ZOBRAZOVACÍ METODY/NEUROSONOLOGIE
Fyzikální principy v neurosonologii
 
 
Základní fyzikální charakteristiky ultrazvuku
  • ultrazvuk je akustické vlnění o frekvenci >20kHz
                                                         20 Hz                                                       20kHz
Infrazvuk Akustické spektrum Ultrazvuk
  • generátorem UZ pro medicínské aplikace je piezoelektrický krystal
    • sondy vysílají UZ impulzy a přijímají odražený signál (echo)
  • perioda 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 dobu jedné periody - 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
  • amplituda - 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
  • rychlost šíření je nezávislá na frekvenci a závisí na vlastnostech media
    • v měkkých tkáních je rychlost v průměru 1540m/s
  • intensita (W/cm2) = Výkon (Power,W) / Plocha (cm2)
 
Šíření ultrazvuku tkání
  • při šíření tkání dochází k poklesu intenzity (atenuaci) v důsledku odrazu, rozptylu a absorbce UZ energie a závisí na frekvenci -  atenuace (dB)= 0.5 x délka šíření x frekvence
    • odraz (čím větší rozdíl mezi impedancemi,  tím větší amplituda odraženého echa a tím menší intenzita procházejícího UZ)
    • rozptyl (rozhraní relativně malé, nerovné nebo se jedná o částice suspenze)
    • absorbce
  • rozlišují se dva hlavní efekty ultrazvuku na tkáň
    • tepelný (vzniká třením kmitajících částic prostředí a absorpcí zvukových vln)
    • netepelný
      • mechanický (např. kavitace)
      • chemický
      • biologický
 
Dopplerův jev
  • popisuje změnu frekvence a vlnové délky přijímaného oproti vysílanému signálu, způsobenou nenulovou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače
  • ∆F=2 x v x frekvence x cos α / rychlost šíření
  • frekvenční posun - rozdíl mezi vysílanou a odraženou frekvencí

Pulsní  (PW) a kontinuální (CW) doppler
  • CW (continual wave) - vysílá nepřetržitě UZ vlnění do vyšetřované oblasti a detekují frekvenčně posunutý signál. Z toho důvodu jejich sondy musejí obsahovat dva elektroakustické měniče – jeden vysílač a jeden 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 právě existence tohoto relativně velkého pevně daného vzorkovacího objemu, která prakticky znemožňuje volit hloubku, ve které má být rychlost měřena.
  • PW (pulsed wave)  vysílají 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
PRF (Pulse Repetition Frequency)
  • množství impulsů, které přístroj emituje a přijme za sekundu
  • omezení nejvyšší měřitelné rychlosti při dané PRF bývá označováno jako Nyquistův limit
  • Nyquistova frekvence odpovídá hodnotě frekvence dopplerovského posunu (=rychlost), kterou ještě  při dané PRF nevnímáme zkresleně
    • neúměrně vysoká PRF obvykle nedovolí zobrazení rychlých toků, a to jak v barevném, tak ve spektrálním záznamu
    • čím větší je hloubka insonace, tím nižší je maximální PRF
 
Insonační úhel
  • pokud je směr UZ a toku identický, je úhel 0° a dopplerovský posun přímo odpovídá rychlosti toku
  • čím menší úhel, tím přesnější je měření skutečné rychlosti
  • pokud je úhel 90st, pak rychlost není možné změřit
  • při vyšetřování používáme extrakraniálně standardně úhel < 60st.
 
TOPlist