Ultrazvučna dijagnostika

J.Brnjas-Kraljević Mostar, listopada 2002

Zvučni valovi

zvučni val – prijenos mehaničke energije kroz

prostor - titranjem čestica elastičnog sredstva

čujni zvuk - područje frekvencija 20 Hz do 20 kHz

infrazvuk - područje frekvencija 20 Hz --rezonancija unutrašnjih organa

ultrazvuk - područje frekvencija > 20 kHz - rezonancija molekula

Narav zvučnoga vala

izvor – tijelo koje titra u elastičnom sredstvu

energija titranja prenosi se kroz prostor brzinom

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

Tv

longitudinalni val - promjene lokalne gustoće

čestica i tlaka

harmonijski val - izvor harmonijski oscilator

neharmonijski val - izvor neharmonijski

oscilator

Jednadžba

harmonijskog vala

fazi u pomak

t' -tsinω

'tv

r't

Ax

λ

r

T

tπ2sinA

v

r-tωsinAx

u točki M elongacija x kasni t’ za izvorom

2k)krtsin(Ax - valni broj

vremenska periodičnost: elongacija titranja u jednoj točki prostora ponavlja se nakon perioda T

prostorna periodičnost: u istom trenutku u dvije točke polja udaljene za valnu duljinu elongacije titranja su jednake

brzina zvuka u sredstvu ovisi o elastičnim svojstvima sredstva

u prostoru se mijenja akustički tlak:

intenzitet harmonijskog vala :

)krtsin(pp 0aa

Pa10pPa10 a5

22Am

2

1E

St

EI

intenzitet kuglastog vala opada s r2

vA2

1I

22

Z2

pI

20a aimpedancijzvučvuvZ

22

21

1

2

r

r

I

I

Nivo intenziteta

ne treba apsolutni intenzitet - odnos prema referentnom intenzitetu

jedinica decibel (dB)

I0 = 10-12 Wm-2

0I

Ilog10

Apsorpcija zvučnoga vala

interakcijom zvučnog vala i tvari smanjuje se

amplituda titranja:

budući da je I A2 to je :

poludebljina apsorpcije x1/2 je za I(x1/2) = I0/2

manja poludebljina -bolji apsorber

x0eAA

x20eII

2

2lnx 2/1

Atenuacija zračenja u tvari

-I=I2-I1=k I1 x

-dI=k I dx I1 I2

I0I

x

I

I

x

00

dxkI

dIdxk

I

dI

kx

0 eII

Refleksija i transmisija

zakon refleksije: reflektirani kut = upadni kut

zakon loma:

koeficijenti refleksije i transmisije: r + t = 1

za Z1 Z2 maksimalna transmisija

za Z1 Z2 ili Z1 Z2 maksimalna refleksija

2

2

1

1

v

sin

v

sin

221

221

0

r

ZZ

ZZ

I

Ir

221

21

0

t

ZZ

ZZ4

I

It

Ultrazvučni val

frekvencija > 20 kHz u medicini 1-20 MHz

izvor: piezoelektrični kristal

kristal u električnom polju titra frekvencijom promjenljivog polja

E = E0 sin t d = d0 sin t izvor

ako je potaknut na titranje na stranama kristala induciran je promjenljiv napon

F = F0 sin t U = U0 sin t detektor

Pezoelektrični efekt

Ako je polje izmjenično, kristal će mehanički titrati jednakom frekvencijom

Titranje je najizrazitije ako su mjere kristala u nekom skladu s valnom duljinom

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

Reflected Echo’s

Strong Reflections = White dots

Diaphragm, tendons, bone

‘Hyperechoic’

Weaker Reflections =

Grey dots

Most solid organs,

thick fluid – ‘isoechoic’

Reflected Echo’s

Reflected Echo’s

No Reflections = Black dots

Fluid within a cyst, urine, blood

‘Hypoechoic’ or echofree

U terapiji i dijagnostici koriste se frekvencije 1-20 MHz

Ultrazvučne sonde su oko 5 cm2

kod impulsne primjene frekvencije su 16, 48 ili 100 Hz

Ultrazvučna terapija

Reverberation Artifacts

Several types

Caused by the echo bouncing back and forth between two or more highly reflective surfaces

Reverberation Artifacts

On the monitor parallel bands of reverberation echoes are seen

This causes a “comet-tail” pattern

Common reflective layers

Abdominal wall

Foreign bodies

Gas

Reverberation Artifacts

Reverberation Artifacts

Sigurnost?

WHO:Diagnostic ultrasound is recognized as a safe, effective, and highly flexible imaging modality capable of providing clinically relevant information about most parts of the body in a rapid and cost-effective fashion".

Sigurnost II

Bez obzira ALARA princip, npr.:

Although there is no evidence ultrasound could be harmful for the fetus, US Food and Drug Administration views promotion, selling, or leasing of ultrasound equipment for making "keepsake fetal videos" to be an unapproved use of a medical device.