Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

DOPPLEROVSKÁ ULTRASONOGRAFIE (principy přístrojů CW, PW, CDI,...) CW PW doc. Ing. Jiří Hozman, Ph.D.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "DOPPLEROVSKÁ ULTRASONOGRAFIE (principy přístrojů CW, PW, CDI,...) CW PW doc. Ing. Jiří Hozman, Ph.D."— Transkript prezentace:

1 DOPPLEROVSKÁ ULTRASONOGRAFIE (principy přístrojů CW, PW, CDI,...) CW PW doc. Ing. Jiří Hozman, Ph.D.

2

3 formulace Dopplerova principu konec pobytu v Praze experimentální ověření počátek pobytu v Praze * Salzburg, Austria † Venice, Italy Christian Andreas Doppler (rakouský fyzik a matematik)

4 Frekvence jakéhokoli vlnění se mění, pohybuje-li se jeho zdroj vůči pozorovateli či naopak. 1. Emituje proudící krev zvukové vlnění? Ne. UZ vlnění ze sondy musí prostoupit tkání až k požadovaným cévám. Od suspenze krevní plazmy a krevních buněk (erytrocytů je nejvíce). Aplikací tohoto principu je velmi mnoho, nás však zajímá měření rychlosti krve a s tím související otázky: 2. Od jakých částic se může UZ vlnění odrážet? Dopplerův princip (jev)

5 Červené krvinky 1. Stacionární zdroj a pohybující se přijímač 2. Stacionární přijímač a pohybující se zdroj - pohybující se zdroj - pohybující se přijímač Uvažujme dva případy:

6 1. Stacionární zdroj a pohybující se přijímač Dopplerova frekvence

7 2. Stacionární přijímač a pohybující se zdroj

8 Použitím rozvoje do Taylorovy řady Všechny členy s x 2 a vyšší mocninou zanedbáme a protože v/c << 1 můžeme psát Dopplerova frekvence

9 Použití předchozích vztahů pro případ červených krvinek, které se pohybují pod určitým úhlem ke směru UZ paprsku

10 Zanedbáním členu (v p /c) 2 dostaneme

11 Dopplerův kmitočet je pak dán Pro další úpravu použijeme goniometrické vzorce Pokud zavedeme následující značení

12 dostaneme Pokud úhel, pak dostaneme známý tvar rovnice Pro nastává optimální uspořádání, protože je maximalizován přijatý výkon. Dopplerův kmitočet může být kladný či záporný. To je závislé na směru toku krve. Nevýhodou je nutnost znát úhel, který v praxi neznáme a obtížně by se zjišťoval.

13 přijatý signál vysílaný signál Demodulace Dopplerova signálu

14 Jednotlivé složky ve výše uvedeném vztahu znamenají: Výsledkem násobení v demodulátoru je dvojnásobek vysílané frekvence stejnosměrná složka Dopplerův signál, nelze určit směr potlačení (DP) potlačení (DP) potlačení (HP)

15 Pro vysílanou frekvenci 5 MHz a frekvenci Dopplerova signálu 5,8 kHz musíme odlišit kladný směr toku krve, tj. 5,0058 MHz a záporný směr toku krve, tj. 4,9942 MHz. Převést směrovou informaci, danou znaménkem frekvenčního posuvu na jiný indikátor směru, který by po demodulaci zůstal zachován Základní myšlenka Příklad Směrové demodulační systémy

16 - základní uspořádání směrového demodulátoru - zpracování ve frekvenční oblasti - fázové zpracování Postupy pro separaci horní a dolní postranní frekvence

17 Základní uspořádání směrového demodulátoru

18 Tyto výrazy obdržíme, pokud po násobení v demodulátoru aplikujeme stejné filtrace, jako u nesměrového Dopplerova demodulátoru fázový posuv  sin a cos  kvadraturní signály Proje fázový rozdíl mezi V A a V B roven úhlu  Proje fázový rozdíl mezi V A a V B roven úhlu 

19 fázový posuv  sin a cos  kvadraturní signály Pokud zanedbáme amplitudy, pak dostaneme forward flow (dopředný tok) - od sondy, tj. reverse flow (zpětný tok) - k sondě, tj. Fázové zpracování kvadraturních signálů V A a V B

20     (4) (3) (2) (1)

21 Úplný systém k separaci signálové složky odpovídající dopřednému a zpětnému toku ve frekvenční oblasti

22 Hlavní myšlenka - posun nulové frekvence, tj. nulové rychlosti na jinou frekvenci a představují chybu ve fázovém rozdílu signál nosnéDopplerův signál

23 úprava do tvaru USB LSB

24 výraz pro LSB se neuplatní, pokud bude platit, že

25 FFT algoritmus použit jako procesor ve frekvenční oblasti a zároveň jako frekvenční analyzátor sudá symetrielichá symetrie Využití symetrie u FFT (N=64) Demodulace založená na FFT a vztah ke spektru rychlosti proudící krve

26 funkceFourierova transformace f(t) F(  ) reálná a sudá imaginární a licháreálná a lichá   

27 změna pořadí složek dopřednýzpětný

28 Klasifikace Dopplerovských systémů - systémy detekující rychlost (velocity detecting systems) - duplexní systémy (duplex systems) - systémy detekující profil (profile detecting systems) - systémy zobrazující rychlost (velocity imaging systems)

29 Porovnání Dopplerovských systémů CW a PW UZ zobrazení v B-módu + Dopplerovský mód anatomické zobrazení + funkční zobrazení

30 Porovnání Dopplerovských systémů CW a PW Průtok krve - barevně kódován - směr od sondy modře, směr k sondě červeně, rychlost je pak vyjádřena sytostí barvy modré či červené

31 Porovnání Dopplerovských systémů CW a PW

32 Kontinuální Dopplerovské systémy CW - kontinuální vysílání i příjem, - v sondě dva piezo-elementy, - vzorkovací objem dán šířkou UZ svazku, - možnost detekovat velké rychlosti průtoku, - nerozliší hloubku - množství spektrálních složek.

