Podstawy fizyczne i

aparaturowe

ultrasonografii

Kazimierz Szopiński

Zakład Diagnostyki Obrazowej

II Wydział Lekarski AM

Warszawa

Podstawowe pojęcia

Swobodne drgania

)

sin(

)

(

0









t

A

t

A

A

amplituda

t

czas



częstotliwość



faza

Częstotliwość

Jednostka: herc, Hz

1 Hz = 1/s = s

-1

1 kHz = 1000 Hz = 10

3

Hz

1 MHz = 1000000 Hz = 10

6

Hz

1 GHz = 1000000000 Hz = 10

9

Hz

Długość fali

λ

Okres i długość fali

ultradźwiękowej c=1540

m/s

Częstotliwość

(MHz)

Okres

(s)

Długość fali

(mm)

1.00

1.00

1.54

2.25

0.44

0.68

3.50

0.29

0.44

5.00

0.20

0.31

7.50

0.13

0.21

10.00

0.10

0.15

Fala ultradźwiękowa

• Fala mechaniczna podłużna

Podłużna fala

mechaniczna

Zakresy dźwięku

• infradźwięki < 16 Hz
• dźwięk słyszalny 16 Hz – 16-20 kHz
• ultradźwięki > 16-20 kHz

Prędkość dźwięku [m/s]

• Powietrze

330

• Woda 1430
• Metal 5000

• Tłuszcz

1450

• Tkanki miękkie

1540

• Wątroba

1550

• Krew 1570
• Mięśnie

1585

• Kość

4080

Impedancja akustyczna

c

Z 



ρ gęstość ośrodka
c prędkość dźwięku w
ośrodku

Prędkość dźwięku, gęstość

i impedancja akustyczna

niektórych ośrodków

materialnych

ośrodek

c

[m/s]



[kgm

-3

10

-3

]

Z

[kgm

-2

s

-1

10

6

]

mięśnie

1580-1630 1.07

1.69-1.74

tłuszcz

1450

0.92

1.38

nerki

1550

1.04

1.62

wątroba

1560

1.06

1.66

kość

4000

1.38-1.81 3.75-7.38

powietrze

330

0.0012

0.0004

wg A. Nowickiego

Odbicie i przenikanie

na granicy dwóch

ośrodków

Z

1

Z

2

fala odbita fala przechodząca

fala padająca

Współczynnik odbicia fali

1

2

1

2

Z

Z

Z

Z

R







Współczynnik przenikania

fali

1

2

2

2

1

Z

Z

Z

R











Echogeniczność

(echogenność)

• jednorodna
• niejednorodna

Zmiany

ogniskowe

• izoechogeniczne
• hipoechogeniczne
• hiperechogeniczn

e

• anechogenne

(bezechowe)

Echogeniczność

jednorodna

Echogeniczność

niejednorodna

Guzek hipoechogeniczny

Guzki hipoechogeniczne

Guzek izoechogeniczny

Guz hiperechogeniczny

Zmiana bezechowa

Guzy o różnej

echogeniczności

Osłabienie fali

•odbicie
•rozproszenie
•pochłanianie

Cień akustyczny

Cień akustyczny

Cień akustyczny

Cień akustyczny

Cienie brzeżne

Cienie brzeżne

‘Wzmocnienie’ akustyczne

‘Wzmocnienie’ akustyczne

‘Wzmocnienie’ akustyczne

‘Wzmocnienie’ akustyczne

Okno akustyczne

Przykłady okna

akustycznego:

• wątroba
• pęcherz moczowy
• ciemiączko

Zjawisko piezoelektryczne

+
+
+
+
+
+
+
+
+

Zjawisko piezoelektryczne

-
-
-
-
-
-
-
-
-

-
-
-
-
-
-
-
-
-

+
+
+
+
+
+
+
+
+

Zjawisko piezoelektryczne

• proste

(mechaniczne 

elektryczne)

• odwrotne (elektryczne 

mechaniczne)

Pierre Curie (1859-1906)

Głowice ultradźwiękowe

Głowice ultradźwiękowe

Liniowa

Convex

Sektorowa

Głowica liniowa

Głowica ‘convex’

Głowica sektorowa

Głowice

endosonograficzne

Podstawowe parametry

głowicy ultradźwiękowej i

obrazu

Częstotliwość głowicy

• częstotliwość środkowa
• zakres częstotliwości

Tłumienie fali

ultradźwiękowej (-3dB)

• 3.5 MHz

1.7 cm

• 5.0 MHz

1.2 cm

• 7.5 MHz

0.8 cm

• 10.0 MHz

0.6 cm

A co to są te decybele?

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 1.251.562

2.5 3.2 4

5 6.258

10

X

dB

A co to są te decybele?

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

0.00001

0.00010.001 0.01 0.1

1

10

100

1000 10000100000

X

dB

Rozdzielczość

przestrzenna

• osiowa
• poprzeczna
• elewacyjna

Rozdzielczość osiowa

f

v

s









Rozdzielczość poprzeczna

Rozdzielczość elewacyjna

Ogniskowanie wiązki

Wiązka ultradźwiękowa niezogniskowana

Obszar Fresnela (pole bliskie)

Obszar Fraunhofera (pole dalekie)

Ogniskowanie

Rozdzielczość poprzeczna

obszar ogniskowania

Prezentacje

ultrasonograficzne

Prezentacje

ultrasonograficzne

• A (Amplituda,

A

mplitude)

• B (Jasność,

B

rightness)

• M (Ruch,

M

otion)

Prezentacja A

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

  

Prezentacja B

Prezentacja M

Motion

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Prezentacja M

Bezpieczeństwo

badania

ultrasonograficzneg

o

Indeks termiczny

Thermal index, TI

deg

0

P

P

TI 

Kawitacje

Indeks mechaniczny

Mechanical Index, MI

MI

a

r

C

f

P

MI

,



P

r,a

- maksymalna

wartość
ujemnego ciśnienia
fali

Maksymalny dopuszczalny MI= 1.9, w okulistyce 0.23