ultrazvukZoran Zilic

PAPUGIN DEO

Piezoelectric Effect

Piezo efekat - dovedemo struju = deformisemo objekatKoristi se kristal: kvarc, turmalin… ΔL – nekoliko μs Rezonancija diska nastaje kada je debljinadiska λ/2. λ – sirina ultrazvucnog talasa

d=gєτ

єτ – dialekticna konstanta kad Transducer moze da se pomera єs – dialekticna konstanta kad je transducer fixiran

Sposobnost transducera da konvertuje jedan vid energije u drugi se irzracunava sa:

Electromechanical coupling coefficinet=(stored mechanical energy/total stored energy)

ECC – mera performanse materijala kao transduceraECC = (e2/cE*єs ) = (єs/єs)-1

e=cE *d [N/m] ili [C/m2]e-stalna piezoelektricna mrljacE –elasticna konstanta materijala kada nema struje

Karakteristike piezoelektricnih materijala

PZT polimer sastoji se od malih PZT sipki.1. Skuplja mu cena2. Mehanicki I dialekticki gubici niski3. Frekvencija 3-7.5 MHz

PVF2:1. Pravi se u obliku filma 6-50μm2. Polukristal3. Ima sirok opseg frekvencija4. Akusticna impedansa se poklapa sa impedansom tkiva5. Mana: dialektricni gubitak je velik, a dialekticna

konstanta je mala

Kvarc - je savrsen i precizan element za merenje zato sto je stabilan.

o veliko elektricno polje za jace izlazeKeramika - manje stabilano Malo elektricno polje za jace izlazeKuciste elektrode – metal, tvrda plastika;

uzemljenaRezonantna frekvencija za transducer:

fo=(n*cp/2Lc)Lc=nλ/2

cp- akusticna talasna brzinaLc – debljina piezoelementan - neparni integer (1,3,5,7…)

Rr=(Lc2*Zw/4e2Ac)

Ct=(ЄTAc/Lc)Ac – povrsina kristalaLc – debljina kristalaZw – akusticna impedansa vodee, ЄT - piezo osobine

Q se koristi da opise ultrasonicni transducer (elektricni i mehanicki Q)

Q=fo/(f2-f1) fo – rezonantna frekvencija f1,f2 – frekvencija amplitude prigusena za -3dB.

Elektricno podesavanje:Povecanje prenosa energije moze se postici poredjenjem

elektricnih karakteristika transducera sa elektricnim izvorom I pojacalom.

Mehanicko podesavanje:1. Ringing effect – produzava duzinu pulsa (zato je

nepozeljan)2. Zbog neslaganja akusticnosti impedanse vazduha I

piezoelementa deo energije se gubi3. Potporni materijal:

smanjuje razliku vazduha I piezoelementa Sluzi da upije svonjenje I poveca opseg (smanji Q) Upija energiju vibracija

4. Izolator se stavlja izmedju sonde I kristala da bi se prigusilo zvonjenje

5. Unistavanjem zvonjenja zrtvujemo ”OSETLJIVOST”

Transducer beam karakteristikeHygensov princip – je zapravo obicna difrakcija,

princip koji se odnosi na prostiranje talasa kroz sredinu. ”svaka cestica na koju nailazi neki talas postaje novi izvor svernih talasa”

Beam profile: distanca izmedju transducera I poslednjeg maksimalnog axialnog pritiska je:

Zo=r2/λr – radius elementaλ – talasna duzina”NEAR field zone” – oblast gde je axialni pritsak z<zo

”FAR field zone” – gde axialni pritsak poraste za 1/zBeam width – udaljenost izmedju 2 tacke gde pritisak

opada za -3dBUgao divergencije: sinθ=o.61*(λ/r)

Schlieren system: ektremno senzitivna tehnika za vizuelizaciju ultrazvucnog polja. Belezi cak 106

promene.Prati se promena u gustini mediuma kroz koji

ultrazvuk ideSto svetliji deo na slici – vise je intezivniji

korespondirajuci deo ultrazvucnog poljaAnaliza slike nije jednostavnaKoriste se mikrosonde, ili hidrofoni da bismo

kvantitativno mapirali polje ultrazvukaIma sirok opseg

Pulsirajuce ultrasonicno polje

Lateralna rezolucija transducera je determinisana sirinom zraka transducera (-3dB do -6dB sirine zraka)

Axialna ili rasponska rezolucija transducera je odredjena prostornim opsegom predatog ultrazvucnog pulsa, dat sa τc

τ – sirina talasa

Axialna sirina je povezana sa sirinum pulstaSirina pulsa – vreme proteklo od padaAmplitude sa max do -3dB.

