ULTRAHANG Dr. Basó solt kitérés A részeskék mozgása x y Asinω t Δt x/ ω (π/t) sebesség gyorsulás d y x v Aω osω t d t d v x a Aω sinω t d t ULTRAHANG Hang mehanikai rezgés longitudinális hullám inrahang < 0 Hz hang 0 Hz - 0 khz ultrahang 0 khz- 0 0 Hz hiperhang 0 0-0 3 Hz A T T λ λ Nyomás amplitúdó értelmezése (P) d p d v ρ d x d t d v d t x a A ω sin ω t p x ρa d ρ Aω sinω t d x x p po + ρaω osω t P Aωρ dp/dx: térogat-egységenkénti erő vagy nyomás gradiens p ρ - akusztikai v Aω keménység (vagy akusztikus impedania) váltakozó nyomás nyomáshullám terjedése vmax Aρω
Az ultrahang intenzitása (I) E -energia(j) P - nyomás amplitúdó olyamatos üzemmódban - akusztikus impedania A - részeske amplitúdó ω - körrekvenia ρ -közegsűrűsége - UH sebessége I E idő elület [ I ] J/sm W/m P P ρ A ω I ρ Orvosi képalkotásra: ~0 mw/m Terápiás élokra: 0,-0 5 W/m Terjedési sebesség () deormáiótól való üggése ΔV κ V ρ Δp ρκ ρ κ p nyomás V térogat κ összenyomhatóság ρ -sűrűség - akusztikai keménység 00 mw/m a maximálisan alkalmazható intenzitás MHz-es diagnosztikus UH készülék esetén az FDA alapján Néhány anyagra jellemző összenyomhatóság, sűrűség és hang terjedési sebesség értékek Anyag Összenyomhatóság (κ) Sűrűség (ρ) Hangsebesség () 0 9 ms kg - 0 3 kgm -3 ms - Alumínium 0,009,70 6400 Csont 0,08-0,05,38-,8 3050-3500 Máj 0,38,06 570 Vese 0,40,04 560 Vér 0,38,06 570 sír 0,5 0,9 460 Tüdő 5,9 0,40 650 Levegő 7650, 0-3 330 Az UH átlagos terjedési sebessége szövetekben 540 m/s
Az ultrahang hullámhossza λ λ 540 m/s Orvosi ultrahang: - 0 MHz λ 0,77-0,54 mm α α` α α` Visszaverődés R - relexiós koeiiens visszavert intenzitás R beeső intenzitás T -transzmisszió áteresztett intenzitás T beeső intenzitás R + T UH kölsönhatása az anyaggal Visszaverődés Gyengülés Visszaverődés Abszorpió Szóródás Törés R p v Aωρ Aω + ρ akusztikai keménység [] kg. m -. s - merőleges beesés esetén (α0!)
Néhány anyag akusztikai keménysége Akusztikai keménység Anyag 0 6 kg m - s - Abszorpió Alumínium 7,8 Csont 7,80 Máj,65 Vese,6 Vér,6 sír,38 Tüdő 0,6 0,5I I x x a gyengülés 90%-a abszorpió α - abszorpiós koeiiens élező rétegvastagság Levegő 0,00004 I I 0 e α x Néhány határelület relexiós tényezője (R) Izom/vér 0,0009 sír/máj 0,006 sír/izom 0,0 Csont/izom 0,4 Csont/zsír 0,48 Lágy szövet/levegő 0,99!!! Felező rétegvastagság néhány ontosabb szövetben Anyag Felező rétegvastagság (m) MHz 5 MHz Levegő 0,06 0,0 Csont 0, 0,04 Máj,5 0,5 Vér 8,5 3,0 Víz 340 54
Szóródás zavaró hatás Ultrahang előállítása S másodlagos szóródás növelés hátránya piezoelektromos hatás kvar, ólom-irkonáttitanát PT kerámia Seignette-só KNaC 4 H 4 O 6 nádukor α α` β Törés sinα sin β ρ, így ha: α > β A kvar piezoelektromos tulajdonsága kristályszerkezete alapján a) a Si- és O-atomjai egy szabályos hatszög súsaiban helyezkednek el b) megelelő irányból összenyomva a két szemközti sarkon elhelyezkedő Si- és O- atom közelebb kerül egymáshoz ókuszálás > > ) az O-atomok oldalán azok negatív töltése, míg a másik oldalon a Si-atomok pozitív töltése érvényesül
Kitérés egyenáram váltóáram rezonania él hullámhossznyi vastagságnál R R 4 R Frekvenia d onstans V V(sin) d(sin) A maximális R -első rezonania Az ultrahangos képalkotás elve kibosájtott UH pulse eho D időmérés távolság abszorpió időerősítési korrekió T T - a kibosájtott és a visszavert jelek között eltelt idő D - objektum távolsága - UH sebessége T D 0,07 m 0,000909s 0,9 ms 540m s A transzduer és alap üzemmódjai Alapvető UH képalkotási módok piezoelektromos anyag olytonos impulzus 3-4 λ A-szken (amplitude) B-szken (brightness) TM-szken (timemotion)
3D leképezés több egymás alatt elhelyezkedő rétegelvétel készítése elektronikus szkenner segítségével egymást követő rétegek számítógépes megjelenítése 3 dimenzióban 4D a 4. dimenzió az idő B-üzemmód Dirakió a orrás közelében Egy képszelet készítése mehanikus szkenner transzduer legyezőszerű mozgatása ~60 o -os körikk alakú kép, mely irányonkénti egyegy A- üzemmódú képvonalból tevődik össze elektronikus szkenner 00-300 transzduer egy sorban (kb. 0 m hosszú) elektronikusan vezérelt, egymáshoz képest késleltetett nyalábindítás és detektálás segítségével téglalap alakú kép
UH készülékek eloldóképessége axiális -3λ ~ 0,5 mm laterális nyaláb átmérő Egydimenziós készülékek CW-Doppler impulzus-doppler Doppler görbe Duplex megjelenítés Color-Doppler Doppler-ultrahang Doppler-ultrahang UH egyéb hatásai kavitáió súrlódás diszpergálás termikus hatás d t r vt osθ
Nagy intenzitású ókuszált ultrahang terápia (HIFU) Hangelnyelés tumor lokalizálása B-módú képalkotással tumor szövet ronsolása jól lokalizálható hőmérséklet emeléssel (~ 30 o C) a szövetkárosodás kontrolálása a szöveti relexió változásának a monitorozásával I A I 0 e 0 A e α x δ x mivel I A intenzitás sökkenés α abszorbiós együttható x mélység amplitúdó sökkenés δ sillapítási tényező ezért α δ Extrakorporális lökéshullámokkal végzett kőzúzás (ESWL) spektruma 00 khz - MHz ~ 50 MPa akusztikus nyomáshullám