33 Pulzní Dopplerovské systémy PW (Pulsed Wave) - pulzní vysílání i příjem, - v sondě jeden piezo-element, - vzorkovací objem dán délkou pulzu, - omezení rozsahu detekovaných rychlostí průtoku, - rozliší hloubku - méně spektrálních složek.

34 Omezení rozsahu detekovaných rychlostí průtoku u PW dáno

35 Typický příklad Ve vzdálenosti 10cm můžeme naměřit maximální rychlost

36 Systémy CFI (Colour Flow Imaging) - Colour Doppler imaging, - Power Doppler imaging, - Directional power Doppler imaging, - Harmonic colour Doppler imaging, - Harmonic power Doppler imaging, - Colour Doppler M-mode, - Doppler tissue imaging, - zavedení okolo roku 1982 (Aloka Co. Ltd, Japan), - přehled modalit CFI,

37 Systémy CFI - Colour Doppler imaging) - v každém pixelu je znázorněna informace o střední hodnotě frekvence (rychlosti) Dopplerovského signálu a směru toku,

38 Systémy CFI - Power Doppler imaging) - v každém pixelu je znázorněna informace o výkonu Dopplerovského signálu,

39 Systémy CFI – Directional power Doppler imaging) - informace o směru toku je použita k barevnému kódování pixelů v obraze, který byl získán z výkonu Dopplerovského signálu,

40 Systémy CFI – Harmonic colour Doppler imaging) - obraz je vytvořen na základě Dopplerovského signálu, ale získaného z harmonických odražené ultrazvukové vlny, místo ze základní frekvence, - zvýšený výskyt harmonických je způsoben použitím mikrobublinkových kontrastních látek v krvi,

41 Systémy CFI – Harmonic power Doppler imaging) - v každém pixelu je zobrazena informace o výkonu harmonického Dopplerovského signálu,

42 Systémy CFI – Colour Doppler M-mode) - ve standardním M-módu je směr paprsku fixní a na zobrazovacím zařízení můžeme vidět na horizontální ose čas a na svislé hloubku, - v konvenčním M-módu je velikost odražených ech kódována odstíny šedé, - v barevném Dopplerovském M-módu je v každém pixelu znázorněna informace o střední hodnotě frekvence Dopplerovského signálu a směru toku,

43 Systémy CFI – Colour Doppler M-mode)

44 Systémy CFI – Doppler tissue imaging) - technika byla přizpůsobena pro zobrazování Dopplerovských signálů o vysoké amplitudě a nízké frekvenci, tj. od tkáně, oproti Dopplerovským signálům o nízké amplitudě vysoké frekvenci, tj. od krve, - Harmonic Doppler tissue imaging – tento režim je proveditelný za podmínky, že použijeme přenosové pulsy s velkou amplitudou, tyto pulsy pak způsobují nelineární šíření,

45 Systémy CFI – Doppler tissue imaging)

46 Systémy CFI – obecné blokové schéma – fázové zprac.

47 Systémy CFI – blokové schéma – zpracování v časové oblasti – vzájemná korelace

48 Omezení kmitočtového pásma u PW

49 Klinické aplikace

50 Problémy k řešení, příklady, otázky, opakování

51 Poznámka – od čeho se odráží UZV vlnění (slide 4) – viz podrobně str … Bioinstrumentation - krevní destičky- důležité při procesu srážení krve, - bílé krvinky (leukocyty) – 1 na 600 červených krvinek, důležité při obraně organismu, - významnou částí objemu krve (cca 40% - při sedimentaci tzv. hematokrit – závisí na pohlaví, věku apod.) tvoří červené krvinky (erytrocyty) – transport kyslíku, disk o průměru 8μm a tl. 2μm, - krevní plazma – voda s mnoha rozpuštěnými elektrolyty a molekulami proteinů,

52 Poznámka – od čeho se odráží UZV vlnění (slide 4) – viz podrobně str … Bioinstrumentation - pokračování - z akustického hlediska působí červené krvinky v krevní plazmě jako miniaturní částice způsobující rozptyl dopadající UZ vlny, - akustické vlastnosti červených krvinek se v zásadě neliší od vlastností okolní plazmy a membrána erytrocytů je příliš tenká, aby významně ovlivnila šíření UZ vlny, - dále rozměry erytrocytů (jednotky μ m ) jsou mnohem menší než vlnová délka cca 513 μm pro c=1540m/s, f=3MHz, tudíž rozptyl každé buňky je charakterizován jako tzv. Rayleighův rozptyl, obecně slabý a izotropní (směr. nezávislý),

53 Poznámka – od čeho se odráží UZV vlnění (slide 4) – viz podrobně str … Bioinstrumentation - pokračování - vzhledem ke koncentraci erytrocytů u zdravého člověka okolo na mm 3 může být kompletní odražený výkon detekovatelný od interagujícího objemu, i přesto že jednotlivé buňky způsobují pouze nepatrný rozptyl, proto se zobrazuje krev jako tmavý odstín šedé v UZ snímcích (viz srdeční komory a síně).


Stáhnout ppt "DOPPLEROVSKÁ ULTRASONOGRAFIE (principy přístrojů CW, PW, CDI,...) CW PW doc. Ing. Jiří Hozman, Ph.D."

Podobné prezentace


Reklamy Google