Δημήτριος Ι. Φωτιάδης Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

Παρουσίαση με θέμα: "Δημήτριος Ι. Φωτιάδης Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Δημήτριος Ι. Φωτιάδης Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων
Καθηγητής Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών Απεικόνιση με υπερήχους

2 Περιεχόμενα Εισαγωγή Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων Υπέρηχοι και βιολογικοί ιστοί Απεικόνιση Υπερήχων Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους

3 Εισαγωγή Η χρήση των υπερήχων (ultrasound) αποτελεί μια εξαιρετικά χρήσιμη μέθοδο για την ιατρική διάγνωση. Επιτρέπει την απεικόνιση των εσωτερικών δομών του ανθρώπινου σώματος. Για την κατανόηση τις λειτουργίας των υπερήχων είναι απαραίτητη η κατανόηση των βασικών αρχών που συνδέονται με την παραγωγή, τη διάδοση και την ανίχνευση των κυμάτων των υπερήχων.

4 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Διάδοση υπερήχων Ανάκλαση-Διάθλαση υπερήχων Εξασθένηση-Απορρόφηση-Σκέδαση υπερήχων

5 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Διάδοση υπερήχων Ο ήχος είναι διαμήκη και ελαστικά κύματα που δημιουργούνται από τη περιοδική μεταβολή της πυκνότητας του υλικού μέσου, εντός του οποίου διαδίδονται. Διακρίνονται με βάση τη συχνότητα τους σε: Υπόηχους (f<20 kHz) Ακουστικούς ήχους (20Ηz<f<20 kHz) Υπέρηχους (f>20 kHz) Οι διαγνωστικοί υπέρηχοι έχουν συχνότητα 1-50 MHz.

6 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Διάδοση υπερήχων Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου σε ένα υλικό περιγράφεται από τη σχέση: όπου Ε το μέτρο ελαστικότητας του υλικού και d η πυκνότητά του σε g/cm3 Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών υψηλών ή χαμηλών μετώπων πίεσης ονομάζεται μήκος κύματος:

7 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Διάδοση υπερήχων Η ενέργεια ανά μονάδα χρόνου που διαδίδεται μέσα από μία μοναδιαία επιφάνεια η οποία είναι κάθετη στη διεύθυνση του κύματος ονομάζεται ένταση ηχητικού κύματος [W/cm2]. Η Ακουστική Διαπερατότητα (εμπέδηση) του υλικού μέσου δίνεται από τη σχέση: μονάδα μέτρησης: Rayl (1Rayl=10-5gr/cm2·sec)

8 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Ανάκλαση-Διάθλαση υπερήχων Όταν μια ηχητική δέσμη προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια δύο υλικών μέσων με διαφορετική διαπερατότητα, ένα μέρος της ανακλάται και ένα μέρος της διαθλάται. Η γωνία πρόσπτωσης θ0, η γωνία ανάκλασης θα και η γωνία διάθλασης θδ συνδέονται με τις σχέσεις: n21: συντελεστής διάθλασης του μέσου 2 ως προς το μέσο 1.

9 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Ανάκλαση-Διάθλαση υπερήχων

10 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Ανάκλαση-Διάθλαση υπερήχων Με το συντελεστή ανάκλασης πλάτους RA (ή ενέργειας RΙ) εκφράζεται το ποσοστό του πλάτους (ή της ενέργειας) της προσπίπτουσας δέσμης που ανακλάται και εξαρτάται από το λόγο των ακουστικών εμπεδήσεων των δύο μέσων:

11 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Εξασθένιση-Απορρόφηση-Σκέδαση υπερήχων Η εξασθένιση μιας δέσμης υπερήχων κατά τη διέλευση της μέσα στους ιστούς οφείλεται στους εξής παράγοντες: Αύξηση του εύρους της δέσμης: Κατά τη διάδοση το σχέδιο της δέσμης γίνεται ευρύτερο και η ενέργεια κατανέμεται σε μια μεγαλύτερη περιοχή με αποτέλεσμα τη μείωση της έντασης της δέσμης. Σκέδαση: Απομάκρυνση ενός ποσοστού της ενέργειας από τη διαδιδόμενη δέσμη λόγω της σκέδασης της δέσμης από διάχυτους ανακλαστές. Απορρόφηση: Απώλεια μέρους της ενέργειας ταλάντωσης των σωματιδίων λόγω φαινομένων τριβής που συνεπάγεται μετατροπή μέρους της ενέργειας του ηχητικού κύματος σε θερμότητα.

