Αρχική Σελίδα Sitemap

 
Παρουσίαση
Εκπαιδευτικό και Ερευνητικό Προσωπικό
Ερευνητικές Δραστηριότητες
Επιστ. Δημοσιεύσεις
Συνεργασίες
Ασκήσεις Εργαστηρίου
Downloads
Σύνδεσμοι
Επικοινωνία



Ασκήσεις Εργαστηρίου > Άσκηση 10η


Παρουσίαση Υπερηχογραφικού συστήματος και επίδειξη βασικών λειτουργιών

Οι ιατρικοί υπέρηχοι αναπτύχθηκαν μετά το πέρας του 2ου παγκοσμίου πολέμου από την SONAR ( Sound Navigation and Ranging ). Οι πρώτες ιατρικές εφαρμογές των υπερήχων ανάγονται στα πρώτα χρόνια της δεκαετίας του '50. Η παραγωγή και ανίχνευση των υπερήχων που χρησιμοποιούνται στην ιατρική υπερηχογραφία βασίζεται στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο. Πρόκειται για ένα μηχανισμό μετατροπής ("μετάλλαξης") της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική και αντιστρόφως. Όταν κρυσταλλικά υλικά όπως ο τιτανιούχος ζιργκονιούχος μόλυβδος ΡΖΤ συμπιέζονται, στην επιφάνεια τους αναπτύσσονται ηλεκτρικά φορτία. Επίσης όταν στα υλικά αυτά εφαρμοσθεί ηλεκτρική τάση παρουσιάζονται μηχανικές παραμορφώσεις Εάν σε κατάλληλο κρύσταλλο εφαρμοσθεί μια εναλλασσόμενη τάση τότε ορισμένες διαστάσεις του κρυστάλλου (π.χ το ύψος του) θα υφίστανται συνεχείς αυξομειώσεις. Αυτές οι συνεχείς αυξομειώσεις δημιουργούν μια παλινδρομική κίνηση (δόνηση) στον κρύσταλλο. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι παλινδρομικές κινήσεις μεταδίδονται στο περιβάλλον (αέρας, ιστοί) υπό μορφή αυξομειώσεων της πίεσης. Αυτά τα κύματα πίεσης είναι οι υπέρηχοι. Κατά την αντίστροφη πορεία ένα προσπίπτων ηχητικό κύμα μεταδίδει τις μηχανικές του δονήσεις στον κρύσταλλο (Εικόνα 1).

Εικόνα 1. Δόνηση πιεζοηλεκτρικού πλακιδίου. (α) Επιφάνεια πλακιδίου - ακτινική δόνηση, (β) Πάχος πλακιδίου - δόνηση κατά πάχος.

Ο κρύσταλλος δονείται και οι μηχανικές του δονήσεις προκαλούν την εμφάνιση εναλλασσόμενου ηλεκτρικού δυναμικού. Αυτό σημαίνει ότι η μηχανική ενέργεια του ηχητικού κύματος μετατρέπεται ή " μεταλλάσσεται " σε ηλεκτρική. Το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί εύκολα να μετρηθεί με την βοήθεια ηλεκτρονικών διατάξεων. Έτσι επιτυγχάνεται η ανίχνευση των υπερήχων. Συνεπώς η ίδια πηγή μπορεί να είναι συγχρόνως και ανιχνευτής ηχητικών κυμάτων. Οι παραγόμενοι ηχητικοί παλμοί διαδίδονται μέσω του ανθρωπίνου σώματος σαν διαμήκη κύματα τα οποία προκύπτουν από την μετατόπιση των μορίων στο εσωτερικό του μέσου διάδοσης Το εύρος συχνοτήτων που χρησιμοποιείται στην διαγνωστική Υπερηχογραφία κυμαίνεται από 1 έως 20 MHz

.

Η ταχύτητα των υπερήχων στο ανθρώπινο σώμα είναι ανεξάρτητη από την συχνότητα τους. Εξαρτάται κυρίως από την σύσταση και την πυκνότητα του υλικού το οποίο χρησιμοποιείται σαν μέσο διάδοσης και είναι αντιστρόφως ανάλογη με την συμπιεστότητα του. Η μέση τιμή της στους ανθρώπινους ιστούς είναι 1540 m / sec

. Η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων δίνεται από το τύπο:

c = m/sec (1 )

Κ = Μέτρο ελαστικότητας , έχει μεγάλες τιμές στα υλικά που δεν συμπιέζονται εύκολα ( kg m -1 s -2 )

ρ = Η πυκνότητα του υλικού μέσα στο οποίο διαδίδεται το κύμα ( kg / m 3 )

 

Ο υπέρηχος μεταβάλλεται λόγω του ιστού μέσα από τον οποίο περνά. Στα σύνορα μεταξύ δύο διαφορετικών τύπων ιστού υφίσταται τις εξής μεταβολές:

Κατακόρυφη ανάκλαση . Μόλις ένας υπέρηχος συναντά το κοινό σημείο επαφής μεταξύ δύο ιστών κάποιο ποσοστό του περνά την επιφάνεια του δεύτερου ιστού και το υπόλοιπο ανακλάται. Το ανακλώμενο κύμα ακολουθεί (με αντίθετη φορά) την ίδια ακριβώς πορεία με το προσπίπτον και επιστρέφει στην πηγή εκπομπής. Αυτή είναι η βασική αρχή λειτουργίας των συστημάτων υπερηχογραφίας (Εικόνα 2-Α). Το φαινόμενο της ανάκλασης συμβαίνει κατά την πρόσπτωση ηχητικών κυμάτων σε "λείες" επιφάνειες μεγάλων διαστάσεων με μεγάλη διαφορά ακουστικής εμπέδησης( π.χ επιφάνεια ήπατος , μεγάλα αγγεία, δέρμα κ.λ.π).

Μεταβολή της τροχιάς του λόγω διάθλασης . Η δέσμη που περνά την διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ των δύο ιστών έχει διαφορετική ταχύτητα από αυτή της αρχικής και αποκλίνει από την αρχική τροχιά της δέσμης πρόσπτωσης (Εικόνα 2-Β).

Σκέδαση λόγω των μικρών δομικών στοιχείων του ιστού . Όταν μια δέσμη υπερήχων προσπίπτει σε μια σκληρή επιφάνεια ή σε σωματίδια με μέγεθος συγκρίσιμο με το μήκος κύματος της δέσμης τότε σκεδάζετε προς όλες τις κατευθύνσεις. Γενικά στην σκέδαση τα προσπίπτοντα ηχητικά κύματα αλλάζουν προσανατολισμό ακολουθώντας τυχαίες διευθύνσεις. Στην πράξη ένα πλήθος ηχητικών κυμάτων (δέσμη) σκεδάζετε σφαιρικά προς όλες τις διευθύνσεις. Ένα μικρό ποσοστό αυτών των κυμάτων σκεδάζετε προς τα πίσω κατευθυνόμενο προς την πηγή εκπομπής (Εικόνα 2-Γ).

Απώλεια μέρους της ενέργειας του λόγω απορρόφησης . Είναι φαινόμενο μέσω του οποίου μέρος της ενέργειας των ηχητικών κυμάτων μεταφέρεται στους ιστούς. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα. Εκεί βασίζεται και μια από τις θεραπευτικές χρήσεις των υπερήχων, η υπερθερμία. Η απώλεια ενέργειας λόγω της απορρόφησης αυξάνει με την συχνότητα.

 

Α

Β

Γ

Εικόνα 2 . Α . Κατακόρυφη ανάκλαση, Β . Διάθλαση, Γ . Σκέδαση

 

Στα σημερινά συστήματα υπερηχογραφίας υπάρχουν τρεις τρόποι απεικόνισης:

Β- Mode (Δισδιάστατη απεικόνιση) . O όρος B - Mode αποτελεί σύντμηση των όρων Brightness Modulation (Διαμόρφωση φωτεινότητας). Σε αυτό τον τρόπο τα ηχητικά κύματα παρουσιάζονται στην οθόνη του μηχανήματος υπό μορφή φωτεινών κηλίδων. Η φωτεινότητα της κάθε κηλίδας είναι ανάλογη με την ένταση του αντίστοιχου ηχητικού κύματος. Επίσης η θέση της κηλίδας επί μιας οριζόντιας γραμμής στην οθόνη, αντιστοιχεί στην θέση της αντίστοιχης ανατομικής δομής (Εικόνα 3-Α).

Μ- Mode . Με τον τρόπο αυτό γίνεται προσπάθεια να αποδοθεί η κίνηση ορισμένων ανατομικών δομών (Εικόνα 3-Β).


 

Α

Β

Εικόνα 3. Α . Β -MODE, B . M-MODE.

Doppler Mode . Στην τεχνική Doppler η κεφαλή εκπέμπει μια καθορισμένη συχνότητα υπερήχων, η δέσμη των οποίων ανακλάται όσον αφορά την μελέτη της αιματικής ροής από τα κινούμενα ερυθρά αιμοσφαίρια και πιθανώς από τα λευκά και τα αιμοπετάλια και επιστρέφει στην κεφαλή υπερήχων. Αν η αιματική ροή κατευθύνεται προς την κεφαλή η ανακλώμενη συχνότητα αυξάνει, ενώ αν απομακρύνεται ελαττώνεται. Η απεικόνιση με βάση το φαινόμενο Doppler διακρίνεται σε δύο βασικές κατηγορίες, την φασματική απεικόνιση (Εικόνα 4-Α). και την έγχρωμη απεικόνιση (Εικόνα 4-Β) .

A

B

Εικόνα 4. A . B - Mode & Φασματικό Doppler B . B - Mode & Έγχρωμη Εικόνα & Φασματικό Doppler ( Triplex Mode )

Στην φασματική ανάλυση γίνεται επεξεργασία της μεταβολής Doppler , ούτως ώστε σε κάθε χρονική στιγμή να αναλύεται στις συχνότητες που την αποτελούν, οι οποίες και καταγράφονται ανάλογα με το εύρος τους. Επειδή όλα τα αιμοσφαίρια δεν κινούνται με την ίδια ταχύτητα θα προκαλούν πολλές μεταβολές συχνοτήτων. Αυτές οι μεταβολές επιστρέφουν στον μεταλλάκτη σαν ένα πολύπλοκο κύμα το οποίο περιέχει πληροφορίες για την κίνηση όλων των αιμοσφαιρίων που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και κατευθύνσεις κατά μήκος την ηχητικής δέσμης. Αυτό το πολύπλοκο κύμα το επεξεργάζεται ένας υπολογιστής ο οποίος εφαρμόζει στο σήμα μετ/μό FFT ( Fast Fourier Transform ). Με το έγχρωμο Doppler παρέχεται η δυνατότητα του συνδυασμού απεικόνισης καρδιακών ή άλλων ανατομικών δομών και αιματικής ροής και η εξέταση Doppler είναι πιο σύντομη, πιο εύκολη και πιο ακριβής. Στο έγχρωμο Doppler το οποίο κατά βάση είναι μορφή παλμικού Doppler γίνεται συνεχής δειγματοληψία ταχυτήτων κατά μήκος της γραμμής παρατήρησης η οποία αυτόματα μετακινείτε και διερευνά ένα τμήμα του κυκλικού τομέα παρατήρησης.

Μεθοδολογία της άσκησης

Στην άσκηση θα γίνει μια εκτενής παρουσίαση του συστήματος υπερηχογραφίας (Εικόνα 5) ενώ θα γίνει και μια μικρή επίδειξη των βασικών λειτουργιών του.

Εικόνα 5. Βασικά συστήματα Υπερηχογραφίας

Οι μαθητές θα καταγράψουν τον τύπο του συστήματος, τα τμήματα που το απαρτίζουν, τις βασικές απεικονιστικές τεχνικές που υποστηρίζει (Β- Mode , M - Mode , Doppler ) καθώς και μια σειρά μετρήσεων που θα γίνουν σε μια ανατομική δομή (μέτρηση περιφέρειας, ύψους, εμβαδού ...).

 

Επιστημονική ωφέλεια της άσκησης

Μετά το πέρας της ασκήσεως οι μαθητές θα έχουν αποκομίσει τα εξής:

•  Ικανότητα αναγνώρισης των βασικών τμημάτων που απαρτίζουν ένα υπερηχογραφικό σύστημα

•  Εξοικείωση με τις βασικές αρχές λειτουργίας ενός υπερηχογραφικού συστήματος.

•  Δυνατότητα χειρισμού ενός βασικού υπερηχογραφικού συστήματος καθώς και ικανότητα πραγματοποίησης πολλαπλών μετρήσεων διαφόρων ανατομικών δομών.


ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ

ΜΕΤΑΦΟΡΤΩΣΗ
Λεπτομέρειες: Το συμπιεσμένο αρχείο περιέχει την άσκηση σε μορφή doc (Word). Το αρχείο έχει ελεχθεί για ιούς και δεν φέρουμε καμία ευθύνη αν από την χρήση του προκύψει πρόβλημα στον υπολογιστή σας.

 



© ΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ - ΤΙΟ
Stratos Charokopos
Lampis Kyriazopoulos
Κostas Papagiannopoulos


   
Zum Seitenanfang