Ultrasound Principles PDF

IN THE NAME OF GOD 1  ‫اصول فیزیکی‬ ‫دامنه امواج با فرکانس ‪ 20‬تا ‪ 20000‬هرتز را صوت گویند چون قابل‬ ‫ ‬ ‫شنیدن است‪.‬‬ ‫صوت جزء امواج مکانیکی بوده و از طریق تغییر شکل در مولکول های‬...

IN THE NAME OF GOD 1  ‫اصول فیزیکی‬ ‫دامنه امواج با فرکانس ‪ 20‬تا ‪ 20000‬هرتز را صوت گویند چون قابل‬ ‫ ‬ ‫شنیدن است‪.‬‬ ‫صوت جزء امواج مکانیکی بوده و از طریق تغییر شکل در مولکول های‬ ‫ ‬ ‫ماده مورد نظر منتشر می شود‪.‬امواج فراصوت به جسم برخورد و در‬ ‫جایی افزایش تراکم و در جایی کاهش تراکم ایجاد می کند‪.‬‬ ‫فرک انس(‪ :)f‬تع داد ارتع اش در واح د زم ان اس ت‪.‬اگ ر فرک انس ب االی‬ ‫ ‬ ‫‪20000‬هرتز باشد فراصوت نامیده می شود و در مورد سگ و گربه‬ ‫باالتر از ‪ 100000‬هرتز را فراصوت در نظر می گیریند‪.‬دامنه امواج‬ ‫فراص وت ت ا ‪ MHz 100‬ادام ه می یاب د ولی فراص وت ک اربردی در‬ ‫پزشکی در دامنه ‪ MHz1‬تا ‪ MHz20‬می باشد که این دامنه امواج از‬ ‫آستانه شنوایی سگ و گربه نیز باالتر است و هیچگونه حساسیتی ایجاد‬ ‫نمی کند‪.‬امواج صوتی در مواد مختلف با سرعت هایی اختصاصی آن‬ ‫ماده منتشر می شود‪.‬‬ ‫سرعت‪ ،‬طول موج و فرکانس مشخصه فراصوت است‪.‬‬ ‫ ‬ ‫طول موج(‪ 2 :)λ‬نقطه کامال متناظر و پشت سر هم در مسیر موج را‬ ‫ ‬ ‫گویند‪.‬‬ ‫‪2‬‬ 3  ‫واکنش های فراصوت با بافت‬ 1: Sound intensity (‫)شدت صوت‬ 2: Velocity (‫)سرعت‬ 3: Acoustic impedance (‫)مقاومت صوتی‬ 4: Reflection (‫)انعکاس‬ 5: Transmission (‫)انتقال‬ 6: Refraction (‫)انکسار‬ 7: Scattering (‫)پراکندگی‬ 8: Absorption (‫)جذب‬ 9: Divergence (‫)انشعاب‬ 4  ‫)سرعت( ‪Velocity‬‬ ‫صوت در هر بافت سرعتی ثابت دارد‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪ Stiffness‬و ‪ Compressibility‬دو ف اکتور م وثر در‬ ‫ ‬ ‫سرعت ص وت است ک ه هر چه ت راکم پ ذیری جسم‬ ‫بیشتر و سختی کمتر باشد سرعت صوت در آن جسم‬ ‫کمتر می شود‪.‬‬ ‫مي انگين س رعت ص وت در ب افت ن رم ‪ 1540‬اس ت‪،‬‬ ‫ ‬ ‫مگر در ریه پر از هوا که ‪ m/S 345‬است‪.‬‬ ‫سرعت دو موج فراصوت با فرکانس های متفاوت در‬ ‫ ‬ ‫یک بافت ثابت و یکسان است‪.‬‬ ‫‪ C=f×λ‬‬ ‫‪5‬‬  ‫مقاومت( ‪Acoustic impedance‬‬ ‫)صوتی‬ ‫ یک ویژگی واكنش فراصوت با بافت‪ ،‬مقاومت‬ ‫صوتی است‪.‬‬ ‫ مثًال در ب افت ن رم ف را ص وت ب ا س رعت ‪m/s‬‬ ‫‪ 1540‬صوت منتشر می شود‪.‬در اینجا دانسیته‬ ‫در مقاومت بافتی تاثیر دارد‪.‬‬ ‫ در فصل مشترک اختالف ‪Acoustic Impedance‬‬ ‫ب اعث می ش ود ک ه در ص ورت ورود عم ودی‬ ‫بخشی جذب و بخشی باز می گردد‪.‬‬ ‫‪6‬‬ Acoustic impedance (‫مقاومت‬ ‫)صوتی‬ 7  ‫)انعکاس( ‪Reflection‬‬ ‫در اثر برخورد موج فرا صوت با جسم و برگشت آن‬ ‫ ‬ ‫را ‪ Reflection‬گویند‪.