Ultrasone beeldvorming is een medische beeldvormingstechniek die gebruikmaakt van
hoogfrequente geluidsgolven om beelden van interne structuren van het lichaam te creëren.
Hieronder wordt het principe van ultrasone beeldvorming gedetailleerd uitgelegd:
1. Gebruik van Ultrasoon Geluid
Ultrasoon geluid omvat geluidsgolven met een frequentie hoger dan 20 kHz (boven het hoorbare
bereik van mensen). In medische toepassingen ligt de frequentie meestal tussen 2 en 10 MHz.
Deze geluidsgolven worden gebruikt om niet-invasief interne structuren in het lichaam af te beelden,
zoals organen, weefsels, bloedvaten en zelfs een zich ontwikkelende foetus.
2. De Transducer
Een transducer is een apparaat dat elektrische energie omzet in ultrasone geluidsgolven en vice
versa.
Het belangrijkste onderdeel van de transducer is een piëzo-elektrisch kristal dat trilt wanneer het
wordt blootgesteld aan een elektrische spanning. Deze trillingen genereren ultrasone geluidsgolven.
Wanneer terugkerende echo’s het kristal raken, genereert het elektrische signalen die worden
omgezet in een beeld. (Lineaire en gefaseerde transducers).
3. Reflecties, Akoestische Impedantie, Transmissie coëfficiënt, Attenuatie en Absorptie
Reflecties: Ultrasone geluidsgolven reizen door het lichaam en worden gedeeltelijk teruggekaatst
(gereflecteerd) op grensvlakken tussen weefsels met verschillende eigenschappen (bijvoorbeeld
tussen spier en vet).
Akoestische Impedantie: Dit is een maat voor hoe een medium geluidsgolven tegenhoudt of doorlaat
(weerstand). Het is afhankelijk van de dichtheid en de snelheid van geluid in dat medium.
Het verschil in akoestische impedantie tussen twee weefsels bepaalt de sterkte van de
gereflecteerde echo. Een groter verschil geeft sterkere echo’s (bijvoorbeeld bot tegen zacht weefsel),
terwijl een klein verschil zwakkere echo’s geeft.
De transmissie coëfficiënt: de fractie van een geluidsgolf die doorheen de overgang van 2 materialen
gaat (1 — de reflectiecoëfficiënt).
Attenuatie: verlies van intensiteit van de ultrasone golf door absorptie en verstrooiing in het
medium.
Absorptie: proces waarbij akoestische energie wordt omgezet naar warmte-energie. Tgv viscositeit
De geluidssnelheid, akoestische impedantie en attenuatie is groter in bot dan lucht.
Hoe hoger frequentie, hoe korter golflengte.
4. Tijd, Echo en Diepte
De transducer zendt een ultrasone puls uit en meet de tijd die de gereflecteerde echo nodig heeft om
terug te keren.
De diepte van een structuur wordt berekend met de formule: geluidssnelheid x tijd /2
De snelheid van geluid in weefsels wordt aangenomen als ongeveer 1540 m/s.
,5. A-, B- en M-modus
A-modus (Amplitude-modus): In A-modus wordt de sterkte (amplitude) van de echo’s uitgezet als
een functie van de tijd (en dus de diepte). Dit resulteert in een grafiek met pieken, waarbij elke piek
een gereflecteerd signaal vertegenwoordigt. A-modus wordt zelden gebruikt in de moderne
beeldvorming.
B-modus (Brightness-modus): Dit is de standaardmodus in medische echografie. Hier worden de
echo’s vertaald naar punten op een tweedimensionaal beeld, waarbij de helderheid van elk punt de
sterkte van de echo weergeeft. Dit levert realistische beelden van interne structuren op.
M-modus (Motion-modus): Deze modus wordt gebruikt om bewegende structuren, zoals
hartkleppen, in beeld te brengen. De echo’s worden in de tijd gevolgd en weergegeven als een
grafiek, waarbij de y-as de diepte en de x-as de tijd vertegenwoordigt.
6. Beeldvorming in Lijnen
Ultrasone beelden worden opgebouwd uit meerdere lijnen die de reflecties langs verschillende
richtingen representeren:
• De transducer scant het weefsel met ultrasone pulsen langs verschillende lijnen.
• Elke lijn geeft informatie over de reflecties van structuren in een bepaalde richting.
• Door deze lijnen samen te voegen ontstaat een compleet tweedimensionaal beeld.
Een beeld is in feite een 2D frame met een aantal A-lijnen aangeduid met N (N>100). Hoe meer A-
lijnen, hoe beter de resolutie. Frame rate: aantal 2D beelden per seconde. Het gezichtsveld (FOV)
wordt bepaald door de sectorhoek. Lijn densiteit (LD) bepaald door N en FOV.
