Fizica Us02

@rtefacte Aparatul considera: Fascicul ingust cu grosime uniforma Atenuare uniforma Viteza sunetului constanta 1540m/s Unda calatoreste in linie dreapta la si de la reflector Ecourile de la toate adincimile ajung la traductor inainte ca urmatorul puls sa fie emis 1

@rtefacte Afisarea incorecta a anatomiei zonei studiate Apar cind urmatoarele principii sint incalcate: Fascicul ingust cu grosime uniforma

Unda calatoreste in linie dreapta intre traductor si interfata

Atenuarea este uniforma

• Artefact de grosime/ de lob lateral • Oglinda/de reflexie , reverberatie [ring-down/coada de cometa], imagine dublata/split image artfact • de amplificare acustica ; umbra acustica

Viteza sunetului in tesuturi e constanta 1540m/s

• V - mai joasa in anumite tesuturi –artefactul de viteza • V - mai joasa pe o anumita directie-anizotropie

Ecourile de la toate adincimile ajung la traductor inainte ca un nou puls a fie emis

• FRP prea inalt = artefact de ambiguitate 2

@rtefacte datorate inomogenitatii fasciculului

Artefactul de grosime Ingrosare artificiala a structurilor mici si ecogenice in modul B D structura < G fascicul → structura apare intinsa pe latime

3

Lobii laterali Emisia nedorita de ultrasunete lateral faţă de fasciculul primar datorită vibratiei radiale a cristalului Zona din afara fasciculului primar este proiectata in interiorul imaginii finale Cristalele au o dimensiune de cel putin 10 ori lungimea de undă emisă pentru a evita formarea lobilor laterali Transductorii multicristalini produc un efect de gratii prin sumarea lobilor laterali

4

@rtefacte datorate vitezei inegale prin tesuturi Artefactul de viteza Apar in tesuturile cu viteza mai mica deit cea luata in calcul de computer (1540 m/s) In grasime 1450m/s; lichide 1470 -1500m/s , silicon 600m/s V scazuta intirzie revenirea ecourilor --- calculatorul crede ca ele sint la distanta mai mare decit in realitate Reflectori la “distanta mai mare “ Discontinuitatea la granita tesut grasos negrasos , Supraestimeaza diametrul colectiilor siliconice/lichidiene

5

@rtefacte datorate vitezei inegale prin tesuturi

ANIZOTROPIA Anizotropie =proprietati fizice diferite pe directii diferite Tendoane, ligamente Viteze diferita pe directii diferite → Tendoane 10MHz : 1713 m/s pe axa lunga 1650 m/s pe axa scurta Variatii ale ecogenitatii cu orientarea/angularea transductorului

6

Atenuare neuniforma: Amplificarea Acustica

+TGC uniform

Amplificare acustica Hipersemnal aparut in zonele distale de cavitati cu fluide/ chisti Tesutul e mai ecogen comparat cu cel alaturat la aceeas adincime Atenuare mult mai mica prin fluide Distal de tesuturi/tumori omogene inconjurate de grasime Atenuare mult mai mare a grasimii 7

Atenuare neuniforma: Amplificarea Acustica

8

Atenuare neuniforma: Umbra acustica Umbra acustica +TGC uniform Zona hipoecogena distal de obiect Atenuare prin absorbtie, reflexie si refractie Posterior de oase , calcifieri , tesut fibros Umbre laterale datorate marginilor fibroase / curbate → reflexie/ refractie

9

Unda nu merge in linie dreapta Artefactul de Reverberatie •

Artefactul de reverberatie Reflexia sunetului de mai multe ori intre 2 interfete apropiate   

intirziere --- amplasare profunda fata de original Ecourile astfel create dau multiple copii ale interfetei la diferite distante inainte de a se duce catre transuctor Ecourile cele mai profunde sint cele mai slabe

Ring-down/ coada de cometa Interfata tesut moale/gaz \ silicon \ lichide

10

Tehnici Speciale US Musculoscheletica

11

Algoritmi de examinare Aparatura necesara: Traductori liniari cu rezolutie inalta Banda lata de inalta frecventa (7 to 15MHz) Uz dermatologic 20-MHz Tesutul subcutanat Flexorii degetelor FOV clasic 3-4 cm ---- FOV Extins 50 - 60 cm

Tehnici : Compound imaging(sono CT) Extended fild of view Steered based imaging Tissue harmonic imaging Reconstrucţie 3 D Elastografia Color power Doppler 12

Câmpul de vedere al traductorilor liniari Dimensiunea ariei investigate -- cm/mm field of view ,panorama Mare > 40 mm ideali pentru examinarea structurilor profunde deoarece păstrează forma fasciculului în profunzime au o grosime mare a fasciculului lângă traductor ceea ce duce la o rezoluţie laterală slabă

Mediu < 40 mm Mic – crosă de hochei, utili pentru structuri superficiale mici,proeminenţe osoase ,dar câmpul de vedere mic nu permite evaluarea întregii zone de interes.

