Ультразвукові медичні пристрої




НазваУльтразвукові медичні пристрої
Сторінка1/4
Дата конвертації06.03.2013
Розмір0.65 Mb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Фізика > Документы
  1   2   3   4


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ


УЛЬТРАЗВУКОВІ МЕДИЧНІ ПРИСТРОЇ



НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

ХАРКІВ 2000

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ


УЛЬТРАЗВУКОВІ МЕДИЧНІ ПРИСТРОЇ
НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК
для студентiв спецiальностi 7.090702 ”Радiоелектроннi пристрої, системи та комплекси” спецiалiзацiї 7.090702.01 “Медичнi радiоелектроннi пристрої та системи”

Затверджено

кафедрою радіоелектронних пристроїв

Протокол № від січня 2000р.
^ ХАРКІВ ХТУРЕ 2000
"Ультразвукові медичні пристрої" для студентiв спецiальностi 7.090702 ”Радiоелектроннi пристрої, системи та комплекси” спецiалiзацiї 7.090702.01“Медичнi радiоелектроннi пристрої та системи Навчальний посібник./Упоряд.: Л.П.Тимошенко,- Харкiв: ХТУРЕ, 2000. -60с.-Укр.мовою.

Упорядник: Л.П.Тимошенко

^ УЛЬТРАЗВУКОВІ МЕДИЧНІ ПРИСТРОЇ
для студентiв спецiальностi 7.090702 ”Радiоелектроннi пристрої, системи та комплекси” спецiалiзацiї 7.090702.01 “Медичнi радiоелектроннi пристрої та системи

^ НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК


Упорядник: Тимошенко Леонід Петрович

Вiдповiдальний випусковий М.Ф.Лагутiн
Редактор

План 2000 , поз.
Пiдп. до друку Формат 60х841/16 Папiр друк.

Умов. друк. арк. Облiк вид. арк. Тираж 50 прим.

Зам. № Цiна договiрна.
________________________________________________________________________________________
ХТУРЕ 310726 Україна, Харкiв, просп.Ленiна, 14

________________________________________________________________________________________
Надруковано в учбово-виробничому видавничо–поліграфічному центрі ХТУРЕ

310726 Харкiв, просп. Ленiна, 14

ВСТУП
Інтерес до використання ультразвука в медицині обумовлений унікальними можливостями одержання інформації про об'єкти, явища і процеси в оптичне непрозорих тілах і середовищах. Відносна безпека ультразвукових хвиль для людини дає ще одну перевагу для застосування в медичній практиці.

Найбільше інтенсивний розвиток одержав діагностичний додаток ультразвука для візуалізації внутрішніх органів, структур і тканин із метою визначення їхнього стану в нормі і патології. Спадкоємність ультразвукової діагностики (сканування) зобов'язана досягненням радіоелектроніки, що дозволяє створювати різноманітні по призначенню прилади, що мають високі техніко-економічні параметри. Використання досягнень обчислювальної техніки дозволяє істотно підвищити інформативність і продуктивність діагностики.

Ультразвукова діагностика, як і будь-яка кібернетична задача, включає в якості найважливішого елемента передачу на відстань інформації про стан досліджуваних органів тіла людини. З цього погляду УЗ сканер - це канал передачі сигналів, складений із декількох каскадів: генерації акустичного випромінювання, модуляції, детектування, сприйняття і фахової оцінки результатів (ехограм).

Процес генерації випромінювання, його взаємодія з контрольованим органом і формування зображення мають фізико-технічний зміст і складають фаховий інтерес розроблювача засобів діагностики.

Процес сприйняття й оцінки ехограм складає фаховий інтерес лікаря і полягає в тому, щоб на основі апріорних даних про контрольований об'єкт і наявного досвіду об'єктивно оцінити його стан.

На відміну від інших методів дослідження УЗ діагностику важко стандартизувати. Результати дешифрування зображень у значній мірі залежать від підготовки фахівця, старанності дослідження, особливості топографії органів тіла. Будь-яка інформація, що потрібно витягти з зображення, обмежена в силу кінцевих порцій квантів, що беруть участь в інформаційному процесі, їхньої дискретності, хаотичному характері їхнього розподілу в часі і просторі, і наявності помилкових сигналів.