7. Biologische effecten
Thermische effecten: ultrasone energie wordt geabsorbeerd door weefsel = opwarming
Mechanische effecten: cavitatie en bubbelvorming tgv onderdruk
(Contrastmiddelen: humaan albumine als inkapselmateriaal)
, Magnetic Resonance Imaging (MRI) is een beeldvormingstechniek die gebruik maakt van sterke
magneetvelden, radiogolven en kernspinresonantie om gedetailleerde beelden van interne
structuren van het lichaam te verkrijgen.
1. Gebruik van een Sterk Magneetveld
Hoofdmagneetveld: Een sterke, homogene magneet (meestal 1,5 of 3 Tesla) wordt gebruikt om een
statisch magneetveld aan te leggen in de richting van de scanner. Dit magneetveld beïnvloedt de
kernspin van waterstofatomen in het lichaam.
Naast het hoofdmagneetveld ook spoelen:
- Shim spoelen: om de homogeniteit te verbeteren
- Radiofrequentie spoelen: uitzenden en ontvangen signalen
- Gradient spoelen: zorgen voor een lineaire variatie langsheen een bepaalde richting
Waterstofkernen (protonen) worden gebruikt omdat ze overvloedig aanwezig zijn in water en vet in
het lichaam en een magnetisch moment hebben.
Onder invloed van richten de spins van de protonen zich uit: parallel (lage energie) of antiparallel
(hoge energie) aan het magneetveld.
2. Magnetisch Moment van Waterstofkernen en Precessie
Protonen in waterstofkernen gedragen zich als kleine magneten en hebben een eigenschap genaamd
spin. Hierdoor hebben ze een magnetisch moment.
In het aangelegde magneetveld gaan deze magnetische momenten precesseren (rondtollen) rond de
richting van met een specifieke frequentie, de Larmor-frequentie. De Larmor-frequentie hangt lineair
af van de sterkte van het magneetveld.
- M0 is de evenwichtsmagnetisatie
- Mx,y is de transversale magnetisatie
- Mz is de longitudinale magnetisatie (positief als spins parallel > spins antiparallel)
3. Resonantie en RF Pulsen
Resonantieprincipe: Een radiofrequentiepuls (RF-puls) met dezelfde frequentie als de Larmor-
frequentie wordt uitgezonden door de RF-spoel. Hierdoor absorberen de protonen energie en
veranderen ze hun magnetische moment:
• Ze bewegen uit hun evenwichtspositie (richting van).
• De totale magnetisatie wordt in een transversaal vlak (loodrecht op) gebracht.
Signaaluitzending: Zodra de RF-puls wordt gestopt, keren de protonen terug naar hun
evenwichtspositie. Tijdens dit relaxatieproces zenden de protonen een RF-signaal uit dat
doorspoelen in de scanner wordt opgevangen.
hoogfrequente geluidsgolven om beelden van interne structuren van het lichaam te creëren.
Hieronder wordt het principe van ultrasone beeldvorming gedetailleerd uitgelegd:
1. Gebruik van Ultrasoon Geluid
Ultrasoon geluid omvat geluidsgolven met een frequentie hoger dan 20 kHz (boven het hoorbare
bereik van mensen). In medische toepassingen ligt de frequentie meestal tussen 2 en 10 MHz.
Deze geluidsgolven worden gebruikt om niet-invasief interne structuren in het lichaam af te beelden,
zoals organen, weefsels, bloedvaten en zelfs een zich ontwikkelende foetus.
2. De Transducer
Een transducer is een apparaat dat elektrische energie omzet in ultrasone geluidsgolven en vice
versa.
Het belangrijkste onderdeel van de transducer is een piëzo-elektrisch kristal dat trilt wanneer het
wordt blootgesteld aan een elektrische spanning. Deze trillingen genereren ultrasone geluidsgolven.
Wanneer terugkerende echo’s het kristal raken, genereert het elektrische signalen die worden
omgezet in een beeld. (Lineaire en gefaseerde transducers).
3. Reflecties, Akoestische Impedantie, Transmissie coëfficiënt, Attenuatie en Absorptie
Reflecties: Ultrasone geluidsgolven reizen door het lichaam en worden gedeeltelijk teruggekaatst
(gereflecteerd) op grensvlakken tussen weefsels met verschillende eigenschappen (bijvoorbeeld
tussen spier en vet).
Akoestische Impedantie: Dit is een maat voor hoe een medium geluidsgolven tegenhoudt of doorlaat
(weerstand). Het is afhankelijk van de dichtheid en de snelheid van geluid in dat medium.
Het verschil in akoestische impedantie tussen twee weefsels bepaalt de sterkte van de
gereflecteerde echo. Een groter verschil geeft sterkere echo’s (bijvoorbeeld bot tegen zacht weefsel),
terwijl een klein verschil zwakkere echo’s geeft.
De transmissie coëfficiënt: de fractie van een geluidsgolf die doorheen de overgang van 2 materialen
gaat (1 — de reflectiecoëfficiënt).
Attenuatie: verlies van intensiteit van de ultrasone golf door absorptie en verstrooiing in het
medium.
Absorptie: proces waarbij akoestische energie wordt omgezet naar warmte-energie. Tgv viscositeit
De geluidssnelheid, akoestische impedantie en attenuatie is groter in bot dan lucht.
