14/03/12 tecnologia em radiologia 1
bases físicas da
bases físicas da
ultra-sonografia
ultra-sonografia
OSCAR ANTONIO DEFONSO
14/03/12 tecnologia em radiologia 3
Introdução
Introdução
A
A
ultra-sonografia é um dos
ultra-sonografia é um dos
método de diagnostico por
método de diagnostico por
imagem mais versáteis e
imagem mais versáteis e
ubíquos, de aplicação
ubíquos, de aplicação
relativamente simples e com
relativamente simples e com
baixo custo
baixo custo
.
.
14/03/12 tecnologia em radiologia 4
Características
Características
Método não invasivo ou minimamente invasivo
Método não invasivo ou minimamente invasivo
Apresenta a anatomia em imagens
Apresenta a anatomia em imagens
seccionais,que podem ser adquiridas em
seccionais,que podem ser adquiridas em
qualquer orientação espacial
qualquer orientação espacial
Não possui efeitos nocivos significativos dentro
Não possui efeitos nocivos significativos dentro
das especificações em uso médico
das especificações em uso médico
14/03/12 tecnologia em radiologia 5
Possibilita o estudo não-invasivo da
Possibilita o estudo não-invasivo da
hemodinâmica corporal através do
hemodinâmica corporal através do
Doppler
Doppler
Imagens dinâmicas ,praticamente em
Imagens dinâmicas ,praticamente em
tempo real, possibilitando o estudo do
tempo real, possibilitando o estudo do
movimento das estruturas corporais.
movimento das estruturas corporais.
O método ultra-sonografico baseia-se no
O método ultra-sonografico baseia-se no
fenômeno de interação de som e tecidos; a
fenômeno de interação de som e tecidos; a
transmissão de ondas sonoras pelo meio
transmissão de ondas sonoras pelo meio
observamos as propriedades mecânicas dos
observamos as propriedades mecânicas dos
tecidos.
14/03/12 tecnologia em radiologia 6
SOM
14/03/12 tecnologia em radiologia 7
SOM
SOM
ECOLOLOCALIZAÇÃO
ECOLOLOCALIZAÇÃO
SOM
SOM
14/03/12 tecnologia em radiologia 8
ecolocalização
ecolocalização
Localização espacial através de ecos
Localização espacial através de ecos
gerados por objetos submetidos a um
gerados por objetos submetidos a um
pulso ultra-sônico
pulso ultra-sônico
Morcegos fazem ecolocalização há milhões
Morcegos fazem ecolocalização há milhões
de anos.( por AM e FM)
14/03/12 tecnologia em radiologia 9
SOM
SOM
Vibração mecânicaVibração mecânica
Ouvido humano faixa com freqüência de 16000 – 20000 Ouvido humano faixa com freqüência de 16000 – 20000
ciclos /segundo
ciclos /segundo
Propriedades ondulatórias Propriedades ondulatórias Interação com o meioInteração com o meio
--refração --refração --reflexão --reflexão --atenuação --atenuação --difração --difração --interferência --interferência --espalhamento --espalhamento
14/03/12 tecnologia em radiologia 10
As características do fenômeno sonoro são
As características do fenômeno sonoro são
relacionados a sua FONTE e ao MEIO DE
relacionados a sua FONTE e ao MEIO DE
PROPAGAÇÃO
PROPAGAÇÃO
Variáveis como PRESSÃO , DENSIDADE DO
Variáveis como PRESSÃO , DENSIDADE DO
MEIO , TEMPERATURA E MOBILIDADE DAS
MEIO , TEMPERATURA E MOBILIDADE DAS
PARTICULAS definem o comportamento da
PARTICULAS definem o comportamento da
onda sonora ao longo de sua propagação.
onda sonora ao longo de sua propagação.
Propagação da onda sonora provoca vibrações do
Propagação da onda sonora provoca vibrações do
meio material, produzindo deflexões em relação
meio material, produzindo deflexões em relação
à direção de propagação do som , com áreas de
à direção de propagação do som , com áreas de
compressão e rarefação em áreas alternadas e
compressão e rarefação em áreas alternadas e
periódicas
14/03/12 tecnologia em radiologia 11
DEFLEXÕES
DEFLEXÕES
Transversais –movimentação transversal à
Transversais –movimentação transversal à
direção de propagação
direção de propagação
Longitudinais – movimentação oscilatório na
Longitudinais – movimentação oscilatório na
mesma direção de propagação da onda.
mesma direção de propagação da onda.
Na AGUA E GASES a onda aplicada ao meio
Na AGUA E GASES a onda aplicada ao meio
ocorre apenas por compressões e rarefações ao
ocorre apenas por compressões e rarefações ao
longo do plano longitudinal.
longo do plano longitudinal.