Високі вимоги до якості зображення контрольованих органів і задача кількісного аналізу призвели до необхідності використання цифрових методів і фільтрації. Системи, що використовують комп'ютерні технології, зробили УЗ діагностику доступною для практичного застосування в медичних відділеннях, тому що інформація видається в звичної для лікаря формі.

Накопичений досвід застосування УЗ сканування і його становлення як методу дослідження органів тіла людини зажадали створення адекватних технічних засобів. У клініках стали створюватися спеціалізовані кабінети сонограм щитовидної залози, нирок, жіночих статевих органів, молочної залози. Особливий клас пристроїв, призначених для дослідження внутрішніх органів людини, утворили системи ендоскопії й офтальмології.

В Україні створені великі діагностичні центри, оснащені потужною технікою УЗ діагностики, що пропонується світовим ринком: ХІТАЧІ МЕДИКАЛ (моделі ЄІВ - 200,240,310,315,415,450,565А), ТОШИБА, АЛОКА - Японія; АУСОНІКС - Австралія (моделі МІКРОІМІДЖЕР 1000, 2000 і ОПУС); СІМЕНС

( моделі SONOLINE SL-250, LM), ФІЛІПС - Німеччина; ЕССОТЕ - БІОМЕДІКА - Італія; МЕДІСОН - Південна Корея; моделі ехокардіоскопа ЕКС-02, ехотомоскопа ЕТС-Р-02, сканера ЕТС-ЭЛ-01 - Росія; моделі ехокардіотомоскопа ЕКТС -ДМУ-02, ехоскопа ЕС-01 серії "Слайд", ехосінускопа ЕССА-01 об'єднання МОНОЛІТ- Харків; моделі сканера ТІ628А, доплерівського приладу ТІ 645 - РАДІМИР - Харків. Кожний із цих приладів має певні переваги по деяких параметрах і окремих задачах дослідження різноманітних органів, проте, ніяк не можна визначити однозначно кращий із них, крім того, ринок збуту диктує необхідність швидкої заміни застарілих моделей.

У медичній практиці успішна експлуатація радіоелектронного устаткування багато в чому визначається надійністю роботи і простотою поводження з ним. Ці вимоги, а також науково обгрунтовані однакові вимоги до технічних параметрів систем формує єдиний підхід до їхнього проектування. При цьому виникає задача створення максимально уніфікованих пристроїв перетворення й обробки зображень, що забезпечують функціональну і конструктивну сумісність. Зрозуміло, що задовольнити ці вимоги можна за допомогою комп'ютеризації систем, що містять звичайні вимірювальні перетворювачі, підсилювачі, функціональні вузли. Для створення мікрокомп'ютерних систем необхідні як апаратні засоби, так і програмне забезпечення.
^ 1 ТЕХНІКО-БІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ ДІАГНОСТИКИ


    1. Параметри ультразвукового контролю


Для дослідження біологічних об'єктів використовуються поздовжні акустичні хвилі ультразвукового діапазону частот 1...15 МГц. Характеристики розповсюдження високочастотних пружних хвиль в пружно-в'язких середовищах (у тканинах організму) визначаються шляхом знаходження залежності швидкості і затухання ультразвуку від тих або інших змінних, які становлять інтерес для даних досліджень.

Пружні коливання характеризуються наступними параметрами: частотою коливань f, періодом коливань Т, амплітудою А. Між собою вони зв'язані співвідношеннями

f =1/T =  /2 , А = А0 sin t = A0 sin 2 f t ,

де  - кругова частота або частота повних коливань за 2.

Перша похідна по часу від амплітуди зміщення А

V = dx/dt = A0 соs  t

вказує на те, що швидкість коливної матеріальної точки прямо пропорційна частоті, а друга похідна

W = dx2 /dt2 = dV/dt = -A02 sin t

показує зростання прискорення W пропорційно квадрату частоти.

