Schallentstehung, Schallphysik Ultraschall: - Erzeugung - Ausbreitung - Bilderzeugung - Auflösung - Artefakte - Neue Techniken
Schallentstehung, Schallphysik
Ultraschall: - Erzeugung
- Ausbreitung
- Bilderzeugung
- Auflösung
- Artefakte
- Neue Techniken
… und Schallempfang mittels Piezowandler
Kristalle
Schall-
erzeuger
Moleküle
Schallentstehung und Weiterleitung
Luft: 330 m/s
Aluminium: 6420 m/s
Biolog. Gewebe: 1540 m/s
1989 2000 2002 2005
1942 1959 - 1980 1950
Schallenstehung, Schallphysik
Ultraschall: - Erzeugung
- Ausbreitung
- Bilderzeugung
- Auflösung
- Artefakte
- Neue Techniken
Diagnostischer Ultraschall arbeitet mit
hochfrequenten Schwingungen im
Frequenzbereich von 1 bis 14 MHz
zum Vergleich:
der hörbare Bereich ist bis 20 KHz
Bildliche Darstellung der Echos:
Piezokristall
2 dimensionale bildliche
Darstellung von Echos:
Fetus 13 SSW
- Das US-Bild wird aus bis zu 512 US-Linien zusammengesetzt
- Echtzeitdarstellung (bis zu 120 Bilder/Sek)
- Schwarz/weiß Schnittbilddarstellung
Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge:
Frequenz: Anzahl der Schwingungen pro Zeit (1 Hz = 1/sec)
US-Frequenz 1-14 MHz
(1 bis 14 Millionen Schwingungen pro Sekunde)
Schallgeschwindigkeit = Frequenz x Wellenlänge
Eine Frequenz von 1-14 MHz und 1540 m/sec (mittlere Geschw.),
ergibt einen Wellenlängenbereich 0,8 – 0,15 mm
0,2 mm
+ -
7MHz
Beim Ultraschallverfahren
werden Unterschiede
der akustischen Impedanz
im Gewebe dargestellt
Reflexion
und
Transmission
Reflexion
und
Transmission
Knochen
distal von knöchernen
Strukturen
Schallschatten:
Reflexion
und
Transmission
Luft / Gas
distal
gasgefüllter Hohlräume
Schallschatten:
Distale Echoverstärkung
Laufzeitabhängige
Echosignalverstärkung
Time Gain Control
(TGC)
B-Bild-Optimierung
Time Gain Compensation (TGC)
Schieberegler, Verändern die Verstärkung in einer bestimmten Tiefe
Auflösungsvermögen
1. Laterale Auflösung
(elektronische Fokussierung)
2. Axiale Auflösung
3. Schichtdickenauflösung
laterale
Auflösung
(Fokussierung)
Fokussierung und laterale Auflösung:
Fadenphantom
F# = 1.0 Freq = 6 MHz
F# = 1.0 Freq = 12 MHz
Frequenz
Abhängigkeit der
lateralen Auflösung
Für eine hohe laterale
Bildauflösung benötigt man
viele, dicht nebeneinander
liegende Kristalle und eine
möglichst hohe Frequenz!
Elektronische Sende-
Fokussierung
Elektronische Sende-
fokussierung
Fernfeldfokus Nahfeldfokus
Elektronische Sendefokussierung
Fernfeldfokus
Nahfeldfokus
B-Bild-Optimierung - Fokusposition
korrekt falsch!
• Die Position beeinflusst die Intensität des Strahls und die
räumliche Auflösung
• Fokuszone in die Mitte oder an den unteren Rand des zu
beurteilenden Bereichs setzen
• Achtung: bei Verwendung mehrerer Fokuszonen wird der
Bildaufbau langsamer !
Sendeseitige
Mehrstufenfokussierung
Anzahl Fokuszonen:
Statische Strukturen
zwei oder mehr
Echokardiographie
nur eine
Auflösungsvermögen
1. Laterale Auflösung
(elektronische Fokussierung)
2. Axiale Auflösung
3. Schichtdickenauflösung
Axiales Auflösungsvermögen
Abhängigkeit des axialen Auflösungsvermögens von der Impulslänge
Auflösungsvermögen
1. Laterale Auflösung
(elektronische Fokussierung)
2. Axiale Auflösung
3. Schichtdickenauflösung
Beziehung
zwischen Schnitt-
und
Betrachtungs-
richtung
2D - Sonographie Darstellung einer Schichtdicke
von etwa einem Millimeter
Schichtdicke
Achtung:
Schichtdicken-
artefakt
Matrixarray
2 dimensionale
Fokussierung
Reduktion der
Schichtdicke
durch
elektronische
Fokussierung
Konventionell
versus
Matrixarray
Frequenz
Abhängigkeit
der
Eindringtiefe
Empfangsfrequenzen (immer aktiv)
Achtung! Je höher die Frequenz, desto besser ist die Auflösung
Aber: desto geringer wird die Eindringtiefe.