12 Θεμελιώδης φυσική των υπερήχων
Εξασθένιση-Απορρόφηση-Σκέδαση υπερήχων Μέσο Ταχύτητα Διάδοσης (m/sec) Εξασθένιση (dB/cm για 1 ΜΗΖ) Αέρας 330 12 Νερό 1480 2x10-3 Λιπώδης ιστός 1450 0.63 Αίμα 1570 0.18 Μαλακός Ιστός 1540 0.7 Μύες 1580 Οστό 4080 15

13 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Για την παραγωγή ενός ήχου σε ένα μέσο διάδοσης απαιτείται η ταλάντωση των σωματιδίων του μέσου. Για να πραγματοποιηθεί αυτό απαιτείται ο μετατροπέας ενέργειας (ultrasound transducer). Ο transducer μετατρέπει την ηλεκτρική τάση σε μηχανική κίνηση (πομπός) και το αντίστροφο (δέκτης). Τα υλικά που πραγματοποιούν την μετατροπή αυτή ονομάζονται πιεζοηλεκτρικά.

14 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Ένας πιεζοηλεκτρικός κρύσταλλος τοποθετείται ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Διαφορά Δυναμικού ΔV Ηλεκτρικό πεδίο Ε Μεταβολή πάχους z του κρυστάλλου dz/z=CcE Παραγωγή υπερηχητικής πίεσης

15 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Για την κατασκευή ενός πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα απαιτούνται τα εξής: πιεζοηλεκτρικός κρύσταλλος Ηλεκτρόδια Υλικό απόσβεσης (Backing material) Στρώμα προσαρμογής (Matching layer) προστατευτικό μονωτικό υλικό

16 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Τυπική διάταξη πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα υπερήχων. Σύνδεσμος Ηλεκτρικοί αγωγοί Ηλεκτρικό δίκτυο Στρώμα ακουστικής θωράκισης Υλικό απόσβεσης Εξωτερικό περίβλημα Πιεζοηλεκτρικό στοιχείο Ηλεκτρόδια Υλικό ακουστικής προσαρμογής και προστασίας

17 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία, βάσει του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου λειτουργούν ως μετατροπείς ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική και αντίστροφα. Εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου στα άκρα ενός πιεζοηλεκτρικού στοιχείου προκαλεί την παραμόρφωση του στοιχείου με αποτέλεσμα τη δημιουργία μεταβολής πίεσης στον περιβάλλοντα χώρο και την παραγωγή κυμάτων υπερήχων. Αντίστροφα, μηχανικά κύματα προκαλούν παραμόρφωση στα άκρα του στοιχείου που έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη διαφοράς δυναμικού στα άκρα του.

18 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία είναι κατασκευασμένα είτε από φυσικούς κρυστάλλους, όπως ο χαλαζίας (quartz) ή από τεχνητά πολωμένα κεραμικά υλικά, όπως το Lead Zirconate Titanate (PZT), Lithium Niobate, κ.α. Τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία αποδίδουν μέγιστη μεταφορά ενέργειας όταν διεγείρονται στη συχνότητα συντονισμού, ενώ η ευαισθησία τους περιορίζεται σε ένα εύρος γύρω από αυτή. Η συχνότητα συντονισμού εξαρτάται από το πάχος του στοιχείου και τις ιδιότητες του υλικού.

19 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Σχηματικό διάγραμμα συσκευής υπερήχων.