Коливальний рух передається від однієї частинки до іншої не миттєво, а з деякою швидкістю С, що визначається пружними властивостями середовища і її густиною

С = f,

де  - довжина хвилі.

Пружні хвилі розповсюджуються в будь-яких агрегатних станах речовини, але вид хвилі залежить від пружних властивостей середовища і її розмірів. В газах і рідині розповсюджуються тільки поздовжні хвилі, в твердих тілах крім поздовжніх поперечні і зсувні хвилі. Взаємодія ультразвуку в біологічних тканинах інтерпретується моделлю взаємодії з рідиною. В діапазоні медичних ультразвукових частот ця модель справедлива майже для всіх тканин тіла (окрім кістки). Швидкість ультразвуку в воді при 200 С дорівнює 1500 м/с, в мускульних тканинах організму (густина в середньому дорівнює 1,07 г/см3) - 1570 м/с, в крові (густина 1,05 г/см3) - 1590 м/с, в шкірі - 1610 м/с, в кістковій тканині (густина 1,9... 6,1 г/см3) - 3300 м/с. Дані отримані на частоті 1 МГц [1].

Ультразвукові хвилі зберігають сталість вектору швидкості при розповсюдженні в біологічних середовищах незалежно від макроструктурі, тобто швидкість практично не залежить від структурних особливостей і анізотропії середовища. Інша важлива особливість - відсутність частотної дисперсії.

Властивість середовища проводити енергію ультразвуку характеризується акустичним опором. Питомий акустичний опір визначається відношенням амплітуди звукового тиску в середовищі до амплітуди коливальної швидкості її частинок або також як добуток густини середовища на швидкість розповсюдження в ній ультразвукових хвиль С. Дослідження показали, що С більшості тканин організму , окрім кісткової, не відрізняється більш ніж на 10% від С води.

Ультразвукові хвилі при розповсюдженні в середовищі переносять певну енергію. Ця енергія не локалізована, переміщається в середовищі, тому вводиться поняття інтенсивності або сили звуку. Інтенсивність звуку визначається вираженням

I = 1/2 Cw2A2.

В медичній практиці розмірність інтенсивності - Вт /см2.

Потужність випромінювання N сучасних джерел ультразвуку (I = N/S, де S - поверхня випромінювача) забезпечує отримання інтенсивностей ультразвуку в діапазоні від сотих часток до сотень Вт /см2.

Для зіставлення величин відзначимо, що інтенсивність 10-9 Вт /см2 відповідає гучній розмові (в діапазоні звукових частот), а при 10-3 Вт /см2 виникає болюче відчуття у вухах. Діагностичні дослідження проводять ультразвуком інтенсивністю до 1мВт/см2 (термічний ефект буде відсутній); до величини 0,1 Вт/см2 ефекти, що пошкоджують будуть відсутні; терапевтичний ефект ультразвуку відповідає інтенсивностям 0,1... 3 Вт /см2 і зумовлений підвищенням температури тіла.

Інтенсивність коливальної енергії зменшується по мірі її розповсюдження із-за внутрішнього тертя частинок, анізотропії середовища і інших причин. Цей ефект загасання оцінюється коефіцієнтом загасання, що визначає зменшення інтенсивності по експоненціальному закону на відстані х

I = I0exp (-2зх),

де I0 - інтенсивність ультразвукової хвилі у вихідній точці, Вт /см2;

З - коефіцієнт загасання, см-1.

Коефіцієнт загасання в загальному випадку визначається сумою коефіцієнтів поглинання п і розсіювання р, що залежать від частоти. В м'яких тканинах залежність  п від частоти степенева f m, де 1 m 1,2. Середнє значення  п на частоті 1МГц в м'яких тканинах складає приблизно 1дБ/см, в кістковій тканині - на порядок вище.

