Fizica ultrasunetelor-Fizica ultrasunetelor-notiuni generalenotiuni generale

Principiul fundamental al tehnicii ecografice

transmiterea catre tesuturile corpului de energie sonoră

cu frecvenţă înaltă- ultrasunetele -

si captarea razelor reflectate de diversele straturi ale tesuturilor-ecourile.

1Hz 1.000 Hz=1 kHz1.000.000 Hz= 1MHz1.000 kHz=1 MHz

Definitia ultrasunetelor

Energie acustica (vibratii) cu frecventa foarte înaltă.

Urechea umana percepe sunetele cu frecventa intre

Ecografia foloseste ultrasunete cu frecventa între

Hz=unitate de masura a frecventei-

20 20 kHzkHz>

1 si 10 MHz

20 si 20 .000 Hz

Oscilaţii (cicli)/ sec

Frecvenţa =de câte ori se repetă un fenomen în unitatea de timp

International System of Units –SI Unitatea de măsurare a frecvenţeifrecvenţei în SI este Hz

one hertz=one per second

1 Hz=nr de cicli /sec

MASURAREA SCALARA ( PE O COORDONATĂ) A UNUI

NR POZITIV REPREZENTÂND AMPLOAREA OSCILAŢIEI UNEI UNDE RAPORTATĂ

LA VALOAREA EI MEDIEA M P L I T U D I N E A

Lungimea de undăLungimea de undă= distanţa la care se repetă aceeaşi formă de undă

In cazul undei sinusoidale,lungimea de undă este distanţa între două vârfuri

Definitia USDefinitia US: Unitatea de măsura este Hz-numarul de cicli (oscilatii) / secunda

DISTANŢA ÎNTRE DOUĂ VÂRFURI ALE UNDELOR= λ

Practic,ecografia înseamnă:

1.Generarea de US de catre transductor

2 Transmiterea lor catre tesuturi cu densitati

diferite

3 Densitatea diferită US un proces de refractie si reflexie, variabil in functie de diferenta de densitate dintre tesuturile traversate succesiv

4 Exemplu- traversarea peretelui abdominal si al continutului pelvisului.

5 O parte din US se intorc la

transductor sub forma de ecouri acustice, definind astfel obstacolul (tesutul) întâlnit

Reflexia US formate în transductor

reflexia refracţia

VIBRAŢIE SONORĂ cu frecvenţă înaltă

ECOURI

VIBRAŢIE SONORĂ cu frecvenţă înaltă

ECOURI

transductortransductor

Transductor

Energie Energie electricăelectrică Energie

sonoră US

R E C E P T O R

Semnal luminos video pe receptor

Transductorul-energia electrica energie sonora-US

Energia sonora din transductor pleaca spre tesuturi

Este partial reflectatăSe intoarce la transductor energia

sonoră energie electrica.Transmisa unui receptorsemnal luminos-video-pe un monitor

energie sonoră ţesuturi reflexie

transductor energie electrică

receptor semnal luminos video

Formarea Us prin transformarea curentului electric in energie sonora intr-un cristal piezoelectric din componenta transductorului

Efectul piezoelectric

Transductor =instrument care converteşte o formă de energie în altă formă de energie

Transductorul ecografic medical=produce semnal electric când US îi ating suprafaţa datorită efectului piezoelectric (Pierre Curie 1880)

Element al transductorului (element piezoelectric)= cristal piezoelectric care

converteşte potenţialul electric în ultrasunete şi viceversa.

Elementele tipice ale transductorului ecografic au Ø =6-19mm

grosimea =0,2-2mm

Elementele tipice ale transductorului ecografic au Ø =6-19mm

grosimea =0,2-2mm

Elementele si celelalte piese asociate constituie transductorul sau sonda ecografică

Diferite forme de transductor

Diferite forme de transductor(2)

Transductor sectorial Transductor convex

Schema unui transductor real-time cu baleiaj mecanic

Este vizibil cristalul care intra in oscilatie

Efectul piezoelectricEfectul piezoelectric implică implică următorul fenomenurmătorul fenomen:

Când elementul este supus unei diferenţe de potenţial (electric),apare o distorsiune mecanică la nivelul său- ceea ce generează o undă ultrasonicăundă ultrasonică .

