Ultraljudsteknik och fysik

Relevanta dokument
Knappar du bör kunna idag och imorgon

Ultraljudsfysik. Falun

Ultraljud: Fysik och diagnostik

SFOR-kurs Aspenäs herrgård 6 8 april Lars Öhberg, MD, PhD Norrlands Universitetssjukhus, Umeå

Kursens namn: Medicin, Strålningsfysik, teknik o metodik. Datum: Skrivtid: 3 timmar

Kursens namn: Medicin, Strålningsfysik, teknik o metodik. OBS! Ange svaren till respektive lärare på separata skrivningspapper om inget annat anges

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Problem Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november Givet:

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t 2π T x. s(x,t) = 2 cos [2π (0,4x/π t/π)+π/3]

Vågor. En våg är en störning som utbreder sig En våg överför energi från en plats till en annan. Det sker ingen masstransport

Impedans och impedansmätning

ETEF15 Krets- och mätteknik, fk Fältteori och EMC föreläsning 3

Vävnadsbehandling med högenergetiskt ultraljud

Vad menas med en profil? Medicinsk Teknik definition. Profilinformation Y Medicinsk teknik 3/27/18. Göran Salerud, IMT

Svar och anvisningar

Påtvingad svängning SDOF

BMLV, Teknik och principer för fysiologisk undersökningsmetodik

ETEF15 Krets- och mätteknik, fk Fältteori och EMC föreläsning 3

Grundläggande akustik. Rikard Öqvist Tyréns AB

= T. Bok. Fysik 3. Harmonisk kraft. Svängningsrörelse. Svängningsrörelse. k = = = Vågrörelse. F= -kx. Fjäder. F= -kx. massa 100 g töjer fjärder 4,0 cm

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 7 poäng, FyL2 Tisdagen den 19 juni 2007 kl 9-15

BMLV A, Fysiologisk undersökningsmetodik inom neuro och rörelse

Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 4. Multiplikationsteoremet. Derivatateoremet

Svar och anvisningar

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Impedans och impedansmätning

Cirkelkriteriet (12.3)

Kapitel 35, interferens

Elektronik Elektronik 2017

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Diagnostiskt ultraljud bakgrund och utvecklingsmöjligheter

Vågfysik. Superpositionsprincipen

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Frågorna besvaras på skrivningspapper. Skriv kodnummer på varje papper. Sortera dina svar i fyra vita omslag efter frågeområde, ex MR.

Svängningar. Innehåll. Inledning. Litteraturhänvisning. Förberedelseuppgifter. Svängningar

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Svar och anvisningar

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Uppgifter 2 Grundläggande akustik (II) & SDOF

ETEF15 Krets- och mätteknik, fk Fältteori och EMC föreläsning 3

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Oscillerande dipol i ett inhomogent magnetfält

Ultraljudprovning. Inspecta Academy

Akustiska och ultraljudbaserade metoder för kontroll av reaktorinneslutning PETER ULRIKSEN, DOCENT, LTH: BIOMEDICINSK TEKNIK: TEKNISK GEOLOGI

Mätningar med avancerade metoder

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Institutionen för Fysik Polarisation

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Grundläggande signalbehandling

Upp gifter. c. Hjälp Bengt att förklara varför det uppstår en stående våg.

Spektrala Transformer

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Lösningar till repetitionsuppgifter

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Impedans! och! impedansmätning! Temperatur! Komponentegenskaper! Töjning! Resistivitetsmätning i jordlager!.!.!.!.!

Repetitionsuppgifter i vågrörelselära

Signal- och bildbehandling TSBB03

Chalmers Tekniska Högskola och Mars 2003 Göteborgs Universitet Fysik och teknisk fysik Kristian Gustafsson Maj Hanson. Svängningar

Lycka till! Medicin, Radiografi, strålningsfysik, teknik och metodik Kurskod: MC007G. Kursansvarig: Eva Funk. Totalpoäng: 69 poäng

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Mer om EM vågors polarisation. Vad händer om man lägger ihop två vågor med horisontell och vertikal polarisation?

Sammanfattning TSBB16

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Datorövning: Fouriertransform med Python

Ljud. Låt det svänga. Arbetshäfte

Beacon BluFi Bluzone. Givarna har mycket hög känslighet och kan mäta mycket små förändringar.

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Svar: Inbromsningssträckan ökar med 10 m eller som Sören Törnkvist formulerar svaret på s 88 i sin bok Fysik per vers :

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Vågfysik. Vilka typer av vågor finns det? Fortskridande vågor. Mekaniska vågor Elektromagnetiska vågor Materievågor

Spektrala Transformer

Dopplerradar. Ljudets böjning och interferens.

