Tutorial 1 - Basic physics of ultra

Tutorial 1 - Basic physics of ultrasound and the Doppler phenomenon
BASIC PHYSICS OF ULTRASOUND AND THE DOPPLER PHENOMENON

Medical ultrasound imaging consists of using high pitched sound bouncing off tissues to generate images of internal body structures.

Frequency
Frequency refers to the number of cycles of compressions and rarefactions in a sound wave per second, with one cycle per second being 1 hertz. While the term ultrasound generally refers to sound waves with frequencies above 20,000 Hz (the frequency range of audible sound is 20 to 20,000 Hz), diagnostic ultrasound uses frequencies in the range of 1-10 million (mega) hertz.

Wavelength
The wavelength is the distance traveled by sound in one cycle, or the distance between two identical points in the wave cycle i.e. the distance from a point of peak compression to the next point of peak compression. It is inversely proportional to the frequency. Wavelength is one of the main factors affecting axial resolution of an ultrasound image. The smaller the wavelength (and therefore higher the frequency), the higher the resolution, but lesser penetration. Therefore, higher frequency probes (5 to 10 MHz) provide better resolution but can be applied only for superficial structures and in children. Lower frequency probes (2 to 5MHz) provide better penetration albeit lower resolution and can be used to image deeper structures.

Propagation velocity
The propagation velocity is the velocity at which sound travels through a particular medium and is dependant on the compressibility and density of the medium. Usually, the harder the tissue, the faster the propagation velocity. The average velocity of sound in soft tissues such as the chest wall and heart is 1540 metres/second.


ULTRASOUND TISSUE INTERACTIONS
Figure 1: Interactions of Ultrasound with tissue: Echocardiography, Bonita Anderson, Dutoit, Wiley-Blackwell
The interaction of ultrasound waves with organs and tissues encountered along the ultrasound beam can be described in terms of attenuation, absorption, reflection, scattering, refraction and diffraction.

Attenuation
Sound energy is attenuated or weakened as it passes through tissue because parts of it are reflected, scattered, absorbed, refracted or diffracted.

Reflection
A reflection of the beam is called an echo and the production and detection of echoes forms the basis of ultrasound. A reflection occurs at the boundary between two materials provided that a certain property of the materials is different. This property is known as the acoustic impedance and is the product of the density and propagation speed. If two materials have the same acoustic impedance, their boundary will not produce an echo. If the difference in acoustic impedance is small, a weak echo will be produced, and most of the ultrasound will carry on through the second medium. If the difference in acoustic impedance is large, a strong echo will be produced. If the difference in acoustic impedance is very large, all the ultrasound will be totally reflected. Typically in soft tissues, the amplitude of an echo produced at a boundary is only a small percentage of the incident amplitudes, whereas areas containing bone or air can produce such large echoes that not enough ultrasound remains to image beyond the tissue interface.
Figure 2: Production of an echo depending on relative acoustic impedances of the two media: From: Aldrich: Crit Care Med, Volume 35(5) Suppl.May 2007.S131-S137



Table 1: Percentage reflection of ultrasound at boundaries: From: Aldrich: Crit Care Med, Volume 35(5) Suppl.May 2007.S131-S137
At a tissue–air interface, 99% of the beam is reflected, so none is available for further imaging. Transducers, therefore, must be directly coupled to the patient’s skin without an air gap. Coupling is accomplished by use of gel between the transducer and the patient.

Scattering
Not all echoes are reflected back to the probe. Some of it is scattered in all directions in a non-uniform manner. This is especially true for very small objects or rough surfaces. The part of the scattering that goes back to reach the transducer and generate images is called backscatter.

Absorption
Tissue absorption of sound energy contributes most to the attenuation of an ultrasound wave in tissues.

Refraction
The change in the direction of a sound wave on being incident upon a tissue interface at an oblique angle is refraction and is determined by Snell’s law. Follow this link for an explanation of this law: http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Ph...


TRANSDUCERS
Inside the core of the transducer are a number of peizo-electric crystals that have the ability to vibrate and produce sound of a particular frequency when electricity is passed through them. This is how ultrasound waves are formed. These transducers also act as receivers for the reflected echoes as they generate a small electric signal when a sound wave is incident upon it.

