tom_lab2.pdf

(703 KB) Pobierz
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
SKRYPT DO LABORATORIUM
TECHNIKI OBRAZOWANIA MEDYCZNEGO
ĆWICZENIE 2: Obrazowanie ultradźwiękowe
autor:
dr hab. inż. Jerzy Wtorek
Gdańsk, 2010
Projekt
„Przygotowanie i realizacja kierunku inżynieria biomedyczna – studia międzywydziałowe”
współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
1. Opis ćwiczenia
Wymagania wstępne
Znajomość podstaw propagacji fal ultradźwiękowych. Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy
zapoznać się z wybranymi rozdziałami Podręcznika użytkownika.
Cele ćwiczenia:
Zapoznanie z wybranymi możliwościami techniki ultradźwiękowej w zastosowaniu do obrazowania
wewnętrznych organów człowieka.
Spodziewane efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje:
Znajomość podstawowych właściwości fal ultradźwiękowych oraz obrazowania ultradźwiękowego.
Metody dydaktyczne:
Samodzielna realizacja zadań praktycznych pod nadzorem nauczyciela. Samodzielne opracowanie
wyników.
Zasady oceniania/warunek zaliczenia ćwiczenia
Oceniana jest umiejętność i poprawność realizacji zadań. Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jest
zrealizowanie wszystkich zadań, poprawne opracowanie wyników i przedstawienie wynikających
wniosków.
Wykaz literatury podstawowej do ćwiczenia:
1. Skrypt do wykładu
2. Skrypt do laboratorium
2. Przebieg ćwiczenia
L.p.
1.
2.
3.
4.
5.
Zadanie
Zapoznać się z Podręcznikiem użytkownika, 2, 4 i 5.
Rozwiązanie quizu – jedno podejście dla grupy!
Zrealizować procedurę włączania aparatu (pod nadzorem prowadzącego zajęcia).
Wyszukać zaburzenia umieszczone w fantomie. Zwymiarować je, a następnie zapisać te obrazy
na własnej pamięci USB
Przygotować sprawozdanie zawierające uzyskane wyniki (w tym obrazy) oraz przesłać je w
formacie PDF na cemet.eti.pg.gda.pl
UWAGA!
2
Techniki Obrazowania Medycznego – J. Wtorek
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
Ze względu na wartość sprzętu i jego podatność na uszkodzenia (mechaniczne) podczas realizacji zadań
ćwiczeniowych należy wykazać się szczególną rozwagą i ostrożnością.
3
Techniki Obrazowania Medycznego – J. Wtorek
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
3. Wprowadzenie do ćwiczenia
3.1. Ultradźwięki, podstawy fizyczne
Dźwięk jest formą mechanicznych wibracji materii. Oprócz wibracji z zakresu słyszalnego dla ludzi
można go zaliczyć do dwóch obszarów częstotliwości. Pierwszy, o częstotliwościach mniejszych od
najniższej słyszalnej przez człowieka, oraz drugi, o częstotliwościach większych niż najwyższa słyszalna
częstotliwość. Zakres niskich częstotliwości określa się jako infradźwięki, a powyżej jako ultradźwięki.
Propagację fal dźwiękowych opisuje się podobnie jak fal elektromagnetycznych. Dla odpowiednio
dużych częstotliwości dźwięku (najczęściej z zakresu ultradźwiękowego) długość fali propagowanej w
wielu materiałach jest znacznie mniejsza od występujących w nich „obiektów” i wówczas związane z
propagacją zjawiska są identyczne jak prawa optyki.
Fale ultradźwiękowe są transmitowane w materii dzięki drganiom cząsteczek. W płynach propagowana
jest podłużna (kierunek rozchodzenia i zmian jest jednakowy) fala ultradźwiękowa w postaci
zagęszczeń i rozrzedzeń lub kondensacji. W materiałach stałych propagacja może występować jako fala
poprzeczna. Oddziaływanie fal ultradźwiękowych z materiałami biologicznymi zależy od złożoności
strukturalnej i materiałowej. Im bardziej złożony skomplikowany jest obiekt biologiczny tym większa
złożoność oddziaływań.