Hoe hoger frequentie, hoe korter golflengte.
4. Tijd, Echo en Diepte
De transducer zendt een ultrasone puls uit en meet de tijd die de gereflecteerde echo nodig heeft om
terug te keren.
De diepte van een structuur wordt berekend met de formule: geluidssnelheid x tijd /2
De snelheid van geluid in weefsels wordt aangenomen als ongeveer 1540 m/s.
,5. A-, B- en M-modus
A-modus (Amplitude-modus): In A-modus wordt de sterkte (amplitude) van de echo’s uitgezet als
een functie van de tijd (en dus de diepte). Dit resulteert in een grafiek met pieken, waarbij elke piek
een gereflecteerd signaal vertegenwoordigt. A-modus wordt zelden gebruikt in de moderne
beeldvorming.
B-modus (Brightness-modus): Dit is de standaardmodus in medische echografie. Hier worden de
echo’s vertaald naar punten op een tweedimensionaal beeld, waarbij de helderheid van elk punt de
sterkte van de echo weergeeft. Dit levert realistische beelden van interne structuren op.
M-modus (Motion-modus): Deze modus wordt gebruikt om bewegende structuren, zoals
hartkleppen, in beeld te brengen. De echo’s worden in de tijd gevolgd en weergegeven als een
grafiek, waarbij de y-as de diepte en de x-as de tijd vertegenwoordigt.
6. Beeldvorming in Lijnen
Ultrasone beelden worden opgebouwd uit meerdere lijnen die de reflecties langs verschillende
richtingen representeren:
• De transducer scant het weefsel met ultrasone pulsen langs verschillende lijnen.
• Elke lijn geeft informatie over de reflecties van structuren in een bepaalde richting.
• Door deze lijnen samen te voegen ontstaat een compleet tweedimensionaal beeld.
Een beeld is in feite een 2D frame met een aantal A-lijnen aangeduid met N (N>100). Hoe meer A-
lijnen, hoe beter de resolutie. Frame rate: aantal 2D beelden per seconde. Het gezichtsveld (FOV)
wordt bepaald door de sectorhoek. Lijn densiteit (LD) bepaald door N en FOV.
7. Biologische effecten
Thermische effecten: ultrasone energie wordt geabsorbeerd door weefsel = opwarming
Mechanische effecten: cavitatie en bubbelvorming tgv onderdruk
(Contrastmiddelen: humaan albumine als inkapselmateriaal)
, Magnetic Resonance Imaging (MRI) is een beeldvormingstechniek die gebruik maakt van sterke
magneetvelden, radiogolven en kernspinresonantie om gedetailleerde beelden van interne
structuren van het lichaam te verkrijgen.
1. Gebruik van een Sterk Magneetveld
Hoofdmagneetveld: Een sterke, homogene magneet (meestal 1,5 of 3 Tesla) wordt gebruikt om een
statisch magneetveld aan te leggen in de richting van de scanner. Dit magneetveld beïnvloedt de
kernspin van waterstofatomen in het lichaam.
Naast het hoofdmagneetveld ook spoelen:
- Shim spoelen: om de homogeniteit te verbeteren
- Radiofrequentie spoelen: uitzenden en ontvangen signalen
- Gradient spoelen: zorgen voor een lineaire variatie langsheen een bepaalde richting
Waterstofkernen (protonen) worden gebruikt omdat ze overvloedig aanwezig zijn in water en vet in
het lichaam en een magnetisch moment hebben.
Onder invloed van richten de spins van de protonen zich uit: parallel (lage energie) of antiparallel
(hoge energie) aan het magneetveld.
2. Magnetisch Moment van Waterstofkernen en Precessie
Protonen in waterstofkernen gedragen zich als kleine magneten en hebben een eigenschap genaamd
spin. Hierdoor hebben ze een magnetisch moment.
In het aangelegde magneetveld gaan deze magnetische momenten precesseren (rondtollen) rond de
richting van met een specifieke frequentie, de Larmor-frequentie. De Larmor-frequentie hangt lineair
af van de sterkte van het magneetveld.
- M0 is de evenwichtsmagnetisatie
- Mx,y is de transversale magnetisatie
- Mz is de longitudinale magnetisatie (positief als spins parallel > spins antiparallel)
3. Resonantie en RF Pulsen
Resonantieprincipe: Een radiofrequentiepuls (RF-puls) met dezelfde frequentie als de Larmor-
frequentie wordt uitgezonden door de RF-spoel. Hierdoor absorberen de protonen energie en
veranderen ze hun magnetische moment:
• Ze bewegen uit hun evenwichtspositie (richting van).
• De totale magnetisatie wordt in een transversaal vlak (loodrecht op) gebracht.
Signaaluitzending: Zodra de RF-puls wordt gestopt, keren de protonen terug naar hun
evenwichtspositie. Tijdens dit relaxatieproces zenden de protonen een RF-signaal uit dat
doorspoelen in de scanner wordt opgevangen.
