Aula Ultra - Som, Notas de aula de Física

Baixe Aula Ultra - Som e outras Notas de aula em PDF para Física, somente na Docsity! 03/03/2011 1 Paulo R. Fonseca – prfonseca@gmail.com Aplicações Ondas & Som Modo A Modo B Modo M Doppler Artefatos http://29.media.tumblr.com/tumblr_l9kpb75Zex1qzhehpo1_500.jpg 03/03/2011 2 03/03/2011 5  Classificação:  Direção de oscilação ▪ Transversal: direção de oscilação é perpendicular à direção de propagação ▪ Longitudinal: oscilação ocorre na mesma direção da propagação  Classificação:  Tipo de energia transmitida ▪ Sonora ▪ Térmica ▪ ... 03/03/2011 6  Comprimento de onda (λ)  Amplitude (A)  Freqüência (Hz)  Intensidade (Watts/cm2)  Período (T) 03/03/2011 Medical and Destructive Low bass notes Animals and Chemistry] Diagnostic and NDE 200MHz Infrasound — Acoustic Ultrasound “Plane-piston” mechanical displacement Elasti *particles” in the medium EO Time Pressuro smplitude variation ] FIGURE 18.2. Ultrascund eneray is generated by à mechanical displace- mentin compressible medium, vábich is modeled as an elastic spring Energy propagation is shown 35 a function of time, resulting ir areas of compres- sion and rarelaclion with corr esponding variations in positive and negative pressure amplituce, P (fower ciagram, a snapshot of the ultrasound wave at. tE5 above, Paníces In the medium move back and forth In the direcilon of the wave front. 03/03/2011 10  Densidade ()  Velocidade de propagação  v = λ · f  Impedância acústica  Z =  · v  Densidade x Compressibilidade 03/03/2011 11  Energia transportada pela onda  classifica um som em forte ou fraco 03/03/2011 12 At E I  24 r P I   A intensidade do som pode ser expressa em função da amplitude do deslocamento horizontal dos elementos de volume de ar. )( 2 2  A v I  e Zv  Impedância Acústica  Sensação auditiva não varia linearmente com a energia transportada  dB: decibel  I: intensidade  I0: limiar de audibilidade 10-12(W/m2) 03/03/2011 15 Cristal PZT Material Amortecedor Camada de interposição Transdudor Figure 20-6 An electric field realigns the di poles in a piezoelectric crystal Equilibrium No sutface charge A Compression Expansion 03/03/2011 16 03/03/2011 17  O transdutor é projetado para ter resposta máxima a uma certa freqüência  Determinado pela espessura  Quando menor espessura menor o comprimento de onda maior a freqüência 03/03/2011 Figure 8. Linear phased array. transducer Prom Vai wave AS nu WO, Sleeting and iepo UU] [ii Focussing sa 1h time of pulso uti” ut? SN trensducer SÊ qu” EN wavefront Figure 9. Electronic steering and focusing of ultrasound beam. 20 03/03/2011 Figure 10, Beam focusing in 2 phased array. 21 03/03/2011 22 Freqüência 2-10 MHz Velocidade de Propagação 1400 – 1700 m/s Freqüência de repetição do pulso 2-10 KHz Ciclos por pulso 1-3 Duração do pulso 0,5-3 ms Comprimento espacial do pulso 0,1-1 mm Intensidade espacial máxima 0,01-100 mW/cm2 Coeficiente de atenuação 1-5 dB/cm 03/03/2011 25  X’=r2/l  X’ = “profundidade” da zona de Fresnel  r = raio do transdutor  l = comprimento de onda 03/03/2011 26      2 2 2 4 ZbZa ZaZb T ZbZa ZbZa R      Lembrar: Uso do gel Reflectivity of Normally Incident Waves Tissues at Interihce Reflecrivity Train - skull bone 0.56 fat - bone 0.69 fat - blood 0.08 fat - kidney 0.08 fat - muscle 0.10 fat - liver 0.09 Acoustic Impedunce temperar pressure lens - aqueous humor 0.10 lens - vitreous humor 0.09 muscle - blood 0.03 rmecle - Kidney 0.03 muscle - liver 0.01 soft tissue (mean) - water 0.05 soft tissue - air 0.9995 soft tissue - piezo-electric crystal 0.89 TERA decibels. o -20 -40 -60 -8O -100 -120 Sofl tissue - air Soft tissue - bone | Large boundary Skin-waler interface Fat -muscle Brain — blood Placenta Small Liver boundary Brain interface Blood Electronio noise Figure 