Bijzondere KNF onderzoeken
HS 1 Inleiding echografie en doppleronderzoek
Duplex: echografieonderzoek en doppleronderzoek
Echografie: beeldvormend onderzoek, topografie (ligging & verhoudingen) anatomische structuren
KNF: arteriën als & hersenbasis, echografie perifere zenuwen & spieren.
Transducer: uitzenden hoogfrequente geluidsgolven, deels teruggekaatst door verschillende
weefsels.
Meten tijdsinterval tussen uitgezonden signaal en opgevangen echo. Geleidingssnelheid geluid
binnen weefsel bekend -> afstand tussen transducer & weefselstructuren berekenen -> echografisch
beeld, doorsnede deel van lichaam.
Doppler: dezelfde transducer, geluidsgolven richten op stromende bloeddeeltjes in bloedvat, terug
ontvangen signaal andere frequentie dan ingezonden signaal (door bewegende reflector) -> doppler
effect.
Frequentieverandering -> bepalen van de bloedstroomsnelheid en richting
Duplex:
- echo: weefsel en vaatstructuren in 1 vlak
- doppler: bloedstroomsnelheden & richting
- kleurgecodeerd: verschillende kleuren voor verschillende snelheden
Basale fysica trillingen & golven
Mechanische trilling/oscillatie: heen en weer gaande beweging om een middelpunt dat zich met
regelmatige intervallen herhaald -> Periodieke harmonische bewegingen (vb trillen trommelvlies),
herhalend sinuspatroon
Trillingsparameters:
- Trillingsamplitude: maximale uitslag beweging rond evenwichtspunt
- Trillingsperiode: tijd waarin sinussignaal herhaalt (in seconden)
- Trillingsfrequentie: aantal periodes per seconde (in herz), bepaalt de toonhoogte
f(Hz = 1/s) = 1/T(s)
Ultrasoon geluid/ultrageluid: >19kHz, niet meer voor mensen waar te nemen
medische diagnostiek: 1 tot 20 MHz
Energiebehoud
Wet van behoud van energie, bijvoorbeeld met een veer uittrekken:
- Veer uittrekken = energie toevoegen, opgeslagen in spanning van de veer -> potentiële
energie
- Veer loslaten = potentiële energie omzetten in versnelling van massa naar evenwichtspunt ->
massa krijgt kinetische energie (bewegingsenergie)
- Massa bereikt evenwichtspunt, potentiële energie = 0,
- Massa door evenwichtspunt heen -> kinetische energie weer overgedragen in potentiële
energie door indrukken veer -> vertraging van de massa
- Snelheid massa 0 -> hele proces draait om -> periodieke oscillerende beweging
- Som kinetische energie en potentiële energie blijft constant
,Gedempte trilling:
- in theorie gaat het proces oneindig door
- in werkelijkheid: door wrijving wordt energie omgezet in warmte -> totale energie neemt af
- amplitude neemt in de tijd af totdat het systeem stil staat (evenwichtssituatie)
Eigen/natuurlijke frequentie systeem: afhankelijk van de fysische eigenschappen (massadichtheid,
grootte vd massa, veerstijfheid, lengte etc)
Resonantie
Gedwongen trilling: trillen in andere frequentie dan natuurlijke frequentie (door externe oscillator).
Kracht nodig om langzamer (massaversnelling verminderen) of sneller te laten trillen (massa meer
laten versnellen dan versnelling veer) dan natuurlijke frequentie.