Розсіювання ультразвуку визначається структурою тканини і її гістологічними (на рівні кліток) властивостями. При патологічних модифікаціях (ущільненнях тканини) ар істотно зростає (для здорової тканини з=п) і коефіцієнт розсіювання стає діагностичною характеристикою. приблизна величина погонного загасання ультразвуку в тканинах організму людини складає величину 1дБ/см.

При розповсюдженні ультразвукової хвилі через середовище з різними акустичними опорами частина енергії переходить в інше середовище, а інша частина відбивається від межі розділу цих середовищ, а також від структурних неоднорідностей. Відбиті сигнали утворюють механізм візуалізаціі. Розрізняють три типа відбивачів. Зосереджені і одиночні відбивачі, розміри яких значно менші за довжину хвилі, створюють дифузне розсіювання (закон Релея ), коефіцієнт зворотного розсіювання залежить від частоти як функція четвертої степені і має широкий кутовий просторовий розподіл, амплітуда відбитих сигналів при цьому незначна.

При рівності структур неоднорідностей і довжини хвилі степенева функція стає квадратичною, кутовий розподіл залишається широким, амплітуда відбитих сигналів підвищується. Коли розміри поверхні, що відбиває, значно більші за довжину хвилі, просторове відбивання концентрується, а направлення відбитих сигналів визначається спрямуванням зондуючого променю і орієнтацією поверхні відбивання. Тепер  р не залежить від частоти, його значення визначається співвідношенням акустичних опорів середовища. Амплітуда відбитих сигналів стає значною.

Реальні біологічні тканини утворюють ультразвукове ехозображення, складене з акустичних контрастів "тканинного фону" (жирові прошарки, рідина, квазіоднорідна структура тканини органів) і внутрішніх органів. Акустичний контраст контурів внутрішніх органів вище.

При попаданні променю на межу розділу середовища під кутом механізм відбивання і проникнення в інше середовище підкоряється законам геометричної оптики [2]. На межі переходу ультразвуку з повітря на шкіру відбивається 99,99% коливань. Тому при контакті випромінювачів з тілом людини чітко дотримуються правилу: між випромінювачем і тканинами не повинно бути повітряного прошарку, що досягається шляхом використання контактної речовини, що виконує роль перехідного середовища, що обмежує відбиту частину випромінювання.

Глибина проникнення ультразвуку оцінюється величиною зворотного коефіцієнту поглинання, Н=1/п [см]. Нею виражають відстань, що ультразвукові хвилі минають перш ніж інтенсивність пружних хвиль зменшиться в два рази. В таблиці 1.1 приведені значення  п і 1/п для тканин і води при частоті 1МГц [1].
Таблиця 1.1 - значення коефіцієнту поглинання ультразвуку і глибина його

проникнення для деяких тканин і середовища організму

Середовище

f, МГц

П, см

H=1/п, см

Вода


1

2

0,001

0,004

350

90

Плазма крові

0,87

1,7

0,02

0,04

17

8,7

Кров

1

0,01

34

Тканина мускульна

0,8... 5

0,1... 0,4

3,6... 0,9

Печінка

0,88

0,15

2,3

нирки

0,88

0,13

2,7

Тканина жирова

0,87

3

5

0,045

0,18

0,26

7,7

2

1,3

Кістка

0,88

4,5

0,71

9,2

0,5

0,038


З таблиці 1.1 видно, що жирова тканина менш поглинає ультразвук ніж мускульна, нирки і печінка. Крім того, встановлено, що для коливань з частотою від 1 до 4,5 МГц  п близько до постійної величини (окрім кістки, де  п практично пропорційний квадрату частоти ультразвуку).
1.2 Основи ультразвукової діагностики.
Ультразвукові методи дослідження розповсюджені в сучасній клінічній медицині. Цьому сприяють достовірність результатів, неінвазивність, доступність та відносна простота процедури контролю. Ці методи відносять до методів активної імпульсної акустичної локації – ехобіометрії. Вони спроможні уточнювати розміри ока, кришталика оку, а методи активної локації з неперервним випромінюванням – оцінити швидкість припливу крові до ока, в судинах. В кардіології, урології, онкології, гінекології ультразвукові ехокардіоскопи, що працюють у режимі сканування зондуючим променем. Дозволяють спостерігати двомірне зображення серця, навіть в динаміці.