Duty factor
In

Kết quả (Việt) 1:

Vật lý cơ bản 1 - hướng dẫn của siêu âm và Doppler hiện tượngCÁC VẬT LÝ CƠ BẢN CỦA SIÊU ÂM VÀ DOPPLER HIỆN TƯỢNG Hình ảnh siêu âm y tế bao gồm sử dụng cao pitched âm thanh nảy ra mô để tạo ra hình ảnh của các cấu trúc bên trong cơ thể. Tần sốTần số đề cập đến số lượng các chu kỳ của nén và rarefactions trong một làn sóng âm thanh cho một thứ hai, với một chu kỳ mỗi thứ hai là 1 hertz. Trong khi siêu âm thuật ngữ thường đề cập đến sóng âm thanh với tần số trên 20.000 Hz (dải tần số âm thanh âm thanh là 20 đến 20.000 Hz), siêu âm chẩn đoán sử dụng tần số trong khoảng từ 1-10 triệu (mega) hertz. Bước sóngBước sóng là khoảng cách đi du lịch bằng âm thanh trong một chu kỳ, khoảng cách giữa hai điểm giống hệt nhau trong làn sóng chu kỳ tức là khoảng cách từ một điểm đỉnh nén đến mức đỉnh nén, tiếp theo. Đó là tỷ lệ nghịch với tần số. Bước sóng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ phân giải trục của một hình ảnh siêu âm. Bước sóng nhỏ hơn (và do đó cao tần số), độ phân giải cao hơn, nhưng ít xâm nhập. Do đó, đầu dò tần số cao (5 đến 10 MHz) cung cấp độ phân giải tốt hơn nhưng có thể được áp dụng cho các bề mặt cấu trúc và ở trẻ em. Đầu dò tần số thấp (2-5MHz) cung cấp thâm nhập tốt hơn mặc dù độ phân giải thấp hơn và có thể được sử dụng để hình ảnh cấu trúc sâu hơn. Vận tốc Lan truyềnTốc độ truyền là tốc độ mà tại đó âm thanh đi qua một phương tiện cụ thể và phụ thuộc vào việc nén và mật độ trung bình. Thông thường, các khó hơn các mô, nhanh hơn vận tốc Lan truyền. Vận tốc trung bình của âm thanh trong mô mềm như tường ngực và tim là 1540 m/giây. SIÊU ÂM MÔ TƯƠNG TÁC Hình 1: Tương tác thiết bị siêu âm với mô: quaœn, Bonita Anderson, Dutoit, Wiley-BlackwellSự tương tác của sóng siêu âm với các cơ quan và mô gặp dọc theo các chùm tia siêu âm có thể được mô tả trong điều khoản của sự suy giảm, sự hấp thụ, phản xạ, tán xạ, khúc xạ và nhiễu xạ. Sự suy giảmÂm thanh năng lượng attenuated hoặc làm suy yếu khi nó đi qua mô bởi vì các bộ phận của nó được phản ánh, rải rác, hấp thụ, xạ hoặc diffracted. Phản ánhMột sự phản ánh của các chùm tia được gọi là một echo và sản xuất và phát hiện vang tạo thành cơ sở của siêu âm. Một sự phản ánh xảy ra tại ranh giới giữa hai vật liệu miễn là một tài sản nhất định của các vật liệu khác nhau. Tài sản này được gọi là trở kháng loa và là sản phẩm của tốc độ mật và tuyên truyền. Nếu