20 Απεικόνιση Υπερήχων Ένα απλό σύστημα διαγνωστικής τομογραφίας υπερήχων αποτελείται από: τον παλμοδότη (pulser), το μετατροπέα ενέργειας, το δέκτη ή επεξεργαστή των σημάτων εξόδου του μετατροπέα ενέργειας, τη μνήμη για την αποθήκευση της εικόνας και την οθόνη. Ο παλμοδότης στέλνει ηλεκτρικούς παλμούς στο μετατροπέα ενέργειας. Για κάθε ηλεκτρικό παλμό που δέχεται, ο μετατροπέας ενέργειας παράγει έναν αντίστοιχο παλμό υπερήχων.

21 Απεικόνιση Υπερήχων Οι διαδοχικοί παλμοί υπερήχων εισέρχονται μέσα στους ιστούς του σώματος και ανακλώνται ή σκεδάζονται προς τα πίσω. Οι ανακλάσεις που παράγονται από διάφορες ανακλαστικές επιφάνειες κατευθύνονται προς το μετατροπέα ενέργειας και μετατρέπονται σε ηλεκτρικά σήματα. Τα σήματα αυτά επεξεργάζονται για την κατασκευή και την εγγραφή της εικόνας στη μνήμη η οποία προβάλλεται στην οθόνη.

22 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Λειτουργικό διάγραμμα συστήματος παραγωγής και λήψης υπερήχων σε εφαρμογές μη καταστροφικού ελέγχου Βασίλειος Πρωτόπαππας, Ανάπτυξη περιβάλλοντος διάγνωσης της οστεογένεσης, 2006

23 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Ο σχεδιασμός ενός μετατροπέα υπερήχων (transducers) περιλαμβάνει πολλές δεσμεύσεις. Ιδανικά, ένας μετατροπέας έχει καλή χωρική ανάλυση ή SNR ρυθμό (signal to noise ratio), και δεν έχει τεχνουργήματα (artifacts). Στα συστήματα ηλεκτρονικής σάρωσης χρησιμοποιούνται γραμμικές διατάξεις μικρών πιεζοηλεκτρικών κρυστάλλων (transducer arrays).

24 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Οι μετατροπείς γραμμικής διάταξης (linear array transducers) αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά για το ραντάρ, σόναρ, ραδιοαστρονομίας και τέθηκαν σε εφαρμογή σε συστήματα υπερήχων στην ιατρική το 1968. Οι γραμμικές διατάξεις ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους χωρίζονται σε δύο: απλά γραμμικές διατάξεις (linear arrays) και γραμμικές φασικές διατάξεις (linear phased arrays) Somer JC., Electronic sector scanning for ultrasonic diagnosis. Ultrasonics

25 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Στις απλά γραμμικές διατάξεις εφαρμόζονται ταυτόχρονα ηλεκτρικοί παλμοί, σε ομάδες πιεζοηλεκτρικών κρυστάλλων αρχίζοντας από το ένα άκρο της διάταξης προς το άλλο. Στις γραμμικές φασικές διατάξεις οι πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι διεγείρονται ατομικά από ηλεκτρικούς παλμούς με αποτέλεσμα να φθάνουν στον κάθε κρύσταλλο με διαφορετική καθυστέρηση.

26 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Στους γραμμικούς μετατροπείς η ηλεκτρονική σάρωση περιλαμβάνει κινούμενα μέρη, και το εστιακό σημείο μπορεί να αλλάξει δυναμικά σε οποιαδήποτε θέση στη πεδίο σάρωσης. Τα μειονεκτήματα των γραμμικών μετατροπέων είναι η αυξημένη πολυπλοκότητας και το υψηλό κόστος των μετατροπέων και των σαρωτών. Για υψηλής ποιότητας εικόνες υπερήχων, απαιτούνται πολλοί όμοιοι μετατροπείς.

27 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) CV Ένας μετατροπέας με 6-στοιχεία στην κατάσταση: (α) μεταδόσεως (β) λήψεως CV J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second edition, 2010.

