Základní fyzikální vlastnosti ultrazvuku

  • ultrazvuk je akustické vlnění o frekvenci >20kHz
  • generátorem UZ pro medicínské aplikace je piezoelektrický krystal
    • krystaly v převodníku (sondě) jsou buzeny elektrickými impulsy (piezoelektrický jev), jeden druh energie se tak mění na jiný (elektrická ⇒ mechanická)
    • sonda (snímač) vysílá ultrazvukové impulsy, které se šíří tkáněmi a vracejí se zpět do snímače jako ozvěny (odrazy)
    • odražená echa jsou krystaly snímače přeměněna zpět na elektrické impulsy a transformována na ultrazvukový obraz
  • perioda (T) je doba trvání jednoho kmitu a je tak úzce spjata s frekvencí – jedná se o její převrácenou hodnotu (perioda= 1/frekvence)
  • frekvence – počet period (kmitů) za sekundu, měřeno v hertzích (Hz) 
    • frekvence je nezávislá na prostředí
  • vlnová délka – popisuje délku vlny, neboli vzdálenost, kterou vlnění urazí za jednu periodu – délka jedné periody měřená v metrech / prostorová vzdálenost mezi dvěma body, které leží za sebou ve stejné fázi vlny
    • narozdíl od frekvence a periody není závislá jen na rychlosti kmitání částic prostředí, ale také na rychlosti šíření zvuku prostředím = je určena zdrojem i prostředím
    • ovlivňuje podélné rozlišení obrazu, a tím ovlivňuje kvalitu obrazu
    • vlnová délka (mm) = rychlost šíření ve tkáni (mm/mikrosekundu) / frekvence (MHz) ⇒ vysoká frekvence znamená krátkou vlnovou délku
Perioda
Parametry UZ vlnění
  • amplituda (dB) – popisuje velikost změn tlaku v nosném prostředí zvuku a vystihuje tak hlasitost zvuku. Je definována jako maximální rozdíl okamžité hodnoty tlaku v určitém bodě od průměrného tlaku prostředí
    • vyjadřuje se v decibelech nebo dB
    • může být změněna sonografistou
    • amplituda se snižuje při pohybu ultrazvuku tkání (atenuace)
    • amplituda se obvykle snižuje o 1 dB na 1 MHz na 1 centimetr cesty (tam a zpět)
      • v případě sondy o frekvenci 9 MHz, která vyšetřující oblast ve vzdálenosti 4 cm (celková vzdálenost 8 cm), bude útlum amplitudy 1 dB x 9 MHz x 8 cm = 72 dB
  • rychlost šíření je nezávislá na frekvenci a závisí na vlastnostech media/tkáně
    • v měkkých tkáních je rychlost v průměru 1540 m/s
    • rychlost je dána pouze prostředím – čím je prostředí hustší, tím je rychlost ultrazvuku nižší
    • rychlost umožňuje vypočítat přibližnou vzdálenost vyšetřovaného objektu
  • intenzita (W/cm2) = Výkon (Power,W) / Plocha (cm2)
    • koncentrace energie v paprsku; klesá s tím, jak se ultrazvuk šíří tkání.
    • intenzita je klíčovou veličinou v oblasti ultrazvukové bezpečnosti

Šíření ultrazvuku tkání

Obsah dostupný pouze pro přihlášené předplatitele.

Dopplerův jev

  • popisuje změnu frekvence a vlnové délky přijímaného oproti vysílanému signálu, způsobenou nenulovou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače
    • frekvence se zvyšuje či snižuje podle toho, zda se reflektor přibližuje či vzdaluje UZ vysílači
  • ∆F=2 x v x frekvence x cos α / rychlost šíření
  • frekvenční posun – rozdíl mezi vysílanou a odraženou frekvencí
Dopplerův jev

Pulsní (PW) a kontinuální (CW) doppler

  • CW (continuous wave) Doppler – vysílá nepřetržitě UZ vlnění do vyšetřované oblasti a detekuje frekvenčně posunutý signál. Z toho důvodu sondy musí obsahovat dva elektroakustické měniče – vysílač + přijímač. Vzorkovací objem je pevně dán překryvem ultrazvukového svazku vyzařovaného vysílačem a oblasti, z níž je přijímač schopen detekovat rozptýlené či odražené vlnění. Hlavní nevýhodou těchto systémů je existence tohoto relativně velkého pevně daného vzorkovacího objemu, která prakticky znemožňuje volit hloubku, ve které má být rychlost měřena.
  • PW (pulsed wave) Doppler – vysílá do vyšetřované oblasti krátké impulzy ultrazvukového vlnění. Volbou času, po který je signál detekován, lze měnit jak hloubku měření, tak i velikost vzorkovacího objemu.
    • doba mezi vysláním impulzu a začátkem příjmu určuje vzdálenost vzorkovacího objemu od sondy
    • doba, po kterou je signál přijímán, definuje velikost vzorkovacího objemu
    • pro vysílání i přijímání ultrazvukového vlnění stačí jediný elektroakustický měnič

Pulse Repetition Period (PRP) a Pulse Repetition Frequency (PRF)

Obsah dostupný pouze pro přihlášené předplatitele.

Insonační úhel

Obsah dostupný pouze pro přihlášené předplatitele.

Artefakty

Obsah dostupný pouze pro přihlášené předplatitele.