Основою генерування та реєстрації УЗ коливань є прямий та зворотній п'єзоелектричний ефект. В медичній практиці застосовують датчики, які генерують різні частоти УЗ від 1 до 15 МГц, які мають діаметр від 0,7 до 2 см та фокусну відстань від 6 до 14 см. УЗ промінь має максимальну потужність у центрі, з краю вона знижується. Ширина променю визначає точність дослідження.

Відстань Н, на якому промінь залишається паралельним, залежить від радіуса датчика R та довжини хвилі H=R2/λ . Таким чином, при застосуванні датчика діаметром 12мм та при частоті 2,25 МГц промінь буде залишатись паралельним на відстані 6 см. Для f=5МГц ця відстань збільшиться до 13 см та на глибині 20 см ширина розбігу променю вдвічі більша за діаметр датчика. Для зменшення ступені розбігу промінь застосовують датчики з фокусними лінзами.

Ефективна глибина проникнення ультразвуку в м'які тканини складає близько 100 довжин хвиль. Це означає, по-перше, можливість фокусування енергії і її направлену передачу, по-друге, високе відношення глибини проникнення до довжини хвилі дозволяє в інженерному плані вирішувати рівняння розповсюдження без урахування розсіювання і затухання.

З точки зору розробника апаратури важливим параметром є амплітуда сигналів у біотканинах, а оскільки акустичний контраст дуже низький, то й амплітуда сигналів мала. Малі значення амплітуд відбивання потребують забезпечення високої чутливості технічних засобів, але оскільки більша частина УЗ енергії минає розподіл середовищ, це сприяє візуалізації глибоких внутрішніх структур. Амплітуда ехосигналів – це вимірювальний параметр, який несе інформацію про процеси поглинання, розсіювання та відбивання УЗ зондуючих імпульсів.

Іншим інформаційним параметром є час затримки ехосигналів відносно зондуючого імпульсу. Напрямок зондуючого репера формує координату ехозображення.

На основі вимірювання цих параметрів визначається топологія неоднорідності органу: глибина та напрямок її розташування, відстань між ними; далі розраховується її геометрія.

Амплітудні співвідношення ехосигналів дають змогу визначати характеристики текстур органів та тканин.
1.3 Формування ехозображень і їхні типи
Класичний засіб отримання візуальної інформації, тобто ехозображень перерізів органів людини, полягає в зондуванні об'єкту, що досліджується короткими імпульсами акустичної енергії, сконцентрованої вздовж вузького променю. Відбиті сигнали представляються значеннями амплітуди на тимчасовій осі. Вони розташовуються на ній в часі пропорційно глибині відбиваючих структурних неоднорідностей. Корисну інформацію при цьому несе та частина енергії, що знаходиться в межах вузького зондуючого променю. Для отримання ехозображення промінь сканується в необхідних напрямках, з урахуванням глибини і геометрії розташування органу. Направлення переміщення променю формує три типи сканування (Рис. 1.1): лінійне (паралельне), конвексне, секторне (кутове).



Рисунок 1.1 – Три типи сканування:

а – лінійне; б – секторне; в – конвексне.
Техніка лінійного сканування полягає в переміщенні променю (джерела зондування) вздовж однієї з координат при постійному наріжному направленні його в площині що сканується. З рис.1.2, а, що пояснює механізм лінійного сканування, видно, що яскраві крапки 4 формуються при прямому відбиванні ехосигналів від органу, що досліджується, зображення якого повністю відповідає положенню самого вимірювального приладу (трансдюсеру) на поверхні тіла, тобто представляється можливість візуально “пальпувати” внутрішні органи. Лінійне сканування домінує при дослідженні органів черевної порожнини, зачеревного простору, малого тазу, щитовидної залози, сонної артерії, простати та інше. Обов’язковою умовою при цьому є застосування багатокриштальних датчиків, що створюють площину ультразвукових коливань високої щільності, відповідну по товщині одному променю.