hai vật liệu có trở kháng âm thanh tương tự, ranh giới của họ sẽ không sản xuất một echo. Nếu sự khác biệt trở kháng loa nhỏ, một echo yếu sẽ được sản xuất, và hầu hết thiết bị siêu âm sẽ thực hiện thông qua các phương tiện thứ hai. Nếu sự khác biệt trong âm thanh trở kháng lớn, một echo mạnh mẽ sẽ được sản xuất. Nếu sự khác biệt trong âm thanh trở kháng là rất lớn, tất cả thiết bị siêu âm này sẽ được hoàn toàn phản ánh. Thông thường trong mô mềm, biên độ một echo được sản xuất tại một ranh giới là chỉ có một tỷ lệ nhỏ của amplitudes khi gặp sự cố, trong khi đó khu vực có xương hoặc không khí có thể sản xuất như vậy tiếng vang lớn không đủ thiết bị siêu âm còn lại để hình ảnh giao diện mô. Hình 2: Sản xuất một echo tùy thuộc vào impedances âm thanh tương đối của các phương tiện truyền thông hai: từ: Aldrich: sân bay Crit sóc Med, khối lượng 35(5) Suppl.May 2007.S131-S137 Bảng 1: Tỷ lệ phần trăm sự phản ánh của siêu âm tại ranh giới: từ: Aldrich: sân bay Crit sóc Med, khối lượng 35(5) Suppl.May 2007.S131-S137Một giao diện mô-không khí, 99% của các chùm tia được phản ánh, vì vậy, không là có sẵn cho thêm hình ảnh. Cảm biến, vì vậy, phải được trực tiếp cùng với da của bệnh nhân mà không có một khoảng cách của máy. Khớp nối được thực hiện bằng cách sử dụng gel giữa biến năng và bệnh nhân. Tán xạKhông phải tất cả vang được phản ánh về việc thăm dò. Một số của nó rải rác trong tất cả các hướng dẫn một cách không mặc đồng phục. Điều này đặc biệt đúng cho các đối tượng rất nhỏ hoặc bề mặt thô. Là một phần của sự tán xạ đi trở lại để tiếp cận với biến năng và tạo ra các hình ảnh được gọi là backscatter. Hấp thụMô hấp thu năng lượng âm thanh đặt góp phần vào sự suy giảm của một làn sóng siêu âm trong mô. Khúc xạSự thay đổi trong sự chỉ đạo của một làn sóng âm thanh trên bị sự cố khi một giao diện mô tại một góc xiên là khúc xạ và được xác định bởi luật pháp của Snell. Làm theo liên kết này cho một lời giải thích của luật này: http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Ph... CẢM BIẾNBên trong lõi transducer là một số tinh thể peizo-điện có khả năng rung động và sản xuất âm thanh của một tần số cụ thể khi điện được truyền qua chúng. Điều này là làm thế nào làn sóng siêu âm được hình thành. Cảm biến này cũng hoạt động như thu cho vang phản ánh khi họ tạo ra một tín hiệu điện nhỏ khi một làn sóng âm thanh là khi gặp sự cố khi nó. Yếu tố nhiệm vụỞ