13

Extended FOV Imaging Cimp de vedere extins Transductorul e translat de-a lungul zonei de interes In timpul miscarii se achizitioneaza imaginile Imaginile sint combinate spre a obtine imaginea finala cu FOV extins Avantaje : se vizualizeaza regiuni anatomice extinse intr-o singura imagine

14

Transductori matriceali Multi-Row Probes (1.25-D, 1.5-D, 1.75-D) Cu toate ca sint bidimensionali Denumirea 1.5D : nr rinduri < nr coloane 2D nr rinduri = nr coloane 3 rinduri x 128 elemente 8 rinduri x 192 elemente Insiruiri rectangulare /matriceale Avantaj : focalizare electronica in planul z (elevational) pe grosime Transductorii 2D : potential in eco 3D in timp real fara miscarea transductorului (stadiu de cercetare) 15

Focalizare sectionala electronica • Extinderea focalizarii electronice pe grosimea fasciculului utilizind rinduri multiple de elemente piezoelectrice • Denumiri: 1.25D, 1.5D, 1.75D, or full 2D (complet bidimensionale) in functie de numarul de rinduri si de nivelul de excitare independenta al elementelor • Numar mare de rinduri--- focalizare elctronica sporita. • Traductorii 2D completi --- sectiuni uniforme cu focalizare pe grosime controlata de utilizator asociata cu explorare 3D

16

Traductori cu banda lata

Scaneaza uniform cîmpul Latimea de banda a traductorului = plaja de frecvente receptate de traductor bandwidth (MHz) ~ 1/LSP (lungimea spatiala a pulsului ) Puls scurt – rezolutie axiala mare 17

Traductor cu banda lata Cu latime (fractionala) de banda mare Latimea ~durata (nr de cicluri) ale fiecarui puls Puls scurt = banda lata Rezolutie axiala si laterala mare Sonda cu multifrecvente : operatorul alege intre mai multe frecvente nominale fara a schimba transductorul avantaje Imagistica cu armonice Compunerea frecventelor intr-un singur semnal cu reducerea zgomotului

18

Factorul Q Etimologie: quality factor Cit de bine pastreaza unda energia Compara frecventa de oscilatie a undei cu rata de pierdere a energiei. Q mare=pierdere mica de energie (semnal ) la o frecventa data

Se refera la 2 caracteristici ale transductorului “puritatea”(latimea de banda ) a sunetului persistenta sunetului (the ring down time).

δf-latimea de banda f0 –frecventa de rezonanta

Q mic → vibratie scurta cu banda lata (multe frecvente) Q mic → preferat cind avem nevoie de RS mare (LSP mic) Q mare : vibratie de lunga durata , banda ingusta –frecventa aproape pura -in tehnica Doppler (detectia schimbarii frecventelor fluxului sanguin) 19

Compound imaging(SonoCT) Imagine reconstruită in timp real din imagini multiple coplanare obtinute la diferite unghiuri de scanare Avantaje : - demarcare mai clară a interfeţelor tisulare (muşchi, tendoane etc.) şi a leziunilor ţesuturilor înconjurătoare Rezoluţie spaţială şi de contrast mai bună Ştergerea umbrelor date de margini Reducerea zgomotului specular (care crează aspectul granular al imaginii) 20

Compound imaging

Identifica mai bine microcalcifierile Reduce artefacte folositoare 21

Compound imaging

22

Ecografia 3D Tehnici de achizitie a datelor Direct cu transductori 2D Indirect reconstruite din o serie de imagini 2D produse cu traductori 1D (clasici) Indiferent de tehnica trebuie sa se stie pozitia si angulatia transductorului , achizitia trebuie sa fie rapida sau secventiala pentru a evita artefactele de miscare si imaginile false

4 tipuri de sisteme de achizitie (a) tracked freehand systems (cu localizator) (b) untracked freehand systems(fara localizator) (c) ansamblu mecanic (d) Transductori 2D Imaginile 3D pot fi obtinute dintr-o singura baleiere a zonei de interes Informatia ecografica si pozitia relativa a fiecarei sectiuni tomografice sint inregistrate cu precizie 23

Ecografia 3D

Tehnici de reconstructie ale imaginii Model 3D de suprafata Three-dimensional Surface Model Model 3D de volum bazat pe voxel Voxel-based Volume Model

Tehnici de afisare ale imaginii Image Display Techniques Redarea suprafetei Surface Rendering Reconstructie multiplanara Multiplanar Reformatting Combinarea S+MPR Redare volumica Volume Rendering

24

3D Avantaje Acces fara restrictie la un numar infinit de planuri de vizualizare in locuri dificile Compara seturile de date in timp , crescind acuratetea evaluarii Patologie mai usor de recunoscut Traseaza mai bine limitele zonei de interes (benign/malign)– biopsie mai usor de ghidat Estimeaza volumul zonei de interes

Limitari Tehnicile actuale de achizitie sint mai complicate decit cele conventionale Implica adaugarea unui localizator ori a unui motor la transductor –ansamblul final –mare greoi de manevrat Algoritmii de reconstructie 3D –necesita timp de asteptare – incetineste procesul de interpretare in cazul utilizatorilor neexperimentati

Operatorul – grija maxima la manipulare -- algoritmi cu redarea suprafetei/ volumului –setari incorecte—artefacte Dispar artefactele din ecografia clasica –scade siguranta in interpretarea datelor 25

Elastografia partilor moi Traductorul preia prima imagine FARA compresie Se comprima tesutul pe o distanta = 1% din grosimea totala a acestuia si preia a 2-a imagine Informatia locala axiala privind fortele de tensiune si stress mecanic este cuantificata si tradusa intr-o imagine cantitativa a elasticitatii tesutului (elastograma) Zonele moi=rosii/albe; zone dure=albastre/negre Elastograma afiseaza semnale privind elasticitatea tesutului NU ecogenitatea (reflectivitatea)

cartilaj

26

Elastografia partilor moi

•

• •

Un obiect de gelatina contine o bila care are aceeasi ecogenitate cu mediul inconjurator dar este de 3x mai dura Ecogafia nu evidentiaza obiectul Elastografia – zona neagra centrala

Elstograma tendon bovin 27

Elastografia Avantaje • Descriu imagini patologice de dimensiuni mici, situate profund care scapa palparii si/sau vizualizarii ecografice conventionale deoarece au ecogenitate similara cu a tesuturior normale • Tumorile/inflamatiile au elasticitatea de 5-28x mai scazuta ca tesuturile normale • Diferentiaza tumorile benigne de cele maligne –evita biopsiile • “Vede “ in spatele umbrei acustice • Creste rezolutia de contrast intre tesuturile sanatoase • Urmarirea usoara a evolutiei si tratamentului carcinom

Adenopatie cancer esofagian

displazie

28

Tehnica ecografiei cu armonice US concentrate la nivelul ariei focale exercita o presiune mare asupra particulelor mediului, obligindu-le sa vibreze tot mai tare Ca urmare, particulele emit unde cu frecventa de 2x, 3x mai mare ca frecventa receptata de la transductor Aceste frecvente emise se numesc armonice Traductoarele cu banda lata receptioneaza aceste frecvente, ducind la cresterea rezolutiei imaginii

29

Ecografia convenţională:ecourile emise si receptate au aceeaşi frecvenţă FR=FE Ecografia cu armonice : frecvenţa receptata este dublul frecventei emise FR=2xFE Prima armonică este considerată frecvenţa fundamentală a fasciculului Armonica a-2-a(folosita in prezent) are o frecventa dubla fata de cea fundamentala

30

Tehnica ecografiei cu armonice Avantaje În centrul fasciculului se produc mai multe armonice iar fasciculul va fi mai ingust ducînd la : Cresterea rezolutiei spatiale laterale şi de contrast Zgomot minim Elimină artefactele de lob lateral si de reverberaţie Scoate in evidenţă umbra acustică Creşte contrastul Evidenţiază mai bine colecţiile lichidiene 31

Ecografia Doppler • Detecteaza miscarea: variatia frecventei US in functie de miscarea si orientarea particulelor sanguine fata de traductor

Ecuatia Doppler

Fd=fe-f0=2f0v/c cosα Unde Fd – frecventa doppler Fe - Frecventa ecoului primit F0 – frecventa semnalului emis V – viteza singelui/particula in miscare C-viteza sunetului prin tesuturi α - unghiul de incidenta al fascicului

32

Ecografia Power Doppler Tehnica Doppler care reda puterea totala a semnalului Doppler dat de fluxul sanguin Puterea totala este codificata color Culorile de pe imagine arata doar PREZENTA FLUXULUI Nu contine informatii despre viteza fluxului sanguin

33

Ecografia Power Doppler Poate detecta fluxurile lente = microvascularizatia in tesuturile superficiale Evidentiaza hiperemia normala (dupa efort fizic) si cea patologica (inflamatorie) Ajuta la diferentierea colectiilor inflamatorii/infectioase de cele neinflamatorii (degenerative) –facem/nu aspiratie diagnostica. Nu poate diferentia colectiile inflamatorii infectioase de cele inflamtorii neinfectioase deoarece toate cresc perfuzia tesuturilor adiacente

34

Pulsurile UltraSonice Codificate Coded Pulse Excitation Ecografia clasica: Pulsurile scurte de frecventa inalta cresc RS dar se atenueaza rapid si nu permit vizualizarea structurilor profunde Compromisul fundamental al ecografiei clasice este intre adincimea vizibila si RS

Pulsurile Ultrasonice Codificate Folosesc pulsuri US lungi de frecventa mare care au o energie mai mare – penetrare mai buna --- dau ecouri mai puternice din adincime permit vizualizarea structurilor profunde folosind o frecventa inalta si deci o RS mare Rezultat final: ecouri adinci puternice --- imagine cu RS mare a structurior profunde

RS=rezolutie spatiala 35

36