Samenvatting Echografie OP1.2
OP1.2a College Wetmatigheden
Beeldopbouw
- Het beeld wordt van boven naar beneden opgebouwd als
tijdschaal (afstand).
- Het beeld wordt van links naar rechts opgebouwd door locatie
van element (geproduceerde beeldlijn).
Reflectie
Reflecties ontstaan alleen op het grensvlak van 2 media met
verschillende akoestische impedanties. Onafhankelijk van
voorplantingssnelheden in 2 media.
Wet van Snellius “begin”: inval = reflectie
Bij niet loodrechte inval, zal het gereflecteerde geluid niet terugkeren bij de transducer. Om een
scherp beeld te krijgen zonder ongewenste verplaatsingen moet je dus zoveel mogelijk loodrecht
aanstralen.
Effect net wel/net niet loodrechte inval, voorbeeld bij pezen:
Hierbij kan het beeld anders zijn dan de werkelijkheid als je de
transducer loodrecht op de huid zet. In de afbeelding zie je dat je
de transducer iets schuiner moet houden voor een correct beeld.
Niet reflecterend weefsel verstrooid het ultrageluid.
Verzwakking
Energie verlies kan voorkomen door:
Dabs = absorbation → geluid wordt omgezet in energie (bijvoorbeeld warmte)
Dref = reflection → deel van de energie gaat door en een deel komt terug
Ds = scattering → verstrooiing, energie gaat alle kanten op en veel daarvan gaat verloren
Frequentie
Hoe hoger de frequentie, hoe minder diep je kunt scannen. Hogere frequenties, worden meer
verzwakt dan lage frequenties.
Diffractie/scattering/verstrooiing, Rayleigh scattering
Verstrooiing van licht door deeltjes die kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Geldt ook voor
geluid. Veel delen in de lever zijn erg klein. Golflengte van 5 mhz transducer = 0,3 mm.
Bij reflectie tegen kleinere structuren dan de golflengte zal verstrooiing
van het geluid plaatsvinden. Ultrageluid wordt door bloed deeltjes bijv.
dus niet gereflecteerd maar verstrooid.
Hoge frequentie, kleine golflengte, meer details, meer verstrooiing,
minder indringdiepte.
Lage frequentie, grote golflengte, minder details, minder verstrooiing,
meer indringdiepte.
De verschillende groottes van de structuren geven elk een andere soort
verstrooiing.
Lever
De lever is grijs door veel verstrooiing
, - In de kleine ruimtes in de lever wordt het geluid verstrooid naar alle kanten
- Artefact
Hoe korreliger het beeld, hoe hoger de frequentie = hogere golflengte = meer verstrooiing
Refractie/Breking
Geluid veranderd van richting. Breking is afhankelijk van de hoek
van inval en verschil in voortplantingssnelheid van geluid.
Het geluid dat breekt gaat onder een andere hoek verder het
lichaam in door de verschillende media. Breking zorgt ervoor dat
informatie zich anders afbeeld.
Sterk afhankelijk van de verhouding v/d voortplantingssnelheid
in media. Hoek van refractie ≠ hoek van inval.
Refractie kan ook zorgen voor een artefact (bijv. het schedel van een foetus).
De wet van Snelius
Brekingswet, een natuurwet die aangeeft hoe lichtstralen gebroken worden op de overgang van het
ene medium naar het andere.
- Afhankelijk van hoek van inval en verschil in
voortplantingssnelheid van geluid
- Hoek van reflectie = hoek van inval
(als een spiegel)
- Hoek van refractie ≠ hoek van inval
(het doorgaan in een andere hoek)
OP1.2b College Piezo-elektrisch effect en
transducer
Transducer
Vorm
- Beeldvorm (lineair, sector, punt)
o Phaced arrey → taartpunt voor klein contactoppervlak en groot field of view (tussen
de ribben)
- Transducer vorm tbv toepassing
Frequentie (keuze onderzoeker)
Een transducer werkt met het elektro akoestisch effect, hij zet elektrische energie om in een
mechanische drukgolf. Piezo-elektrisch effect is een vorm van elektro akoestisch effect → elektrisch
energie wordt omgezet in geluid.
Er zijn materialen met piezo-elektrische eigenschappen. Als het materiaal vervormd, wordt er een
spanning opgewerkt of andersom → als je er spanning op zet, veranderd het materiaal.
