ultrazvuk - razvoj_aparata05

8/2/2019 Ultrazvuk - Razvoj_aparata05

1/29

2005


2/29


3/29

DIGITALIZOVADIGITALIZOVANJNJE SIGNALA POBUDEE SIGNALA POBUDE

Kao prvi korak ka poboljanju, dolo je digitalno pobuivanje sonde. Na slici (a)prikazan je konvencionalni signal pobude i slika koja se tako dobija, dok je na slici

(b) prikazan digitalizovani signal pobude i slika dobijena na taj nan. Poredei dve

slike, vidi se da se digitalizacijom signala dobija odlina rezolucija slike, poboljanje

kontrastne rezolucija kao i poveanje osetljivosti. Kao rezultat svega toga, uoavaju

se detalji na velikoj dubini

1 1 1 0 1 0 1 1

18 cm

(a) (b)


4/29

POBOLJPOBOLJANJAANJA -- DIGITALNO KODIRANI ULTRAZVUKDIGITALNO KODIRANI ULTRAZVUK

Preduslov za dobijanje dobre slike pomoPreduslov za dobijanje dobre slike pomou ultrazvuka je da postoji uska fokalna zou ultrazvuka je da postoji uska fokalna zo--

na na mestu koje je od interesa. Dok se kod obina na mestu koje je od interesa. Dok se kod obinog emituje impulsnog emituje impuls iji oblik nije poiji oblik nije po--

sebno definisan, dotle se za digitalno kodirani impuls to ne mosebno definisan, dotle se za digitalno kodirani impuls to ne moe ree rei. Zato se kodi. Zato se kod

digitalno kodiranog ultrazvuka dobijaju kratki i dobro definisandigitalno kodiranog ultrazvuka dobijaju kratki i dobro definisani impulsi a rezultat jei impulsi a rezultat je --mmnogonogo boboljlja rea reggulaculaciijaja uuestanostiestanosti propusnogpropusnog opsegaopsega ii oblikaoblika U.Z.U.Z. snopasnopa

Konvencionalni

ultrazvuk

Digitalno kodirani

ultrazvuk


5/29

POBOLJPOBOLJANJAANJA -- DIGITALNO KODIRANI ULTRAZVUKDIGITALNO KODIRANI ULTRAZVUK

Obianimpuls& proc .

Oblik talasa

odraava spektar Krai, bolje de-

finisani impulsiDKU

impuls& proc.

Dugaak i opadajui

Kratak, otardobro definisan

BOLJ KON-TRASTN I

PROSTORNAREZOLUCIJA

Poreenje dva naina pobude konvencionalnog i digitalnog. Dok kod prvoga zbog

dugog trajanja pobude dolazi do sporijeg smirivanja posle pobudnog impulsa, pa se

zbog toga javljaju artefakti. Kod digitalne pobude impuls je dobro definisan i zbog

toga nema parazitskih vibracija. Kao rezultat, dobija se bolja slika.


6/29

Digitalnokodiranje

Digitalnodekodiranje

B modprocesor

sonda

telo

monitor

STVARANJE B-SLIKE PROTOKA

Problem sa odjecima krvi je da su oni

vrlo slabi.

Upotrebom digitalno kodiranih signala

postie se:

Poveanje osetljivosti za reflektore u krvi

Izjednaavaju se signali tkiva

Za svaku liniju B-slike protoka potrebnoje:

emitovati kodirane ultrazvune talase

dekoder poveava signal protoka

protok i slika prikazuju se u B-modu

DETEKTOVANJE KRVNIH REFLEKTORA


7/29

+

Eho tkiva

Eho krvi

Telo

1 1 0 0

1dekodiranje

Emitovanje ultrazvunog talasa

Prijem odbijenog ultrazvunog talasa

1 0 0 1 1

kodiranje

PROCESIRANJE B-PROTOKA


8/29

BB--SLIKA PROTOKASLIKA PROTOKA

Procesovanje

B-protoka

B-mod slika Slika B-protoka

Dobija se simultana slika tkiva i protoka u punoj veliiniNema posebne pobude za protok, pa se poveava frame rate

