Az ultrahangos diagnosztikai készülékek alapjai. Varga Sándor 2015

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az ultrahangos diagnosztikai készülékek alapjai. Varga Sándor 2015"

Kornélia Dudás
9 évvel ezelőtt
Látták:

1 Az ulrahangos diagnoszikai készülékek alapjai Varga Sándor 2015

2 Az ulrahang erjedése

3 Longiudinális Felülei A közeg ulajdonságaiól és a gerjeszés módjáól függ, hogy az ulrahang milyen hullám formájában erjed A közeg A közveíheő hullámfoma Gáz Folyadék Szilárd anyag Tesszöve Transzverzális

4 Ulrahang nyaláb Egy megállío pillana Rikulás Sűrűsödés Rikulás Sűrűsödés c az ulrahang sebessége Δx rezgési ampliúdó f az ulrahang frekvenciája λ hullámhossz Δx = 5 50 nm Tesszöveben c = m/s A diagnoszikában f = 2-20 MHz λ = 0,075 0,75 mm

5 Tömeg A nyaláb belsejében az oldalirányú rugók nem jászanak szerepe Rugó A szomszédos érfogarészek közöi rugóra jellemző ada: κ (kompresszibiliás [m 2 /N]) A érfogarész ömegére jellemző ada: ρ (sűrűség [kg/m 3 ])

6 A longiudinális ulrahangrezgés ulajdonságai

7 Az ulrahango közveíő közeg jellemzői (Csillapíásmenes közeg) κ a kompresszibiliás [m 2 /N] ρ a sűrűség [kg/m 3 ] Az akuszikus impedancia gyakorlaias kiszámíása, és mérékegysége

8 Homogén közegben erjedő ulrahang csillapodása I 0 kiindulási inenziás [W/m 2 ] I x inenziás x ú megéele uán [W/m 2 ] x a mege ú [m] β elnyelési ényező [m -1 ] (2.36) (2.37) A db-ben mér csillapíás arányos a mege úal és a b csillapíási ényezővel, ami ermészeesen a β elnyelési ényező függvénye: A diagnoszikában I = 0,1-100 mw/cm 2 (2.38) Az ulrahang érzékelők a p hangnyomással arányos jele adnak. Az inenziás és a hangnyomás kapcsolaa: Az inenziás csillapíása a nyomás ampliúdók arányával kifejezve: (2.39)

9 Közeg c [m/s] Z A [kg/m 2 sx10-6 ] b [db/(cmmhz)] Levegő (20 C) x10 6 1,2 Víz (20 C) ,48 0,0022 Olaj (SAE 20/30) ,4 0,95 Vér ,6-1,7 0,18 Zsír ,33 0,6 Lágy szöve ,35-1,7 0,3-1,5 Agy ,85 Máj ,65 0,9 Izom ,7 1,2-3,3 Cson ,12 20 PZT piezokerámia Sárgaréz Alumínium ,1 8, ábláza. Néhány anyag akuszikus ulajdonságai

10 A esszöveek csillapíása 1 Víz 2MHz Víz 10MHz 0,9 0,8 0,7 Ix/Io 0,6 0,5 Zsír 2MHz 0,4 Máj 2MHz 0,3 0,2 0,1 Máj 10MHz Zsír 10MHz x [cm] Az ulrahang inenziásának csökkenése a mege ú és a frekvencia függvényében

11 A esszöveek csillapíása db-ben (logarimikus mérék) 0 x [cm] Víz 2MHz -10 Zsír 2MHz -20 Máj 2MHz [db] Izom 2MHz Zsír 10MHz -70 Máj 10MHz Izom 10MHz -80 A db-ben való számolás előnye, hogy a különböző réegeken való áhaladás eredőcsillapíása összeadással számíhaó

12 I r I I r I Θ i Θ I i Θ i Z A1 Z A2 I i Z A1 Z A2 a) b) ábra. Az ulrahang reflexiója és ranszmissziója ké anyag haárán (sima felülenél), merőleges (a) és ferde beesésnél (b).

13 I r I I r I Θ i Θ I i Θ i Z A1 Z A2 I i Z A1 Z A2 a) b) Visszaverődés nem sima felüleről

14 Fémezés Kivezeés Δx F d P U g d P Q U d P Lapka P a polarizálási irány jele Δx=k M U Q=k V F g U=Q/C p d nyugalmi vasagság k M = pm/v k V = pc/n a) b) c) ábra. A piezoelekromos áalakíó lapka felépíése (a), és működése, min villamos mechanikai (b), illeve mechanikai villamos áalakíó (c)

15 Tömeg Tömeg Rugó D x Δx h P h P Mozdulalan sík Δx λ/2 U ~ a) b) c) x ábra. A válakozó feszülséggel gerjesze, szabadon álló piezokerámia árcsa alakválozása erősen felnagyíva (a), a rezgő rendszer legegyszerűbb modellje (b), és a ényleges elmozdulások a árcsában (c)