Elektro akoestisch effect
Elektrische energie wordt omgezet naar een mechanische drukvorm. Door deze druk ontstaan
geluidsgolven. Transductie is het omzetten van een elektrisch signaal naar geluid, en andersom.
Het elektro akoestisch effect maakt gebruik van een gepulst (wissel)spanningsverschil, er wordt
uitgezonden en ontvangen door hetzelfde element. Zogenaamde golfreintjes.
, Door het spanningsverschil gaat het element trillen. Dit veroorzaakt een akoestische drukgolf. Er is
een groot verschil in de hoeveelheid energie die de transducer uitgaat en weer terugkomt. Zo gaat er
een paar honderd volt in en komt er een aantal millivolt terug.
Piezo akoestisch effect
In een transducer zitten Piëzo-elektrische elementen van natuurlijk of kunstmatig gemaakt keramisch
materiaal (tegenwoordig vaak PZT = lood zirconaat titanaat). Zo’n deeltje is opgebouwd uit dipolen
die worden gericht. Door het krimpen en uitzetten van het kristal in de transducer wordt een
spanning opgewekt die zorgt voor de energie. Dit elektrische signaal op het kristal is het piëzo-
elektrisch effect. Bij een hoge temperatuur polariseert PZT, hierdoor worden de dipolen gericht.
Opbouw transducer
De rij elementen hangen allemaal aan een draadje zodat er een spanning op kan worden gezet =>
materiaal bewegen / trillingen.
Een transducer maakt lijnen, iedere lijn ontstaat
door het gaan van het ene naar het andere medium.
De transducer is in bepaalde delen opgebouwd.
De linear array geeft de verschillende lijnen aan.
Rood = kwart labda laag, zo interfereren de golven
die eruit gaan niet met de golven die al terugkomen.
Groen = Isolatie en niet-waterdoorlatende laag.
Blauw = piëzo-elektrisch element, deze gaan
bewegen bij het spanningsverschil.
Hiernaast is de transducer nog een keer afgebeeld. Het
gele is het Backing material, dit zorgt voor het dempen
van het natrillen van ten gevolge van de gereflecteerde
bundel. Het groene is het piezo-elektrische kristal, dit
beweegt tijdens het spanningsverschil. De rode is de
laag die bij de lens hoort.
OP1.2a College Wetmatigheden
Beeldopbouw
- Het beeld wordt van boven naar beneden opgebouwd als
tijdschaal (afstand).
- Het beeld wordt van links naar rechts opgebouwd door locatie
van element (geproduceerde beeldlijn).
Reflectie
Reflecties ontstaan alleen op het grensvlak van 2 media met
verschillende akoestische impedanties. Onafhankelijk van
voorplantingssnelheden in 2 media.
Wet van Snellius “begin”: inval = reflectie
Bij niet loodrechte inval, zal het gereflecteerde geluid niet terugkeren bij de transducer. Om een
scherp beeld te krijgen zonder ongewenste verplaatsingen moet je dus zoveel mogelijk loodrecht
aanstralen.
Effect net wel/net niet loodrechte inval, voorbeeld bij pezen:
Hierbij kan het beeld anders zijn dan de werkelijkheid als je de
transducer loodrecht op de huid zet. In de afbeelding zie je dat je
de transducer iets schuiner moet houden voor een correct beeld.
Niet reflecterend weefsel verstrooid het ultrageluid.
Verzwakking
Energie verlies kan voorkomen door:
Dabs = absorbation → geluid wordt omgezet in energie (bijvoorbeeld warmte)
Dref = reflection → deel van de energie gaat door en een deel komt terug
Ds = scattering → verstrooiing, energie gaat alle kanten op en veel daarvan gaat verloren
Frequentie
Hoe hoger de frequentie, hoe minder diep je kunt scannen. Hogere frequenties, worden meer
verzwakt dan lage frequenties.
Diffractie/scattering/verstrooiing, Rayleigh scattering
Verstrooiing van licht door deeltjes die kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Geldt ook voor
geluid. Veel delen in de lever zijn erg klein. Golflengte van 5 mhz transducer = 0,3 mm.
Bij reflectie tegen kleinere structuren dan de golflengte zal verstrooiing
van het geluid plaatsvinden. Ultrageluid wordt door bloed deeltjes bijv.
dus niet gereflecteerd maar verstrooid.
Hoge frequentie, kleine golflengte, meer details, meer verstrooiing,
minder indringdiepte.