PREDNOSTI VIZUALIZACIJE U B-MODU


9/29

SNIMANJE TKIVA POMOSNIMANJE TKIVA POMOU HARMONIKAU HARMONIKA

KadaKada ultrazvuultrazvunini isto sinusni talas dopre do tela, dolazi doisto sinusni talas dopre do tela, dolazi do njnjegovog izobliegovog izobliavaava--

njnja i promena zbog prirode tkiva kroz koja prolazi. Promene u signa i promena zbog prirode tkiva kroz koja prolazi. Promene u signalu mogu daalu mogu dabudu izazvane svakom razdvojnombudu izazvane svakom razdvojnom povrpovrinominom izmeizmeu tkiva. Treba, dakle, imati uu tkiva. Treba, dakle, imati uvidu posledice koje na brzinu zvuka kroz tkivo izazivavidu posledice koje na brzinu zvuka kroz tkivo izaziva njnjegovoegovo prostiraprostiranjnje kroze kroztkivo Kada je tkivo komprimovano, onda brzina zvuka kroz komprimtkivo Kada je tkivo komprimovano, onda brzina zvuka kroz komprimovano tkivoovano tkivoraste u komprimovanoj oblasti. Kada je tkivoraste u komprimovanoj oblasti. Kada je tkivo opuoputeno, brzina zvuka opada. Poteno, brzina zvuka opada. Posvojoj prirodisvojoj prirodi ultrzvuultrzvuni talas je talas pritiska. Ovaj talas pritiska komprimuje ini talas je talas pritiska. Ovaj talas pritiska komprimuje i

opuoputa tkivo prilikom prolaska krozta tkivo prilikom prolaska kroz njnjega.ega. PoPoto se brzina zvuka meto se brzina zvuka menjnja ua urazlirazliitim taitim takama talasa, dolazi do izoblikama talasa, dolazi do izoblieenjnja sinusnog talasa. Ovo izoblia sinusnog talasa. Ovo izoblieenjnjeepostajepostaje naglanaglaenijeenije kada talas prolazi kroz tkivo.kada talas prolazi kroz tkivo.

kompresija relaksacija

pritisak

vreme


10/29

SNIMANJE TKIVA POMOSNIMANJE TKIVA POMOU HARMONIKAU HARMONIKA

(a)

(b)

(c)

Razliita tkiva izobliuju talase na razliite naine. Masti imaju tendenciju da izoblie talas

mnogo jae nego to to ine tkiva miia, jetre ili bubrega. U manjem stepenu takav efekt

proizvodi i voda. Rezultantni talasni oblik sadri kako osnovnu uestanost, tako i

uestanosti harmonika koje su prouzrokovala izoblienja. Talasni oblik nastao pod uticajem

izoblienja mo

e da se rastavi na osnovnu u

estanost i na harmonijske u

estanosti.Harmonici, znai, nastaju usled izoblienja osnovnog talasa.

vc

vr

U trenutku t, sredina ta-

lasa kree se brzinom c,

nominalnom brzinom Vrhtalasa kree se brzinom

vc=c+c, malo bre.

Dolina talasa kree se

brzinom vr=c - c, malosporije. Kada zvuni

talas prolazi kroz tkivo,

vrh talasa se gura

napred, dok se dolina

talasa potiskuje unazad


11/29


12/29

POREENJEPOREENJE

Na slici (a) je snimakNa slici (a) je snimak titastetitaste ljezde uobiljezde uobiajenim postupkomajenim postupkom ista je uista je uestnost emiestnost emi--

tovanog i detektovanog signala. Na slici (b) prikazan je snimaktovanog i detektovanog signala. Na slici (b) prikazan je snimak pomopomou harmonika.u harmonika.


13/29

3D3D ULTRAZVUULTRAZVUNA SLIKANA SLIKA

Lekar koji koristi konvencionalni 2D u.z. vidiLekar koji koristi konvencionalni 2D u.z. vidianatomiju pojedinih preseka pacijenta i mentalno ihanatomiju pojedinih preseka pacijenta i mentalno ihporedi da bi doporedi da bi doao do prave dijagnoze. 3D u.z.ao do prave dijagnoze. 3D u.z.daje lekaru novo dijagnostidaje lekaru novo dijagnostiko sredstvo. Anatomijako sredstvo. Anatomija

pacijenta nije vipacijenta nije vie samo u 2D presecima, vee samo u 2D presecima, ve se onise oniprikupljaju i prikazuju kao 3D zapreminski podaci.prikupljaju i prikazuju kao 3D zapreminski podaci.

StanjeStanje razvojarazvoja 3S/4D3S/4D uzuz imaima 44 glavneglavnekomponentekomponente::

AutomatskaAutomatska akvizicijaakvizicija -- prikupljanjeprikupljanje

3D3D multiplanarnimultiplanarni prikazprikaz 3D obrada3D obrada

RealReal--Time 4DTime 4D uzuz ( do 16 vol.( do 16 vol.AcqAcq. / sec). / sec)

PrviPrvi ii najbitnijinajbitniji deodeo 3D3D uzuzje akvizicijaje akvizicija anatomijeanatomijepacijentapacijenta.. To se postiTo se postie jednim od dva metoda.e jednim od dva metoda.

