David Šiljeg RGNf

1. David ŠiljegRGNf ULTRAZVUK 13.01.2011

2. Što je ultrazvuk? Ultrazvuk je zvuk čija je frekvencija iznad gornje granice čujnosti za normalno ljudsko uho Ultrazvučni valovi su uglavnom longitudinalni valovi za razliku od elektromagnetskih koji su trasverzalni Ultrazvučno područje se proteže od 20 kHz na više frekvencije Moguće ga je otkriti i na frekvenciji od 1GHz (hiperzvuk, kvantna akustika)

3. Ultrazvučno područje

4. Bitnekarakteristikeultrazvuka Ultrazvučno polje je polje velike snage koju karakterizira velik broj mehaničkih titraja (20 kHz je 20 000 udara u sekundi) Ultrazvuk (kao i ZVUK) je definiran s tlakom i brzinom gibanja čestice u prostoru Longitudinalno titranje UZ valova, akustička impedancija Srednja titrajna brzina čestica je umjerena (2π50×10-6×20×103=6,28 m/s) Mogući su vrlo različiti intenziteti energije: od mW/cm2 do kW/cm2 Refrakcija, refleksija, ogib, apsorpcija... Različita brzina širenja u različitom mediju (voda, zrak, ulje, tkivo, more...)

5. Akustička impedancija SVE DIJAGNOSTIČKE MEDICINSKE TEHNIKE TEMELJE SE NA MJERENJU REFLEKTIRANOG ULTRAZVUČNOG SIGNALA AKUSTIČKA IMPEDANCIJA Z =  c = f (  ) ! VRIJEDE I IZRAZI d = 2 c t  = c / f c = ( E /  )1/2 gdje su: Z = akustička impedancija (kg/m2 s) c = brzina rasprostiranja zvuka u mediju (1500 m/s u H2O)  = gustoća tkiva (kg/m3)  = valna duljina (m) d = udaljenost od objekta od kojeg se reflektirao ultrazvučni val (m) E = modul elastičnosti (Pa=N/m2=kg/m s2; N=kg m/s2) t = vrijeme (s) *Akustička impedancija (Z) omjer je zvučnog tlaka (p) i brzine čestica (v) u mediju ili akustičkom elementu u kojem se rasprostire zvučni val

6. Rasprostiranjeultrazvuka Na granici dvaju sredstava koji imaju različitu akustičnu impendanciju zvuk će se djelomično reflektirati - Intenzitet reflektiranog vala - Intenzitet upadnog vala Kada ultrazvuk prolazi kroz tkivo, intenzitet se smanjuje eksponencijalno

7. Fizikalne osnove UZ-a Zakon refleksije Zakon refrakcije Zakon transmisije Zbog različitih akustičkih impedancija medija dio energije se reflektira, a dio prenosi. Slika prikazuje ogib udarnog vala oko prepreke za 90°. Ovo je akustička aproksimacija. Donji dio je ogibni val koji je komprimiran, dok je gornji dio, iznad produžetka horizontalnog vala, ekspanzivni val i manjeg je tlaka nego donji val.

8. Proizvodnja ultrazvučnih valova Elektrostrikcija Najrasprostranjeniji generator ultrazvuka je kvarcni generator, čiji je rad zasnovan na tzv. piezoelektričnom efektu.Djelovanjem sile na tanku pločicu kvarca uzrokuju se plastične deformacije koje se mogu višestruko povećati stavljanjem tankih kvarcnih pločica u izmjenično električno polje vrlo visoke frekvencije. Kada se frekvencija izmjeničnog napona poklopi sa svojstvenom (vlastitom) frekvencijom kvarcne pločice, nastupa rezonancija. Uslijed rezonancije, pločica jako titra i proizvodi ultrazvučne valove znatne amplitude. Upotrebom turmalina mogu se dobiti ultrazvučne oscilacijei do nekoliko stotina MHz. *turmalin - silikatni mineral (kristal) *piezoelektricitet je pojava kratkotrajne električne struje kada se kristal naglo pritisne u određenom kristalografskom smjeru

9. Proizvodnja ultrazvučnih valova Magnetostrikcija Metoda dobijanja ultrazvuka zasnovana je na svojstvu nekih materijala da djelovanjem magnetnog polja mijenjaju dimenzije (željezo, kobalt, nikal itd.). Ovi se materijali u jačem magnetnom polju uglavnom skraćuju, te je ova pojava nazvana magnetostrikcijom (strictura - stezanje, sužavanje). Ako se kratak štap od ovih materijala nalazi u promjenjivom magnetnom polju, onda se dovodi u rezonantno logitudinalno titranje, kad se kroz elektromagnet propušta izmjenična struja odgovarajuće frekvencije.

