5. A visszhangra figyelni kell

Az előadások a következő témára: "5. A visszhangra figyelni kell"— Előadás másolata:

1 5. A visszhangra figyelni kell
(ultrahang)

2 Longitudinális hullám és amplitúdója (Dp) a hangnyomás
ULTRAHANG C = lf Az ultrahang az emberi fül hallástartományánál magasabb frekvenciájú mechanikai (nyomás-)hullám. Az ultrahangnak nagy biológiai és orvosi gyakorlati jelentősége van. Biológiai jelentősége abban áll, hogy egyes állatfajok jól hallják az ultrahangokat (pl. kutya, patkány, tengerimalac, tücsök) mások ultrahang segítségével kommunikálnak illetve tájékozódnak (pl. denevér delfin). Az orvosi gyakorlatban az ultrahang diagnosztikai és terápiás szempontból egyaránt fontos. ahol Dp = p - p0 a hangnyomás r a levegő sűrűsége, 1,3 kg/m3 c a hangsebesség A közegnek a hang terjedésével szemben mutatott ellenállása az akusztikus keménység (másnéven fajlagos akusztikus impedancia): Z = r.c Egysége a rayl , 1 rayl = 1 Pa s/m; dimenziója: ML-2T-1 . 20 kHz-nél nagyobb frekvenciájú, levegőben 17 mm-nél rövidebb hullámhosszúságú hang Levegő metanol 1100 Higany 1450 Víz 1500 glicerin 1900 réz 4700 Üveg 5640 zsír , agy , máj, vér, lép 1570, izom szemlencse 1620, koponyacsont 3360, (lágy szövetek átlagosan 1540) A hangsebesség (m/s) Longitudinális hullám és amplitúdója (Dp) a hangnyomás p0 Dp

3 Piezoelektromos hatás.
Az ultrahang keltése Az ultrahang-forrás működéséhez szükséges nagyfrekvenciás mechanikai rezgéseket legtöbbször elektromos úton állítjuk elő, úgynevezett elektromechanikus átalakítók segítségével. Pierre és Jacques Curie 1880-ban írta le a piezoelektromos jelenséget: egyes kristályokban (pl. báriumtitanát, cirkónium alapú kerámikus anyagok, kvarc, etiléndiamintartarát stb.) mechanikai deformáció (bizonyos irányú összenyomás vagy nyújtás, bármilyen csavarás) hatására elektromos polarizáció lép fel. Ez azt jelenti, hogy két szembenfekvő lapon megjelenő ellentétes polaritású töltések miatt elektromos feszültség (potenciálkülönbség) keletkezik. Ez a jelenség megfordítható: a kristály két lapja közé kapcsolt elektromos feszültség hatására deformáció lép fel: + _ Piezoelektromos hatás. Elektromos feszültség Mechanikai deformáció

4 Mechanikai deformáció Elektromos feszültség
A magnetosztrikció: ferromágneses anyagok térfogata mágneses térben csökken. Ezzel egyenértékű, hogy rudak a tengelyükkel párhuzamos mágneses térben megrövidülnek. Ha a rudat tekerccsel vesszük körül, és a tekercsen váltakozó áramot vezetünk át, a váltakozó erősségű mágneses térben a rúd félperiódusonként megrövidül és hosszanti rezgésbe jön. A rúd méreteit a kívánt ultrahang-frekvencia szerint választjuk meg, és a gerjesztéshez feleakkora frekvenciájú váltóáramot alkalmazunk, mint a sajátrezgés frekvenciája. Mechanikai deformáció Elektromos feszültség

5 Elektrosztrikció. Az ultrahang-generátorokban (például) polikristályos báriumtitanátból készült, megfelelő elektródokkal ellátott korongokat vagy más alakúra kiképzett testeket használhatunk fel. Mechanikai deformáció Elektromos feszültség Az ultrahang generátorok („adók”) érzékelőként („vevő”) is használhatók. A gyakorlatban kétféle elrendezést használnak: két egymásmellé építettkristály közül az egyik „adó”, a másik „vevő” – vagy egyetlen kristály időosztásban működik adóként és vevőként (adó és vevő üzemmód):

