Wykład 7
8 grudnia 2010
08:49
Fale sprężyste w medycynie
W medycynie z szerokiego widma fal sprężystych wykorzystuje się głównie fale ultradzz
więkowe.
Fale ultradz
więkowe są drganiami mechanicznymi częstotliwościach większych niż 20 kHz,
rozchodzących się w ośrodkach gazowych, ciekłych i stałych.
W diagnostyce ultradz
więkowej wykorzystuje się fale o f od 2MHz do 15MHz
Im większa częstotliwośd tym długośd fali jest krótsza.
Rozróżniamy:
- Fale poprzeczne ultradz
więkowe - drgania odbywają się prostopadle w stosunku do kierunku
rozchodzenia się fali
- Fale podłużne ultradz
więkowe - drgania odbywają się równolegle w stosunku do kierunku
rozchodzenia się fali
Fale ultradz
więkowe rozchodzą się w:
- Tkankach miękkich - przede wszystkich fale podłużne (rzadko poprzeczne)
- Tkankach kostnych - fale poprzeczne, podłużne i powierzchowne
WIELKOŚCI OPISUJ
CE STAN ZABURZENIA OŚRODKA SPR
ŻYSTEGO:
- Ciśnienie akustyczne
- Natężenie dz
więku
- Temperatura
- Prędkośd drgających cząsteczek
PR
DKOŚD FALI ULTRADy
WI
KOWEJ
c=sqrt(E/�)
E - moduł ściśliwości ponieważ �,E zależą od temp
� - gęstośd
Tłuszcz - 1450
Białkówka - 1650
Soczewka oka - 1620
Kośd - 2500-4700
Mięśnie
- Wzdłuż włókien - 1592
- Poprzecznie - 1610
c(t)
Na "c" ma wpływ stan czynnościowy danej tkanki (stopieo ukrwienia, uwodnienia,
czy też różnice w składzie biochemicznym)
CHARAKTERYSTYKA OŚRODKÓW SPR
ŻYSTYCH
Opornośd akustyczna właściwa
z=sqrt(�xE)
E- moduł sprężystości ośrodka
�- gęstośd ośrodka
Kości czaszki - 4,8
Powietrze...
Biofizyka Strona 1
Powietrze...
Ilościowy udział w/w zjawisk zależy od:
1. Rodzaju tkanki
2. Częstotliwości fal
3. Rozmiarów obiektów w stosunku do długości fali
4. Oporu akustycznego ośrodka
Absorpcja => jest przyczyną Em->Ee
Em -> energia mechaniczna fali dziękowej
Przyczyna: ośrodek, w którym rozchodzi się fala nie jest doskonale sprężysty
(wpływ tarcia, przewodnictwa cieplnego, zjawiska molekularne)
Absorpcjawpływa na głębokośd wnikania fali ultradz
więkowej do ośrodka
Rozproszenie to przemiana fali w zbiór fal rozchodzących się w różnych kierunkach
Absorpcja, rozproszenie, odbicie, załamanie, ugięcie
Odpowiadają za tłumienie fali w ośrodku
Współczynnik tłumienia = współczynnik absorpcji ąA
+ Współczynnik rozproszenia ąR
ąabsorpcji 1
=ą1
(f/f )n [dB"cm-1]
ą1
= współczynnik absorpcji dla częśtotliwości odniesienia f1=1MHz
f= częstotliwośd
n = wykładnik potęgi
Apmlituta ciśnienia akustycznego maleje wykładniczo wraz z grubością warstwy ośrodka
p=p !-ax
0
P0- max ciśnienie akustyczne
ę - współczynnik tłumienia
! - podstawa log naturalnego
X - grubośd warstwy ośrodka
Natężenie fali zależy od kwadratu ciśnienia akustycznego
I=I e-źX
0
ź= 2ą - natężeniowy współczynnik tłŹ mienia
I = maksymalne natężenie
0
1/ź= głębokośd wnikania
ZJAWISKO DOPPLERA
Polega na zmianie częstotliwości f fali, gdy z
ródło fali znajduje się w ruchu względem
obserwatora
(niezależnie czy porusza się z
ródło, czy obserwator)
Jeżeli wiązka ultradz
więkowa jest odbita od ruchomego obiektu (np. krwinka) obiekt ten można
traktowad jako ruchome z
ródło.
Rejestruje się falę, której częstotliwośd (f ) jest zmieniona względem częstotliwości (f ) fali
0 N
nadanej.
Częstotliwośd fali odbitej przez ruchomą krwinkę:
1) f =f (1+v/c)
0 N
2) f =f (1-v/c)
0 N
Biofizyka Strona 2
2) f =f (1-v/c)
0 N
f = częstotliwośd fali odbitej
0
f = częstotliwośd fali nadanej
N
v = prędkośd ruchu z
ródła
c = prędkośd fali ultradz
więkowej
Zbliżanie się krwinki powoduje >f
Oddalanie się krwinki powoduje Ultradz
więkowe metody diagnostycznepozwalają w sposób nieinwazyjny uzyskad informacje o
strukturach biologicznych oraz fizjo i patologicznych przyczynach zjawisk występujących w
organizmach żywych.
Wytwarzanie fal
Do kryształy piezoelektrycznego podłączone jest napięcie, które powoduje jego drganie i
wytwarzanie fal ultradz
więkowych. Kryształ może pełnid rolę nadawczą lub odbiorczą.
Odwrotne zjawisko piezoelektryczne
Zmiana wymiaró liniowych kryształu piezoelektrycznego pod wpływem zmiennego pola
elektrycznego
Elementy piezoelektryczne pobudzane są do drgao
Przyczyną tych drgao jest zmienne napięcie elektryczne panujące pomiędzy elektrodami
przyłożonymi do kryształu.
To powoduje impuls ultradz
więkowy ->przetwornik odbiorczy(?) -> zmiana
grubości p.o. -> powstaje różnica potencjałów -> układ elektryczny odbiornika USG
CHARAKTERYSTYKA WI
ZKI ULTRADy
WI
KOWEJ
Położenie pola bliskiego i pola dalekiego względem przetwornika
2r
r2
Pole bliskie pole dalekie
& w przypadku ciągłej wytwarzanej przez przetwornik w kształcie dysku
Biofizyka Strona 3