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 levegőbe is kicsatolható az UH intenzitás egy része Y Amplitúdó ( I refl ) - Laterális távolság Z (Fényesség) Fényesség ( I refl ) Fényesség ( I refl )
A-kép - Amplitúdó B-kép - Brightness=fényesség transzducer pulzus d ekhó A-kép Δ t= 2d/c csak egydimenziós lehet idő egydimenziós B-kép cδt = d+d = 2d vö. Tkv. VIII.33. ábra Y B-kép - Brightness=fényesség mozgó transzdúcer Z kétdimenziós B-kép direkt tomográfia Eltérítés / szabályozás A-kép egydimenziós B-kép kétdimenziós B-kép Y Amplitúdó ( I refl ) - Laterális távolság Z (Fényesség) Fényesség ( I refl ) Fényesség ( I refl )
B-kép - Bightness=fényesség Z Y kétdimenziós B-kép Eltérítés / szabályozás A-kép egydimenziós B-kép kétdimenziós B-kép mozgatott transzducer Y Amplitúdó ( I refl ) - Laterális távolság Z (Fényesség) Fényesség ( I refl ) Fényesség ( I refl ) TM-kép TM-kép B-kép Time Motion EKG jel referenciaként (függőleges) egydimenziós B-kép időbeli változása idő (T)M-kép Time Motion 12 Tkv. VIII.34. ábra
Kétdimenziós B-kép és A-kép (szemészeti alkalmazás) Terjedési sebesség figyelembevétele pontos távolságok meghatározására: cornea: 1641 m/s csarnokvíz: 1532 m/s humán szemlencse: 1641 m/s üvegtest: 1532 m/s Feloldási határ, feloldóképesség A feloldási határt ama két pont közötti távolsággal jellemezhetjük, amelyeket az UH segítségével még különálló pontokként detektálhatunk (minél nagyobb az értéke, annál rosszabb a helyzet). Felbontóképesség: a feloldási határ reciproka. A sugárirányú (axiális) feloldási határ az impulzushossztól függ. Az impulzushossz fordítottan arányos a frekvenciával. Feloldási határ, feloldóképesség A laterális feloldási határt a nyalábátmérő szabja meg. A sugárirányú (axiális) feloldási határ cτ d c 1 τ c 2 τ = cτ impulzushossz δ cτ = d feloldási határ 2 ax = τ : impulzus időtartam Jellemző értékek frekvencia (MHz): 2 15 hullámhossz (izomban) (mm): 0.78 0.1 behatolási mélység (cm): 12 1.6 laterális feloldási határ (mm): 3.0 0.4 axiális feloldási határ (mm): 0.8 0.15 Az axiális feloldási határ az impulzushossz fele.
Laterális feloldási határ Doppler-effektus δ lat F ~ 2R λ F: fókusztávolság 2R: a transzdúcer átmérője λ: hullámhossz A forrás mozog A forrás és észlelés közeledése vagy távolodása esetében a frekvencia megváltozik. v f ' = f 1 ± c f : eredeti ferkvencia f : megváltozott ferkvencia v: a forrás sebessége c: az ultrahang sebessége Az ultrahang reflexiója mozgó felszínről Áramlási sebesség mérése Vörösvértestek, mint szórócentumok. f 2v = f 1 ± c ' 0 Doppler-eltolódás f D = f ' f 0 A frekvencia megváltozása arányos a reflektáló felület sebességével. Közeli frekvenciák szuperpozíciója (összegzése) esetén megjelenik hallható a különbségi frekvencia is. Tkv. VIII.41. ábra
Doppler frekvencia = frekvencia változás = fr. eltolódás CW Doppler berendezés v = ± M f ' f 1 c álló forrás és mozgó megfigyelő 2v f ' = f0 1 ± c R mozgó reflektáló tárgy (felület), (ha vr<<c ) Δf = f Δf = f D = ± vi f c ha v R <<c (i=m vagy F) v c D = ±2 R ha v és c nem párhuzamosak, akkor v helyett v cosθ írandó képletbe f CW: (Continuous Wave) folyamatos hullámú adó és vevő különválasztva (egymás mellett) f D v 2 R cosθ = f c f D =1 khz (lebegés jelensége) pl. f=8000 khz v=12 cm/s c=1600 m/s Θ = 37º Tkv. VIII.41. ábra Színkódolás transzducer felé: meleg színek, transzducertől elfelé: hideg színek Intenzitás biológiai hatás diagnosztika: 10 mw/cm 2 = =100 W/m 2 vö. fájdalomküszöb: 10 W/m 2 terápia: 1 W/cm 2 Intenzitás (W/cm 2 ) károsodás nélküli tartomány feltételezetten káros hatású tartomány BART: Blue Away Red Towards power Doppler 23 besugárzási idő (s)
UH (mellék)hatásai Hőhatás - Helyi termikus hatás arányos az UH intenzitásával Terápiás alkalmazások - mikromasszázs - surlódás - dt 2αI = dt ρc - termikus hatás - súrlódás és abszorpció - A sűrűbb izomszövet általában kevésbé melegszik, mint a zsír izomlazítás fájdalomcsillapítás értágítás Kavitációs hatás Fogkő eltávolítás HIFU high intensity focused ultrasound (J < 300 mw/cm 2 ) Gázbuborékok összenyomódása és kitágulása (J néhány W/cm 2 ) Üregek keletkeznek és omlanak össze. frekvencia tartomány: 20 45 khz A fogkő kavitáció hatására leválik a fogfelszínről. Több forrásból származó UH nyaláb fókuszában nagy intenzitás (Lokálisan: T ~ 8000 K p ~ 109 Pa) A hőhatást is figyelembe kell venni. Sejtek roncsolása daganatok eltávolítása
Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika II. 2.4. VIII. 4.2.