6 Anyag Terjedési sebesség m/s Akusztikus impedancia Víz 1530 1,53 Zsír 1450 1,33 Csont 4 - 7,5 Vér 1570 1,61 - 1,66 Izom 1590 1,7 Máj 1,65 Minél nagyobb a határoló közegek közötti akusztikus impedancia-különbség annál nagyobb a visszavert akusztikus energia. Orvosi gyakorlati szempontból fontos, hogy bizonyos szövethatárokon (pl. lágyrész/csont határfelület) teljes visszaverődés léphet fel. Csaknem teljes visszaverődés lép fel folyadék/gáz vagy szilárd test/gáz határfelületen is. Ezért, ha ultrahangot akarunk juttatni biológiai szövetekbe, a transzducer és a test közötti hézagot csatoló közeggel (zselé, víz vagy olaj) kell kitölteni (impedancia-illesztés).

7 Az ultrahangképen egy struktúra fényessége attól függ, hogy az milyen erősen reflektál, azaz az ultrahang-impulzust miképpen veri vissza (mekkora a határfelületet alkotó két anyag akusztikus impedanciájának különbsége). „Adás” üzemmód „Vétel” Visszhang (echó) határfelület Áthatoló impulzus

8

9 Az extra visszhang retina-leválást jelez
Szemészeti A-scan a = cornea visszhang b = lencse-front visszhang c = hátsó lencse-fal visszhang d = retina visszhang Az extra visszhang retina-leválást jelez

10 B-scan A-scan

11 Az ultrahang alapú képalkotó eljárások alkalmasak a szív strukturális és dinamikai jellemzőinek kvantitatív ábrázolására. A technológiák számos olyan paramétert képesek nem invazív úton mérni, amelyet eddig csak jelentős költségek árán, invazív beavatkozás útján tudtunk meghatározni. Mindemellett számos olyan paraméter is mérhetővé vált (jobb kamrai térfogat, ejekciós frakció, myocardium-izomtömeg), amely a jelenleg elérhető diagnosztikai eljárásokkal csupán közelítéssel volt meghatározható.

12 Mi a különbség a hagyományos kétdimenziós, illetve a három illetve négydimenziós ultrahang vizsgálat között? A kétdimenziós vizsgálatok során ún. metszeti képet látunk. A vizsgáló mozgatja a hasfalon a vizsgálófejet, különböző síkokat ábrázolva, és térlátásának, kreativitásának megfelelően az „agyában” alakul ki a térbeli kép. Ezt a szintetizáló tevékenységet váltja ki a háromdimenziós ultrahang technika. Ebben az esetben nem egy síkot, hanem síkok sorozatát dolgozza fel a készülék, és ebből alkot egy háromdimenziós térben elhelyezett képet. Ezt a képet dönthetjük, elforgathatjuk, eddig elképzelhetetlen síkokat vizsgálhatunk, így jól meghatározható egyes szervek, képletek egymáshoz való viszonya. Egyes betegségek esetén az állapot nyomon követésében nagy jelentősége van annak, hogy egyes képletek térfogata pontosan meghatározható.  A 3D ultrahang készüléknek a laikus és az orvos számára egyaránt a legszembetűnőbb a felszínábrázolási képessége. Ebben az üzemmódban a test felszíne (pl. a magzat arca) úgy jelenik meg, mintha egy fényforrás világítaná meg, és inkább fényképre, mint hagyományos 2D ultrahangképre hasonlít. A négydimenziós ultrahang (valós idejű 3D) pedig azt jelenti, hogy mindezt mozgásban láthatjuk, mint egy mozifilmet.

13 Kétdimenziós kép háromdimenziós képek négydimenziós kép

14 DOPPLER EFFEKTUS

15 Doppler kardiográfia Közeledő áramlás pirossal, távolodó kékkel, a nagyobb sebesség világosabb színnel ábrázolódik.