Avanços Tecnológicos no Ultra-som

Apresentação em tema: "Avanços Tecnológicos no Ultra-som"— Transcrição da apresentação:

1 Avanços Tecnológicos no Ultra-som
Antonio Adilton O. Carneiro Universidade de São Paulo Ribeirão Preto

2 O Ultra-Som Moderno O Transdutor Princípio Físico
Aquisição e processamento dos ecos

3 O transdutor

4 O transdutor 1.5 D

5 Montagem dos PZTs + - - + dilatação compressão Transdutor Cristal PZT
Energia Elétrica Transdutor Cristal PZT Material Amortecedor Camada de interposição

6 O Pulso Echo Pulso elétrico Amortecedor Cristal Pulso longo
Pulso Curto

7 Impedância acústica (Za)
Z = r.V 1 CIR = IR/II={(Z2-Z1)/(Z2+Z1)} CIT = 1 - CIR 2 IR = Intensidade Refletida II = Intensidade Insidente CIR = Coeficiente de Intensidade Refletida CIT = Coeficiente de Intensidade Transmitida

8 Varredura

9 Modo B Computador Amplitude Profundidade Ganho + =

10 Resolução Comp. Espacial do pulso Resolução axial Ciclos por pulso
Frequência Resolução axial Frequência Profundidade da imagem Largura do feixe Resolução Lateral

11 Resolução Axial (RA) x = v. t x = 1.540 m/s . 10-6 s = 1,54 mm
RA=comprimento do pulso/2 x = v. t x = m/s s = 1,54 mm objetos separados por uma distância menor que 0,77 mm não podem ser distinguidos.

12 Resolução Axial (RA) A resolução não pode ser maior que o comprimento de onda () das ondas de ultra-som Freqüência (MHz) Comprimento de onda (mm) 1,6 0,96 2,0 0,77 2, ,68 3,5 0,44 5,0 0,31

13 Resolução Axial (RA) RA=comprimento do pulso/2 d<CP/2 d

14 Resolução Axial (RA) RA=comprimento do pulso/2 d d>CP/2

15 Resolução Lateral (RA)
Linha de cristias PZT alvo imagem

16 Interfaces biológicas
Interface Perda por reflexão (dB) Tecido-ar ,01 Osso tecido ,8 Gordura-músculo Tecido-água Músculo sangue

17 Atenuação dos ultra-sons
Meio DMP (cm) Água Sangue Tecido mole (exceto músculo) Músculo ,6 - 1 Osso ,2 - 0,7 Ar ,08 Pulmão ,05 DMP - Distância de meia potência

18 Aquisição e Processamento dos dados
Componentes eletrônicos Microcontroladores DSPs

19 Aquisição e processamento
Fonte de energia Microcontrolador DSP Computador

20 Agente de contraste (Microbolhas)
Bolhas de gás (ar ou perfluorocarbono) revistida por uma camada polimérica.

21 Interação do feixe de ultra-som com a Microbolha
A microbolha é mais compressível do que o tecido mole Ocorre contração e expansão quando submetido á uma excitação oscilante Em potencia acústica baixa (<100 Kpa), a oscilação é igual e simétrica (comportamento linear). Em potência acústica alta (> 100 Kpa), as interações são complexas e não lineares porque as microbolhas resistem a compressão mais do que a expansão.

22 Ressonancia das microbolhas
Ressonância (1 – 20 MHz) Emite sinais harmônicos em múltiplos (ou frações) da freqüência fundamental Os sinais harmônicos são informações específicas dos agentes de contrastes.

23 Imagem Harmônica A imagem é formada com o segundo harmônico do eco.
FFT do Sinal fo 2fo 3fo Freq. do eco (Hz)

24 Imagem Harmônica Permite gerar imagens de microcirculações (~100 mm), permitindo a caracterização de vascularização tumoral Permite gerar imagens de sinais transientes produzido pela ruptura de microbolhas por acústica de alta potencia.

25 Novas Aplicações usando Microbolhas
Quantificação e estudo funcional Passiva - passagem do contraste é registrada com mínima destruição das microbolhas Ativa - As microbolhs são rompidas e métodos não-lineares são usados para registrar informações como “taxa de fluxo em microcirculação”, ou seja, medida de perfusão do tecido.

26 Imagens Elastográficas
São imagens formada pela deformação axial dos tecidos, estimada a partir de variações no sinal do ultra-som. Esta variação é causada por uma força, pequena e quase estática, aplicada sobre os tecidos com a própria sonda. Imagem=Deformação/Força

27 Aplicação Patologias que alteram a dureza dos tecidos
Por exemplo: Tumores em mama, em próstata, etc.

28 Princípio Físico Deformação Profundidade Mola Uniforme Antes Depois

29 Princípio Físico Deformação Profundidade Mola Não-Uniforme Antes
Depois

30 Modelo do princípio de elastografia
Pré-compressão Pós-compressão

31 Sinal de RF: Antes e após a compressão (2% de deformação)

32 Estimativa da deformação
Sinal RF antes da compressão Sinal RF após a compressão

33 Teste em “Phantom” Phantom Sonografia Elastografia

34 Trabalho da literatura
Ultrasonografia Fotografia Elastografia Filtrado Elastografia

35 Elastografia Transdutor Força Transdutor

36 Imagem “in vitro” Sonografia Elastografia Fototografia

37 Próstata “In vitro” MRI Elastografia Sonografia

38 Método vibro-acústico
Campo Acústico emitido pela Vibração de um objeto

39 Geração do campo acústico
Elemento de volume < E > v Hidrofone F=drS< E >

40 Força de radiação dinâmica

41 Força aplicada usando campo acústico modulado
PZT1 w1 r w2 PZT2 z z0

42 O campo acústico modulado
Fazendo w1= wo = w2+Dw ; P1=P2=Po f1 = f2 = 0 tem-se Nessa aplicação Dw << wo

43 Densidade de energia acústica
Sendo Dw <<wo pode-se considerar a densidade média de enrgia em um perído T mais curto que o período de oscilação lenta e mais longo que o período de oscilação rápida. Neste caso, a densidade de enrgia acústica média será variável no tempo.

44 Força de radiação Pegando apenas a componente variável da densidade de energia, a força de radiação fica sendo igual a Observa-se que a amplitude da força de pressão modulada é proporcional ao quadrado da pressão do feixe incidente, ou seja, o objeto alvo irá oscilar em baixa freqüência com energia mecânica correspondente a energia acústica do campo de alta freqüência

45 Emissão acústica pelo alvo vibrante
A força de radiação F(Dw) vibra o objeto alvo em frequências Dw; A vibração do objeto resulta em um campo acústico; Este campo acústico é dependente das propriedades visco-elásticas do objeto;

46 Radiação acústica J1 – é a função de Bessel de
primeira ordem e do primeiro tipo UDw – A amplitude de velocidade do pistão ZDw – Impedância mecância do meio de propagação

47 Pressão acústica

48 Esquerda:1709Hz; Meio: 809Hz; Direita: 407Hz
Dados da literatura Fatemi M and Greenleaf JF (1999) Freqüências de ressonância dos diapasões na água: Esquerda:1709Hz; Meio: 809Hz; Direita: 407Hz Em cada ponto, a diferença de freqüência foi varrida de 250 a 2250Hz

49 Resultados da Literatura
Fatemi M and Greenleaf JF (1999)

50 Resultados da Literatura
Fatemi M and Greenleaf JF (1999)