Métodos ultra-sonograficos aplicados em
Métodos ultra-sonograficos aplicados em
medicina usam apenas ondas longitudinais
14/03/12 tecnologia em radiologia 12
Representação gráfica onda sonora
Representação gráfica onda sonora
A= áreas de compressão e rarefação do meio causadas pela variação
A= áreas de compressão e rarefação do meio causadas pela variação
de Pressão ao longo da propagação da onda sonora
14/03/12 tecnologia em radiologia 13
Qualquer som é resultado da propagação
Qualquer som é resultado da propagação
das vibrações através de um meio material,
das vibrações através de um meio material,
carregando energia e NÃO matéria
carregando energia e NÃO matéria
F = - kx
F = - kx
F = força proporcional a um deslocamento
F = força proporcional a um deslocamento
x = deslocamento dentro dos limites ( forças de atração
x = deslocamento dentro dos limites ( forças de atração
intermoleculares do meio de propagação
intermoleculares do meio de propagação
K = constante
K = constante
As partículas do meio são defletidas pela onda em
As partículas do meio são defletidas pela onda em
propagação , retornam posteriormente ao seu estado
propagação , retornam posteriormente ao seu estado
original transmitindo apenas energia e momento, não
original transmitindo apenas energia e momento, não
havendo resultante de movimento de matéria.
14/03/12 tecnologia em radiologia 14
Ondas sonoras
Comprimento de onda ( )
: distância entre
: distância entre
fenômenos de compressão e rarefação
fenômenos de compressão e rarefação
sucessivos ; é medido em metros (m)
sucessivos ; é medido em metros (m)
Freqüência ( f )
: número de ciclos completos
: número de ciclos completos
de oscilação produzidos em um segundo é
de oscilação produzidos em um segundo é
medido em hertz (Hz)
medido em hertz (Hz)
Período ( T )
: tempo característico em que o
: tempo característico em que o
mesmo fenômeno se repete ( inverso da
mesmo fenômeno se repete ( inverso da
freqüência )
freqüência )
Amplitude ( A )
magnitude ou intensidade da
magnitude ou intensidade da
onda proporcional à deflexão máxima das
onda proporcional à deflexão máxima das
partículas do meio de transmissão
14/03/12 tecnologia em radiologia 15
A onda sonora pode ser caracterizada em relação
A onda sonora pode ser caracterizada em relação
ao comprimento de onda, freqüência e velocidade
ao comprimento de onda, freqüência e velocidade
= cf f = / c c = / f
A freqüência da onda sonora (f) determina a capacidade de estudo
A freqüência da onda sonora (f) determina a capacidade de estudo
ecográfico em discriminar dois pontos próximos na área de interesse,
ecográfico em discriminar dois pontos próximos na área de interesse,
definida com resolução espacial do método : quando maior a f menor
definida com resolução espacial do método : quando maior a f menor
e MELHOR A RESOLUÇÃO ESPACIALe MELHOR A RESOLUÇÃO ESPACIAL
A velocidade do som ( c ) é constante para cada material e depende
A velocidade do som ( c ) é constante para cada material e depende
tanto das propriedade elásticas como da densidade do meio,
tanto das propriedade elásticas como da densidade do meio,
podendo ser calculado através da relação entre um fator de força
podendo ser calculado através da relação entre um fator de força
elástica e um fator de inércia do meio
elástica e um fator de inércia do meio
TECIDOS BIOLOGICOS ;RICOS EM AGUA ; NÃO TEM FORÇA
TECIDOS BIOLOGICOS ;RICOS EM AGUA ; NÃO TEM FORÇA
ELÁSTICA; A VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO ESTA
ELÁSTICA; A VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO ESTA
RELACIONADA A VARIAÇAO VOLUMÉTRICA ( compressibilidade)
RELACIONADA A VARIAÇAO VOLUMÉTRICA ( compressibilidade)
do meio quando submetido a pressão e densidade do meio
14/03/12 tecnologia em radiologia 16
Velocidade do som nos meios
Velocidade do som nos meios
biológicos
biológicos
Ar
340 m/s
Liquido
1200 m/s
14/03/12 tecnologia em radiologia 17
A maior parte dos elementos do corpo
A maior parte dos elementos do corpo
humano possuem impedâncias acústicas
humano possuem impedâncias acústicas
semelhantes ( exceto ar e osso )
semelhantes ( exceto ar e osso )
Os equipamentos ultra-sonografia são
Os equipamentos ultra-sonografia são
calibrados para uma velocidade padrão de
calibrados para uma velocidade padrão de
14/03/12 tecnologia em radiologia 18
Valores de velocidades obtidos
Valores de velocidades obtidos
para diversos tecidos
para diversos tecidos
Meio Meio (Kg/m3)(Kg/m3) Densidade Densidade V (m/s) V (m/s) velocidade
velocidade Z (kg(m2.s)) impedância acústicaZ (kg(m2.s)) impedância acústica
Ar
Ar
1,29
1,29
331
331
430
430
Água
Água
1000
1000
1480
1480
1480000
1480000
Cérebro
Cérebro
1020
1020
1530
1530
1560000
1560000
Músculo
Músculo
1040
1040
1580
1580
1640000
1640000
Gordura
Gordura
920
920
1450
1450
1330000
1330000
Osso
Osso
1900
1900
4040
4040
7630000
7630000
14/03/12 tecnologia em radiologia 19
Conceitos de interação
Conceitos de interação
SOM - TECIDOS
SOM - TECIDOS
ABSORÇÃO
ABSORÇÃO
: dependente da freqüência
: dependente da freqüência
e da temperatura do meio : quanto maior a
e da temperatura do meio : quanto maior a
freqüência maior será a atenuação
freqüência maior será a atenuação
IMPEDÂNCIA ACÚSTICA (Z)
IMPEDÂNCIA ACÚSTICA (Z)
: grau de
: grau de
dificuldade ou resistência do meio à
dificuldade ou resistência do meio à
condução do feixe sonoro, definida pelo
condução do feixe sonoro, definida pelo
produto da velocidade do som e pela
produto da velocidade do som e pela
densidade do meio.