Sirina zraka se smanjuje fokusiranjemAkusticno socivo – od pleksigasa

f ≈ δ/(1-(1/n))δ – radius krivinen = c1/c2

Transducer arrays imaju vise of jednog transducer elementa

Elementi se postavljaju u liniju, u prsten ili u pravougaonik…

Linearno ukljuceni nizom se upravlja sa dovodjenjem Napona grupi elemenata (ovako se dobija Real time picture)

Linear phase array – slican po gradji, ali drugaciji po izvrsavanju.

o Manji je (1cm x 3 cm)o Ima samo par elemenata (32-128)• Brzi su ali im je losa rezolucija• Granting lobe je povezana sa Main lobe, i odredjena sa

We. Sto manje We – to veca velicina Granting lobe.• Minimizujemo Granting lobe tako sto smanjimo ‘g’ sto

vise mozemo, ili napravimo pulseve sto krace mozemo.

ROBERTOV DEO

Color Doppler Flow imaging Omogucuje prikaz toka krvi kroz krvne sudoveInformacije o poziciji transducera se upisuju na X iY

osu CRT-aAmplituda dopplerovog signala ukljucuje Z osu CRT-aPolozaj gejta daje informaciju o Dopplerovom signalu

u pravcu prostiranja zraka i info o protoku.Polozaj gejta se moze podesiti rucnoColor Doppler Flow imaging omogucuje prikaz toka

krvi i prikazuje se u realnom vremenu (za razliku od primene obicnog Dopplerovovog efekta)

Svaka A linija je podeljena u 500 segmenataDoppler shift – je izvedena iz svih segmenata

pomocu prenosenja pulseva (8 ili vise)u istom pravcu.

B-mode slika je u nijansama sive, a DOPPLER SHIFT je u bojama, brzi protok se oznacava sa sveetlijim, sporiji protok sa tamnijim bojama

Crvena boja – tok ka transduceruPlava boja – tok od transducera

Broj prenesenih pulseva odredjuje tacnost Doplerove procene u algoritmu, koja koristi SAMOKOREKTIVNI RACUN (autocorrelation calculation)

Autokorelativne f-je od f(t) je povezana na P(w) – power spectrum, sa jednacinom:

R(τ)=-∞∫∞P(ω)ejωτ dωR(τ) - autokorektivna funkcijaP(ω)e – power spectrum<ω> - frekvencijaσ2 - varijansa power spektruma<ω> i σ2 su povezani f-jom:

j <ω> = R’(0)/R(0)σ2 = [R’(0)/R(0)]2- R’’(0)/R(0)

Pomocu ovih jednacina moze se izracunati brzina protoka krvi

Paralelno procesuiranjeProblem: samo jedan akustican puls se siri kroz tkovo u

jedinici vremena.Vreme se moze skratiti ako akusticne pulseve saljemo u

vise pravaca u isto vreme, ili ako imamo vise scan lines - time povecavamo scan line gustinu = BOLJA REZOLUCIJA + krace vreme

Za taj problem koristi se Paralelno Procesuiranje – four-direction za svaki prenosivi puls sa sirim ultrazvucnim zrakom.

P.p. uklanja ometajuce razmake izmedju scan lines

Isprekidana linija – primljen zrakprava linija – prenosivi zrak

Ultrasonic contrast mediaUbacuju se mikro vazdusni mehurici (manji

od 10μm) direktno preko vene, prolaze kroz levi deo srca, zatim idu u pluca.

Nisu toksicni, a veoma su EHOgenicni

Intracaviting imagingCavity – supljinaProblem kod konvencionalnog snimanja = sto dublje u tkivo

ultrazvucna energija sve slabija.Problem se javlja pri snimanju supljih organa.

Zato se koriste TRANSESOPHAGEALO ECHOCARDIOGRAPHYSonda mora abiti:1. Mala2. Laka za rukovanje3. Adekvatno izolovana

Koristi se za snimanje rada srca, ili pluca tokom operacija.Postoje jos i: Transvaginalne, Transrektalne ,

Intravaskularne…

Karakteristike: ultrasonic textureProblem: MRLJE! ultrasonic textural shabloni za mrlje iz B-

mode images, koji su slicni laserskim mrljama, se koriste rutinski za klinicke diagnoze.

Ultrasonicne mrlje su delimicno koherentneLaser mrlje su skroz koherentne Prisustvo mrlja stvara nejasnu strukturu (sliku)

Mrlje se otklanjaju usrednjavanjem sa dve metode:1. frequency computing technique2. Spatial computing technique

Tekstura tikiva je odredjena:1. Karakteristikama transducera2. Frekvencijama3. i sirinom talasa

PAPUGIN DEO