28 Παραγωγή-Ανίχνευση υπερήχων
Μετατροπείς υπερήχων (transducers) Ηλεκτρική ενέργεια Μετατροπέας Ακουστική ενέργεια

29 Υπέρηχοι και βιολογικοί ιστοί
Τα φαινόμενα αλληλεπίδρασης των υπερήχων με τους βιολογικούς ιστούς, είναι η ανάκλαση, η διάθλαση και η απορρόφηση της δέσμης των υπερήχων. Λόγω ανώμαλων επιφανειών των βιολογικών ιστών ή των ετερογενών μέσων διάδοσης παρατηρείται σκέδαση της δέσμης και ειδικά η σκέδαση μέρους της δέσμης προς τα πίσω, προς τον πομποδέκτη (οπισθοσκέδαση- backscatter). Ο μεγάλος αριθμός σκεδάσεων, που συναντά η δέσμη υπερήχων, καθώς διαδίδεται μέσα στους βιολογικούς ιστούς μπορεί να προκαλέσει το εξής φαινόμενο: πολλές ανακλάσεις να φθάσουν ταυτόχρονα στο μετατροπέα ενέργειας και είτε να συμβάλουν αθροιστικά στην παραγωγή του ολικού σήματος είτε να αλληλοαναιρεθούν και να παράγουν ένα ασθενές σήμα.

30 Απεικόνιση Υπερήχων Απλό μοντέλο τομογραφίας υπερήχων σε διαγραμματική μορφή Αλληλεπίδραση της ενέργειας των υπερήχων και των βιολογικών ιστών Επεξεργασία σήματος (ανακλάσεως) Σήμα Εικόνα Ενέργεια

31 Υπέρηχοι και βιολογικοί ιστοί
Η εμφάνιση των διαφορετικών ιστών στην τελική εικόνα δεν εξαρτάται μόνο από την πραγματική σύνθεση των ιστών και τα χαρακτηριστικά των σκεδάσεων που περιέχουν. Περιλαμβάνει και χαρακτηριστικές αυξομειώσεις στην ένταση (προερχόμενες από την ενίσχυση ή αλληλοαναίρεση των πολλαπλών ανακλάσεων). Αποτέλεσμα του φαινομένου είναι η εμφάνιση ακουστικού speckle στην τελική εικόνα που απεικονίζει τους ιστούς.

32 Υπέρηχοι και βιολογικοί ιστοί
Επίσης, η δέσμη των υπερήχων εξασθενεί σταδιακά λόγω της απορρόφησης (absorption) ενέργειας από στους ιστούς με τη μετατροπή ακουστικής ενέργειας σε θερμότητα. Ο συντελεστής εξασθένισης (α) αντιπροσωπεύει την εξασθένιση της δέσμης υπερήχων ανά μονάδα απόστασης (dB/cm): όπου α0 και β είναι σταθερές για μια κλίμακα συχνοτήτων, που περιλαμβάνει και τις συχνότητες της διαγνωστικής τομογραφίας υπερήχων (1-10 MHz).

33 Υπέρηχοι και βιολογικοί ιστοί
Η εξασθένιση της δέσμης υπερήχων είναι μεγαλύτερη για μεγάλες αποστάσεις και για υψηλές συχνότητες. Δηλαδή η ένταση μιας δέσμης υπερήχων με f=3 MHz που διανύει απόσταση 10 cm μέσα στους μαλακούς ιστούς του ανθρωπίνου σώματος θα μειωθεί κατά 30 dB. Aν διανύσει απόσταση 5 cm η ένταση θα μειωθεί κατά dB? Aν διανύσει απόσταση 5 cm η ένταση θα μειωθεί κατά 15 dB.

34 Απεικόνιση Υπερήχων Β –mode εικόνες
Ο τρόπος παραγωγής Β-Mode εικόνων (Brightness mode) ή αλλιώς τρόπος σάρωσης Β (B-scan) ή τρόπος απεικόνισης με χρήση της κλίμακας του γκρίζου (gray-scale imaging) βασίζεται στην αναπαράσταση της έντασης των ανακλάσεων στις κυψελίδες (picture elements ή pixels).