14/03/12
14/03/12 tecnologia em radiologiatecnologia em radiologia 2020
PIEZELETRICIDADE E
PIEZELETRICIDADE E
TRANSDUTORES
TRANSDUTORES
14/03/12 tecnologia em radiologia 21
PIEZELITRICIDADE
PIEZELITRICIDADE
Feixe ultra-sônico é gerado por dispositivo denominados Feixe ultra-sônico é gerado por dispositivo denominados
transdutores, compostos por materiais sólidos que
transdutores, compostos por materiais sólidos que
apresentam a característica de transformar um tipo de
apresentam a característica de transformar um tipo de
energia em outro: quando submetido a um ESTRESSE
energia em outro: quando submetido a um ESTRESSE
MECÂNICO ,geram uma diferença de potencial elétrico
MECÂNICO ,geram uma diferença de potencial elétrico
e , analogicamente, apresentam uma deformação
e , analogicamente, apresentam uma deformação
espacial que gera uma onda mecânica. Este efeito de
espacial que gera uma onda mecânica. Este efeito de
transdução, denominado de PIEZELÉTRICO e é
transdução, denominado de PIEZELÉTRICO e é
produzido por sólidos com retículo cristalino que não
produzido por sólidos com retículo cristalino que não
apresentam um centro de simetria que permita uma
apresentam um centro de simetria que permita uma
inversão . Quartzo, turmalina, sulfeto de lítio, titanato de
inversão . Quartzo, turmalina, sulfeto de lítio, titanato de
bário e os cristais de saís de Rochelle ( tartarato de Na
bário e os cristais de saís de Rochelle ( tartarato de Na
ou K ).
14/03/12 tecnologia em radiologia 22
Estes materiais tornam-se piezelétricos quando são
Estes materiais tornam-se piezelétricos quando são
elevados a uma temperatura critica ( temperatura de
elevados a uma temperatura critica ( temperatura de
Curie) e resfriado enquanto submetido a uma diferença
Curie) e resfriado enquanto submetido a uma diferença
de potencial
de potencial
Estes materiais tem temperatura de Curie baixa por
Estes materiais tem temperatura de Curie baixa por
isso não esterilizar
isso não esterilizar
Cristais de quartzo só para transdutores
Cristais de quartzo só para transdutores
acima de 20 MHz.
acima de 20 MHz.
Cada um dos elementos piezelétricos, quando
Cada um dos elementos piezelétricos, quando
excitado, emite um pulso ultra-sônico que interage com
excitado, emite um pulso ultra-sônico que interage com
o meio de transmissão. A vibração produzida é
o meio de transmissão. A vibração produzida é
composta por várias freqüências, ou
composta por várias freqüências, ou banda espectral .
Freqüência de ressonância principal (freqüência central
ou nominal) e varias outras freqüências ( de valores
14/03/12 tecnologia em radiologia 23
Imagens ultra-sonograficas são formadas por
Imagens ultra-sonograficas são formadas por
ecos de curta duração gerados a partir de
ecos de curta duração gerados a partir de
pulsos breves, emitidos pelo equipamento
pulsos breves, emitidos pelo equipamento
através do transdutor.
através do transdutor.
Os sistemas pulsados de transmissão dos feixe
Os sistemas pulsados de transmissão dos feixe
sonoro exigem que este transdutores
sonoro exigem que este transdutores
respondam rapidamente aos feixes elétricos e
respondam rapidamente aos feixes elétricos e
mecânicos, permitindo a pulsos muito curtos
mecânicos, permitindo a pulsos muito curtos
(microssegundos). Elementos de baixa
(microssegundos). Elementos de baixa
impedância e baixo coeficiente mecânico.
14/03/12 tecnologia em radiologia 24
Materiais piezeletrétricos mais
Materiais piezeletrétricos mais
utilizados em ultra-sonografia.
utilizados em ultra-sonografia.
constantes
constantes quartzo Sulfato Li Titanato Ba Zirconato Pb densidade 2,652,65 2,052,05 5,555,55 7,757,75 Freqüência 2,872,87 2,732,73 2,292,29 1,41,4 Impedância 15,215,2 11,211,2 25,225,2 22,622,6 Transmissão 22 1616 149149 374374 Recepção 5050 175175 26,126,1 24,824,8 Acoplamento 11%11% 38%38% 49%49% 71,5%71,5% Temp. Max C 550550 7575 115115 365365 Dielétrica 4,54,5 10,310,3 12001200 17001700
14/03/12 tecnologia em radiologia 25
TRANSDUTORES
14/03/12 tecnologia em radiologia 26
CARACTERISTICAS DOS
CARACTERISTICAS DOS
TRANDUTORES
TRANDUTORES
Produzir o feixe ultra-sônico e receber os
Produzir o feixe ultra-sônico e receber os
ecos gerados pelas diversas interfaces.
ecos gerados pelas diversas interfaces.