3. Range of reflecled intensá 03/03/2011 27 03/03/2011 30  A agulha da biópsia  Quando o feixe de ultra-som muda de um meio para outro  a velocidade muda  mudança no comprimento de onda  frequência é a mesma 03/03/2011 = Ocorrência de artefatos medium 1 medium 2 medium 1 object object incident beam Medium | Pigure 4. Reflection and reiraction of ultrasound heams. When ultrasound is incident obliquely on à boundary of tua materials of different acoustic impedance, the beam will be reflected and transmitted as shown. à, angle ol incidence; r, angle of reflection; £, angle of refractiony; 7, speeed of suund in medium 1; cê, speed of sound in medium 2. 31 03/03/2011 32  É o coef. de atenuação xeII  0 Approximate Attenuation Coefficient Values for Various Materials Material Coefficient (dB/cm MHz) Water 0.002 Fat 0.66 Soft tissue (average) 0.9 Muscle (average) 2.0 Air 12.0 Bone 20.0 Lung 40.0 Pulse Amplitude Loss Produced by a Reflection Interface Amplitude Loss (dB) Ideal reflector 0.0 Tissue-air -0.01 Bone-soft tissue -3.8 Fat-Muscle -20.0 Tissue-water -26.0 Muscle-blood -30.0 03/03/2011 Ultrasound Imaging Electrical Pulse Flectádal Signal Image Transducer Err Echo [A 4a E E a rails Deam U Rescived dito tar teme es echoes] / ! A Gain 08 ' E compensticr: fu Í Eu Display RR] Processor Coreeced te [4 (contrast ) =! Ampliier arcar Jltrasound Pu ss | PD] [53 4] Echo Pulse Beam - Eeflecting Inter ao 7 35 03/03/2011 Transducor Sobnd O ioeking crystals Acquisition and display cartrois Transdutor Eco — Fono — Pulso — D Câmera pm] [1 E Gravador de video mus | E 36 Electrical Pulse 03/03/2011 Pressure “a = sendo Beam Velocity A pa Piezoelectric Element Ulrascund Pulse e Vibration 37 03/03/2011 40 Computador A m p lit u d e Profundidade Ganho =+ 03/03/2011 41  Localização das estruturas de interesse  Imagem estática e de tempo real 03/03/2011 = Ecocardiografia 42 03/03/2011 5? 45 03/03/2011 16.42 46 03/03/2011 47 03/03/2011 50 03/03/2011 51 Frequência Profundidade da imagem Largura do feixe Resolução Lateral Comp. Espacial do pulso Resolução axial Ciclos por pulso Resolução axial Frequência Resolução axial 03/03/2011 52           f ap vv v ff           f af vv v ff  Identificação de estruturas móveis  Caracterização do fluxo sanguíneo 03/03/2011 55 Usando contraste de microbolhas 03/03/2011 ave caos LO, Jet ente val: TV, ico ve: RA 1 tis A ei zure 216 M mode scan of the heart showing the mitral valve. The valve leaflet is shown undergoing uificamt motion during each heart Leal. The dark bauds imunediately above (e valve are reflections um the interventricular septum. The hands helow-the valve are reflections fram the lefe ventricular wall 56 03/03/2011 57 03/03/2011 Figure 11. Example of a reverberation artifact. Figure 12. Example of a ring-down artifact. 60 03/03/2011 Figure 14. Example of a reflection artiact. RR Figure 15. Example of an enhancement artifact 61 03/03/2011 Figure 16. In this scan of the gallbladder, the left side shows enhancement described above; the right side shows a decreased beam intensity because of attenuation in calcified gallstones (arrot). 62 03/03/2011 65  Aumento da permeabilidade da membrana celular  Feixe é capaz de alterar os potenciais de membrana  aumento da condutância da membrana ao potássio  Vasoconstrição ou vasodilatação arteriolar  feixes pulsados  (4-10 W/cm2)  costrição arteriolar ou vasodilatação ▪ abrir capilares em zonas de isquemia crônica.  Cavitação e efeitos pressóricos. 03/03/2011 66  “Ultra-som: princípios físicos e formação de imagem” – Prof. Dr. Marcos Fontes IBB/Unesp  “Princípios Físicos e Formação de Imagem em Ultra-Som” – Profa. Dra. Diana R. Pina Miranda – FMB/Unesp  “Basic Physics of ultrasound imaging” – John E. Aldrich (Crit. Care Med 2007 Vol 35 n.º 5)