При секторному скануванні ( Рис. 1.2, б,в) датчик залишається нерухомим, а змінюється кутове направлення променю відносно осі Z в межах куту ± 45°. Зі збільшенням глибини проникнення ультразвуку зона огляду поширюється, а щільність акустичних рядків в секторному растрі зображення зменшується.

а) б)





Рисунок1.2 – Механізми сканування: а – лінійного сканування ; б – секторного сканування.

Розміри зображення досліджуваних органів не відповідають розмірам датчика, що ускладнює оцінку анатомічних орієнтирів.

Секторне сканування дозволяє з маленької ділянки тіла одержується великий огляд по глибині. Такий вид сканування зручний для дослідження серця через міжреберний простір, а також внутрішньопорожнинних органів.

Конвексне сканування передбачає поширення по глибині поля огляду, але вимірювальний прилад має меншу довжину, завдяки чому досягається рівномірність його прилягання до шкіри пацієнта.

Однак в практичному додатку акустичні поля повинні мати більш складну структуру, що відрізняється цілеспрямованим відхиленням від просторової однорідності або функцією збудження, або функцією відгуку. Фокусування досягається шляхом надання певної форми активному елементу випромінювача або шляхом вступу фазових зрушень між електричними сигналами, що подаються на окремі елементи багатоелементного перетворювача.

Для дослідження органів черевної порожнини використовують вимірювальний прилад з частотою генерування УЗ хвиль частіше усього 3.5 МГц, а для дуже повних пацієнтів – 2.5 МГц. Для дітей – 5МГц (враховуючи меншу глибину тіла) [ 3 ].

В результаті зондування утворюється багатовимірний сигнал, що далі піддається обробці, візуалізації і вимірювання радіотехнічними системами (Рис.1.3).





Рисунок 1.3 – Формування ехозображень: а – січення об`єктів у декартових координатах; б – ехограма А-типу; в- ехограма В-типу; г – ехограма С-типу.
В практичному додатку тривалість імпульсу ультразвуку складає 0,5…1,2 мкс, а частота передач імпульсів до 1 кГц.

Зондуючий імпульс при взаємодії з середовищем дає одновимірний і двовимірний розподіл значень амплітуди.

Одновимірний розподіл “амплітуда-час” називається продольною ехограмою типу А (Рис.1.3,б). Вона не дозволяє отримати просторові координати органів тіла, тому медико-біологічне застосування ехограми А не можливе. А–сканування застосовується в основному при точних вимірах розмірів, наприклад, в офтальмології.

Двомірний розподіл амплітуди (Рис.1.3,в.) при просторовому одновимірному скануванні направлення променю в площинах XZ або YZ (Рис.1.3,а) утворює поперечний тип ехотограми В.

Режим В представляється двомірним ехозображенням перетину об'єкту з відображенням на екрані монітору вертикальної і горизонтальної мірних шкал з кроком 1 см. Кут сканування встановлюється 60, 75 чи 90°. Таким чином, сканування перетину об'єкту пучком дозволяє побудувати зображення, модульованого по яскравості.

Фронтальна ехограма С–типу (Рис.1.3,г.) одержується при двомірному скануванні променю в площині XY. Яскраві відмітки формуються шляхом селекції ехосигналів з певної глибини і відбиваються в відповідності з положенням променю відносно координат фронтальної площини. Як що селекція по глибині відсутня, ехотограмма відображає інтегральну оцінку рельєфу. Із-за низької швидкості сканування режим С застосовується рідко.

Ехотограми дають поперечні і фронтальні перетини органів і є вхідними для визначення структурно-топологічних параметрів в ультразвуковій діагностиці. Сучасна ехографія органів черевної порожнини, зачеревного простору, малого тазу, щитовидної залози заснована на В-принципі реєстрації ехосигналів. Реєструються при цьому не амплітуда сигналу, а інтенсивність світіння кожної точки. Зареєстрований сигнал в залежності від інтенсивності відповідає певному відтінку світіння на екрані дисплею.