Transdutores setoriais mecânicos
Transdutores setoriais mecânicos
possuem apenas uma elemento
possuem apenas uma elemento
piezelétrico ( encapsulado em elemento
piezelétrico ( encapsulado em elemento
protegido por óleo), acoplado a um motor
protegido por óleo), acoplado a um motor
responsável por um movimento pendular
responsável por um movimento pendular
do conjunto, realizando a varredura da
do conjunto, realizando a varredura da
região investigada
14/03/12 tecnologia em radiologia 28
Transdutores eletrônicos
Transdutores eletrônicos
Conjuntos compactos de elementos
Conjuntos compactos de elementos
piezelétricos distribuídos ao longo de sua
piezelétricos distribuídos ao longo de sua
superfície, em arranjos de fases, os quais
superfície, em arranjos de fases, os quais
definem a geometria da imagem formada.
14/03/12 tecnologia em radiologia 29
A= setorial B=linear C= convexo
A= setorial B=linear C= convexo
D = setorial eletrônico
D = setorial eletrônico
14/03/12 tecnologia em radiologia 30
A=elementos piezelétricos B= lente acústica C=
A=elementos piezelétricos B= lente acústica C=
acoplamento acústico D= conectores elétricos E=
acoplamento acústico D= conectores elétricos E=
amortecedores F= isolamento
14/03/12 tecnologia em radiologia 31
Transdutores eletrônicos
Transdutores eletrônicos
convexo
convexo
14/03/12 tecnologia em radiologia 32
Transdutores eletrônicos setoriais
Transdutores eletrônicos setoriais
14/03/12 tecnologia em radiologia 33
Transdutores eletrônicos - lineares
Transdutores eletrônicos - lineares
14/03/12 tecnologia em radiologia 34
Transdutores multi – 4D
14/03/12
14/03/12 tecnologia em radiologiatecnologia em radiologia 3535
Campo ultra - sônico
Campo ultra - sônico
14/03/12 tecnologia em radiologia 36
FOCO
FOCO
FOCO do campo ultra-sônico corresponde à zona de FOCO do campo ultra-sônico corresponde à zona de
MELHOR resolução espacial de um transdutor e
MELHOR resolução espacial de um transdutor e
representa a região de MENOR espessura do feixe
representa a região de MENOR espessura do feixe
acústico.
acústico.
Zona de Fresnel – região em que o feixe acústico se Zona de Fresnel – região em que o feixe acústico se
mantém coerente
mantém coerente
Zona de Fraunhoffer – região distal o feixe acústico Zona de Fraunhoffer – região distal o feixe acústico
perde a coerência de fase.
perde a coerência de fase.
A profundidade da zona de Fresnel depende da A profundidade da zona de Fresnel depende da
freqüência utilizada e da largura do elemento
freqüência utilizada e da largura do elemento
piezelétrico
piezelétrico
Na zona de Fraunhoffer o ângulo de divergência do feixe Na zona de Fraunhoffer o ângulo de divergência do feixe
é inversamente proporcional à freqüência utilizada
14/03/12 tecnologia em radiologia 37 Frentes de ondas chegando a um transdutor
A= transdutor plano próximo a um gerador de ecos A= transdutor plano próximo a um gerador de ecos
recebe varias frentes de onda simultaneamente que
recebe varias frentes de onda simultaneamente que
interferem entre si
interferem entre si
B= O mesmo transdutor recebe da zona de transição B= O mesmo transdutor recebe da zona de transição
idealmente uma única frente de onda por vez,
idealmente uma única frente de onda por vez,
aumentando a sensibilidade do transdutor
aumentando a sensibilidade do transdutor
C = Transdutor com lente acústica permitem receber C = Transdutor com lente acústica permitem receber
frentes de onda idealmente em distancias variadas
14/03/12 tecnologia em radiologia 38
Focalização por arranjos de fase
Focalização por arranjos de fase
( phased array)
( phased array)
14/03/12 tecnologia em radiologia 39
MEIO
MEIO
A imagem ultra-A imagem
ultra-sonográfica é composta
sonográfica é composta
por sinais de intensidade
por sinais de intensidade
variável relacionados aos
variável relacionados aos
efeitos acústicos
efeitos acústicos
decorrentes da interação
decorrentes da interação
da onda com o meio, em
da onda com o meio, em
especial a capacidade de
especial a capacidade de
reflexão do som pelos
reflexão do som pelos
tecidos com impedâncias
tecidos com impedâncias
acústicas diferentes.
14/03/12 tecnologia em radiologia 40
intensidade
intensidade
Corresponde a energia
Corresponde a energia
que flui numa
que flui numa
determinada área
determinada área
perpendicular à direção
perpendicular à direção
de propagação do som
de propagação do som
por unidade de tempo e
por unidade de tempo e
é proporcional ao
é proporcional ao
quadrado da amplitude
14/03/12 tecnologia em radiologia 41
Impedância acústica
Impedância acústica
Grau de dificuldade
Grau de dificuldade
ou resistência
ou resistência
oferecido pelo meio à
oferecido pelo meio à
condução do feixe
condução do feixe
ultra-sônico.
