Medisin for ikkemedisinere - NTNU

Page 1

Medisin for ikkemedisinere

Ultralyd i medisin

Hans Torp Institutt for fysiologi og biomedisinsk teknikk

NTNU

Hans TorpNTNU, Norway

Ultralyd i medisin

• Litt ultralydfysikk og historisk tilbakeblikk

• Ultralyd avbildning

• Ultralyd Doppler for måling av hastighet

• Er ultralyd skadelig for pasienten?

• Nye teknikker under utvikling

Hans TorpNTNU, Norway

Ultrasonic M-Mode (Motion Mode)

Hans TorpNTNU, Norway

Ultrasonic wave propagation Echoes from tissue structures are received and displayed

First Cardiac trials by Edler and Hertz in 1953

Page 2

Real-time Ultrasound B-mode1974

N. Bom & al. “Multiscan EchoCardiograph” Ultrasound in Medicine aug. 74

Hans TorpNTNU, Norway

Probe• 32-128 elementer

(bare noen få vist her)

• Stråleforming ihovedplanet for styringog fokusering av strålen

• Akustisk linse forfokusering i den andredimensjonen

Page 3

Elektronisk strålefokusering

Fokus

Fokus

Fokusering Styring og fokusering

ÅgeGrønningsæter

Real-time 2D B-modeWall motion assessment

Hans TorpNTNU, Norway

Ultralydprober

Page 4

Lever

Nyre

�

Lyden forandrer frekvens vedbevegelse

oo

Bilens hastighet: 70 km/time ~ 6% av lyd-hastighet

Ét halvtone-trinn i 12-toneskalaen: 2 = 5.94 %

Endring i frekvens (turtall): 6% + 6% = 12 %

1/12

Hans TorpNTNU, Norway

Page 5

time

Velocity

CW/PW Doppler blood flow meter

PEDOF developed in Trondheim 1976

Blood velocity Mitral inflow

Normal relaxation

Delayed relaxation

Hans TorpNTNU, Norway

Color Doppler velocity imaging

PW Doppler: Velocity from one point

Color flow imaging:Velocities in the whole imag

Color M-mode: Velocities along a lineHans TorpNTNU, Norway

Farge Doppler iklaffediagnostikk

Normal mitralklaffStenotisk mitralklaff

Hans TorpNTNU, Norway

Page 6

Bio-effekter av ultralyd

• Termisk effekt:– Oppvarming av vev

– Fysioterapi: Varme opp muskler/sener

• Mekanisk effekt:– Sterke vibrasjonar kan skade vev

– Medisin: Knuse nyre-/ gallestein

• Innanfor anbefalte grenser er det ikkepåvist at diagnostisk ultralyd er skadelig

Hans TorpNTNU, Norway

Bio-effekter av ultralyd

Termisk effekt (oppvarming av vev)

- Maks akustisk intensitet: 720 mW/cm^2 (FDA)

- TI termisk indeks = antall grader oppvarming

Mekaniske effekter (kavitasjon)

- Mekanisk Indeks

MI = peak neg. trykk/sqrt(frekvens)

Maks tillatt MI = 1.9 (FDA)

Filosofi: - Biologiske effekter skal være reversible- TI og MI skal oppgis på skjermen, og vurderes av operatør

Hans TorpNTNU, Norway

Hvorfor øke akustisk effekt idiagnostisk ultralyd?

- Bedret følsomhet for Doppler blodstrømsmåling

- Generering av sjokkbølger, som kan gi bedre bildekvalitet (harmonisk avbildning)

Hans TorpNTNU, Norway

Page 7

Non-linear acoustics inUltrasound Imaging

Body wall

object

Nonlinear propagation

Transducer

nonlinear scattering

Hans TorpNTNU, Norway

Ikke-lineær propagering avbølger

Fundamental and secondharmonic signal separated by

filter

0 1 2 3 4 5x 106

-20

0

20

40

60

80

20 40 60 80 100

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Fundamental Signal from septumNoise from LV cavity

2. harmonic-500 0 5000

50

100

150

200

250

-10 0 100

50

100

150

200

250

Hans TorpNTNU, Norway

Page 8

Brain - 18 week fetus 5 MHzprobe

Fundamental OctaveHans TorpNTNU, Norway

Tissue movement:

Tissue Velocity Imaging

Moving upwardMoving downward

SystoleEarlyrelax.

Atrialsystole

Curved M-mode

Hans TorpNTNU, Norway

Page 9

Strain rate

LvvSR 12 −=

L v1

v2

Tissue velocity Strain rate

SR

Adapted from J-U. Voigt and A. Heimdal

ShorteningNo changeElongation

Wall motion quantification

SystoleEarlyrelax.

Atrialsystole

Curved M-mode

Normalsubject

Acuteinferior MI

Chronicinferior MI

Doppler Myocardial Imaging

GS

Strain Rate clinical potential (2):Detect hard objects

Normal breast Malignant tumor

Green: SR = 0 (Not compressed)Red SR > 0 Blue SR <0

Page 10

Work in progress

Velocity

Strain Rate

TimeHans TorpNTNU, Norway

High framerate/time resolutionSimultaneous velocity and strainTissue Doppler Sound

3D Transvaginal ultralyd

Hans TorpNTNU, Norway

Vekst studie foster

Page 11

Sevald BergNTNU, Norway

3D Fetus Trans-adomenSurface rendering

Hans TorpNTNU, Norway

Dynamisk 3D avbildning av hjertet

• Mitral valve with lupus (vegetation) and insufficiency

Hans TorpNTNU, Norway

Sett fra venstre ventrikkel Sett fra siden

Page 12

Real-time 3D imaging2D matrix array

• 32-192 elements in a 1Darray

• 32*32 ... 96*96 elementsin a 2D array

• 1000 - 10000 elements

• Cable

• Electronics

• Beamformer

50 x 1elements

50 x 50=2500elements

Nye metoder for blodstrøms-avbildning

Arteria bracialisKonvensjonellfarge-Doppler

Arteria bracialisNy metode

Carotis communisNy metode

Hans TorpNTNU, Norway

Ultralyd i svangerskapetEtiske aspekter

ved tidlig oppdagelse avabnormaliteter

Hans TorpNTNU, Norway