Kết quả (Việt) 2:

Hướng dẫn 1 - vật lý cơ bản của siêu âm và các hiện tượng Doppler
BASIC Vật lý HÀNH siêu âm VÀ DOPPLER HIỆN TƯỢNG hình ảnh siêu âm y tế bao gồm sử dụng âm thanh cao pitched nảy ra mô để tạo ra hình ảnh của cấu trúc cơ thể bên trong. Tần số Tần số là số chu kỳ của nén và rarefactions trong một sóng âm mỗi giây, với một chu kỳ mỗi giây là 1 hertz. Trong khi siêu âm ngữ thường dùng để chỉ các sóng âm thanh có tần số trên 20.000 Hz (dải tần số của âm thanh nghe được là từ 20 đến 20.000 Hz), siêu âm chẩn đoán sử dụng tần số trong khoảng từ 1-10 triệu (mega) hertz. Bước sóng Bước sóng là khoảng cách đi du lịch bằng âm thanh trong một chu kỳ, hoặc khoảng cách giữa hai điểm giống nhau trong chu kỳ sóng tức là khoảng cách từ một điểm của nén đỉnh điểm tiếp theo của nén cao điểm. Đây là tỷ lệ nghịch với tần số. Bước sóng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến độ phân giải trục của một hình ảnh siêu âm. Các nhỏ hơn bước sóng (và do đó cao hơn tần số), cao hơn độ phân giải, nhưng thâm nhập ít hơn. Vì vậy, đầu dò tần số cao hơn (5-10 MHz) cung cấp độ phân giải tốt hơn, nhưng có thể được áp dụng chỉ cho các cấu trúc bề mặt và ở trẻ em. Đầu dò tần số thấp hơn (2 đến 5MHz) cung cấp thâm nhập tốt hơn mặc dù độ phân giải thấp hơn và có thể được sử dụng để hình ảnh cấu trúc sâu hơn. Vận tốc lan truyền Vận tốc truyền là vận tốc mà âm thanh truyền qua môi trường đặc biệt và phụ thuộc vào độ nén và mật độ của môi trường . Thông thường, các khó hơn các mô, nhanh hơn vận tốc truyền sóng. Vận tốc trung bình của âm thanh trong các mô mềm như thành ngực và tim là 1.540 mét / giây. Siêu âm TƯƠNG TÁC mô hình 1: Tương tác của siêu âm với mô: Siêu âm tim, Bonita Anderson, Dutoit, Wiley-Blackwell Sự tương tác của sóng siêu âm với các cơ quan và các mô gặp dọc theo tia siêu âm có thể được mô tả trong các điều khoản của sự suy giảm, sự hấp thụ, phản xạ, tán xạ, khúc xạ và nhiễu xạ. sự suy giảm năng lượng âm thanh bị suy giảm hoặc yếu đi khi nó đi qua mô bởi vì các bộ phận của nó được phản ánh, phân tán, hấp thụ, khúc xạ hoặc nhiễu xạ. Reflection một sự phản ánh của các chùm tia được gọi là một tiếng vang và sản xuất và phát hiện các tiếng vọng tạo nên cơ sở của siêu âm. Một sự phản ánh xảy ra tại ranh giới giữa hai vật liệu được cung cấp một tài sản nhất định của vật liệu là khác nhau. Khách sạn này được gọi là trở kháng âm và là sản phẩm của các mật độ và tuyên truyền tốc độ. Nếu hai vật liệu có trở kháng âm cùng, ranh giới của họ sẽ không sản xuất một tiếng vang. Nếu sự khác biệt trong âm trở là nhỏ, một tiếng vang yếu sẽ được sản xuất, và hầu hết các siêu âm sẽ tiếp tục thông qua môi trường thứ hai. Nếu sự khác biệt trong âm trở là lớn, một tiếng vang mạnh mẽ sẽ được sản xuất. Nếu sự khác biệt trong âm trở là rất lớn, tất cả các siêu âm sẽ được hoàn toàn phản ánh. Thông thường trong các mô mềm, biên độ của một tiếng vang được sản xuất tại một ranh giới chỉ là một tỷ lệ phần trăm nhỏ của biên độ sự cố, trong khi khu vực chứa xương hoặc không khí có thể sản xuất vang lớn như vậy mà không đủ siêu âm vẫn còn để hình ảnh vượt ra ngoài giao diện mô. Hình 2: sản xuất một tiếng vang tùy thuộc vào trở kháng âm thanh tương đối của hai phương tiện truyền thông: Từ: Aldrich: Crit Care Med, Tập 35 (5) Suppl.May 2007.S131-S137 Bảng 1: Tỷ lệ phần trăm phản ánh của siêu âm ở ranh giới: Từ: Aldrich: Crit Chăm sóc Med, Tập 35 (5) Suppl.May 2007.S131-S137 Tại một giao diện mô-không khí, 99% của chùm tia phản xạ, vì vậy không có sẵn cho hình ảnh thêm. Cảm biến, do đó, phải được kết nối trực tiếp đến làn da của bệnh nhân mà không có một khoảng cách không khí. Khớp nối được thực hiện bằng cách sử dụng gel giữa đầu dò và bệnh nhân. Scattering Không phải tất cả những tiếng vọng được phản xạ trở lại để thăm dò. Một số của nó được nằm rải rác ở tất cả các hướng một cách không đồng đều. Điều này đặc biệt đúng đối với các đối tượng rất nhỏ hoặc các bề mặt gồ ghề. Các phần của sự tán xạ mà đi lại để đến đầu dò và tạo ra hình ảnh được gọi là tán xạ. Sự hấp thu hấp thụ mô năng lượng âm thanh đóng góp nhiều nhất cho sự suy giảm của sóng siêu âm ở các mô. Refraction Sự thay đổi theo hướng của sóng âm trên là sự cố trên một giao diện mô ở một góc xiên là khúc xạ và được xác định bởi luật Snell. Thực hiện theo liên kết này cho một lời giải thích của Luật này: http: //www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Ph ... dò Bên trong lõi của đầu dò một số tinh thể peizo điện mà có khả năng rung động và tạo ra âm thanh của một tần số cụ thể khi điện được truyền qua chúng. Đây là cách các sóng siêu âm được hình thành. Các đầu dò cũng hoạt động như thu cho những tiếng vọng phản ánh là họ tạo ra một tín hiệu điện nhỏ khi sóng âm là vụ việc trên nó. Yếu tố Duty Trong