16 Hásó csillapíó réeg Piezokerámia árcsa Z Ap gél Fémezések A légréege kiszoríó gél (h g 0) Illeszőréeg Z Am Tes Z Aa U piezo h p h m h p =λ/2 h m =λ/ ábra. A jeláalakíó elvi felépíése, és opimális illeszése a eshez

17 f 0 = 3 MHz λ = 0,5 mm D Homogén közeg (es szöve) 50 mm a) D 1 = 2,5 mm D 1 α 1 N 1 b) D 2 = 5 mm D 2 α 2 N 2 c) D 3 = 10 mm D 3 α 3 Akuszikus lencse N 3 d) D 4 = 10 mm D ábra. Azonos frekvenciájú, különböző ámérőjű piezoelekromos árcsák sugárzási karakeriszikája (a, b, c), és fókuszálás akuszikus lencsével (d)

18 Távolság érzékelés visszhang elven Az adó és a vevő ugyanaz az eszköz (érzékelőfej, ransducer). A kisugárzo ulrahang impulzus rendszerin 3-10 ulrahang periódus. Az adás uán az érzékelőfej ve jelé (visszhangok) erősíeni kell. A kövekező adás akkor örénjen, amikor már nem érkezik öbb visszhang.

19 T I T G Gerjesző feszülség T 0 Kisugárzo ulrahang impulzus Az impulzus burkológörbéje Ulrahang frekvencia f 0 =1/T 0 Az adás ismélődési ideje T I (Meg kell várni minden visszhang megérkezésé)

20 Fókuszávolság Adás és véeli jel τ 4 τ 3 τ 2 τ 1 Δx 1 Δx 4 a) A kisugárzo longiudinális rezgések ampliúdói b) ábra. A sugárnyaláb elekronikus fókuszálása. A gyűrűkre oszo piezoelekromos lapka szemből nézve (a), és a jelkésleleésekkel kialakío sugárnyaláb (b).

21 Tes Jeláalakíó U piez U piez Kisugárzo jel Ve visszhangok Belső o o szerv S c S T c T x ábra. Impulzus echó módszerrel előállío visszhangkép

22 U piezo Kisugárzo jel Ve visszhangok c S c T x A visszhang ampliúdója annál kisebb minél ávolabbi felüleről jön vissza, mer - a hosszabb úon nagyobb a csillapíás - öbb haárfelüleen megy á, ahonné egy-egy része mindig visszaverődik. A visszhang csökkenésé a vevő erősíőben, az erősíés fokozaos növelésével lehe kompenzálni.

23 Kisugárzo jel Ve visszhangok állandó erősíéssel U piezo (x) A u A uma x A u0 0 A visszhang erősíés időfüggő karakeriszikája A u U piezo (x) A visszhangkép időfüggő erősíés uán TGC (Time Gain Correcion) = Az erősíés időfüggő (ávolságfüggő) módosíása

24 A u A uma x Folyonosan válozao erősíés A u0 0 A u A umax /A u0 = db A uma x Szakaszonkén válozao erősíés A u0 0 TGC karakeriszikák. A karakeriszika beállíása részben auomaikusan, részben a kezelő álal örénik

25 Érzékelőfej Gél Bőr v cosθ v θ f 0 c c v f 2 Tes Vér ábra. Véráramlás érzékelése a Doppler-haás felhasználásával.

26 Taralmazza a vezérlő álal auomaikusan, valamin a kézzel állíhaó erősíés (TGC) Megjeleníő Y Z Ampliúdó feldolgozó Vevő a) X Idő/ávolság Adó Megjeleníő Z Vezérlő Érzékelőfej Tes b) X ábra. Vonalmeni leapogaás végző rendszer egyszerűsíe blokkvázlaa. Y irányú eléríés a demodulál visszhangampliúdóval, A megjeleníési mód (a), és fényerő modulációval, B megjeleníési mód (b).

27 Megjeleníő Távolság Y Z Memória Ampliúdó feldolg. Vevő Mozgó szerv X Idő/ávolság Adó Valós idő Vezérlő Érzékelőfej Tes ábra. Vonalmeni leapogaás végző rendszer egyszerűsíe blokkvázlaa, amely a belső szerv helyzeének időbeli válozásá jeleníi meg. (M vagy TM kijelzési mód.)

29 Tes Érzékelőfej (szenzor) U piezo U piezo I ábrázoljuk jeláalakíó piezóárcsára ráado gerjeszőfeszülség és a visszhang haására kelekező feszülség időfüggvényé (oszcilloszkóp). 0 T A es eljesen homogén x

30 U piezo U piezo 0 T x

31 U piezo U piezo 0 T x

32 U piezo U piezo A sugárnyalábo akuszikus lencse fókuszálja 0 T x

33 U piezo U piezo Kisugárzo jel Ve visszhang 0 T x A homogén esben nem kelekezik visszhang, csak az érzékelőfejjel szemközi es-levegő ámeneről kapunk visszhango.