35 Απεικόνιση Υπερήχων Β –mode εικόνες
Οι αποστάσεις των ανακλαστικών επιφανειών από το μετατροπέα ενέργειας υπολογίζονται με βάση την ταχύτητα του ήχου στους μαλακούς ιστούς και το συνολικό χρόνο διάδοσης του αρχικού παλμού υπερήχων μέχρι το σημείο ανάκλασης και επιστροφής της ανάκλασης στο μετατροπέα ενέργειας. Στην ουσία οι δυαδικοί πίνακες εντάσεων είναι αυτοί που αποθηκεύονται στη μνήμη εικόνας και μεταφέρονται στην οθόνη του χρήστη.

36 Απεικόνιση Υπερήχων Β –mode εικόνες
J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

37 Απεικόνιση Υπερήχων Β –mode εικόνες

38 Απεικόνιση Υπερήχων Α –mode εικόνες
Η μονοδιάστατη απεικόνιση του πλάτους (Amplitude mode) είναι η απεικόνιση του ανακλώμενου σήματος συναρτήσει του βάθους κατά μήκος του άξονα διάδοσης του σήματος υπερήχου. Δυνατότητα μέτρησης βασικών ανατομικών χαρακτηριστικών με γραμμικές διαστάσεις. Εφαρμογές στην οφθαλμολογία και ηχοεγκεφαλογραφία.

39 Απεικόνιση Υπερήχων Α –mode εικόνες Ι ΙΙ ΙΙΙ Πλάτος Βάθος

40 Απεικόνιση Υπερήχων Α –mode εικόνες
Σχηματική αναπαράσταση του λαμβανόμενου σήματος από το μήκος μιας μόνο γραμμής της όρασης σε έναν ιστό. J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

41 Απεικόνιση Υπερήχων Μ–mode εικόνες
Καταγραφή της κίνησης των ανακλαστικών επιφανειών κατά μήκος του άξονα της δέσμης υπερήχων με χρήση σταθερού ρυθμού σάρωσης. Αποτελεί συνδυασμό των δύο προηγούμενων τεχνικών. Το πλάτος μιας αντήχησης αντιπροσωπεύεται από ένα σημείο ανάλογης φωτεινότητας. Οι ακίνητες δομές παράγουν ευθείες γραμμές ενώ στις κινούμενες παράγεται το γράφημα της κίνησης τους.

42 Απεικόνιση Υπερήχων M –mode εικόνες
Το πάνελ δείχνει την καρδιακή διαστολή (χαλάρωση) και την αντίστοιχη A-line που μετατρέπεται σε M-line. J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

43 Απεικόνιση Υπερήχων M –mode εικόνες
Η καρδιά κατά τη διάρκεια της συστολής (σύσπασης) και οι Α και Μ γραμμές. J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

44 Απεικόνιση Υπερήχων M –mode εικόνες
Ολοκληρωμένη M-mode εικόνα προερχόμενη από τις M-γραμμές των προηγούμενων εικόνων. J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

45 Απεικόνιση Υπερήχων Ακουστική μικροσκοπία σάρωσης
Για την πραγματοποίηση μετρήσεων με Ακουστική Μικροσκοπία Σάρωσης (Scanning Acoustic Microscopy-SAM) το δοκίμιο εμβαπτίζεται πλήρως σε νερό με την επιφάνεια του δοκιμίου να βρίσκεται στο επίπεδο εστίασης του υπερηχητικού μετατροπέα. Σε κάθε σημείο της επιφάνεια σάρωσης μετράται το πλάτος του ανακλώμενου παλμού το οποίο είναι ανάλογο του συντελεστή ανάκλασης R. Γνωρίζοντας την ακουστική εμπέδηση του νερού, υπολογίζεται η ακουστική εμπέδηση του υλικού στο σημείο μέτρησης. Σαρώνοντας όλη την εξεταζόμενη επιφάνεια προκύπτει μια 2Δ εικόνα χαρτογράφησης της κατανομής της ακουστικής εμπέδησης. Η διακριτική ικανότητα είναι: 8-20 μm. Εφαρμόζεται σε οστά, όπου είναι εφικτός ο προσδιορισμός της ακουστικής εμπέδησης σε επίπεδο οστεώνων.

46 Απεικόνιση Υπερήχων Κατεαγότα οστά Εβδομάδα 6 Εβδομάδα 9
Ρεαλιστικά 2Δ μοντέλα κατεαγότων οστών από εικόνες ακουστικής μικροσκοπίας σάρωσης τα οποία λαμβάνουν υπόψη την πορώδη φύση και την ανομοιογένεια του φλοιώδους οστού και του πώρου Εβδομάδα 3 Εβδομάδα 6 Εβδομάδα 9 V.T. Potsika et al., Ultrasonics, 2014

47 Απεικόνιση Υπερήχων Οστεοπορωτικά οστά
Ρεαλιστικά 2Δ μοντέλα υγιών και οστεοπορωτικών οστών από εικόνες ακουστικής μικροσκοπίας σάρωσης τα οποία λαμβάνουν υπόψη την πορώδη φύση, την ανομοιογένεια και τη μεταβολή στο πάχος του φλοιώδους οστού V.T. Potsika et al., ΕLEMBIO, 2014

48 Απεικόνιση Υπερήχων Τεχνικά σφάλματα (artifacts)
Τα τεχνικά σφάλματα της διαγνωστικής απεικόνισης υπερήχων ανήκουν σε διάφορες ομάδες ανάλογα με την προέλευση τους. Είναι δυνατό να προκύψουν σφάλματα διακριτικής ικανότητας, κατεύθυνσης της δέσμης υπερήχων εξασθένησης κτλ. Τα τεχνικά σφάλματα χωρίζονται σε: σφάλματα διακριτικής ικανότητας, κατεύθυνσης, εξασθένησης και σφάλματα άλλης προέλευσης.

49 Απεικόνιση Υπερήχων Τεχνικά σφάλματα (artifacts)
Τα σφάλματα διακριτικής ικανότητας προέρχονται από την περιορισμένη αξονική και πλάγια διακριτική ικανότητα των συστημάτων τομογραφίας υπερήχων. Τα τεχνικά σφάλματα κατεύθυνσης είναι γεωμετρικής φύσης και μπορούν εύκολα να εξηγηθούν λαμβάνοντας υπόψη την πραγματική και τη φαινομενική κατεύθυνση της δέσμης υπερήχων στους ιστούς μέσα από ανακλάσεις και διαθλάσεις στις διαφορετικές επιφάνειες.

50 Απεικόνιση Υπερήχων Τεχνικά σφάλματα (artifacts)
Τα σφάλματα εξασθένισης προκαλούνται κυρίως από φαινόμενα τεχνητής εξασθένησης ή ενίσχυσης της έντασης των ανακλάσεων και περιλαμβάνουν σφάλματα σκίασης λόγω εξασθένησης και λόγω διάθλασης ενίσχυσης. Σφάλματα άλλης προέλευσης παρατηρούνται συχνά. Τα αίτια των σφαλμάτων αυτών διαφέρουν από τα παραπάνω. Τέτοια είναι τα σφάλματα «ουράς κομήτη» κτλ.

51 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Φαινόμενο Doppler Είναι η μεταβολή της παρατηρούμενης συχνότητας ενός κύματος λόγω της σχετικής κίνησης πομπού-δέκτη. Πρόσπτωση μιας δέσμης υπερήχων συχνότητας f0 πάνω σε στόχο κινούμενο με ταχύτητα υ, η οποία σχηματίζει γωνία θ με τον άξονα της δέσμης. Η συχνότητα του λαμβανόμενου σήματος θα διαφέρει από την f0 κατά Δf=f-f0: Δf: συχνότηταμετατόπισης Doppler.

52 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Τα συστήματα υπερήχων Doppler είναι τριών ειδών: Συνεχών ακουστικών κυμάτων (CW Doppler) Παλμικών υπερήχων (Pulsed Doppler) Έγχρωμο Doppler (Μultigate CW Doppler)

53 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Συνεχών ακουστικών κυμάτων (CW Doppler) Στις περισσότερες κλινικές εφαρμογές μεθόδων Doppler, ο όγκος δειγματοληψίας περιέχει πολλούς κινούμενους στόχους (πχ ερυθρά αιμοσφαίρια) που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και σε πολλαπλές κατευθύνσεις. Χρήση δύο πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων για την συνεχή εκπομπή ηχητικών κυμάτων και τη συνεχή λήψη των ανακλώμενων αντηχήσεων από τις διάφορες διεπιφάνειες.

54 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Παλμικών υπερήχων (Pulsed Doppler) Εκπομπή ηχητικών παλμών μικρής διάρκειας από το μετατροπέα και ανίχνευση των αντηχήσεων σε ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα μετά τον παλμό με χρήση ηλεκτρονικών πυλών. Η χρονική καθυστέρηση της ενεργοποίησης των πυλών καθορίζει το βάθος του εξεταζόμενου όγκου και το χρονικό τους εύρος το αξονικό μήκος του όγκου.

55 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Έγχρωμο Doppler (Μultigate CW Doppler) Τοποθέτηση πυλών κατά μήκος της δέσμης σε ολόκληρο το πεδίο σάρωσης. Κωδικοποίηση με χρώματα των μετρούμενων ταχυτήτων. Έγχρωμη απεικόνιση της αιματικής ροής σε πραγματικό χρόνο με εικόνα Β-mode.

56 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Λειτουργικό περιβάλλον για την εκτίμηση της ταχύτητας του αίματος J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

57 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Χάρτης ροής και το φάσμα Doppler για την ωοθηκική ροή του αίματος J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

58 Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους
Μέτρηση ροής αίματος χρησιμοποιώντας υπερήχους Τυχαία συγκέντρωση των ερυθρών αιμοσφαιρίων μέσα σε ένα δοχείο σε χρόνους Τ1 και Τ2, όπου η μεταβολή σε βάθος από D1 σε D2 θα χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της ταχύτητας. J.D.Bronzino, Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010.

59 Συμπεράσματα Το πιο βασικό πλεονέκτημα της χρήση των υπερήχων στην Ιατρική είναι ότι πρόκειται για μια ακίνδυνη τεχνική απεικόνισης. Επιπλέον πλεονεκτήματα: οικονομική εξέταση μη απαίτηση ειδικής προετοιμασίας του χώρου λειτουργίας μεταφέρσιμη τεχνική απαίτηση για λίγα αναλώσιμα άνετη και γρήγορη εξέταση για τον ασθενή υψηλής διαγνωστικής αξίας εικόνες

60 Βιβλιογραφία D.I.Fotiadis, V.C.Protopappas, C.V.Massalas, Elasticity,Wiley Encyclopedia of biomedical engineering. Cowin S.C., Anisotropic poroelasticity: fabric tensor formulation, Mechanics of Materials 2003; Bronzino J.D., Biomedical Engineering Handbook, second Edition, 2010. Athanasiou et al. A hybrid plaque characterization method using intravascular ultrasound images," Technology and health care : official journal of the European Society for Engineering and Medicine, 2013. Sakellarios et al. IVUS Image Processing Methodologies," in Intravascular Imaging: Current Applications and Research Developments, pp , IGI Global. V.T. Potsika et al., Application of an effective medium theory for modeling ultrasound wave propagation in healing long bones, 2014. Βασίλειος Πρωτόπαππας, Ανάπτυξη περιβάλλοντος διάγνωσης της οστεογένεσης, 2006.