Презентация на тему: Физические основы ультразвука

Физические основы ультразвука. Он-лайн учебник регионарной анестезии.Глава 2.Интерактивный учебный центр “Nerveblocks.ru”

Что есть звук? Звук – это механическое колебание среды, то есть последовательность зон сжатия и растяжения.Основная характеристика – частота, измеряется в Герцах (Гц = 1/Сек).Звук в окружающем мире подчиняется волновым законам.Человеческое ухо способно воспринимать звук с частотой от 20 до 20000 Гц.

Частота, скорость, длина волны. Звуковая волна рождается с определенной, постоянной частотой (frequency = f), и распространяется симметрично от источника звука с постоянной для данной среды скоростью (speed = V).Скорость звука в воздухе – 300 м/с, для более плотных сред – скорость распространения звуковой волны больше.Расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковых фазах называется длиной волны (λ).

Что такое ультразвук? Звуковой спектр по частотным характеристикам можно разделить на три сегмента.Соответственно, ультразвук – это звуковая волна с частотой свыше 20000 ГцДиапазон медицинского ультразвука 2,5-15 МГц

Как рождается ультразвуковая картинка? Пьезоэлектрические кристаллы внутри датчика излучают ультразвук импульсами.Импульс проходит сквозь тело пациента, отражаясь от поверхности тканей с различной плотностью.Отраженный ультразвук (эхо) возвращается к датчику, где трансформируется в электрический сигнал.Этот сигнал обрабатывается процессором и на экран выводится готовое изображение.

Как рождается ультразвуковая картинка? Таким образом, датчик имеет двойную функцию: излучать (1%) и принимать (99%).Сила (амплитуда) каждой отраженной волны соответствует яркости отображенной точки.Положение точки на экране зависит от глубины отражения эхо-сигнала.Множество таких точек формируют целостную картинку.

Распространение звуковой волны СкоростьЧем ближе молекулы вещества (выше плотность), тем лучше вещество проводит звук.Скорость распространения ультразвуковой волны необходимо знать для вычисления расстояний между объектами, а также нахождения глубины их залегания. Средняя скорость распространения УЗ в мягких тканях 1540 м/с.

Отражение Фундаментальный принцип ультразвуковой визуализации – это отражение УЗ луча от поверхностей тканей с различной плотностью. Эти отражения воспринимаются датчиком и формируют картинку на дисплее прибора.Процент отраженной УЗ-энергии прямо пропорционален разнице акустических импендансов (Z) на границе тканей.Области вещества со сходными акустическими характеристиками эхо-сигнала не формируют.

Отражение звука Сплошные объекты (диафрагма)- отражение «единым фронтом» - выше процент вернувшейся УЗ-энергии - лучше изображение.- если поверхность перпендикулярна оси УЗ-луча – качество изображения возрастет.Корпускулярные объекты (эритроциты)

Взаимодействие волн ИнтерференцияЗависит от плотности и однородности среды.Сплошное эхо-отражение может быть получено только при условии, что ширина объекта больше, чем четверть длины волны сканирующего луча. Для визуализации мелких объектов – уменьшить длину волны!Уменьшить длину волны удобно, увеличив частоту ультразвукового излученияV=f*λ

Как появляется картинка на экране? Сильное отражение (высокая плотность ткани): гиперэхогенные структуры (белые) – кости, диафрагма, кокременты.Отражение слабее – эхогенные структуры (серые) – большинство плотных органов, мышцы.Слабое отражение – гипоэхогенные структуры (темные) – кровь, жидкость внутри мочевого и желчного пузырей.

Ультразвуковой луч Луч, исходящий из датчика похож на тонкое лезвие - толщина – приблизительно 1 мм. - отображаемая глубина настраивается пользователемДвухмерное изображение: - томографическое сечение - нет информации о толщине объектаВы контролируете положение луча, соответственно вашим целям.

Контроль положения датчика Продольное положениеПоперечное положение Движения:СкольжениеВращениеПокачиваниеДавление

Частота излучения Герц (Гц, Hz) – единица измерения частоты, соответствует одному циклу в секунду.Мегагерц (МГц, MHz) – один миллион колебаний в секунду.Увеличивая частоту УЗ излучения: - Увеличиваем разрешение (осевое и периферическое) - Уменьшаем глубину проникновения Высокочастотные датчики используются для качественной визуализации поверхностных структур, когда глубина проникновения луча – не главное.

Частота датчика и разрешение ↓ частоты= ↑ глубины проникновения.3МГц-датчик проникнет глубоко в тело,однако разрешение полученной картинкихуже, чем при использовании 12 МГц.↑ частоты = ↑ разрешения12 МГц – датчик: высокое разрешение, но минимальная глубина.Удобен на шее и в подмышечной области.

Частота датчика и разрешение Низкочастотные датчики (3-5 МГц) – сканировать глубокие органы (печень, желчный пузырь, почки).Высокочастотные датчики (10-15 МГц) – позволяют сканировать поверхностные структуры, например, плечевое сплетение. Но глубина ограничена 3-4 см.Среднечастотные датчики (4-7МГц) – более глубокие структуры, например, плечевое сплетение в подключичной области или седалищный нерв у взрослых.

Акустический импеданс Акустический импеданс (АИ) вещества определяется исходя из плотности этого вещества, а также скорости распространения звука в нем. Чем больше плотность, тем выше АИ.УЗ отражается от границы разделения тканей с различными значениями АИ и чем существенней эти различия, тем больше отражается сигнал.Пары ткань/газ, ткань/кость и кость/газ отражают почти 100% УЗ-энергии на границе разделения.

Акустический импеданс Самая большая разница АИ между мягкими тканями и газом.Второе по величине различие – между тканями со средней плотностью и очень плотными тканями (например, кость – мышца).Не следует пытаться сканировать через ребра, грудину или газовый пузырь.

Контрастность изображения Контрастность – это способность аппарата различать различные градации серого, основываясь на силе эхо-сигнала.Для того, чтобы оптимизировать контрастность – надо оптимизировать осевое и периферическое разрешение.

Разрешение Осевое разрешение:способность отображатьраздельно два объектавдоль оси УЗ-луча.Периферическое разрешение:способность отображатьраздельно два объектаперпендикулярно оси УЗ-луча