Klasyczna mechanika fal, która w znacznym stopniu jest wykorzystywana do opisu propagacji
ultradźwięków w materiałach, zakłada następujące warunki: liniowość ośrodka, jego ciągłość,
jednorodność i izotropię. W przypadku wielu materiałów biologicznych warunki te nie są spełnione.
Prędkość propagacji fal ultradźwiękowych
Prędkość dźwiękowej fali podłużnej
c
w jednorodnym ośrodku jest zależna od jego sprężystości
(elastyczności) i gęstości:
c
=
E
s
ρ
(1)
gdzie E
s
jest modułem sprężystości, a
ρ
gęstością ośrodka.
Materiały biologiczne w wielu przypadkach charakteryzują się złożoną strukturą, co powoduje, że
pomiar modułu sprężystości nie jest łatwy. Z tego powodu najdokładniejsze wyniki zostały otrzymane
na podstawie pomiarów bezpośrednich.
Prędkość propagacji może zależeć od częstotliwości fali. Zjawisko to jest określane jako dyspersja
prędkości. W materiałach biologicznych dyspersję prędkości można uznać za pomijalnie małą w
4
Techniki Obrazowania Medycznego – J. Wtorek
Politechnika Gdańska, międzywydziałowy kierunek „INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA”
większości zastosowań praktycznych. Przykładowe wartości prędkości propagacji dźwięku w różnych
materiałach przedstawiono w tabeli 1.
Ośrodek
Prędkość [m/s]
Tkanka tłuszczowa
1450
Tkanka mięśniowa
1540
Krew
1570
Kość czaszki
4080
Woda
1480
Powietrze
331
Aluminium
6400
Natężenie fali ultradźwiękowej
Natężenie fali definiowane jest jako moc na jednostkę powierzchni. Z kolei moc jest prędkością
transferu energii i mierzona jest w watach lub J/s. Zatem natężenie fali wyraża się w W/m
2
. Energia
przemieszcza się z prędkością fali
c.
Stąd energia, która przepływa przez powierzchnię jednostkową w
jednostkowym czasie znajduje się w kolumnie o jednostkowej podstawie i wysokości
L
=
c
⋅
t
. Jeżeli E
jest gęstością energii zdefiniowaną jako całkowita energia wszystkich cząsteczek ośrodka w
jednostkowej objętości, to natężenie fali akustycznej dane jest wzorem:
I
=
cE
J m W
m
3
⋅
s
=
m
2
(2)
Tłumienie fali ultradźwiękowej
Podczas propagacji fali w ośrodku jednorodnym jej natężenie maleje w funkcji przebytej drogi. W
rezultacie mówimy o tłumieniu fali. Tłumienie wynika, m.in. z faktu przekazywania energii do ośrodka
(absorpcja). Zagęszczanie i rozrzedzanie cząsteczek ośrodka wymaga pracy (energii), która jest
przekazywana z fali do otoczenia. W ogólności tłumienie zależy od trzech zjawisk: rozpraszania,
absorpcji i rozbieżności wiązki. Zarówno rozpraszanie jak i rozbieżność wiązki, w przypadku wiązki
równoległej, zależą od odległości. Natomiast absorpcja fali ultradźwiękowej zależy od drogi i jej
częstotliwości. Przyjmując, że fala ultradźwiękowa ma postać fali płaskiej rozchodzącej się w kierunku
osi x, jej amplituda opisana jest zależnością:
A
(
x
)
=
A
0
e
−
µ
x
(3)
gdzie
A
0
jest amplitudą fali w miejscu jej źródła, czyli
x
=
0
, a
µ
współczynnikiem tłumienia.
Z kolei natężenie fali opisane jest zależnością:
I
(
x
)
=
I
0
e
−
2
µ
x
(4)
5
Techniki Obrazowania Medycznego – J. Wtorek

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin