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Aula de ultrassom
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27/06/2013
1
ULTRASSONOGRAFIA
DANIEL DE SOUZA [email protected]
CURSO DE ESPECIALIZAO EM BIOMECNICAEEFD - UFRJ
INTRODUO
Introduo
3
Mtodos de avaliao do complexo msculo tendo
Diagnstico e tratamento de leses
Tipos de treinamento
Envelhecimento
Introduo
4
Arquitetura Muscular
Mecnica dos Tendes
Geometria articular
Comprimento e curvatura do fascculo
ngulo de penao
Espessura muscular
Deslocamento do tendo
Complacncia
Histerese
Tenso-deformao
Brao de fora
Fora muscular Torque articular
Introduo
6
Tcnicas de Imagem
TomografiaComputadorizada (TC) Ressonncia Magntica (RM)
Ultrassonografia (US)
in vitro e ex vivoX
in vivo Maior fidedignidade, situaes reais
Introduo
7
Ultrassonografia
Imagem em tempo-real
Bom contraste entre tecidos
No exposio radiao ionizante
No invasivo
Portabilidade
Fcil manuseio
Baixo custo relativo
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Introduo
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Arquitetura Muscular
Mecnica dos Tendes
Geometria articular
Comprimento e curvatura do fascculo
ngulo de penao
Espessura muscular
Deslocamento do tendo
Complacncia
Histerese
Tenso-deformao
Brao de fora
Fora muscular Torque articular
Introduo
Ondas de som ou ultrassom: Consistem em uma perturbao mecnica deum meio (gasoso, lquido ou slido)
Velocidade constante (compressibilidade e densidade)
Molcula MolculaTaxa de vibrao das molculas = frequncia (hertz ou ciclos/segundo)
Ultrassom: Frequncias de vibrao das molculas acima de 20 kHz (som noaudvel)
Ultrassom clnico: 1 a 20* MHzpulso curto (zona morta*) e feixe estreito (resoluo*) focalizao
Onda ultra-snica: acima de 20 kHz
gerao do pulso
transmisso do pulso
reflexo do pulso (eco)
captao do eco
Introduo Introduo
PULSO-ECO
TEMPO E AMPLITUDE
1540m/s 6,5s/cm
impedncia*
Introduo
PULSO-ECO
TEMPO E AMPLITUDE
TIPOS DE APARELHOS
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Aparelhos de Ultrassom
A-scan (modo-A)
Mais simples profundidade e espessura
A-scan (modo-A)
Mais simples
Aparelhos de Ultrassom
B-Scan (modo-B)
Imagens bidimensionais
Aparelhos de Ultrassom
B-Scan (modo-B) Tempo Real
Brilho (escala de cinza)
Posio (2 dimenses)
Aparelhos de Ultrassom
M-Scan (modo-M)
Movimento
profundidade x tempo
Aparelhos de Ultrassom Aparelhos de Ultrassom
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Doppler (efeito Doppler)
Aparelhos de Ultrassom
Duplex Tempo real + Doppler (colourflow)
Aparelhos de Ultrassom
3-D
Aparelhos de Ultrassom
Teraputico
Aparelhos de Ultrassom
Ultrassom Teraputico
Energia absorvida calor
Coagulao de protenas queima focal de volumes
Falta de parmetros
Aparelhos de Ultrassom
NATUREZA DO ULTRASSOM*
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Natureza do Ultrassom
f = 1/T(perodo) = ciclos/s = Hz*
c = /T = f (m/s)*
c = K /K = rigidez (fora de atrao das partculas) = stress/strain
= densidade (kg/m3)
Velocidade de Propagao
MEIO VELOCIDADE (m/s)
AR 330
GORDURA 1440
GUA (20) 1480
MSCULO 1542-1626
SANGUE 1570
OSSO 2700-4100
PRATA 3650
ALUMNIO 6260
1540 m/s
*
Velocidade de Propagao Impedncia Acstica
Z = c (rayls ou kg.m-2.s-1)c velocidade das partculas
Energia, Potncia e
Intensidade
Energia = joules
Potncia = joules/sec = watts (aquecimento)
Intensidade = Potncia/rea (focalizao)
Potncia mdia = energia do pulso x FRP
Percentual de potncia transmitida atravs de duas reas similares em diferentes posies de um feixe focalizado
Slide anterior
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Ondas Pulsteis x Contnuas*
duty cycle: 1-3
durao: 1-20 s
duty cycle: 1-1 at 1-4
durao: 2 ms
Ondas Pulsteis
Espectro de Frequncia*
Ondas Pulsteis
Largura da Banda x Pulso*
Ondas Pulsteis
Freqncia Fundamental (cruzamentos de zero)
PROPAGAO NO MEIO
Fenmenos de Propagao
Propagao no meio
compresso x rarefao*
L
T
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Propagao no Meio
Alteraes pelo(s) meio(s) que atravessa
Transmisso;
Reflexo;
Refrao;
Espalhamento;
Absoro.