10. Primjena ultrazvuka Primjena ultrazvuka započinje 30-ih godina 19. stoljeća U drugom svjetskom ratu upotreba ultrazvuka dostiže svoj dotadašnji vrhunac kada se primjenjuje u vojsci, mornarici, medicini, seizmici, inženjerstvu... Karakteristični uređaju koji funkcioniraju na upotrebi ultrazvuka su: Ultrazvučne sonde Sonari Dubinomjeri, mjerači protoka Različiti ehoskopi

11. Primjena ultrazvuka Sonar Sonar ili podvodni električni lokator je elektroakustični uređaj za traženje ili oodređivanje daljine, dubine, smjera i za identifikaciju podvodnih pokretnih i nepokretnih objekata (podmornica, mina, potopljenih brodova, podvodnih hridi, jata riba). Služi i za navigaciju, oceanografska istraživanja i podvodnu vezu. Rad se zasniva na principu eho zvuka, tj. refleksiji i recepciji odaslanih ultrazvučnih i zvučnih valova kroz vodu. On šalje zvučne impulse i odbijenu energiju prima kao jeku. Na osnovi izmjerenog vremenskog intervala određuje se istovremeno daljina, smjer, a kod nekih i dubina cilja. Upotreba snara u svrhu kartiranja morskog dna

12. Primjena ultrazvuka Primjena u medicini, ultrazvučna dijagnostika Upotrebljavaju se dva osnovna tipa uređaja: -impulsni ehoskopi za dobivanje slojnih slika unutrašnjosti tijela -aparati na Dopplerovom principu za mjerenje ili prikazivanje pokreta struktura u tijelu (tok krvi, srčani zalisci itd.) Postoje i kombinacije ova dva tipa, a zahvaljujući modernoj tehnologiji i obradi signala dobivaju se po potrebi 2-i 3-dimenzionalni prikazi, te u različitim bojama, koje zajedno sa svojim tonovima znatno doprinose razlučivosti i mnogo boljoj interpretaciji. Uobičajene frekvencije UZ: •u dijagnostici su između 1 i 10 MHz, •pri terapiji između 0,75 MHzi 3 MHz, •dok se kirurški UZ koristi frekvencijama između 24 kHz i 32 kHz, ali i 1 MHz do 4 MHz(fokusirani) Pri uporabi dijagnostičkog ultrazvuka teži se nikakvom utjecaju na tkivo, a kod terapijskog i kirurškog on mora biti potpuno kontroliran.

13. Primjena ultrazvuka Ultrazvučne sonda (shema)

14. Primjena ultrazvuka Ultrazvučne sonda, metode prikaza Postoje 3 metode prikaza A-prikaz B-prikaz Dopplerov 3D prikaz

15. Primjena ultrazvuka Ultrazvučno snimanje, metode prikaza A-prikaz Jednodimenzionalan I = f (  , xtd ) amplituda reflektiranog signala je funkcija dubine i razlike u impendancijama odašiljač je fiksan fiksna točka promatranja

16. Primjena ultrazvuka Ultrazvučno snimanje, metode prikaza B-prikaz dvodimenzionalan Iz = f ( x, y ) reflektirani valovi predstavljeni su kao točke različitog intenziteta, koje su funkcije amplituda iz A - prikaza

17. Primjena ultrazvuka Ultrazvučno snimanje, metode prikaza Doppler -3Dultrazvučni prikazi U sondi su najčešće smještena dva pretvarača, jedan kao odašiljač, a drugi kao prijemnik. Ako se reflektor UZ pomiče, frekvencija reflektiranih valova se razlikuje od odaslanih što se koristi za prikaz. Tzv. “kolor -doppleri” imaju prikaz kod kojeg su smjer i brzina protoka kodirani odgovarajućim bojama, pa je prikaz dvodimenzionalan. Zahvaljuući odgovarajućoj digitalnoj obradi signala sve su češći i trodimenzionalni prikazi kod kojih se mogu u realnom vremenu vidjeti mnogi detalji, npr. još nerođenog djeteta. Doppler 3D ultrazvučni prikaz Doppler 2D ultrazvučni prikaz u boji

18. Primjena ultrazvuka Ultrazvučna sonda u kirurgiji Viša frekvencija sonde je povoljnija zbog manjegdosegaprostiranja ultrazvučnog polja, zbog većeg prigušenja, te tako i lokaliziranogdjelovanja ultrazvučnog kavitacijskog aspiratora Sondaje sastavljenaoddvadijela: -pretvarača -metalnog eksponencijalnog nastavka (služi kao transformator titrajnih brzina čestica) Metalni nastavak sonde je izrađen od titana. Titan se koristi zbog iznimno velikih mehaničkih naprezanja kojimaje izloženasonda(na mjestu “čvora”ubrzanja mogu dosegnuti i oko 360000 g!), ali i zbog lakog održavanja. Vršak sonde se izrađuje šupalj, a u šupljini se nalaze dvije cjevčice, od kojih jedna služi za dovod fiziološke otopine, a kroz drugu se usisava emulgiranotumorsko tkivo koje je isprano fiziološkom otopinom.

19. Primjena ultrazvuka Ultrazvučna sonda u kirurgiji Shema kirurške sonde Izgled kirurške sonde

20. Primjena ultrazvuka Primjena u ratnoj mornarici, vojsci, industriji Senzori¸osjetljivi na tlak, akceleraciju, udar imaju najširu primjenu: od mjerenja i prijema signala do elemenata za paljenje (npr. podvodna mina ili torpedo: šum broda aktivira ili usmjeri, a kod udarca aktivira eksploziv). Mjerenje gaza, brzine, protoka, razine tekućina Komunikacija između plovila i obale kroz toplinske kanale morske vode; do više tisuća km Podvodna telefonija Ultrazvučno zavarivanje (plastike ili metala, sjedinjuju se neprimjetno kroz visoke frekvencije akustičnih vibracija) Koriste ga različite životinje za komunikaciju, orijentaciju, itd...

21. Hvala na pažnji! h