14/03/12 tecnologia em radiologia 42
Transmissão,reflexão e refração
Transmissão,reflexão e refração
A onda sonora pode ser transmitida, refletida ou
A onda sonora pode ser transmitida, refletida ou
refratada dependendo do ângulo de incidência da
refratada dependendo do ângulo de incidência da
mesma sobre a INTERFACE REFLETORA e da
mesma sobre a INTERFACE REFLETORA e da
diferença da impedância acústica (Z)entre os meios
diferença da impedância acústica (Z)entre os meios
A transmissão é realizada sem interferências
A transmissão é realizada sem interferências
angulares quando não há diferenças entro os Z.
angulares quando não há diferenças entro os Z.
REFLEXÃO e REFRAÇÃO são observados nas
REFLEXÃO e REFRAÇÃO são observados nas
situações em que os dois meios fronteiriços
situações em que os dois meios fronteiriços
apresentam impedâncias acústicas diferentes.
14/03/12 tecnologia em radiologia 43
Transmissão, reflexão, refração
Transmissão, reflexão, refração
Refração por meio de um Refração por meio de um
desvio do feixe acústico
desvio do feixe acústico
em relação a um em relação a um determinado ângulo de determinado ângulo de incidência incidência
Reflexão ocorre quando o Reflexão ocorre quando o
ângulo de incidência é
ângulo de incidência é
ultrapassado.A reflexão
ultrapassado.A reflexão
ocorre em ângulo igual
ocorre em ângulo igual
ao de incidência
14/03/12 tecnologia em radiologia 44
Reflexão total
Reflexão total
Na ultra-sonografia a reflexão total ocorre
Na ultra-sonografia a reflexão total ocorre
em 2 situações
em 2 situações
1 – quando a diferença de impedância
1 – quando a diferença de impedância
acústica entre os meios é muito intensa
acústica entre os meios é muito intensa
2 – quando o feixe de ultra-som atinge uma
2 – quando o feixe de ultra-som atinge uma
interface acima do ângulo limite de
interface acima do ângulo limite de
reflexão produzindo um artefato chamado
reflexão produzindo um artefato chamado
de sombra acústica
14/03/12 tecnologia em radiologia 45
Sombras acústicas
14/03/12 tecnologia em radiologia 46
A situação em que a reflexão ocorre,
A situação em que a reflexão ocorre,
devido a incidência do feixe acústico
devido a incidência do feixe acústico
acima do ângulo-limite de refração, é
acima do ângulo-limite de refração, é
freqüente na imagens que representam
freqüente na imagens que representam
bordas de estruturas arredondadas
14/03/12 tecnologia em radiologia 48
Reflexão especular
Reflexão especular
Parte dos ecos provenientes de uma
Parte dos ecos provenientes de uma
estrutura altamente reflexiva na interface
estrutura altamente reflexiva na interface
proximal ( entre o equipamento e a pele),
proximal ( entre o equipamento e a pele),
retorna a fonte refletora original. Esses
retorna a fonte refletora original. Esses
ecos retornam ao equipamento em tempo
ecos retornam ao equipamento em tempo
prolongado em relação aos primeiros,
prolongado em relação aos primeiros,
formando imagem especular artefatual,
formando imagem especular artefatual,
em projeção posterior a superfície
em projeção posterior a superfície
refletora.
14/03/12 tecnologia em radiologia 50
refração
refração
Quando a incidência do feixe ultra-sônico em
Quando a incidência do feixe ultra-sônico em
uma interface ocorre em um ângulo inferior ao
uma interface ocorre em um ângulo inferior ao
limítrofe para a reflexão total, parte do feixe é
limítrofe para a reflexão total, parte do feixe é
refletida na forma de eco, e para é refratada,
refletida na forma de eco, e para é refratada,
mudando a sua direção original. Este
mudando a sua direção original. Este
mecanismo provoca distorções da imagem e da
mecanismo provoca distorções da imagem e da
localização das estruturas. Estruturas com
localização das estruturas. Estruturas com
morfologia lentiforme também podem causar
morfologia lentiforme também podem causar
refrações do feixe acústico, produzindo efeitos
refrações do feixe acústico, produzindo efeitos
de lente acústica .
14/03/12 tecnologia em radiologia 52
atenuação
atenuação
A propagação do som através do meio
A propagação do som através do meio
causa perdas sucessivas da intensidade
causa perdas sucessivas da intensidade
do sinal em função da distância percorrida
do sinal em função da distância percorrida
sob a forma de absorção ( transformação
sob a forma de absorção ( transformação
em calor), reflexão , espalhamento e
em calor), reflexão , espalhamento e
perdas geométricas.
14/03/12 tecnologia em radiologia 53
Reforço acústico posterior
Reforço acústico posterior
Devido a perda de potencia acústica
Devido a perda de potencia acústica
decorrente dos efeitos acústicos gerados
decorrente dos efeitos acústicos gerados
pelo propagação do som pelo meio, os
pelo propagação do som pelo meio, os
equipamentos de ultra-sonografia
equipamentos de ultra-sonografia
possuem um sistema de compensação da
possuem um sistema de compensação da
intensidade do sinal que permite uma
intensidade do sinal que permite uma
amplificação maior para os das regiões
amplificação maior para os das regiões
mais profundas.