Рисунок 1.4- Формування М-ехограми: а – серця; б – ехокардіограма.
В ехографії серця використовується М-ехограми, які називають ехокардіограмами. Вони описуються одновимірним розподілом амплітуди ехосигналів в часі. Амплітуда ехосигналів вздовж променю відображається в виді яскравіх відміток (Рис.1.4).

В залежності від напрямку променю можуть бути отримані ехокардіограмами різноманітних ділянок серця. Кожне наступне зондування супроводжується зміщенням на малу величину А-ехограми в напрямку, перпендикулярному до осі відображення глибини (часу), і запам'ятовується в ЗП. Ехокардіограма після цього підлягає числовому аналізу її параметрів для постановки об’єктивного діагнозу серцево-судинних захворювань.

На екрані сканера М-ехограма відображається за допомогою вимірних шкал з кроком 1см для вертикальної шкали (глибина зондування) і з кроком 1с для горизонтальної шкали (модифікація швидкості відновлення інформації, тобто час розгортки).

Сучасні УЗ сканери об'єднують В та М режими, для чого створюється можливість роботи в дуже вузькому акустичному прозорому вікні для доступу до серця. Для забезпечення реєстрації швидкого руху клапанів серця частота комутації вибірок в М-режимі повинна складати величину порядку 100Гц.
1.4 Ультразвукові перетворювачі.
Пристрої, які випромінюють та приймають УЗ коливання, називають УЗ-перетворювачами (УЗП). УЗП виконують електроакустичне перетворення енергії при формуванні акустичного поля випромінювання та акустоелектричне перетворення ехосигналів, відбитих від об'єктів контролю. В медичній практиці перетворювачі називають трансдюсорами.

Найбільше використання у діагностичному обладнанні знайшли п'єзоелектричні перетворювачі, які виготовляються на основі п´єзокераміки типу цирконат-тітанат свинцю (рідко з монокристалів та синтетичних п´єзополімерів). Позначаються ЦТС, у США – PZT.

З урахуванням того, що УЗП працюють у режимі генерування поздовжньої хвилі, можна привести основні характеристики таких матеріалів (табл.1.2).

Високі значення параметрів ε/ε0 та К33 п´єзокераміки дозволили отримати відповідно малі розміри датчиків та добру чутливість поза резонансом, окрім цього цей матеріал механічно міцний, має точку Кюрі біля 300°С (наприклад, ЦТС-19).

Робочий елемент датчика у своєму класичному варіанті виконання робочий елемент датчика виконується у формі плоского диску з паралельними поверхнями, вкритими металевими електродами. Кріплення диску в великій кількості визначає добротність датчика. Для безперервного режиму роботи диск кріпиться тільки в перефірійній області та з тильної сторони навантажується на повітря. При випромінюванні коротких імпульсів його демпфірують для отримання рівномірної частотної характеристики (заливка епоксидною смолою).

Таблиця 2 – Основні характеристики п'єзоелектричних матеріалів .

Параметр

Кварц Х-зрізу

Цирконат-тітанат

Поливініл-іденфторід

Діелектрична проникність відносно вакууму, ε/ε0


5,0



1300…1700



-

Коефіцієнт електро-механічного зв'язку при поздовжньому п'єзоефекті, К33


0,1


0,7



0,19

П'єзоелектричний модуль, d33


2


290…370



Тангенс кута діелектричних втрат, tgδ


10-4



0,004…0,02


-

Резонансна частота при товщині 1мм, МГц


7,6


13,6…17,7


1,5


Тривалість перехідних процесів при цьому зменшується, та при хвильовому опорі демпферу, який дорівнює хвильовому опору п´єзоелементу, на виході випромінювача утворюється однополярний імпульс. Але при цьому значно зростає власні шуми перетворювачів, що призводить до погіршення порігової чутливості. Тому для зменшення тривалості перехідних процесів більш доцільно використовувати узгоджуючи шари (п´єзоелемент-об´єкт, п´єзоелемент-демпфер) та узгоджуючи кола(Рис. 1.5).