34 Belső szerv Érzékelőfej (szenzor) U piezo U piezo Tes 0 S T A homogén esben egy erősen elérő akuszikus impedanciájú belső szöve (pl. cson) van. x

35 U piezo U piezo 0 S T x

36 U piezo U piezo 0 S T x

37 U piezo U piezo 0 S T x

38 U piezo U piezo 0 S T x Az erősen visszaverő belső szöveről nagy visszhango kapunk, de a mögöes réegek láhaalanok maradnak.

39 Belső szerv Érzékelőfej (szenzor) U piezo U piezo Tes 0 S T A homogén esszöveben, egy kissé elérő akuszikus impedanciájú belső szerv van. x

40 U piezo U piezo 0 S T x

41 U piezo U piezo 0 S T x

42 U piezo U piezo 0 S T x

43 U piezo Kisugárzo jel Ve visszhangok U piezo S T x Minden szövehaárról kapunk visszhango.

44 U piezo Kisugárzo jel Ve visszhangok U piezo S 2 c S T c T 3 x Az S szöveben a erjedési sebesség nagyobb min a T szöveben ezér az S szöve jelenlée, a visszhangképben kissé orzíja a eslevegő haárfelüle (3) helyé.

45 Pászázó ulrahang nyaláb előállíása (szkennelés) (2.27 ábra.) A visszhangkép, az érzékelőfej engelyvonala álal ádöfö réegek ávolságá (mélységi elrendeződésé) és minőségé ábrázolja. A folyama ermészeesen jelenősen lassíva láhaó. Auomaikusan végigfu!

46 Csuklós karrendszer szögés úadókkal Vizsgál es

49 Íves pászázás az érzékelőfej mozgaásával

50 Forgó szerelvény három piezó lapkával Álló sugárzó ház Olaj Íves pászázás mooros forgaással

51 Forgó szerelvény három piezó lapkával Álló sugárzó ház Olaj

52 Forgó szerelvény három piezó lapkával Álló sugárzó ház Olaj

54 a) b) c) ábra. A síkbeli szkennelés néhány megvalósíása: Az érzékelőfejen belül mozgó sugárzóval (a), a nyaláb oldalirányú eléríése késleleéssel (b), és a gerjesze érzékelő szegmensek lépeésével (c). Mindhárom megoldás használja a dinamikus fókuszálás is. Fölül a sugárzó piezo elemeinek elrendezése szemből nézve láhaó.

55 A visszhangkép minőségi jellemzői (2.3.7 fejeze) Hol ér (minimálisan érzékelheő ávolság) Axiális és laerális felbonás Konrasz felbonás Távolságmérés ponossága Zaj sb

56 Kisugárzo jel U piezo A legközelebbi megkölönbözeheő visszhang Érzékelőfej Bőr Reflekáló felüle x X min Hol ér Az ebben lévő réegek nem érzékelheők Laerális felbonás A sugárra merőleges síkban megkülönbözeheő legkisebb mére. (A sugár ámérőjéől függ.)

57 Kisugárzo jel U piezo Érzékelőfej Bőr X min x ΔX x Radiális felbonás A megkülönbözeheő legkisebb sugár irányú réegvasagság vagy pozíció. (A visszhang hosszáól függ.)

58 Kisugárzo jel U piezo Érzékelőfej X min x X min U piezo ΔY x Laerális felbonás A sugárra merőleges síkban megkülönbözeheő legkisebb mére. (A sugár ámérőjéől függ.)

59 Kisugárzo jel U piezo Érzékelőfej Bőr x Konrasz felbonás A még érzékelheő visszhango okozó legkisebb akuszikus impedancia különbség.

60 Kisugárzo jel Ve visszhangok állandó erősíéssel U piezo (x) A u U piezo A visszhangkép időfüggő erősíés uán (x) Az időfüggő erősíés visszaállíja a ávoli visszhang ampliúdójá, de a ávolsággal romlik a jel/zaj viszony

61 Vége

Hasonló dokumentumok

Hang és ultrahang. Az ultrahangos képalkotás, A-, B- és M-képek. Doppler-echo. Echo elv - képalkotás. cδt = d+d = 2d

Hang és ultrahang. Az ultrahangos képalkotás, A-, B- és M-képek. Doppler-echo. Echo elv - képalkotás. cδt = d+d = 2d Hang és ultrahang Az ultrahangos képalkotás, A-, B- és M-képek. Doppler-echo Echo elv - képalkotás Y Z Eltérítés / szabályozás A-kép egy dimenziós B-kép két dimenziós B-kép cδt = d+d = 2d speciális transzducerből