14/03/12 tecnologia em radiologia 55
Difração e espalhamento
Difração e espalhamento
Estes efeitos ocorrem na interação do feixe
Estes efeitos ocorrem na interação do feixe
acústico com estruturas pequenas, dimensões
acústico com estruturas pequenas, dimensões
semelhantes à ordem de grandeza dos
semelhantes à ordem de grandeza dos
comprimentos de onda utilizados: a difração,
comprimentos de onda utilizados: a difração,
quando as extremidades de uma estrutura são
quando as extremidades de uma estrutura são
interposta no trajeto do feixe acústico assumem
interposta no trajeto do feixe acústico assumem
o papel de fonte sonora, e o espalhamento , ou
o papel de fonte sonora, e o espalhamento , ou
scatering, consiste na reflexão não direcional do
scatering, consiste na reflexão não direcional do
pulso ultra-sônico. Não se dá em uma direção
pulso ultra-sônico. Não se dá em uma direção
mas, ocorre em ondas esféricas ( difração)
14/03/12 tecnologia em radiologia 57
Processamento do sinal
14/03/12 tecnologia em radiologia 58
Sistemas pulsados
Sistemas pulsados
As ondas são produzidas em pulsos
As ondas são produzidas em pulsos
curtos que são emitidos e recebidos
curtos que são emitidos e recebidos
alternadamente, permitindo a
alternadamente, permitindo a
caracterização da profundidade do eco
caracterização da profundidade do eco
gerado pelo meio.
gerado pelo meio.
Durante o intervalo entre um pulso e outro
Durante o intervalo entre um pulso e outro
o transdutor opera como RECEPTOR
14/03/12 tecnologia em radiologia 60
MODOS DE APRESENTAÇÃO
MODOS DE APRESENTAÇÃO
GRAFICOS DE AMPLITUDE ( modo A)
GRAFICOS DE AMPLITUDE ( modo A)
IMAGENS BIDIMENSONAIS ( modo B, de
IMAGENS BIDIMENSONAIS ( modo B, de
brilho, estáticas e em tempo real)
brilho, estáticas e em tempo real)
GRAFICOS DE MOVIMENTOS EM
GRAFICOS DE MOVIMENTOS EM
TEMPO REAL ( modo M, de movimento)
14/03/12 tecnologia em radiologia 61
Modo A ( Amplitude)
Modo A ( Amplitude)
Os primeiros Os primeiros equipamentos de US equipamentos de US processavam os sinais processavam os sinais em forma de gráficos de em forma de gráficos de amplitude em relação à amplitude em relação à profundidade . um gráfico profundidade . um gráfico é apresentado na tela do é apresentado na tela do equipamento em que equipamento em quecada interface refletora é
cada interface refletora é
apresentada na forma de
apresentada na forma de
um pico de amplitude em
um pico de amplitude em
uma dada profundidade.
14/03/12 tecnologia em radiologia 62
Modo B ( brilho)
Modo B ( brilho)
Imagens seccionais bidimensionais. Imagens seccionais bidimensionais.
Cada eco corresponde a um ponto
Cada eco corresponde a um ponto
brilhante na tela.
brilhante na tela.
Cada linha de imagem corresponde Cada linha de imagem corresponde
aos ecos gerados por um único pulso
aos ecos gerados por um único pulso
de ultra-som.
de ultra-som.
Informação recebida como eco é Informação recebida como eco é
convertida em pulsos elétricos pelo
convertida em pulsos elétricos pelo
transdutor, ampliada e processada na
transdutor, ampliada e processada na
forma de uma seqüência de pontos
forma de uma seqüência de pontos
brilhantes numa tela de vídeo.
brilhantes numa tela de vídeo.
A aquisição de sucessivas linhas ao A aquisição de sucessivas linhas ao
longo de uma direção permite a
longo de uma direção permite a
construção da imagem seccional
construção da imagem seccional
bidimensional. Cada pulso um ponto
14/03/12 tecnologia em radiologia 63
Modo M ( movimento)
Modo M ( movimento)
Método de reprodução Método de reprodução
das imagens que permite
das imagens que permite
o estudo da o estudo da movimentação das movimentação das diversas interfaces diversas interfaces refletoras ao longo da refletoras ao longo da direção de propagação direção de propagação do pulso ultrasônico em do pulso ultrasônico em intervalos de tempo intervalos de tempo extenso. extenso.
14/03/12 tecnologia em radiologia 64
Profundidade de memória e
Profundidade de memória e
escala de cinzas
escala de cinzas
Capacidade do equipamento de
Capacidade do equipamento de
interpretar valores intermediários de
interpretar valores intermediários de
amplitude dos ecos e processá-los na
amplitude dos ecos e processá-los na
forma de tons de cinzas.
forma de tons de cinzas.
No inícios os equipamentos processavam
No inícios os equipamentos processavam
apenas 1 bit por ponto de imagem ( 0 ou 1
apenas 1 bit por ponto de imagem ( 0 ou 1
não eco ou eco)
não eco ou eco)
Atualmente 8 bits ( preto, branco e 254
Atualmente 8 bits ( preto, branco e 254
tons de cinza)
14/03/12 tecnologia em radiologia 65
RESOLUÇÃO
RESOLUÇÃO
Capacidade de um método em discriminar
Capacidade de um método em discriminar
em discriminar dois fenômenos discretos .
em discriminar dois fenômenos discretos .
Em imagem , representa o menor espaço
Em imagem , representa o menor espaço
entre 2 pontos reconhecidos como
entre 2 pontos reconhecidos como
separados numa imagem (FWHM
separados numa imagem (FWHM
full widh
full widh
half maximum
14/03/12 tecnologia em radiologia 66
2 pontos com dispersão x
2 pontos com dispersão x
separados por uma distancia d
separados por uma distancia d
14/03/12 tecnologia em radiologia 67
Resolução espacial axial
Resolução espacial axial
capacidade de discriminar dois pontos ao longo do eixo capacidade de discriminar dois pontos ao longo do eixo
de varredura do transdutor depende da duração dos
de varredura do transdutor depende da duração dos
pulsos de ultra-som ( período) portanto os mais curtos
pulsos de ultra-som ( período) portanto os mais curtos
apresentam maior capacidade de discriminação dos
apresentam maior capacidade de discriminação dos
refletores .
refletores .
Os sistemas de US utilizam pulsos curtos com cerca de Os sistemas de US utilizam pulsos curtos com cerca de
3 ciclos para codificação e formação da imagem
3 ciclos para codificação e formação da imagem
A utilização de freqüências maiores (A utilização de freqüências maiores (λ λ menores ) menores )
permite a utilização de pulsos de igual numero de ciclos,
permite a utilização de pulsos de igual numero de ciclos,
porem de menor duração , determinando imagens com
porem de menor duração , determinando imagens com
MELHOR RESOLUCAO
14/03/12 tecnologia em radiologia 69
Comprimento de onda / freqüência
Comprimento de onda / freqüência
FREQUENCIA ( MHz) FREQUENCIA ( MHz) λ λ mmmm 1,0 1,0 1,541,54 2,0 2,0 0,770,77 3,0 3,0 0,510,51 3,5 3,5 0,440,44 4,0 4,0 0,380,38 5,0 5,0 0,310,31 6,5 6,5 0,240,24 7,5 7,5 0,210,21 8,0 8,0 0,190,19 10,0 10,0 0,150,15
14/03/12 tecnologia em radiologia 70
Duração do pulso em modo B
Duração do pulso em modo B
Freqüência (MHz)
Freqüência (MHz)
Duração (
Duração (
µ
µ
s)
s)
3
3
0.8
0.8
5
5
0.4
0.4
10
10
0.3
0.3
20
20
0.2
0.2
14/03/12 tecnologia em radiologia 71
Resolução espacial lateral
Resolução espacial lateral
Capacidade de discriminação de 2 pontos no
Capacidade de discriminação de 2 pontos no
eixo perpendicular ao da propagação do feixe
eixo perpendicular ao da propagação do feixe
acústico
acústico
A resolução espacial lateral e diretamente
A resolução espacial lateral e diretamente
proporcional a freqüência do transdutor
proporcional a freqüência do transdutor
De acordo com a profundidade, freqüência do
De acordo com a profundidade, freqüência do
transdutor e focalização do feixe os lobos
transdutor e focalização do feixe os lobos
laterais podem ser maiores ou menores num
laterais podem ser maiores ou menores num
mesmo feixe. Lobos laterais muito intensos
mesmo feixe. Lobos laterais muito intensos
degradam a imagem, produzindo artefatos que
degradam a imagem, produzindo artefatos que
simulam a presença de faixas brilhantes em
simulam a presença de faixas brilhantes em
regiões próximas a refletores intensos.
14/03/12 tecnologia em radiologia 72
Resolução espacial lateral
14/03/12 tecnologia em radiologia 73
Processo de sudiccao
Processo de sudiccao
Imagem e formada faixa Imagem e formada faixa
a faixa através de a faixa através de disparos sucessivos de disparos sucessivos de pequenos grupos de pequenos grupos de elementos piezoeletricos elementos piezoeletricos resultantes da divisão resultantes da divisão
dos grupos principais.
dos grupos principais.
Por sua vez os
Por sua vez os
subelementos que
subelementos que
compõem cada um
compõem cada um
destes pequenos grupos
destes pequenos grupos
disparados
disparados
simultaneamente.
14/03/12 tecnologia em radiologia 74
apodição
apodição
Redução eletrônica
Redução eletrônica
dos lobos laterais
dos lobos laterais
através da modulação
através da modulação
da intensidade dos
da intensidade dos
pulsos elétricos, mais
pulsos elétricos, mais
intenso no centro do
intenso no centro do
grupo e
grupo e
gradativamente
gradativamente
menos intensos em
menos intensos em
sua periferia
sua periferia
14/03/12 tecnologia em radiologia 75
Resolução espacial de elevação
Resolução espacial de elevação
Capacidade de
Capacidade de
discriminar pontos no
discriminar pontos no
terceiro eixo espacial
terceiro eixo espacial
de orientação
de orientação
perpendicular ao
perpendicular ao
plano de insonação, e
plano de insonação, e
principal fator
principal fator
limitante da qualidade
limitante da qualidade
da imagem
da imagem
14/03/12 tecnologia em radiologia 76
Resolução temporal
Resolução temporal
Capacidade do sistema de produzir o
Capacidade do sistema de produzir o
maior numero de quadros num mesmo
maior numero de quadros num mesmo
intervalo de tempo, permitindo o registro
intervalo de tempo, permitindo o registro
de imagens em movimento com o Maximo
de imagens em movimento com o Maximo
de fidelidade
14/03/12 tecnologia em radiologia 77
Resolução de contraste
Resolução de contraste
Capacidade do equipamento em discriminar
Capacidade do equipamento em discriminar
pequenas variações de amplitude de sinal na
pequenas variações de amplitude de sinal na
forma de tons de cinza.
forma de tons de cinza.