Transmisso e Reflexo
Transmisso e Reflexo
Propagao do ultra-som atravs de uma interface entre 2 meios
gera uma onda refletida e uma onda transmitida (Lei de Snell).
Diferena de impedncia acstica
(Z = .c) gera os coeficientes de reflexo e transmisso.
Transmisso e Reflexo
Reflexo e Transmisso
Intensidade*:
em que R = coeficiente de intensidade de reflexo
T = (1 R) = Coeficiente de intensidade de transmisso
Amplitudes:
Refrao
Velocidade de Propagao
Meio 1: k1, 1 c1Meio 1: k2, 2 c2
Se: C1 C2 90 *
Refrao
Velocidade de Propagao
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Espalhamento
Superfcie spera;
Partculas com tamanhos prximos ou
menores do que o comprimento de onda;
Frequncia.
Espalhamento
Espalhamento Absoro
altas frequncias x baixas frequncias
Atenuao
Reduo na intensidade durante a passagem pelo meio.
Reflexo
Refrao (?)
Espalhamento
Absoro
Divergncia do feixe
Atenuao
Dependncia da frequncia
Escolha da frequncia: Resoluo X Penetrao
Mudana no espectro de frequncia de um pulso ultra-snico devido a atenuao
dependente da frequncia
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TRANSDUTORES
Transdutor
Converso de energia eltrica em mecnica e
mecnica em eltrica
Transmissor e/ou receptor
Imerso ou contato
Escolha do transdutor
Frequncia de ressonncia
Dimetro
Distncia focal
Penetrao
Resoluo
Efeito piezoeltrico
Ex.: quartzo, sulfato de ltio, PZT (titanato zirconato de chumbo)
Ressonncia Construo do transdutor paraimagens modo pulsado
Camadas de acoplamento e de retaguarda
Alm da camada de retaguarda, camada de acoplamento, isolamentoacstico e eltrico do compartimento envoltrio, tambm necessrioisolamento acstico entre os elementos.
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Construo do transdutor para
imagens modo pulsado
Camadas de acoplamento e de retaguarda
Z e
Camada de acoplamento
Zm = (Zx . Zt)
Fase
Uma senide a projeo no eixo y de uma linha decomprimento constante r em funo do ngulo (ngulo de fase)
entre a linha e o eixo x.
Fenmenos de Propagao
Interferncia de Ondas
Fenmenos de Propagao
Interferncia de Ondas
Transdutor
Modelo EUP-L33, Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japo.
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TransdutorReal-time Scanners
Real-time Scanners
Objetivo:
Monitorar estruturas mveis (corao, feto, msculo esqueltico, outros rgos etc.);
Prover respostas rpidas a mudanas no plano de varredura.
Varredura automtica, com taxa de repetio (freqncia) suficiente para que a imagem no fique tremida.
Varredura mecnica ou eltrica.
Varredura Mecnica
Transdutor embebido em leo, com uma membrana de borracha ou plstico
Retangular Setorial Setorial Setorial *
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Padres de varredura Varredura na gua
Distoro da imagem de tecidos superficiais, devido
ao contato do transdutor;
Zona morta.
Linear Array
Matriz Linear de
512
elementos
Grupo de elementos
Feixe US
Frentes de Onda
Largura do feixe
Linear Array Linear Array
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Linear Array
Foco na transmissoAtraso do pulso do elemento central em relao aos perifricos frente de onda cncava, convergindo ao foco
Alterao no atraso alterao no foco
Linear Array
Foco na transmissoAtraso do pulso do elemento central em relao aos perifricos frente de onda cncava, convergindo ao foco
Alterao no atraso alterao no foco
Linear Array
Taxa de quadros reduzida por um fator de 1/Nz
Zona mltipla de focalizao
Linear Array
Fig. 7.7 (p. 88)
Sem alterao na PRF
Focalizao dinmica
Phased Array Phased Array
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PROCESSAMENTO DO SINAL
Controles de ganho
Alterao da amplitude dos sinais exibidos
Alterao da amplitude do sinal transmitido
Alterao do ganho do receptor
Desvantagem: aumenta a exposio do paciente ao ultra-
som.
Desvantagem: amplificao do rudo*
Compensao do ganho pelo
tempo
Visualizao em funo da profundidade
Processamento do sinal
Amplificao logartmica:
Usada para aumentar a amplitude dos sinais de menor
nvel e reduzir a dos ecos de alto nvel
Permite a visualizao simultnea dos ecos das
fronteiras dos rgos (refletores fortes) e das suasestruturas internas (refletores fracos)
Diferenciao
Sada proporcional taxa de variao do sinal deentrada
Realce da Margem, sem distoro das estruturas internas(fig 5.18, p. 63)
Processamento do sinal Processamento do sinal
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Processamento do sinal
Tresholding Clipping
Penetrao
Profundidade de penetrao: possvel distinguir ecosatravs do ruido de fundo
Amplitude dos ecos diminui com a profundidade
+
Aumento do ganho do receptor aumenta o rudo exibido
=
Ponto mximo no qual o sinal distingido do rudo
Resoluo axial Resoluo axial