ultra-sons 2010 11 - Departamento de Física da

INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA – TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 44

ULTRA-SONS: DEFINIÇÃO MÉDICA

• Em aplicações médicas, são usados ul tra-son s de alta frequência no diagnóstico e tratamento de pacientes.• A gama de frequências usada em imagem médica varia de 2 - 15

MHz.

EFEITO PIEZOELÉCTRICO

• Princípio de conversão de energia através da aplicação de uma pressão ao cristal.• O efeito piezoeléctrico inverso converte a energia de novo à sua forma original.


• 2.5 MHz • Abdómen (mais prof.)OB/Gin.

• 3,5MHz • Abdómen Geral, cardiologia, OB/Gin.

• 5,0 MHz • Vascular, Seios, Gin

• 7,5 MHz • Seios, Tiróide

• 10.0 MHz • Seios, Tiróide,Veias Superficiais,Massas Superficiais

IMAGEM MÉDICA – FREQUÊNCIA DOS TRANSDUTORES


IMAGEM MÉDICA – LARGURA DE BANDA DOS TRANSDUTORES

• Os transdutores ultra-sónicos “respondem” a uma gama de

frequências, designada por largura de banda (bandwidth).

• É assim tecnologicamente possível produzir transdutores

para aplicações médicas que operem em mais de que uma

frequência, por exemplo:

– 2.5 - 3.5 MHz para imagem abdominal geral.

– 5.0 - 7.5 MHz para imagem superficial.


IMAGEM MÉDICA – ATENUAÇÃO DOS SINAIS

• Definição: Redução da potência (amplitude) dos sinais à medida que as ond as acústicas se propagam através do meio objecto de diagn óstico.

Frequência do transdutor

Profundidade de penetração.

• As frequências mais elevadas são atenuadas ou absorvidas mais rapidamente de que as baixas frequências.


IMAGEM MÉDICA – COMPENSAÇÃO DO GANHO

• Ajustamento do ganho, controlado pelo operador, afim de compensar a atenuação dos ultra-sons à medida que estes se propagam ao longo dos tecidos.

• Tem de ser ajustado manualmente para cada tipo de tecido examinado, podendo ser manipulado ao longo do exame com o objectivo de optimizar a imagem.

RESOLUÇÃO

• Capacidade em distinguir estruturas que se encontrem muito próximas,

tanto em termos espaciais como em função do tempo (sinais).

• Depende da frequência.– Resolução “ Gray Scale”.– Resolução Axial– Resolução Lateral


IMAGEM MÉDICA – RESOLUÇÃO “GRAY SCALE”

• Uma adequada resolução de escala de cinzentos permite distinguir mais claramente pequenas variações nos tecidos.

• Gama dinâmica (Dynamic Range) determina a quantidade de níveis de cinzento mostrados numa imagem.

DR baixa DR elevada


IMAGEM MÉDICA – FREQUÊNCIA VERSUS RESOLUÇÃO

Frequência do transdutor

Resolução e detalhe da imagem .• Transdutores de mais elevada frequência providenciam melhor resolução:– Melhor resolução da escala de cinzentos. – Melhor Capacidade em distinguir detalhes.


IMAGEM MÉDICA – RESOLUÇÃO AXIAL E RESOLUÇÃO LATERA L

• A resolução espacial descreve o quanto, fisicamente, dois objectos

próximos podem ser visualizados separadamente.

– Axial : ao longo da propagação do feixe.

– Lateral : perpendicular à p ropagação do feixe .

• Todos os equipamentos possuem uma resolução espacial menor ou

igual a 1.0 mm.

Depende do comprimento do pulso ultra- sónico (frequência).

Depende da largura do feixe de ultra-sons.

Feixe

objectos

Transdutores

Associe estas respostas ao tipo de resolução .


IMAGEM MÉDICA – RESOLUÇÃO TEMPORAL

• Capacidade em determinar em que posição se encontram

reflectores em diferentes instantes no tempo.

• Em imagens B-Scan, tal capacidade depende da designada “frame

rate”.

FREQUÊNCIA - RESUMO

Frequência elevada Elevada resolução Baixa profundidade de penetração

Transdutores de elevada frequência Uso superficial

Frequência baixa Baixa resolução Elevada profundidade de penetração

Transdutores de mais baixa frequência Uso abdominal em geral


IMAGEM MÉDICA – EQUIPAMENTO (ECÓGRAFO)

COMPOSIÇÃO: ¾ TRANSDUTOR

¾ FORMAÇÃO DO FEIXE (BEAM FORMER)

¾ VISUALIZAÇÃO DA IMAGEM

¾ ARMAZENAMENTO DA INFORMAÇÃO

TIPOS DE TRANSDUTORES – “Arrays” Lineares– “Arrays” com curvatura– “Phased Arrays”

ARRAYS

• Constituiídos por elevado número de elem entos de material piezoeléctrico, podendo funcionar em grupos ou individualmente.