Najstariji metodNajstariji metod

zahteva da se sonda ruzahteva da se sonda runonoprevlaprevlai preko koi preko koe pacijenta skupljajue pacijenta skupljajui tako nizi tako niz

2D anatomskih preseka.2D anatomskih preseka. Na nesreNa nesreu, ruu, runonokretanje sonde obikretanje sonde obino se ne izvodi ravnomernomno se ne izvodi ravnomernombrzinom pa su prikupljeni anatomski podacibrzinom pa su prikupljeni anatomski podacineuniformni. Odnosno raneuniformni. Odnosno rastojanje izmeustojanje izmeuprikupljenih preseka nije ravnomerno i to seprikupljenih preseka nije ravnomerno i to serezultuje u nepouzdanim merenjima zapremine.rezultuje u nepouzdanim merenjima zapremine.


14/29

3D3D ULTRAZVUULTRAZVUNA SLIKANA SLIKA Drugi metod je poznat kaoDrugi metod je poznat kao automatskeautomatske

akvizicijeakvizicije korikorienjem ovog metoda nemaenjem ovog metoda nemapotrebe za rupotrebe za runim pokretanjem sondenim pokretanjem sondepodaci se prikupljaju uniformno ipodaci se prikupljaju uniformno i merljivomerljivo..

PoloPoloaj sonde je nepromenjen pri akvizicijiaj sonde je nepromenjen pri akvizicijianatomije pacijenta. U roku od nekolikoanatomije pacijenta. U roku od nekolikosekundi kristali u sondi preu preko regije odsekundi kristali u sondi preu preko regije odinteresa i prikupe anatomiju pacijenta kaointeresa i prikupe anatomiju pacijenta kaozapreminske podatke. Kao trenutni rezultatzapreminske podatke. Kao trenutni rezultatdobija se multiplanarni prikaz, odnosnodobija se multiplanarni prikaz, odnosno

simultano se prikazuju 3 ortogonalne ravnisimultano se prikazuju 3 ortogonalne ravniskeniranjaskeniranja longitudinalna, transverzalna ilongitudinalna, transverzalna ihorizontalna ravan skeniranja. Svaka ravanhorizontalna ravan skeniranja. Svaka ravanskeniranja moskeniranja moe da se rotira oko x,y ili z ose.e da se rotira oko x,y ili z ose.O anatomiji pacijenta moO anatomiji pacijenta moe se suditi ue se suditi utrenutku akvizicije ili posle pregleda.trenutku akvizicije ili posle pregleda.

Multiplanarni prikaz omoguMultiplanarni prikaz omoguava lekaru daava lekaru dalocira optimalni dijagnostilocira optimalni dijagnostiki ugao iz bilo kojeki ugao iz bilo kojeeljene taeljene take. Zahvaljujuke. Zahvaljujui tai tanostinostiautomatske akvizicije anatomski pregled naautomatske akvizicije anatomski pregled namultiplanarnom prikazu daje tamultiplanarnom prikazu daje tanijenijeproraproraune merenja zapremine, jer korisnikune merenja zapremine, jer korisnik

momoe da pregleda anatomske podatke u biloe da pregleda anatomske podatke u bilokojoj ravni skeniranja.kojoj ravni skeniranja.


15/29

3D3D ULTRAZVUULTRAZVUNA SLIKANA SLIKA

Kada se jednom prikaKada se jednom prikae anatomija u multiplanarnom prikazu, zae anatomija u multiplanarnom prikazu, zanajkranajkrae vreme izrae vreme izraunava se i prikazuje 3 D ounava se i prikazuje 3 D obrada. 3D obrada. 3D obraenabraenaslika moslika moe da prikae da prikae anatomsku povre anatomsku povrinu, kao i anatomskeinu, kao i anatomskestructure koje su skrivene ustructure koje su skrivene u unutraunutranjostinjosti..

RealReal--time 4Dtime 4D (poznat i kao 4D) je(poznat i kao 4D) je kontinualnakontinualna akvizicija iakvizicija i prikazprikaz

anatomijeanatomije datedate zapreminezapremine toto omoguomoguavaava prikazprikaz trodimenzionohtrodimenzionohstrukturastruktura uu pokretupokretu..


16/29


17/29

MEHANIMEHANIKI LOKALIZATORIKI LOKALIZATORIMehanikilokalizatori

Kao kod starih statikih B-skenera, sonda se i ovde nalazi na sistemu poluga.Pomou potenciometara koji se

nalaze na zglobovima poluga odreuje se taan poloaj sonde u prostoru. Sondu moe da pomera bilo sam

rukovalac, a moe se pokretati i pod kontrolom motora sa istovremenim memorisanjem poloaja i ugla ravni

skeniranja.Dobijene sekvence 2D slika mogu se snimiti na traku i kasnije digitalizovati i memorisati u raunaru

da bi se slika obradila, analizirala i prikazala.

Daljinski lokalizatori su specijalne konstrukcije koje emituju akustike, optike ili elektromagnetske signale.Ove signale detektuju senzori postavljeni blizu pacijenta. Na taj nain moe da se neprekidno nadgleda sondakoja se drzi u ruci. Dalji postupak za dobijanje 3D slike isti je kao i za mehanike lokalizatore.


18/29

MEHAMEHANINIKI POKRETANA 3D SONDAKI POKRETANA 3D SONDA

Ovi pretvaraki ureaji mogu se drati u ruci ili mogu da se montiraju na stativ, a moguda se montiraju i na endoskop i koriste u transezofagijalnim sondama. Sonda je meha-

nika ili ee elektronska - phased array. Motor u ureaju koji se kontrolie rauna-

rom pokree sondu. U zavisnosti od vrste sonde, ona se kree pravolinijski ili rotira

oko neke ose, pa se na taj nain definie trodimenzionalni oblik. Kada se pretvaraki

ureaj dri u ruci, rukovalac ne pomera sondu tokom akvizicije za 3D oblik.

Jedna varijanta ovakvih sondi koristi se u intravaskularnim kateterima. Pretvara rotira

pomou motora, a montiran je na kateter. Dobija se slika normalna na njegovu podu-

nu osu. Laganim povlaenjem katetera dobija se niz 2D slika koje se kasnije obrauju

u raunaru i daju 3D sliku.


19/29

SONDE SA MATRICAMA PRETVARASONDE SA MATRICAMA PRETVARAAA

Matrica

pretvarakihelemenata

Elementizapremine

vokseli

azim

utelevacija

azim

ut

Ova vrsta sondi konstruisana je i idealna za 3D sliku u realnom vremenu ivu

sliku. Koristi se matrica pretvarakih elemenata rasporeenih pravougaono.

Aktiviranjem odreenog niza pretvaraa dobijaju se elementi slike bilo po azimutu

bilo po elevaciji. Svaki od preseka se odmah alje u raunar koji pridruuje unete

elemente postojeim i tako se dobija 3D slika organa ili dela organa. Ovaj nain je

naroito pogodan za piramidalne oblike, odnosno za kardiologiju.

Matrica

pretvarakihelemenata


20/29

SONDE SA MATRICAMA PRETVARASONDE SA MATRICAMA PRETVARAAA Na slici je prikazana jedna takva matricaNa slici je prikazana jedna takva matrica

pretvarapretvarakih elemenata koja ima 64x64kih elemenata koja ima 64x64

= 4096 pretvara= 4096 pretvarakih elemenata.Pomokih elemenata.Pomouunje je mogunje je mogue voditi ultrazvue voditi ultrazvuni snop ini snop i

po azimutu i po elevaciji i dobiti piramipo azimutu i po elevaciji i dobiti pirami--

dalne strukture. Dakle redalne strukture. Dakle reje o elektronje o elektron--

skoj 2D sondi phased array. Radi na 3.5skoj 2D sondi phased array. Radi na 3.5

MHz, a svaki kvadratni element matriceMHz, a svaki kvadratni element matriceje velije veli--ine 0.3mm. Pri pregledu nisu poine 0.3mm. Pri pregledu nisu po--

trebna nikakva pomeranja sonde.trebna nikakva pomeranja sonde.

Radi se i na konstrukciji sondeRadi se i na konstrukciji sonde ijiiji ee

elementi biti 0.1 mm veliki, a radna uelementi biti 0.1 mm veliki, a radna uee--

stanost bi bila 10 MHz.stanost bi bila 10 MHz. Takva sondaseTakva sondase

predvia za koripredvia za korienje u kateterima.enje u kateterima.


21/29

33--D SLIKAD SLIKASamuSamu 3D sliku3D sliku mogumogueejeje prikaprika--

zatizati nana raznerazne nanaineine.. NajNajeeeesese koristikoristi multiplanarnamultiplanarna rekonrekon--

strukcijastrukcija pomopomou koje seu koje se prikaprika--

zujuzuju sve trisve tri ravniravni istovremenoistovremeno..

MoguMogueeje ije i prikazatiprikazati i 3Di 3D povrpovr--

ineine,, poputpoput licalica fetusafetusa, ali je, ali je

mogumogu ii vivieslojnieslojni prikazprikaz, tako, tako

da se sada se sa projekcijeprojekcije momoe skie ski--

datidati slojsloj popo slojsloj iduiduii kaka dubljimdubljim

strukturamastrukturama..


22/29

33--D SLIKAD SLIKA


23/29

4D SLIKA4D SLIKA


24/29

NAPREDAKNAPREDAK


25/29

NAPREDAKNAPREDAK


26/29

NAPREDAKNAPREDAK


27/29


28/29

NAPREDAKNAPREDAK

2D

3D

4D


29/29

!

ultrazvuk - razvoj_aparata05

Documents