Vågrörelselära. Christian Karlsson Uppdaterad: Har jag använt någon bild som jag inte får använda så låt mig veta så tar jag bort den.

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

Kompletterande räkneuppgifter i Spektrala Transformer Komplex analys, sampling, kvantisering, serier och filter Laura Enflo & Giampiero Salvi

Elektronik 2018 EITA35

Tekniken. Tekniken. Tekniker -TOF. Inflödeseffekt. MR-angio teori och teknik. Boel Hansson MR, BFC, USiL. Tre möjligheter:

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

Vågrörelselära och optik

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Introduktion. Torsionspendel

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 15. mars 2010

Lösningsförslag till Problem i kapitel 6 i Mobil Radiokommunikation

TSBB31 Medicinska bilder Lecture Ultrasound

Analogt och Digital. Viktor Öwall Bertil Larsson

Signaler några grundbegrepp

Flerdimensionell signalbehandling SMS022

Elektronik. Dataomvandlare

Signal- och bildbehandling TSBB03

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Grundläggande ljud- och musikteori

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (EITF85)

Transkript:

Ultraljudssystem Ultraljudsteknik och fysik TBMI45-2006 Marcus Ressner IMT, Linköpings universitet 15 10 års utveckling De viktigaste komponenterna Schematisk bild av en ultraljudsscanner Oscillator klocka Pulsgenerator, effektförstärkare T/R switch Givare Förförstärkare mottagning (lågbrusig) TGC Beamformer Pre-processing system Scan converter Post-processing system Display enhet Givare T/R Switch Effekt Förstärkare LNA Beamformer Analog - CW CW Doppler Processing Beamformer Sändning TGC Pulsgenerator Beamformer Mottagning Pre-processing Scan Conversion Post- Processing Högtalare Display 1

3D rekonstruktion av kärlträd Mappning Ejektionsfraktion (EF) Akustisk modell av ett medium 2

Akustisk modell av ett medium Ljudhastighet i olika material Våglängd x frekvens = konstant OBS! Partiklarna bara svänger fram och tillbaka Kompressionerna rör sig i utbredningsriktningen Expansionerna åt motsatt håll Förutsätter låg amplitud! Icke biologiskt Luft 0 gr 331 m/s Vatten 37 gr 1510 Plexiglas 2670 Mässing 4430 Biologiskt Fett 1450 Blod 1570 Lever 1549 Muskler 1585 Akustisk impedans Def: Ljudtryck per partikelvolymshastighet Konstant för ett och samma material Z = ρ x c [Pa s/m] ρ = densitet C = ljudhastighet <c> = 1540 m/s Reflektion Akustisk impedans Den akustiska impedansen beskriver hur svårt det är för partiklarna (volymselementen) att röra sig Akustiska impedansen är produkten av ljudhastighet och densitet, d. v. s. beror också på densitet och elasticitet Z1 Z2 P i x=0 P t x-axel Pr Skillnaden i akustisk impedans mellan två material bestämmer hur mycket som transmitteras eller reflekteras R = Z2 -Z1 Z1 + Z2 Reflektionskoefficienten 3

Akustisk impedans Akustisk impedans R = T = φ i φ t Z 2 cosφ i -Z 1 cosφ t Z 1 cosφ i + Z 2 cosφ t 2 Z 2 cosφ i Z 1 cosφ i + Z 2 cosφ t Icke biologiskt Luft 0 gr 0,0004 Vatten 37 gr 1,48 Plexiglas 3,20 Mässing 38,0 Biologiskt Fett 1,38 Blod 1,61 Lever 1,65 Muskler 1,70 Skallben 7,8 Givare Givartaxonomi Oxymoron: Linear Curved Array Linear array, Phased linear array Convex array, Curved array, Curved Linear array Phased array, Linear phased array Kvarts Bly-sirkonat-titanat (PZT) PVDF (polyvinyldiflourid) Vad syftar begreppen linear och phased på? Linjär och/eller fasstyrd Bildmoder I Givargeometri Vågforms generering Linjär excitation Linear array Fasstyrd excitation Curved array 4

Bildmoder II B-mode (2D gray scale) A-mode B-mode M-mode Ultraljudsfältet Fasning Närfält T Fjärrfält Huygens vågprincip d T = (d/2) 2 / λ φ Diffraktionsvinkeln: φ = 1.22 λ / d Styrning av strålen Fokusering 5

Fokusering Dynamisk fokusering OBS! Dynamisk fokusering sker på mottagningssidan Lateral upplösning Axiell upplösning Hur uppkommer speckle? Analogi x(t) h(t) y(t) = h(t) * x(t) Specklekornen är i samma storleksordning som upplösningen hos det bildgivande systemet! h(t) motsvaras av point spread function 6

Dämpning Dämpningens effekt på mottagen signal Orsak: två faktorer Friktion Spridning Effekter Beror på vävnadstyp Beror av frekvens Dynamiskt område: 1 till 1:1 000 000! Motsvarar 120 db A/D-omvandlaren behöver 120/6=20 bitars upplösning... vid 20-40 MHz Idag kan man få 14-16 bitars omvandlare för 40 MHz för några dollar/styck... med effektförbrukning på en dryg W/styck RF linje Dämpningens effekt på mottagen signal Tid / djup Förändring av frekvens vid rörelse Amplitud korr. Bilens hastighet: 70 km/time ~ 6% av ljudhastighet TGC: Time Gain Compensation Tid / djup 1/12 En halvton i 12-tonsskalan: 2 = 5.94 % Endring i frekvens: 6% + 6% = 12 % Medicinsk Dopplergeometri 2 - Dopplerskift Mottagaren (reflektorn/spridaren) som rör sig från givaren Sändaren (i detta fallet spridaren) som rör sig från mottagaren. f D 2fv s cosθ = c Ultraljud och rörelse Spektraldoppler Färgdoppler Effektdoppler (power Doppler) Transit time Motion mode (M-mode) Vävnadsdoppler Harmonic power Doppler Pulse inversion power Doppler 7

Dopplermodaliteter i sjukvården Spektraldoppler CWD/PWD Färgdoppler PWD Kliniska applikationer Triplex imaging Duplex Vävnadsdoppler PWD Effektdoppler PWD Duplex Duplex CWD - Kontinuerlig Doppler CWD - System & Output Utsänd signal x () t = ξ cos( ω t) t t s Mottagen signal ([ ] 1) x () t = ξ cos ω + ω t+ θ R s s d A. Jensen, Estimation of Blood Velocities using Ultrasound, 1999 Sonogram Bandpass filtrering In-Phase / Quadrature Demodulation 8

Flödesriktning PW - Pulsad Doppler π ω D < 0 qt ( ) är förskjuten före i(t), vriktning från proben 2 Sample djup CWD PWD Double transducer CW recieve Single transducer PW Kan mäta höga hastigheter transmit Range cell Maxhastigheten begränsas av prf ø Artery ø Aliasing Velocity profile, v Observation region in overlap of beams Signal från alla spridare i ultraljudsfältet Signal från en begränsad sampelvolym Utbredningseffekter Är det möjligt att detektera ett Dopplerskift i ett pulsat system? Utbredningseffekter Är det möjligt att detektera ett Dopplerskift i ett pulsat system? V [m/s] Doppler skift [Hz] 0.01 28 0.1 276 0.5 1377 1.0 2755 2.0 5510 Attenueringen är frekvensberoende Vävnad Attenuering [db/[mhz cm] Lever 0.6-0.9 Njure 0.8 1.0 Fett 1.0 2.0 Blod 0.17 0.24 Ben 16.0 23.0 Br = 0.05 2fv s cosθ fd = c c = 1550 [m/s] v = 0.5 [m/s] fs = 3.0 [MHz] Br = 0.06 D = 8 cm 9

Pulsat Doppler System Aliasing PW Doppler CFI & TDI CFI Färgkodad hastighet Pulsed Doppler Colour Doppler FFT Autokorrelation (4CH) septum (4CH) septum Carotis Navelsträng Fasskiftsestimering Fasskiftsestimering Signalbehandlings steg för CFI och TDI 10

Fasskiftsestimering Angle dependence in color Doppler Im Q(i) dφ φi φ ω = dt T prf i 1 Q(i-1) tan(φ i φ i-1 ) φ(i) I(i) φ(i-1) I(i-1) Re v = - (c / 2*pi*f0*2*Tprf ) * arctan (Im(R(1))/Re(R(1))) R(1) = ( 1 / Nl - 1 ) * sum(conj(r(n))*r(n+1)) ; n = 0 - (Nl - 2) Power Doppler Color Doppler energy Amplitude Doppler sonography Color amplitude imaging Ultrasound angiography Power Doppler Pulsad Doppler Power Doppler Cut off freq Power Doppler - CFI Endast skillnader i mjukvara v a ~ v b Cut off freq Power Doppler Tissue Doppler Imaging Okad känslighet, högre gain Mäta små flöden ~ perfusion Vinkel oberoende Inga vikningsartefakter Saknar hastighetsinformation Ingen flödesriktning 11

Tissue Velocity Imaging Wall motion quantification Strain rate Curved M-mode Tissue velocity Strain rate Curved M-mode L v 1 v 2 SR Moving upward Moving downward Systole Early relax. Atrial systole v v1 SR = L 2 Shortening No change Elongation Systole Early relax. Atrial systole 12