Lage frequentie, grote golflengte, minder details, minder verstrooiing,
meer indringdiepte.
De verschillende groottes van de structuren geven elk een andere soort
verstrooiing.
Lever
De lever is grijs door veel verstrooiing
, - In de kleine ruimtes in de lever wordt het geluid verstrooid naar alle kanten
- Artefact
Hoe korreliger het beeld, hoe hoger de frequentie = hogere golflengte = meer verstrooiing
Refractie/Breking
Geluid veranderd van richting. Breking is afhankelijk van de hoek
van inval en verschil in voortplantingssnelheid van geluid.
Het geluid dat breekt gaat onder een andere hoek verder het
lichaam in door de verschillende media. Breking zorgt ervoor dat
informatie zich anders afbeeld.
Sterk afhankelijk van de verhouding v/d voortplantingssnelheid
in media. Hoek van refractie ≠ hoek van inval.
Refractie kan ook zorgen voor een artefact (bijv. het schedel van een foetus).
De wet van Snelius
Brekingswet, een natuurwet die aangeeft hoe lichtstralen gebroken worden op de overgang van het
ene medium naar het andere.
- Afhankelijk van hoek van inval en verschil in
voortplantingssnelheid van geluid
- Hoek van reflectie = hoek van inval
(als een spiegel)
- Hoek van refractie ≠ hoek van inval
(het doorgaan in een andere hoek)
OP1.2b College Piezo-elektrisch effect en
transducer
Transducer
Vorm
- Beeldvorm (lineair, sector, punt)
o Phaced arrey → taartpunt voor klein contactoppervlak en groot field of view (tussen
de ribben)
- Transducer vorm tbv toepassing
Frequentie (keuze onderzoeker)
Een transducer werkt met het elektro akoestisch effect, hij zet elektrische energie om in een
mechanische drukgolf. Piezo-elektrisch effect is een vorm van elektro akoestisch effect → elektrisch
energie wordt omgezet in geluid.
Er zijn materialen met piezo-elektrische eigenschappen. Als het materiaal vervormd, wordt er een
spanning opgewerkt of andersom → als je er spanning op zet, veranderd het materiaal.
Elektro akoestisch effect
Elektrische energie wordt omgezet naar een mechanische drukvorm. Door deze druk ontstaan
geluidsgolven. Transductie is het omzetten van een elektrisch signaal naar geluid, en andersom.
Het elektro akoestisch effect maakt gebruik van een gepulst (wissel)spanningsverschil, er wordt
uitgezonden en ontvangen door hetzelfde element. Zogenaamde golfreintjes.
, Door het spanningsverschil gaat het element trillen. Dit veroorzaakt een akoestische drukgolf. Er is
een groot verschil in de hoeveelheid energie die de transducer uitgaat en weer terugkomt. Zo gaat er
een paar honderd volt in en komt er een aantal millivolt terug.
Piezo akoestisch effect
In een transducer zitten Piëzo-elektrische elementen van natuurlijk of kunstmatig gemaakt keramisch
materiaal (tegenwoordig vaak PZT = lood zirconaat titanaat). Zo’n deeltje is opgebouwd uit dipolen
die worden gericht. Door het krimpen en uitzetten van het kristal in de transducer wordt een
spanning opgewekt die zorgt voor de energie. Dit elektrische signaal op het kristal is het piëzo-
elektrisch effect. Bij een hoge temperatuur polariseert PZT, hierdoor worden de dipolen gericht.
Opbouw transducer
De rij elementen hangen allemaal aan een draadje zodat er een spanning op kan worden gezet =>
materiaal bewegen / trillingen.
Een transducer maakt lijnen, iedere lijn ontstaat
door het gaan van het ene naar het andere medium.
De transducer is in bepaalde delen opgebouwd.
De linear array geeft de verschillende lijnen aan.
Rood = kwart labda laag, zo interfereren de golven
die eruit gaan niet met de golven die al terugkomen.
Groen = Isolatie en niet-waterdoorlatende laag.
Blauw = piëzo-elektrisch element, deze gaan
bewegen bij het spanningsverschil.
Hiernaast is de transducer nog een keer afgebeeld. Het
gele is het Backing material, dit zorgt voor het dempen
van het natrillen van ten gevolge van de gereflecteerde
bundel. Het groene is het piezo-elektrische kristal, dit
beweegt tijdens het spanningsverschil. De rode is de
laag die bij de lens hoort.