‬‬ ‫زمانی که موج فرا صوت به یک ‪ Interface‬می رسد‬ ‫ ‬ ‫و در اثر اصابت به این فصل مشترک درصدی از آن‬ ‫بر می گردد و درصدی نیز عبور می کند‪.‬‬ ‫موج برگشتی در صورتی به پروب بر می گردد که‬ ‫ ‬ ‫پروب به صورت عمود موج را به اندام بفرستد‪.‬‬ ‫میزان انعکاس به ‪ Acoustic impedance‬مربوط می‬ ‫ ‬ ‫باشد‪.‬‬ ‫‪8‬‬  ‫)انعکاس( ‪Reflection‬‬ ‫گاز و مواد معدنی تقریبًا تمام موج صوت را ‪ reflect‬می کند‪.‬‬ ‫ ‬ ‫اس تفاده از ژل س ونوگرافی ب رای این اس ت ک ه ه وای بین‬ ‫ ‬ ‫پروب و پوست از بین برود‪ ،‬چون هوا اجازه نمی دهد که‬ ‫موج به بافت برسد و تمام موج را ‪ reflect‬می کند‪.‬‬ ‫‪ Acoustic Impedance‬ه وا پ ائین اس ت ام ا اختالف مق اومت‬ ‫ ‬ ‫صوتی آن با پوست زیاد است و باعث بازگشت موج می‬ ‫شود‪.‬‬ ‫در ‪ Interface‬بین بافت و هوا ‪ reflect ،99/9%‬داریم‪.‬به همین‬ ‫ ‬ ‫دلیل بهتر است که اندامهایی که سونوگرافی از آنها تهیه می‬ ‫شود مانند معده و روده ها که ممکن است حاوی گاز باشد‪،‬‬ ‫از این ماده خالی شوند‪.‬‬ ‫در ‪ Interface‬بین کلیه و چربی ‪ reflect ،0/64%‬داریم‪.‬‬ ‫ ‬ ‫در ‪ Interface‬بین جمجمه و مغز ‪ reflect ،44%‬داریم‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪9‬‬  ‫)انعکاس( ‪Reflection‬‬ ‫ به شرط اینکه زاویه تابش ‪ 90‬درجه باشد‪ ،‬میزان‬ ‫‪ reflect‬با فرمول باال حساب می شود‪.‬‬ ‫‪10‬‬ Reflection (‫)انعکاس‬ 11  Transmission (‫)انتقال‬ Reflected sound beams + Transmitted sound beams = 100% ‫ بستگی دارد به‬Transmit ‫ و‬Reflect ‫ ارتباط بین‬.‫ دو بافت مختلف‬Interface ‫مقاومت صوتی‬ 12  ‫)انکسار( ‪Refraction‬‬ ‫وق تی ک ه ام واج ص وت ب ا زاوی ه غ یر ‪ 90%‬ب ه ان دام‬ ‫ ‬ ‫م ورد نظ ر تابی ده ش ود‪ Reflect ،‬آن مس تقیمًا ب ه‬ ‫ترانسدیوسر نمی رسد‪ ،‬و نتیجه آن ایجاد ‪ Artifact‬می‬ ‫باشد‪.‬‬ ‫‪ Artifact‬در اینجا به معنی جایگاه نادرست می باشد‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪ Refraction‬نتیجه تغییر طول موج در محیط دوم است‬ ‫ ‬ ‫اما فرکانس هیچ تغییری نکرده است‪.‬‬ ‫تغییر طول موج در اثر تغییر در ‪ Velocity‬می باشد‪.‬‬ ‫ ‬ ‫مقدار ‪ Refraction‬توسط ‪ Snell’s law‬تعیین می شود‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪13‬‬  Snell’s law θi= angle of incidence θt= angel of refraction V1= Velocity in first medium V2= Velocity in second medium 14 Refraction (‫)انکسار‬ 15  ‫‪Scattering‬‬ ‫ ‪ :Scattering‬زم انی ک ه ف را ص وت ب ه ذرات‬ ‫کوچک مثل بافت داخل کبد یا عروق داخل کبد‬ ‫اصابت کند‪ ،‬تفرق ایجاد می شود‪.‬که این خود‬ ‫عاملی است که از طریق آن می توان اکوی‬ ‫ب افت را دی د‪.‬مثًال زم انی ک ه می گ وئیم ب افت‬ ‫کبد خشن است‪ ،‬به خاطر پدیده ‪ Scattering‬به‬ ‫این صورت دیده میشود‪.‬‬ ‫ باید توجه داشت که ‪ Reflection‬حدود اعضاء را‬ ‫مش خص می کن د ولی ‪ Scattering‬اک وی خ ود‬ ‫بافت است‪.‬‬ ‫‪16‬‬  ‫‪Absorption & Divergence‬‬ ‫جذب در بافت نرم کمتر است‪.‬‬ ‫ ‬ ‫در اس تخوان ه ا تض عیف ب ا اف زایش فرک انس ب ه‬ ‫ ‬ ‫نسبت مربع افزایش پیدا می کند‪.‬‬ ‫تضعیف در استخوان زیاد است‪.‬‬ ‫ ‬ ‫در ه وا ک ل فراص وت ‪ Reflect‬می ش ود‪ ،‬ولی در‬ ‫ ‬ ‫استخوان بیشتر ج ذب می شود و پشت آن چیزی‬ ‫نمی توان دید‪.‬‬ ‫به همین دلی ل پش ت س نگ و اس تخوان ی ک س ایه‬ ‫ ‬ ‫صوتی (‪ )Acoustic shadowing‬می بینیم‪.‬‬ ‫به تغی یر مس یر ص وت در اث ر برخ ورد ب ا گوش ه‬ ‫ ‬ ‫سطوح استخوانی‪ Divergence ،‬گویند‪.‬‬ ‫‪17‬‬ Acoustic shadowing 18 Acoustic shadowing 19 Scattering 20 Divergence 21  ‫‪Frequency and Penetration‬‬ ‫اف زایش فرک انس ب اعث اف زایش تض عیف (‪ )Attenuation‬می‬ ‫ش ود‪ ،‬ب ه همین دلی ل ام واج فراص وت ب ا فرک انس ب اال ط ول‬ ‫کمتری دارند و در عمق کمتری نفوذ می کنند‪.‬‬ ‫‪22‬‬ ‫مباحث تکنیکی‬ ‫ تولید و دریافت امواج اولتراسوند‬ ‫ ساختمان ترانسدیوسر‬ ‫‪23‬‬  ‫تولید و دریافت امواج اولتراسوند‬ ‫تولید امواج فراصوت و دریافت اکو های برگشتی بر اساس پدیده‬ ‫ ‬ ‫پیزوالکتری ک ک ه ی ک پدی ده خ اص مرب وط ب ه دس ته ای خ اص از‬ ‫کریستال ها است که مورد بحث قرار می گیرد‪.‬‬ ‫‪ Pierre Curie‬و ‪ Jacques Curie‬اولین بار در سال ‪ 1880‬این پدیده‬ ‫ ‬ ‫را توضیح دادند‪.‬‬ ‫بلورهای دارای خاصیت پیزوالکتریک بلورهایی هستند که خاصیت‬ ‫ ‬ ‫تحریک به وسیله فرکانس های باال و نیز ولت اژ های متن اوب را‬ ‫دارند و می توانند برحسب تغییری که در اثر فرکانس های باال یا‬ ‫ولتاژ های الکتریکی متناوب که ایجاد می شود‪ ،‬در نهایت تولید‬ ‫امواج فراصوت کنند‪.‬‬ ‫در واقع اگر این بلور ها به دو سطحشان یک اختالف الکتریکی‬ ‫ ‬ ‫القاء شود‪ ،‬می توانند شروع به حرکت کنند‪.‬حرکتی که در آنها‬ ‫ایجاد می شود با یک فرکانس مشخص خواهد بود و هر بلوری یک‬ ‫فرکانس ذاتی دارد که این فرکانس ذاتی بستگی به قطر تراشه‬ ‫بلور مذکور دارد‪.‬‬ ‫‪24‬‬  ‫پدیده پیزو الکتریک‬ ‫ مستقیم‪:‬‬ ‫– زم انی ک ه اختالف ش ارژ الک تریکی الق اء ش ود‪ ،‬در اث ر آن بل ور ب ا‬ ‫فرک انس مش خص ش روع ب ه ح رکت می کن د و ب اعث تولی د م وج‬ ‫فراص وت می ش ود و این م وج فراص وت وارد ب دن می ش ود‪.‬‬ ‫(اختالف پتانسیل و تغییر شکل)‬ ‫ غیر مستقیم‪:‬‬ ‫– زمانی که در اثر پدیده ‪ Reflection‬فرا صوت بر می گردد‪ ،‬به سمت‬ ‫بل ور پیزوالکتری ک موج ود در ترانسدیوس ر می رود ک ه این م وج‬ ‫فراص وت ب ه س طح بل ور اص ابت می کن د و ب اعث تغی یر ش کل در‬ ‫سطح بلور و تغییر شارژ الکتریکی توسط دستگاه طی شرایطی‬ ‫تبدیل به یک تصویر می شود‪.‬این بخش از اکوی بازگشتی که در‬ ‫بلور ایجاد اختالف می کند را پیزو الکتریک غیر مستقیم می نامند‪.