1. No category

Medisin for ikkemedisinere
Ultralyd i medisin
Hans Torp
Institutt for fysiologi og biomedisinsk teknikk
NTNU
Hans Torp
NTNU, Norway
Ultralyd i medisin
• Litt ultralydfysikk og historisk tilbakeblikk
• Ultralyd avbildning
• Ultralyd Doppler for måling av hastighet
• Er ultralyd skadelig for pasienten?
• Nye teknikker under utvikling
Hans Torp
NTNU, Norway
Ultrasonic M-Mode (Motion Mode)
Ultrasonic wave propagation
Hans Torp
Echoes from tissue structures are received and displayed
First Cardiac trials by Edler and Hertz in 1953
NTNU, Norway
Page 1
Real-time Ultrasound B-mode
1974
Hans Torp
NTNU, Norway
N. Bom & al. “Multiscan EchoCardiograph” Ultrasound in Medicine aug. 74
Probe
• 32-128 elementer
(bare noen få vist her)
• Stråleforming i
hovedplanet for styring
og fokusering av strålen
• Akustisk linse for
fokusering i den andre
dimensjonen
Page 2
Elektronisk strålefokusering
Fokusering
Styring og fokusering
s
Foku
Fokus
Åge
Grønningsæter
Real-time 2D B-mode
Wall motion assessment
Hans Torp
NTNU, Norway
Ultralydprober
Page 3
Lever
Nyre
Lyden forandrer frekvens ved
bevegelse
o
j
o
Bilens hastighet: 70 km/time ~ 6% av lyd-hastighet
1/12
Ét halvtone-trinn i 12-toneskalaen: 2 = 5.94 %
Endring i frekvens (turtall): 6% + 6% = 12 %
Hans Torp
NTNU, Norway
Page 4
CW/PW Doppler blood flow meter
Blood velocity Mitral inflow
Velocity
time
Normal relaxation
Hans Torp
NTNU, Norway
PEDOF developed in Trondheim 1976
Delayed relaxation
Color Doppler velocity imaging
PW Doppler: Velocity from one point
Color flow imaging:
Velocities in the whole imag
Color M-mode: Velocities along a line
Hans Torp
NTNU, Norway
Farge Doppler i
klaffediagnostikk
Stenotisk mitralklaff
Normal mitralklaff
Hans Torp
NTNU, Norway
Page 5
Bio-effekter av ultralyd
• Termisk effekt:
– Oppvarming av vev
– Fysioterapi: Varme opp muskler/sener
• Mekanisk effekt:
– Sterke vibrasjonar kan skade vev
– Medisin: Knuse nyre-/ gallestein
• Innanfor anbefalte grenser er det ikke
påvist at diagnostisk ultralyd er skadelig
Hans Torp
NTNU, Norway
Bio-effekter av ultralyd
Termisk effekt (oppvarming av vev)
- Maks akustisk intensitet: 720 mW/cm^2 (FDA)
- TI termisk indeks = antall grader oppvarming
Mekaniske effekter (kavitasjon)
- Mekanisk Indeks
MI = peak neg. trykk/sqrt(frekvens)
Maks tillatt MI = 1.9 (FDA)
Filosofi:
- Biologiske effekter skal være reversible
- TI og MI skal oppgis på skjermen, og vurderes av operatør
Hans Torp
NTNU, Norway
Hvorfor øke akustisk effekt i
diagnostisk ultralyd?
- Bedret følsomhet for Doppler blodstrømsmåling
- Generering av sjokkbølger, som kan gi bedre
bildekvalitet (harmonisk avbildning)
Hans Torp
NTNU, Norway
Page 6
Non-linear acoustics in
Ultrasound Imaging
Transducer
Nonlinear propagation
nonlinear scattering
object
Body wall
Hans Torp
NTNU, Norway
Ikke-lineær propagering av
bølger
Fundamental and second
harmonic signal separated by
filter
250
80
250
60
200
200
50
100
150
40
200
150
250
150
20
300
1000
350
100
400
450
-20
0
50
1
0
-500
0
2
3
50
4
5
6
x 10
20 40 60 80 100
Fundamental
0
Signal
from
septum
500
-10
0
10
Noise from LV cavity
2. harmonic
Hans Torp
NTNU, Norway
Page 7
Brain - 18 week fetus 5 MHz
probe
Hans Torp
Fundamental
Octave
NTNU, Norway
Tissue movement:
Tissue Velocity Imaging
Curved M-mode
Moving upward
Moving downward
Hans Torp
NTNU, Norway
Systole
Early
relax.
Atrial
systole
Page 8
Wall motion quantification
Strain rate
Tissue velocity
L
v1
Strain rate
Curved M-mode
SR
v2
SR =
v 2 − v1
L
Shortening
No change
Elongation
Systole
Early
relax.
Atrial
systole
Adapted from J-U. Voigt and A. Heimdal
Doppler Myocardial Imaging
Normal
subject
Acute
inferior MI
Chronic
inferior MI
GS
Strain Rate clinical potential (2):
Detect hard objects
Normal breast
Malignant tumor
Green: SR = 0 (Not compressed)
Red SR > 0 Blue SR <0
Page 9
Work in progress
Velocity
Strain Rate
Hans Torp
NTNU, Norway
High framerate/time resolution
Simultaneous velocity and strain
Tissue Doppler Sound
Time
3D Transvaginal ultralyd
Hans Torp
NTNU, Norway
Vekst studie foster
Page 10
Sevald Berg
NTNU, Norway
3D Fetus Trans-adomen
Surface rendering
Hans Torp
NTNU, Norway
Dynamisk 3D avbildning av hjertet
• Mitral valve with lupus (vegetation) and insufficiency
Sett fra venstre ventrikkel
Sett fra siden
Hans Torp
NTNU, Norway
Page 11
Real-time 3D imaging
2D matrix array
50 x 1
elements
• 32-192 elements in a 1D
array
• 32*32 ... 96*96 elements
in a 2D array
• 1000 - 10000 elements
• Cable
• Electronics
• Beamformer
50 x 50
=2500
elements
Nye metoder for blodstrømsavbildning
Arteria bracialis
Konvensjonell
farge-Doppler
Arteria bracialis
Ny metode
Carotis communis
Ny metode
Hans Torp
NTNU, Norway
Ultralyd i svangerskapet
Etiske aspekter
ved tidlig oppdagelse av
abnormaliteter
Hans Torp
NTNU, Norway
Page 12