EP diferenţă de potenţial distorsiune mecanică undă ultrasonică

Când la nivelul cristalului piezoelectric are loc o presiunepresiune mecanicămecanică -creşterea presiunii datorită ecoului de întoarcere -se generează o diferenţă de potenţial(tensiune) între suprafeţele sale şi rezultă o usoară creştere a intensităţii curentului electric.

EP presiune mecanică (ecou reflectat) diferenţă de potenţial

creşterea II curentului electric

Transformarea energiei electrice în unda sonoraSistemul transmitator -receptor

G=generator electric de inalta frecventa-US

Rp=receptor US

PR=prelucrare semnal

CC=cristal de ceramica piezo-electrica

Materialul ceramic piezoelectric trebuie să fie polarizatpolarizat pentru a fi folosit la transductorul ecografic.

Transductorul nu se sterilizează prin spălare (eventual prin gaz).

Depolarizarea se produce la T° de câteva sute de grade.

Transductorul nu trebuie lovit.

Frecvenţa de rezonanţăFrecvenţa de rezonanţă (la care transductorul operează cel mai bine) depinde de grosimea cristalului (elementului )piezoelectric.

Cristal subţire=frecvenţa mai mare a transductorului

Datorită faptului că frecvenţa depinde de proprietăţile cristalului piezoelectric,transductorul se schimbă de la o examinare la alta (dacă scara de frecvenţă nu se încadrează în valorile transductorului respectiv) (abdomen-endovaginal-sân)

EFECTELE FIZICE, CHIMICE ŞI BIOLOGICE EFECTELE FIZICE, CHIMICE ŞI BIOLOGICE ALE ULTRASUNETELOR ALE ULTRASUNETELOR

EFECTELE FIZICETermicEfectul termic al US utilizate în scop

diagnostic medical este neglijabil; datorită intensităţii acustice reduse de 0,1

w/cm2, încălzirea ţesuturilor este neglijabilă.

MecanicCavitaţia. La trecerea printr-un mediu elastic,

ultrasunetele determină o succesiune de presiuni pozitive şi negative.

În cazul unui mediu lichid dacă există deja bule de gaz sau impurităţi are loc o implozie (colaps) care determină unde de şoc

Undele de şoc pot determina Undele de şoc pot determina leziuni leziuni ale materialului genetic, ale materialului genetic, organitelor intracelulare sau organitelor intracelulare sau fenomene de liză celularăfenomene de liză celulară Ar putea avea drept consecinţă

producerea de tromboze în condiţiile examinării ecografice a cordului şi vaselor mari datorită fenomenului de cavitaţie asupra sângelui.

D A R ……..

Apariţia fenomenului de cavitaţie presupune folosirea unor frecvenţe mari (de ordinul MHz) şi a unor intensităţi acustice mari (W/cm2).

Figure 1.Graphique représentant les intensités au-dessous desquelles aucun effet biologique important

confirmé indépendamment n'a été observé dans les tissus des mammifères. La courbe supérieure (LF) s'applique aux lésions focales; les valeurs des intensités sont des valeurs in situ.

La courbe inférieure (AIUM) est une représentation graphique de la déclaration relative aux effets biologiques des ultrasons sur les mammifères exposés in vivo du Bioeffects Committee de l'American Institute for Ultrasound in Medicine (AIUM)

Les ultrasons de puissance élevée présentent aussi un danger à des fréquences inférieures au MHz.

Transabdominal and Transvaginal Ultrasound

TRANSABDOMINAL  TRANSVAGINAL •"Panoramic" pelvic view  •More-limited pelvic view

•Noninvasive  •Invasive •Distended bladder needed for

optimal visualization  Empty bladder necessary •Expense of examination  •Expense of examination •Difficult to detect pregnancies

under 6 weeks' gestation  •Detects earlier pregnancies •Easy to learn  •Easy to learn •Readily combined with pelvic exam

•Readily combined with pelvic exam