Amplitude hangt af van frequentie van de externe oscillator: groter verschil in frequenties = kleinere
trillingsamplitude
Resonantiefrequentie:
- Frequentie met grootste trillingsamplitude
- Wanneer opgelegde frequentie gelijk is aan natuurlijke frequentie
Trillend deeltje bevindt zich meestal in groter geheel (vaste stof/gas/vloeistof) waardoor lopende
golven ontstaan (afbeelding 2, 1.5) = verticale trilling zorgt voor in de ruimte verplaatsende
golfbeweging van de bron af, een sinuspatroon
Mechanische golf
- hetzelfde als lopende golf. Mechanische interacties veroorzaken de verplaatsing
- definitie: systematische verstoring rust ordening materie, waarbij positie ruimtelijke
verstoring in de tijd veranderd
- akoestiek: wetenschap mechanische golfbewegingen (bv geluid)
Golfsnelheid/golflengte/golffrequentie
- afstand die begin van de lopende golf heeft afgelegd bij beweging trillingsbron wordt
bepaald door golfsnelheid
- golfsnelheid (m/s) is afhankelijk van elasticiteit medium
- elasticiteit hoog = voortplantingssnelheid laag/ stijf medium: snelheid hoog
- golfsnelheid= afstand die in 1 seconde wordt afgelegd
- golflengte = afstand die in 1 periode van sinusvormige beweging wordt afgelegd/ kleinste
afstand tussen twee punten in medium met dezelfde trillingsfase
- Hoge golffrequentie hoe korter 1 periode f= 1/T
Verband golflengte, golfsnelheid en golffrequentie:
ƛ(m) = V(m/s)/f(1/s)
ƛ = golflengte in meters
V= golf(voortplantings)snelheid in meters/seconde
f= golffrequentie in hertz, aantal malen/sec dat golf volledige sinus doorloopt
KNF:
- meestal trillingen door externe oscillator (gedwongen trilling) ipv natuurlijke trilling
- golffrequentie bepaald door trillingbron niet door medium
, - golflengte: zowel golfsnelheid als golffrequentie dus eigenschappen medium & trillingsbron
Transversale golf: verticale trilling = lopende golf in horizontale richting, richting trillingsuitslag
deeltjes in medium loodrecht op voortplantingsrichting golf
Longitudinale golf:
- bij ultrageluid
- bewegingsrichting deeltjes parallel voortplantingsrichting golf (afbeelding 3, 1.7)
Voortplanting geluid in gassen/vloeistoffen/vaste stoffen: golven breiden zich in een
voorkeursrichting of radiair (cirkelvormig) uit vanuit trillingsbron.
Geluidsgolven in biologische weefsels
Biologische weefsels, te maken met:
- absorptie
- inhomogeniteiten
- reflectie
- refractie
- verstrooiing van geluid
Geluidssnelheid/voortplantingssnelheid in weefsels:
- Afhankelijk van elasticiteit, temperatuur en druk
- Meeste biologische weefsels = vergelijkbaar vloeistof, 1.540m/s, bot = hoger
Absorptie
- verlies energie -> warmte
- toename verplaatsing in medium -> afname energie geluidsgolf
- mechanische eigenschappen medium van belang
Hoge frequentie: snel uitrekken en induwen elastische deeltjes -> veel energie verloren = kleiner
doordringvermogen
Lagere frequentie -> minder verzwakt, hogere doordringbaarheid
KNF: verzwakking 1dB per cm per Mhz -> echo gaat heen en weer -> 2dB/cm diepte per MHz
100dB verzwakking, 2,5Mhz probe -> 100/2,5 = 40/2(cm diepte) = 20cm diep in weefsel
Bot: hele hoge verzwakkingsfactor -> transcranieel : 2-2,5MHz
Time gain compensation: hoe groter de afstand hoe langere tijd zendpuls -> elektronische
versterking noodzakelijk -> verbetering weergave structuren op grotere afstand.
Inhomogeniteit
Verschillende weefsels, verschillende dichtheden/elasticiteit etc -> verschillende geluids
voortplantingssnelheden
Definitie: ruimtelijk begrensde verandering van akoestische eigenschappen ->
reflectie/refractie/verstrooiing
Reflectie
terugkaatsing deel geluidsgolf op grenslaag twee media met andere voortplantingssnelheid. Groter
verschil = grotere terugkaatsing
Afmeting weerkaatsende medium > golflengte invallende geluidsgolf
, Regelmatige reflector: terugkaatsing in richting bepaald door hoek tussen reflector & inkomende
golfbundel
Onregelmatige reflector: terugkaatsing in verschillende richtingen -> klein deel energie maar
opgevangen -> zwakker signaal dan ingezonden signaal
Diffuse reflector: grensvlak = losse deeltjes die afzonderlijk trillen -> deels terugkaatsing en energie
in alle richtingen
Overgang weefsel: deel teruggekaatst deel dringt weefsel binnen:
- refractie: afbuigen richting geluidsgolven, afhankelijk van verschil in voortplantingssnelheid
(vergelijkbaar brekingsindex)
- verstrooiing: geen reflectie maar energie in alle richtingen bij klein deeltje (bv luchtbel) <
golflengte
Principe Huygens: klein deeltje gaat trillen -> secundaire trillingsbron -> verstrooiing.