Depende : perfil de energia do feixe
Depende : perfil de energia do feixe
processamento analogico-digital
processamento analogico-digital
dynamic ranger
dynamic ranger
registro de valores baixos de
registro de valores baixos de
amplitude do sinal.
14/03/12 tecnologia em radiologia 78
Perfil de energia do feixe
Perfil de energia do feixe
ultrassonografico
ultrassonografico
o lobo principal mostra maior concentração de o lobo principal mostra maior concentração de
energia e os lobos laterais apresentam uma
energia e os lobos laterais apresentam uma
distribuição mais dispersa de energia .
distribuição mais dispersa de energia .
Os lobos laterais são responsáveis pela redução Os lobos laterais são responsáveis pela redução
da resolução espacial lateral como pela
da resolução espacial lateral como pela
degradação do contraste da imagem.
degradação do contraste da imagem.
Quanto mais as imagens forem reconstruídas Quanto mais as imagens forem reconstruídas
com a porção do lobo principal termos imagem
com a porção do lobo principal termos imagem
com boa resolução espacial lateral porem com
com boa resolução espacial lateral porem com
pouca contribuição do ecos de baixa amplitude.
pouca contribuição do ecos de baixa amplitude.
Assim e preferível que ecos laterais sejam
Assim e preferível que ecos laterais sejam
amenimizados pela apodizacao
14/03/12 tecnologia em radiologia 79
Processamento analógico - digital
Processamento analógico - digital
Cada grupo de elementos piezelétricos
Cada grupo de elementos piezelétricos
necessita de um canal de processamento
necessita de um canal de processamento
A/D capaz de converter rapidamente o
A/D capaz de converter rapidamente o
sinal recibo.
sinal recibo.
A capacidade de conversão A/D deve ser
A capacidade de conversão A/D deve ser
no mínimo 3 a 4 vezes que a freqüência
no mínimo 3 a 4 vezes que a freqüência
utilizada e corresponder a amplitude do
utilizada e corresponder a amplitude do
sinal.
14/03/12 tecnologia em radiologia 80
Dynamic ranger
Dynamic ranger
Define quais os valores de Define quais os valores deamplitude de sinal de amplitude de sinal de participarão na formação da participarão na formação da imagem estabelecendo a imagem estabelecendo a relação de concentração de relação de concentração de
modo analógico a “ janela”
modo analógico a “ janela”
utilizada na tomografia
utilizada na tomografia
computadorizada. Assim,
computadorizada. Assim,
numa aquisição que tenha
numa aquisição que tenha
sido digitalizada com 256 tons,
sido digitalizada com 256 tons,
os valores externos serão
os valores externos serão
apresentados em preto e
apresentados em preto e
branco
14/03/12 tecnologia em radiologia 81
IMAGEM
14/03/12 tecnologia em radiologia 82
TAMANHO DA IMAGEM
TAMANHO DA IMAGEM
A imagem produzida em modo B em
A imagem produzida em modo B em
tempo real produzida por um transdutor e
tempo real produzida por um transdutor e
uma matriz de pontos codificados
uma matriz de pontos codificados
especialmente ao longo da trajetória de
especialmente ao longo da trajetória de
propagação do feixe ultra-sonico e do eixo
propagação do feixe ultra-sonico e do eixo
perpendicular a este.
perpendicular a este.
Conceitos básicos anecogenicas,
Conceitos básicos anecogenicas,
hipoecoegenicas e hiperecogenicas.
14/03/12 tecnologia em radiologia 83
rejeição
rejeição
Capacidade do equipamento em eliminar
Capacidade do equipamento em eliminar
os ecos baixa amplitude indesejáveis na
os ecos baixa amplitude indesejáveis na
formação da imagem, permitindo uma
formação da imagem, permitindo uma
melhor definição das estruturas
melhor definição das estruturas
anecogenicas.
14/03/12 tecnologia em radiologia 84
softening
softening
Tipo de filtragem em que as bordas das
Tipo de filtragem em que as bordas das
diversas estruturas sao “ amaciadas” , ou
diversas estruturas sao “ amaciadas” , ou
seja ,há uma interpolacao de dados entre
seja ,há uma interpolacao de dados entre
as imagens de duas estruturas adjacentes
as imagens de duas estruturas adjacentes
para reduzir o efeito de borda entre elas
14/03/12 tecnologia em radiologia 85
Echo enhacement
Echo enhacement
Filtragem em que a matriz de imagem e
Filtragem em que a matriz de imagem e
processada de maneira a realcar as
processada de maneira a realcar as
diferencas de ecogenicidade entre
diferencas de ecogenicidade entre
estruturas adjacentes tornando mais
estruturas adjacentes tornando mais
conspicuas as bordas entre elas
14/03/12 tecnologia em radiologia 86
Persistencia ou media temporal
Persistencia ou media temporal
Consiste na influencia que um quadro
Consiste na influencia que um quadro
possui na construcao do quadro
possui na construcao do quadro
sucessivo.
14/03/12 tecnologia em radiologia 88