Pen
Res
P = Penetration, hohe Eindringtiefe
G = General, normal Bedingungen
R = Resolution, hohe Auflösung
Verfahren zur
Bildverbesserung:
- Tissue Harmonic Mode (THI)
- Sono CT (CRI)
- Automatic Tissue Optimization (ATO)
- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)
Tissue Harmonic
Mode
2.Harmonische
3.Harmonische
Grundfrequenz
oder
1.Harmonische eine nicht sinusförmige
Schwingung
=
Überlagerung mehrerer
sinusförmiger
Schwingungen
unterschiedlicher
Frequenz und Amplitude
Nebenkeulenartefakt
Nebenkeulenartefakt
Fundamental versus THI
Höhere Kontrastauflösung (durch reduzierte Rauschartefakte)
Nachteil: geringere Eindringtiefe
Fundamental
versus
THI 2,4 mm
1,6 mm
mit THI
ohne THI
Verfahren zur
Bildverbesserung:
- Tissue Harmonic Mode (THI)
- Sono CT (CRI)
- Automatic Tissue Optimization (ATO)
- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)
mit
Compound Resolution Imaging (CRI),
SonoCT, CrossBeam, DTCE…………..
ohne
Bessere Differenzierung zwischen
schwach echogenen Strukturen und
Flüssigkeiten
Verringerte räumliche Auflösung
Keine Schallschatten!
Verfahren zur
Bildverbesserung:
- Tissue Harmonic Mode (THI)
- Sono CT (CRI)
- Automatic Tissue Optimization (ATO)
- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)
Großer dynamischer Bereich Kleiner dynamischer Bereich
Dynamik
Verfahren zur
Bildverbesserung:
- Tissue Harmonic Mode (THI)
- Sono CT (CRI)
- Automatic Tissue Optimization (ATO)
- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)
Speckle
Reduction
Imaging
(SRI, XRES)
ohne mit
mit
ohne
höhere Kontrastauflösung
Bessere Gwebeabgrenzung
B-Bild-Optimierung – SRI, XRES
• Selbst im Nebel lassen sich Strukturen erahnen
• Details werden jedoch nicht scharf dargestellt
• Man interpoliert die wahre Struktur aus
der Erfahrung
* XRES arbeitet genau so, wahre Strukturen
werden durch Grauwertanpassung auf
Pixel-Ebene entsprechend angepaßt
ohne mit
Konventionell SonoCT SonoCT und XRES
Schallkopfgeometrie
Abbildungsbreite
Auflösung
Trapezmode
Virtuell Convex
Logiq
View
Siescape
Panoramic
View
Tipps für die Praxis
- Gerätephilosophie
- B-Bildoptimierung
Jeder Untersucher hat seine eigene
„Ultraschall-Brille“ auf!
Geräte-Philosophie
Doppler
Softkeytasten
(Appl. abhängig)
Messungen Text 2D-Imaging
Datenmanagement
Archiv 3D/4D
Softkeys
Side-
Menu Beispiel: 2D-Bild
1. Bildbreite
L/R Umkehr
2. Persistenz
O/U Invert
3. Dynamikbereich
4. Reject Level
5. SonoCT
6. Trapezoid
Geräte-Philosophie
B-Bildoptimierung
• Verstärkung, TGC
• Bildvergrößerung:
– Eindringtiefe
– Zoom
• Focus
• Dynamic Range (50 – 170 dB)
• Graukurve
• Bildfärbung
Show only the interesting parts of the image:
The resolution increases with a decreasing depth!
Image (Penetration) Depth
Lost
space
Lost
space 15 cm
11 cm
Zoom Function
Lesezoom:
Drehen des Zoom Reglers (im laufenden oder gefreeztem Bild)
Schreibzoom:
Drücken des Zoom Reglers (ändern der Boxgröße)
Es werden mehr Linien geschrieben, d.h. bessere Auflösung (nur im laufenden Bild)
correct
wrong!
2D-Image-Optimization – Focus Position
170 50
Dynamikbereich
hohe Dynamik
„weiches“ Bild
niedrige Dynamik
„hartes“ Bild
(kontrastreich)
2D-Image-Optimization – 2D-Chroma-Map
Weitere Parameter
• Frequenz
• Harmonic Imaging
• SonoCT, CRI, CrossBeam
• SRI, XRES, SNR, DTCE
(die meisten Parameter werden in Presets
gespeichert, so dass man nicht ständig
daran arbeitet)