Transdutor



ARRAYS DE TRANSDUTORES (CONT.)

ARRAY LINEAR Os transdutores são colocados de modo paralelo entre si

A face do array linear é plana

Produz uma imagem rectangular



PHASED ARRAY OU ARRAY SECTORIAL

¾

Os elementos do transdutor são montados em paralelo entre si ou na forma de anel. ¾ A face do transdutor apresenta-se com uma curvatura.


Produz imagens de sectores.



FORMAS DO CAMPO DE VISTA (FIELD-OF-VIEW (FOV))


¾ FOV LINEAR

• Produzido por arrays lineares.

• Tipicamente usados em aplicações superficiais

¾ FOV SECTORIAL

• Produzido pela oscilação e

rotação da sonda usando arrays

em curvatura / phased.

• Tipicamente usados em

aplicações abdominais e cardíacas.


• A-Mode• B-Mode• M-Mode• Doppler


MODOS DE VISUALIZAÇÃO

• Medição de descontinuidades nos tecidos.

• Medição da espessura dos tecidos.

• Representação da amplitude do eco (Y-axis) versus

distância de propagação (X-axis) ao longo dos tecidos, a qual é determinada pela relação entre o tempo e a velocidade de propagação dos ultra-sons no tecido.

• Este modo também pode ser usado para calibrar outros modos.

AA--ModeMode



MODOS DE VISUALIZAÇÃO AA--ModeMode

APLICAÇÃO IMPORTANTE: BIOMETRIA (OFTOMOLOGIA)

Sonda de 10 MHz

Biometria A-scan por ultra-sons constitui um tipo de teste de diagnóstico usado em oftalmologia. O A-scan proporciona dados sobre o comprimento da vista, o qual é um parâmetro determinante nos mais comuns problemas de visão. O objectivo é o cálculo da potência da lente intra-ocular.

Outra importante aplicação do A-scan consiste em determinar o tamanho e características ultra-sonoras de massas no olho, afim de as caracterizar. Isto é frequentemente designado por A-scan quantitativo.



MODOS DE VISUALIZAÇÃO BB--ModeMode Princípios Básicos

Os sinais de eco detectados, são processados e convertidos em luminância, resultando numa visualização “brightness- mode” ou imagens B-mode. Em imagens B-mode, estruturas mais reflectivas surgem mais brilhantes de que as estruturas menos reflectivas.



MODOS DE VISUALIZAÇÃO BB--ModeMode Princípios Básicos

Uma imagem completa é obtida repetindo o ciclo pulso-eco para muitos feixes (linhas) coplanares. Pulsos para linhas sucessivas são transmitidos, após todos os ecos provenientes da linha anterior terem sido detectados pelo transdutor. Uma vez detectados e processados todos os ecos de todas as linhas, estes são mapeados nos locais próprios na imagem (matriz de pixels), sendo visualizada uma imagem B-mode completa. O processo repete-se, obtendo-se novas “frames” geralmente a taxas de 20-40 frames/s.


¾ A atenuação varia para os diferentes tipos de tecidos.

¾ Para a maioria, verifica-se uma atenuação na gama de 0.3-0.8 dB/cm/MHz.

¾

O facto de a atenuação depender fortemente da frequência, requer a

utilização de mais baixas frequências para a realização de imagens mais

profundas, no corpo humano, de modo a assegurar que uma intensidade de eco

adequada é detectada pelo transdutor.

Um array pode ser constituído por 128–196 elementos de transdutor.


ATENUAÇÃO EM TECIDOS

ARRAYS - CONSTITUIÇÃO



¾

Num array de transdutores lineares o feixe de ultra-sons é criado através da excitação

eléctrica de um conjunto de elementos (transdutores).¾

O pulso ultra-sonoro é emitido

perpendicular aos elementos do array e é centrado em relação ao conjunto de elementos objecto de excitação.

ARRAYS LINEARES– CRIAÇÃO DO FEIXE

¾

Feixes sucessivos são obtidos deslocando a excitação elemento a elemento.

Elementos deTransdutor



ARRAYS SECTORIAIS (PHASED)– CRIAÇÃO DO FEIXE

Phased Array

(A) Inclinação electrónica do feixe acústico.

(B) Focalização electrónica do feixe acústico.



SONDAS ECOGRÁFICAS

ARRAY COM CURVATURA

ARRAY LINEAR

ARRAY PHASED

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