‬‬ ‫(تغییر شکل و اختالف پتانسیل)‬ ‫‪25‬‬ Piezoelectric crystals 26  ‫‪Piezoelectric crystals‬‬ ‫ در داخ ل کریس تال ه ای پیزوالکتری ک المانه ای دو‬ ‫قطبی وجود دارد‪.‬این ملکول های دو قطبی در واقع‬ ‫با یک توزیع ناهمگون (غیر متقارن) دیده می شود‪.‬‬ ‫ این کریس تال ه ا در اولتراس ونوگرافی تشخیص ی‬ ‫مص نوعی هس تند ک ه ب ه این م واد فروالکتری ک می‬ ‫گویند‪:‬‬ ‫– ‪Barium titanate‬‬ ‫– )‪Lead ziroconate titanate (PZT‬‬ ‫ این بل ور ه ا می توانن د در قط ر و ض خامت داش ته‬ ‫باشند‪.‬‬ ‫ آنه ایی ک ه در سیس تم ه ای تشخیص ی اس تفاده می‬ ‫شوند فقط باید در ضخامت تغییر داشته باشند‪.‬تغییر‬ ‫قطر باعث خراب شدن دستگاه می شود‪.‬‬ ‫‪27‬‬  ‫‪Curie temperature‬‬ ‫ حرارتی است که اگر یک کریستال پیزوالکتریک‬ ‫به این حرارت برسد خاصیت خود را از دست‬ ‫میدهد و به یک سرامیک ساده تبدیل می‬ ‫شود‪.‬پس نباید ترانسدیوسر را اتوکالو کرد‪.‬‬ ‫‪28‬‬ Transducers 29  ‫ساختمان ترانسدیوسر‬ Transducers are frequently refer to as a probes , scanner or scan head. 30  Transducers & Sonograms Sector transducer – sector sonogram. Linear or parallel transducer –parallel sonogram Curved – array transducer – convex sonogram. 31 Sector transducer 32  ‫‪Sector transducer‬‬ ‫تصویر ایجاد شده توسط این پروب ها به شکل مثلث‬ ‫ ‬ ‫است‪.‬‬ ‫اغلب این اسکنرها مکانیکی هستند‪.‬‬ ‫ ‬ ‫معموًال در داخل این اسکنرها یک تا هشت کریستال در‬ ‫ ‬ ‫حال چرخش هستند‪.‬‬ ‫زاویه قابل تصویربرداری بین ‪ 60‬تا ‪ 120‬درجه می‬ ‫ ‬ ‫باشد‪.‬‬ ‫در اسکنر های الکترونیکی تعداد زیادی سرامیک وجود‬ ‫ ‬ ‫دارد که هر کدام از این سرامیک ها مجموعه ای از‬ ‫المان های پیزوالکتریک را در خود جای داده اند‪.‬‬ ‫‪33‬‬ Sector sonogram 34  ‫‪Linear or parallel transducer‬‬ ‫ تصویر برداری این پروب ها به شکل مستطیلی می باشد‪.‬‬ ‫‪35‬‬ Linear or parallel transducer 36 37 Parallel sonogram 38 Curved – array transducer ‫ مخلوطی از اسکنرهای‬ ‫ می‬Linear ‫ و‬Sector.‫باشد‬ 39 Curved – array transducer 40 Convex sonogram 41  Echotexture Anechoic \ Echolucent Hypoechoic Hyperechoic Homogeneous \ Uniform Heterogeneous \ Mixed Isoechoic 42 Anecho Hyperecho Hypoecho 43  Accessories Acoustic coupling gel Stand-off pads Documentation 44 Acoustic coupling gel 45 Stand-off pads 46  Documentation Video recording Frozen image documentation 47 Video recording 48  Frozen image documentation Images should be documented for patient charts and for owners. Images can be documented: 1) Video printer. 2) Multiformat or Polaroid cameras. 3) Photography. 49