Veel kleine deeltjes -> ingezonden signaal kan verloren gaan -> geen echobeeld (vergelijkbaar slecht
zicht bij mist).
Overgang transducer & huid: ook absorptie & reflectie -> verminderen door akoestische tussenlaag -
> gel
Transducers en echografische beeldvorming
Ultrageluidtransducer: omzetten elektrische energie in akoestische drukgolven
Piëzo-elektrisch effect:
- Piezo elektrisch kristalblokje veranderd van grootte -> opwekken oscillerende drukgolf in
weefsel.
- Resonantiefrequentie afhankelijk fysische eigenschappen & grootte blokje
- Druk op blokje -> elektrische spanning (vb: vonkje bij gasaansteker)
- Kristal ontvangt geluidsecho (oscillerende drukgolf) -> wisselende spanning -> versterking en
visuele weergave
Geluidsveld
Geluid is in bepaalde richting gebundeld:
- Nabije veld/ Fresnel zone: geluidsveld op korte afstand, diameter geluidsbundel gelijk aan
diameter transducer
- Grotere afstand naar een punt (R), langere duur -> groter faseverschil
- Elk punt op transducer oppervlak = een aparte trillingsbron -> afstand R tot midden
transducer anders dan tot rand transducer.
- Interferentie: versterken of verzwakken van golven afkomstig van verschillende
locaties transducer. ½ ʎ (golflengte) tegengestelde fase = uitdoving. 1ʎ = summatie
- geluidsveldsterkte nabije veld = inhomogeen
- continue oscillatie: uitdoving bij ½, 1 ½ 2 ½ etc
- pulsoscillatie: klein aantal golfperioden daarna pauze -> afstandsverschil groter dan
n*ʎ = geen interferentie -> verbetering van geluidsveldhomogeniteit
- Verre veld/fraunhofer zone
- na een bepaalde afstand als weglengteverschil <1/2ʎ
- geen storende interferrentie
- bundeldiameter neemt toe met de afstand
HS 1 Inleiding echografie en doppleronderzoek
Duplex: echografieonderzoek en doppleronderzoek
Echografie: beeldvormend onderzoek, topografie (ligging & verhoudingen) anatomische structuren
KNF: arteriën als & hersenbasis, echografie perifere zenuwen & spieren.
Transducer: uitzenden hoogfrequente geluidsgolven, deels teruggekaatst door verschillende
weefsels.
Meten tijdsinterval tussen uitgezonden signaal en opgevangen echo. Geleidingssnelheid geluid
binnen weefsel bekend -> afstand tussen transducer & weefselstructuren berekenen -> echografisch
beeld, doorsnede deel van lichaam.
Doppler: dezelfde transducer, geluidsgolven richten op stromende bloeddeeltjes in bloedvat, terug
ontvangen signaal andere frequentie dan ingezonden signaal (door bewegende reflector) -> doppler
effect.
Frequentieverandering -> bepalen van de bloedstroomsnelheid en richting
Duplex:
- echo: weefsel en vaatstructuren in 1 vlak
- doppler: bloedstroomsnelheden & richting
- kleurgecodeerd: verschillende kleuren voor verschillende snelheden
Basale fysica trillingen & golven
Mechanische trilling/oscillatie: heen en weer gaande beweging om een middelpunt dat zich met
regelmatige intervallen herhaald -> Periodieke harmonische bewegingen (vb trillen trommelvlies),
herhalend sinuspatroon
Trillingsparameters:
- Trillingsamplitude: maximale uitslag beweging rond evenwichtspunt
- Trillingsperiode: tijd waarin sinussignaal herhaalt (in seconden)
- Trillingsfrequentie: aantal periodes per seconde (in herz), bepaalt de toonhoogte
f(Hz = 1/s) = 1/T(s)
Ultrasoon geluid/ultrageluid: >19kHz, niet meer voor mensen waar te nemen
medische diagnostiek: 1 tot 20 MHz
Energiebehoud
Wet van behoud van energie, bijvoorbeeld met een veer uittrekken:
- Veer uittrekken = energie toevoegen, opgeslagen in spanning van de veer -> potentiële
energie
- Veer loslaten = potentiële energie omzetten in versnelling van massa naar evenwichtspunt ->
massa krijgt kinetische energie (bewegingsenergie)
- Massa bereikt evenwichtspunt, potentiële energie = 0,
- Massa door evenwichtspunt heen -> kinetische energie weer overgedragen in potentiële
energie door indrukken veer -> vertraging van de massa
- Snelheid massa 0 -> hele proces draait om -> periodieke oscillerende beweging
- Som kinetische energie en potentiële energie blijft constant
,Gedempte trilling:
- in theorie gaat het proces oneindig door
- in werkelijkheid: door wrijving wordt energie omgezet in warmte -> totale energie neemt af
- amplitude neemt in de tijd af totdat het systeem stil staat (evenwichtssituatie)
Eigen/natuurlijke frequentie systeem: afhankelijk van de fysische eigenschappen (massadichtheid,
grootte vd massa, veerstijfheid, lengte etc)
Resonantie
Gedwongen trilling: trillen in andere frequentie dan natuurlijke frequentie (door externe oscillator).
Kracht nodig om langzamer (massaversnelling verminderen) of sneller te laten trillen (massa meer
laten versnellen dan versnelling veer) dan natuurlijke frequentie.
Amplitude hangt af van frequentie van de externe oscillator: groter verschil in frequenties = kleinere
trillingsamplitude
Resonantiefrequentie:
- Frequentie met grootste trillingsamplitude
- Wanneer opgelegde frequentie gelijk is aan natuurlijke frequentie
Trillend deeltje bevindt zich meestal in groter geheel (vaste stof/gas/vloeistof) waardoor lopende
golven ontstaan (afbeelding 2, 1.5) = verticale trilling zorgt voor in de ruimte verplaatsende
golfbeweging van de bron af, een sinuspatroon
Mechanische golf
- hetzelfde als lopende golf. Mechanische interacties veroorzaken de verplaatsing
- definitie: systematische verstoring rust ordening materie, waarbij positie ruimtelijke
verstoring in de tijd veranderd
- akoestiek: wetenschap mechanische golfbewegingen (bv geluid)
Golfsnelheid/golflengte/golffrequentie
- afstand die begin van de lopende golf heeft afgelegd bij beweging trillingsbron wordt
bepaald door golfsnelheid
- golfsnelheid (m/s) is afhankelijk van elasticiteit medium
- elasticiteit hoog = voortplantingssnelheid laag/ stijf medium: snelheid hoog
- golfsnelheid= afstand die in 1 seconde wordt afgelegd
- golflengte = afstand die in 1 periode van sinusvormige beweging wordt afgelegd/ kleinste
afstand tussen twee punten in medium met dezelfde trillingsfase
- Hoge golffrequentie hoe korter 1 periode f= 1/T
Verband golflengte, golfsnelheid en golffrequentie:
ƛ(m) = V(m/s)/f(1/s)
ƛ = golflengte in meters
V= golf(voortplantings)snelheid in meters/seconde
f= golffrequentie in hertz, aantal malen/sec dat golf volledige sinus doorloopt
KNF:
- meestal trillingen door externe oscillator (gedwongen trilling) ipv natuurlijke trilling
- golffrequentie bepaald door trillingbron niet door medium
, - golflengte: zowel golfsnelheid als golffrequentie dus eigenschappen medium & trillingsbron
Transversale golf: verticale trilling = lopende golf in horizontale richting, richting trillingsuitslag
deeltjes in medium loodrecht op voortplantingsrichting golf
Longitudinale golf:
- bij ultrageluid
- bewegingsrichting deeltjes parallel voortplantingsrichting golf (afbeelding 3, 1.7)
Voortplanting geluid in gassen/vloeistoffen/vaste stoffen: golven breiden zich in een
voorkeursrichting of radiair (cirkelvormig) uit vanuit trillingsbron.
Geluidsgolven in biologische weefsels
Biologische weefsels, te maken met:
- absorptie
- inhomogeniteiten
- reflectie
- refractie
- verstrooiing van geluid
Geluidssnelheid/voortplantingssnelheid in weefsels:
- Afhankelijk van elasticiteit, temperatuur en druk
- Meeste biologische weefsels = vergelijkbaar vloeistof, 1.540m/s, bot = hoger
Absorptie
- verlies energie -> warmte
- toename verplaatsing in medium -> afname energie geluidsgolf
- mechanische eigenschappen medium van belang
Hoge frequentie: snel uitrekken en induwen elastische deeltjes -> veel energie verloren = kleiner
doordringvermogen
Lagere frequentie -> minder verzwakt, hogere doordringbaarheid
KNF: verzwakking 1dB per cm per Mhz -> echo gaat heen en weer -> 2dB/cm diepte per MHz
100dB verzwakking, 2,5Mhz probe -> 100/2,5 = 40/2(cm diepte) = 20cm diep in weefsel
Bot: hele hoge verzwakkingsfactor -> transcranieel : 2-2,5MHz
Time gain compensation: hoe groter de afstand hoe langere tijd zendpuls -> elektronische
versterking noodzakelijk -> verbetering weergave structuren op grotere afstand.
Inhomogeniteit
Verschillende weefsels, verschillende dichtheden/elasticiteit etc -> verschillende geluids
voortplantingssnelheden
Definitie: ruimtelijk begrensde verandering van akoestische eigenschappen ->
reflectie/refractie/verstrooiing
Reflectie
terugkaatsing deel geluidsgolf op grenslaag twee media met andere voortplantingssnelheid. Groter
verschil = grotere terugkaatsing
Afmeting weerkaatsende medium > golflengte invallende geluidsgolf
, Regelmatige reflector: terugkaatsing in richting bepaald door hoek tussen reflector & inkomende
golfbundel
Onregelmatige reflector: terugkaatsing in verschillende richtingen -> klein deel energie maar
opgevangen -> zwakker signaal dan ingezonden signaal
Diffuse reflector: grensvlak = losse deeltjes die afzonderlijk trillen -> deels terugkaatsing en energie
in alle richtingen
Overgang weefsel: deel teruggekaatst deel dringt weefsel binnen:
- refractie: afbuigen richting geluidsgolven, afhankelijk van verschil in voortplantingssnelheid
(vergelijkbaar brekingsindex)
- verstrooiing: geen reflectie maar energie in alle richtingen bij klein deeltje (bv luchtbel) <
golflengte
Principe Huygens: klein deeltje gaat trillen -> secundaire trillingsbron -> verstrooiing.
Veel kleine deeltjes -> ingezonden signaal kan verloren gaan -> geen echobeeld (vergelijkbaar slecht
zicht bij mist).
Overgang transducer & huid: ook absorptie & reflectie -> verminderen door akoestische tussenlaag -
> gel
Transducers en echografische beeldvorming
Ultrageluidtransducer: omzetten elektrische energie in akoestische drukgolven
Piëzo-elektrisch effect:
- Piezo elektrisch kristalblokje veranderd van grootte -> opwekken oscillerende drukgolf in
weefsel.
- Resonantiefrequentie afhankelijk fysische eigenschappen & grootte blokje
- Druk op blokje -> elektrische spanning (vb: vonkje bij gasaansteker)
- Kristal ontvangt geluidsecho (oscillerende drukgolf) -> wisselende spanning -> versterking en
visuele weergave
Geluidsveld
Geluid is in bepaalde richting gebundeld:
- Nabije veld/ Fresnel zone: geluidsveld op korte afstand, diameter geluidsbundel gelijk aan
diameter transducer
- Grotere afstand naar een punt (R), langere duur -> groter faseverschil
- Elk punt op transducer oppervlak = een aparte trillingsbron -> afstand R tot midden
transducer anders dan tot rand transducer.
- Interferentie: versterken of verzwakken van golven afkomstig van verschillende
locaties transducer. ½ ʎ (golflengte) tegengestelde fase = uitdoving. 1ʎ = summatie
- geluidsveldsterkte nabije veld = inhomogeen
- continue oscillatie: uitdoving bij ½, 1 ½ 2 ½ etc
- pulsoscillatie: klein aantal golfperioden daarna pauze -> afstandsverschil groter dan
n*ʎ = geen interferentie -> verbetering van geluidsveldhomogeniteit
- Verre veld/fraunhofer zone
- na een bepaalde afstand als weglengteverschil <1/2ʎ
- geen storende interferrentie
- bundeldiameter neemt toe met de afstand
