2015.05.20

1

Ultragarsas

Fizikos pagrindai

Valdymas

Dr. Saulius Rutkauskas

Garsas

• Garsas yra mechaninė, išilginė

banga, keliaujanti tiesia linija

• Garsas keliauja terpe � sukelia

dalelių poslinkius pačioje terpėje

• Garsas negali keliauti vakuumu �

garsui reikia terpės !!!

Ultragarso prigimtis

• Dalelių poslinkiai yra toje pačioje

kryptyje kaip ir keliaujanti banga.

• Dalelių padėtis terpėje keičiasi,

kai banga keliauja per jas �

lokalus poslinkis (B)

• Dalelės juda terpėje � lokalus

spaudimo padidėjimas ir

sumažėjimas (D)

• Ultragarsas apibūdinamas dažniu

(C), kuris susijęs su bangos ilgiu -

λ

Bangų ilgis ir dažnis

• Dažnio vienetas – hercas (Hz)

▫ 1 Hz = 1 pilnas ciklas per 1 sekundę

• Girdimas garsas yra nuo 20 Hz iki 20 kHz

▫ Medicinoje naudojami dažniai nuo 2 iki 15MHz

Ultragarso greitis

• Skirtingi audiniai � skirtingas

greitis

▫ Garso greitis priklauso nuo

audinio tankio ir spūdumo

(kompresijos) savybių

▫ Kuo didesnis tankis ir labiau

spūdus � greitesnis bangos

greitis

Keitiklis

2015.05.20

2

Keitiklis

• Piezoelektrinis efektas

▫ Piezoelektriniai kristaliai

vibruoja tam tikru dažniu,

priklausomai nuo suteiktos

įtampos.

Ultragarsinių bangų generavimas

• Keitiklis (jutiklis, daviklis) yra

prietaisas, kuris vienos rūšies

energiją keičia kita

▫ Ultragarso keitiklis - elektrinė

energija �mechaninė vibracija

• Įtampos dažnis įtakoja vibracijos

dažnį

• Garso greitis elemente priklauso

iš ko pagamintas pats kristalas

Ultragarsinių bangų generavimas

• Piezoelektrinių elementų storis

sąlygoja efektyviausią vibracijos

dažnį

▫ Tai vadinama keitiklio

rezonansiniu dažniu

• Keičiant dažnį vienas keitiklis gali

pakeisti keletą keitiklių

• Plataus spektro keitiklis yra

efektyvesnis nei siauro, nes gali

veikti plačiame dažnių diapazone

Output – energijos atidavimas

UG bangos generavimas

Fokusavimas Ultragarsinių bangų grįžimas

• Grįžta atspindėtos garso bangos

• Pjezoelektriniai elementai

vibruoja � elektriniai signalai�

sustiprinimas, analizavimas ir

pateikimas ekrane

• Elektriniai signalai formuoja

“taškelius” ekrane

• Taškų ryškumas priklauso nuo

grįžtančios garso bangos

stiprumo

2015.05.20

3

Pjūvio storis – 2D ir 3D Dažnis ir rezoliucija

• Dažnis įtakoja UG vaizdo KOKYBĘ

▫ Kuo didesnis dažnis, tuo geresnė rezoliucija

� 12 MHz keitiklis turi gerą rezoliuciją, bet blogai

penetruoja audinius

▫ Kuo mažesnis dažnis, tuo blogesnė rezoliucija

� 3 MHz keitiklis gerai penetruoja, bet prastesnės

rezoliucijos

Atspindėtas garsas (aidas)

• Stiprus atspindys � balti taškeliai

▫ Hiperechogeniškas

▫ Diafragma, sausgyslės, kaulai

• Silpesnis atspindys � pilki

taškeliai

▫ Izoechogeniškas

▫ Daugelis solidinių organų

• Nėra atspindžio � juodi taškeliai

▫ Hipoechogeniškas arba

anechogeniškas

▫ Skystis, kraujas, šlapimas.

Artefaktai

Atspindėjimas - reflection

• Energijos perdavimas ir

atspindėjimas priklauso nuo

akustinio impedanso

• Jeigu dvi terpės turi vienodą

akustinį impedansą � didžioji

dalis energijos pereis ribą

• Jeigu impedansas skiriasi �

didžioji dalis energijos atsispindės

Atspindėjimas

• Kuo didesnis impedansas �

didesnė UG dalis bus atspindėta

▫ Kaulas

▫ Oras

▫ Kalcifikuotos arterijos

2015.05.20

4

Atspindėjimas - reverberation Lūžimas - retraction

• Veidrodinis atspindys nuo lygių paviršių (A)

• Didžioji dalis atspindima nuo netolygių paviršių (B) ar smulkių struktūrų (C)� spindulių išsibarstymas

• Išsibarstymas �mažiau grįš informacijos

▫ Informacijos praradimas priklauso

nuo dažnio

� Pvz., kraujagyslių sienelės būna

statmenos spinduliui �

atspindima daug signalų

� Tačiau, UG išbarstomas nuo

eritrocitų �mažiau grįžta

informacijos

Lūžimas

• Atspindėta garso amplitudė

skiriasi nuo išsiųstos

▫ Jeigu spindulys yra lygiagretus

paviršiui, atspindėtos bangos

keliaus tuo pačiu keliu

▫ Jeigu spindulys sąveikauja su

paviršiumi mažesniu nei 90°, tai

atspindėtos bangos nukeliaus

kitur.

Lūžimas

• Refrakcija keičia spindulio eigą �

artefaktai

▫ Kai registruojami grįžtantys

signalai atneša klaidingą

informaciją apie struktūrų

išsidėstymą

▫ Tai svarbu esant dideliems garso

greičio pokyčiams tarp terpių,

pvz., gimdos ir amniono skysčių

arba atliekant TKD tyrimus

Šoninio spindulio artefaktas Krašto artefaktai

2015.05.20

5

Veidrodiniai artefaktai Nusilpimas - attenuation

• UG spindulio energijos praradimas keliaujant per

audinius

• Kuo labiau audinys sugeria UG energiją, tuo mažiau

jos grįžta arba mažesnė penetracija

• Nusilpimą sukelia:

▫ sugėrimas (absorbtion)

▫ išsibarstymas (scattering)

▫ atspindys (reflekcija)

▫ spindulio išsibarstymas (divergencija)

Vaizdo triukšmas

• Stiprio (gain) nustatymai

▫ Įtakojami tik gaunami signalai

▫ Neįtakoja UG jėgos

• Didinant stiprį � vaizdas

šviesesnis

• Mažinant stiprį � tamsesnis

Aparatūra

Tyrimo atlikimas

1. Pacientas

2. Keitiklis

3. Tyrimo būdas

4. Skvarbumo pasirinkimas

5. Sustabdymas

6. Matavimas

7. Vaizdo išsaugojimas

8. Tyrimo pabaiga

Dėkoju už dėmesį