Рисунок 1.5 – Схема компонування датчика
У реальних конструкціях використовується здебільшого перший шар. Товщина узгоджуючого шару підпорядковується чотирихвильовому правилу (λ/4), який забезпечує максимальний коефіцієнт трансформації акустичної енергії у середовище.

Спільне вживання чотирихвильових узгоджуючих шарів, електричних узгоджуючих кіл (підключання до випромінювача послідовної, а до п´єзоприймача паралельного RC-кола) та демпфірування вважається у практиці проектування датчиків раціональним методом утворення широкосмугових УЗП для ехоскопів.

Диск ЦТС з обох боків металізований. Робоча сторона з'єднана з корпусом і підключається до заземленого дроту розніму. Внутрішній електрод диску з'єднаний з потенційним дротом розніму. Корпус забезпечує функції конструктива та електричного екрану. Зазвичай він виконується з легкого металу або з пластмаси, металізованої усередині.

На стороні, яка повернена до тіла пацієнта, поміщена ультразвукова лінза. В ехокардіографічній практиці використовуються різні частоти ультразвуку (1…10 МГц), діаметр датчиків від 0,7 до 2 см, фокусна відстань від 6 до 14 см.

Ультразвуковий промінь має максимальну потужність у центрі, біля країв променю його потужність спадає.

Антенні властивості УЗП та характеристики спрямованості формованих променів визначаються розмірами (діаметр диска D) робочої поверхні, яка виражена у довжинах хвиль λ випромінюємого ультразвуку. Форми променю та ступені осьової концентрації акустичної енергії в ньому характеризуються відомими співвідношеннями дальнього та ближнього хвильових полів плоских УЗП. Величина ближньої зони визначається співвідношенням I=D2/4λ. Дальнє поле характеризується формою зрізаного конусу з невеликим кутом розходження

α=arcsin (1,22·λ/D).


  1   2   3   4

Схожі:

Ультразвукові медичні пристрої icon4. периферійні пристрої
Пристрої введення інформації це пристрої комп'ютера, призначені для передавання інформації від користувача комп'ютеру
Ультразвукові медичні пристрої icon2. 3 Способи подання логічної функції
Машина була побудована на 18000 електронних лампах, виконувала 5000 операцій в секунду І мала пам'ять всього 20 десятирозрядних чисел....
Ультразвукові медичні пристрої iconТема уроку: Пристрої керування та передачі інформації
Під маніпуляторами, розуміють пристрої. За допомогою яких відбувається керування комп’ютером
Ультразвукові медичні пристрої iconКалендарно-тематичне планування курсу «Сходинки до І нформатик и» 2 клас
Складові комп’ютера (системний блок, пристрої введення (миша, клавіатура), пристрої виведення (монітор, принтер)). Робота з тренажером...
Ультразвукові медичні пристрої iconТема уроку: Установка обладнання. Налагоджування апаратних пристроїв І усунення неполадок
Підтримує як пристрої Plug and Play, так І пристрої, що не відповідають технології Plug and Play. На цьому занятті ви одержите загальне...
Ультразвукові медичні пристрої iconТема: Пристрої введення-виведення інформації
Пристрої введення-виведення забезпечують користувачу введення інформації (програми та даних) у пам’ять комп’ютера І виведення результатів...
Ультразвукові медичні пристрої iconДля зберігання інформації у пк застосовують різні пристрої, які належать...
Накопичувач – це пристрій, що складається із носія інформації та приводу. Привід є сукупністю механічних та електронних компонентів...
Ультразвукові медичні пристрої iconУрок №6. Тема
Тема: Пристрої виведення інформації. Мультимедійне обладнання. Відеосистема комп’ютера. Інші пристрої виведення інформації. Мультимедійне...
Ультразвукові медичні пристрої icon«Мед-палас» Ціни на медичні та оздоровчі послуги Цены на медицинские и оздоровительные услуги

Ультразвукові медичні пристрої iconВальдман А. В., Бабаян Є. А., Звартау Э. Э
...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка