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bases físicas da ultra-sonografia

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(1)

14/03/12 tecnologia em radiologia 1

bases físicas da

bases físicas da

ultra-sonografia

ultra-sonografia

OSCAR ANTONIO DEFONSO

(2)
(3)

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

.

.

(4)

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

(5)

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.

(6)

14/03/12 tecnologia em radiologia 6

SOM

(7)

14/03/12 tecnologia em radiologia 7

SOM

SOM

ECOLOLOCALIZAÇÃO

ECOLOLOCALIZAÇÃO

SOM

SOM

(8)

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)

(9)

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

(10)

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

(11)

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

(12)

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

(13)

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)

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

(15)

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 = / cc = / 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

(16)

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

(17)

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

(18)

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

(19)

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.

(20)

14/03/12

14/03/12 tecnologia em radiologiatecnologia em radiologia 2020

PIEZELETRICIDADE E

PIEZELETRICIDADE E

TRANSDUTORES

TRANSDUTORES

(21)

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 ).

(22)

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

(23)

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.

(24)

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

(25)

14/03/12 tecnologia em radiologia 25

TRANSDUTORES

(26)

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

(27)
(28)

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.

(29)

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

(30)

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

(31)

14/03/12 tecnologia em radiologia 31

Transdutores eletrônicos

Transdutores eletrônicos

convexo

convexo

(32)

14/03/12 tecnologia em radiologia 32

Transdutores eletrônicos setoriais

Transdutores eletrônicos setoriais

(33)

14/03/12 tecnologia em radiologia 33

Transdutores eletrônicos - lineares

Transdutores eletrônicos - lineares

(34)

14/03/12 tecnologia em radiologia 34

Transdutores multi – 4D

(35)

14/03/12

14/03/12 tecnologia em radiologiatecnologia em radiologia 3535

Campo ultra - sônico

Campo ultra - sônico

(36)

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

(37)

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

(38)

14/03/12 tecnologia em radiologia 38

Focalização por arranjos de fase

Focalização por arranjos de fase

( phased array)

( phased array)

(39)

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.

(40)

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

(41)

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.

(42)

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.

(43)

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

(44)

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

(45)

14/03/12 tecnologia em radiologia 45

Sombras acústicas

(46)

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

(47)
(48)

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.

(49)
(50)

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 .

(51)
(52)

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.

(53)

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.

(54)
(55)

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)

(56)
(57)

14/03/12 tecnologia em radiologia 57

Processamento do sinal

(58)

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

(59)
(60)

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)

(61)

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 que

cada 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.

(62)

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

(63)

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.

(64)

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)

(65)

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

(66)

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

(67)

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

(68)
(69)

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

(70)

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

(71)

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.

(72)

14/03/12 tecnologia em radiologia 72

Resolução espacial lateral

(73)

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.

(74)

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

(75)

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

(76)

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

(77)

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.

(78)

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

(79)

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.

(80)

14/03/12 tecnologia em radiologia 80

Dynamic ranger

Dynamic ranger

Define quais os valores de Define quais os valores de

amplitude 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

(81)

14/03/12 tecnologia em radiologia 81

IMAGEM

(82)

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.

(83)

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.

(84)

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

(85)

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

(86)

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.

(87)
(88)

14/03/12 tecnologia em radiologia 88

Pos processamento em escala de

Pos processamento em escala de

cinzas

cinzas

Define a escala de cinza utilizada ,

Define a escala de cinza utilizada ,

permitindo manipular quais os valores de

permitindo manipular quais os valores de

amplitude estarao mais ou menos

amplitude estarao mais ou menos

contrastados na imagem

(89)
(90)

Referências

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