 kow NTSC Post proc MPU master KB Gra inter fika fac Gra fiika D A C Wzm audio Pam cine Pam multi Doskonalenie metod USG Obrazowanie harmoniczne Badania kontrastowe Korekcje jakości A D C MTI filter Oblicz amplitu dy Oblicz ω Oblicz Var ω Pamięć Linii komple ksowej Interpolator Pam Uśredn i próbk R,Θ Pam X,Y S C C Pam X Y L Pam X Y R Post proc RGB Grafi Enkod ka er RAM D A C Obrazowanie harmoniczne Zagęszczenie => Ściskana tkanka => Większa prędkość Rosnące zniekształcenie fali C+ C C~1.5 km/s fala emitowana C- C wzrost harmonicznych kierunek propagacji Rozrzedzenie => Rozciągana tkanka => Mniejsza prędkość widmo z harmonicznymi

Koncepcja poprawy jakości obrazu Rewerberacje Redukcja płatów bocznych Aberracja wiązki Wzrost płatp atów bocznych wiązki f o 2f o Obrazowanie konwencjonalne: rewerberacje na częstotliwości podstawowej f 0 : Obrazowanie harmoniczne: odbiornik rejestruje tylko 2f 0 bez zniekształceń rewerberacji Mniejsze rozmycie, zredukowane artefakty Przykład 1 Kolejne przykłady

Środki kontrastujące Przykład uŝycia kontrastu Ultrasonograficzne środki kontrastujące są zawiesiną µ-pęcherzyków gazu otoczoną osłonką stabilizującą. Poszczególne preparaty róŝnią się wielkością pęcherzyków, rodzajem zastosowanego gazu i składem chemicznym osłonki. Przykładowo: SonoRx@, Braceo Diagnostics, Inc., Princeton, NJ pęcherzyki < 10 µm średnicy (zwykle 2 µm) wprowadzane naczyniowo czas uŝytecznej aktywności: 5-20 min odpowiedź pęcherzyków nietoksyczne zaleŝna od mocy Elastografia Korekcja prędkości dźwięku Próbkowanie prędkości dźwięku = [1.30:0.02:1.60] mm/µsec Copt = 1.48 mm/µsec

Korekcja prędkości dźwięku Korekcja prędkości dźwięku Obraz fantomu, C=1.54 mm/µsec Obraz fantomu, Obraz przeskalowany C=1.48 mm/µsec Korekcja prędkości dźwięku Korekcja prędkości dźwięku Obraz fantomu, C=1.54 mm/µsec Obraz fantomu, Obraz przeskalowany C=1.48 mm/µsec

Korekcja prędkości dźwięku Korekcja prędkości dźwięku Obraz fantomu, C=1.54 mm/µsec Obraz fantomu, Obraz przeskalowany C= 1.42 mm/msec Korekcja prędkości dźwięku Korekcja prędkości dźwięku Obraz sutka, sonda 8.5 MHz, C=1.54 mm/µsec Obraz przeskalowany Obraz sutka, sonda 8.5 MHz, C=1.44 mm/µsec

Korekcja prędkości dźwięku Korekcja prędkości dźwięku Obraz sutka, sonda 8.0 MHz+Harmoniczna, C=1.54 mm/µsec Obraz przeskalowany Obraz sutka, sonda 8.0 MHz+Harmoniczna, C= 1.44 mm/msec Korekcja prędkości dźwięku Korekcja prędkości dźwięku Obraz wątroby, sonda 4.5 MHz, C= 1.54 mm/µsec Obraz przeskalowany Obraz wątroby, sonda 4.5 MHz, C=1.47 mm/µsec

Generacja spójnej wiązki Generacja spójnej wiązki Funkcja CTS : WYŁĄCZONA Wiązka jednorodna na całej długości > Najlepsza rozdzielczość w ognisku konwencjonalne ogniskowanie wiązki profil wiązki spójnej Generacja spójnej wiązki Funkcja CTS : WŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki Funkcja CTS : WYŁĄCZONA

Generacja spójnej wiązki Funkcja CTS : WŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki C=1.54 mm/usec Funkcja CTS : WYŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki C=1.54 mm/usec Funkcja CTS : WŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki C=1.47 mm/usec Funkcja CTS : WŁĄCZONA

Generacja spójnej wiązki Funkcja CTS : WYŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki Funkcja CTS : WŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki Obrazowanie harmoniczne Funkcja CTS : WYŁĄCZONA Generacja spójnej wiązki Obrazowanie harmoniczne Funkcja CTS : WŁĄCZONA

Redukcja szumów speklowych Korekcja WYŁĄCZONA Redukcja szumów speklowych Korekcja WŁĄCZONA Redukcja szumów speklowych Korekcja WYŁĄCZONA Redukcja szumów speklowych Korekcja WŁĄCZONA

Redukcja szumów speklowych Korekcja WYŁĄCZONA Redukcja szumów speklowych Korekcja WŁĄCZONA Redukcja szumów speklowych Korekcja WYŁĄCZONA Redukcja szumów speklowych Korekcja WŁĄCZONA

Podsumowanie właściwości badań USG Dynamicznie rozwijająca się modalność obrazowania Powszechność zastosowań Kompleksowa informacja diagnostyczna: morfologia z badaniem funkcjonalnym Podatność na nowe metody doskonalenia efektów obrazowania