ULTRA-SONS: DEFINIÇÃO MÉDICA

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1 ULTRA-SONS: DEFINIÇÃO MÉDICA Em aplicações médicas, são usados ultra-sons de alta frequência no diagnóstico e tratamento de pacientes. A gama de frequências usada em imagem médica varia de 2-15 MHz. EFEITO PIEZOELÉCTRICO Princípio de conversão de energia através da aplicação de uma pressão ao cristal. O efeito piezoeléctrico inverso converte a energia de novo à sua forma original. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 44

2 IMAGEM MÉDICA FREQUÊNCIA DOS TRANSDUTORES 2.5 MHz 3,5MHz 5,0 MHz 7,5 MHz 10.0 MHz Abdómen (mais prof.) OB/Gin. Abdómen Geral, cardiologia, OB/Gin. Vascular, Seios, Gin Seios, Tiróide Seios, Tiróide, Veias Superficiais, Massas Superficiais INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 45

3 IMAGEM MÉDICA LARGURA DE BANDA DOS TRANSDUTORES Os transdutores ultra-sónicos respondem a uma gama de frequências, designada por largura de banda (bandwidth). É assim tecnologicamente possível produzir transdutores para aplicações médicas que operem em mais de que uma frequência, por exemplo: MHz para imagem abdominal geral MHz para imagem superficial. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 46

4 IMAGEM MÉDICA ATENUAÇÃO DOS SINAIS Definição: Redução da potência (amplitude) dos sinais à medida que as ondas acústicas se propagam através do meio objecto de diagnóstico. Frequência do transdutor Profundidade de penetração. As frequências mais elevadas são atenuadas ou absorvidas mais rapidamente de que as baixas frequências. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 47

5 IMAGEM MÉDICA COMPENSAÇÃO DO GANHO Ajustamento do ganho, controlado pelo operador, afim de compensar a atenuação dos ultra-sons à medida que estes se propagam ao longo dos tecidos. Tem de ser ajustado manualmente para cada tipo de tecido examinado, podendo ser manipulado ao longo do exame com o objectivo de optimizar a imagem. RESOLUÇÃO Capacidade em distinguir estruturas que se encontrem muito próximas, tanto em termos espaciais como em função do tempo (sinais). Depende da frequência. Resolução Gray Scale. Resolução Axial Resolução Lateral INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 48

6 IMAGEM MÉDICA RESOLUÇÃO GRAY SCALE Uma adequada resolução de escala de cinzentos permite distinguir mais claramente pequenas variações nos tecidos. Gama dinâmica (Dynamic Range) determina a quantidade de níveis de cinzento mostrados numa imagem. DR baixa DR elevada INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 49

7 IMAGEM MÉDICA FREQUÊNCIA VERSUS RESOLUÇÃO Frequência do transdutor Resolução e detalhe da imagem. Transdutores de mais elevada frequência providenciam melhor resolução: Melhor resolução da escala de cinzentos. Melhor Capacidade em distinguir detalhes. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 50

8 IMAGEM MÉDICA RESOLUÇÃO AXIAL E RESOLUÇÃO LATERAL A resolução espacial descreve o quanto, fisicamente, dois objectos próximos podem ser visualizados separadamente. Axial: ao longo da propagação do feixe. Lateral: perpendicular à propagação do feixe. Todos os equipamentos possuem uma resolução espacial menor ou igual a 1.0 mm. Transdutores Associe estas respostas ao tipo de resolução. Feixe Depende do comprimento do pulso ultrasónico (frequência). Depende da largura do feixe de ultra-sons. objectos INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 51

9 IMAGEM MÉDICA RESOLUÇÃO TEMPORAL Capacidade em determinar em que posição se encontram reflectores em diferentes instantes no tempo. Em imagens B-Scan, tal capacidade depende da designada frame rate. FREQUÊNCIA - RESUMO Frequência elevada Elevada resolução Baixa profundidade de penetração Transdutores de elevada frequência Uso superficial Frequência baixa Baixa resolução Elevada profundidade de penetração Transdutores de mais baixa frequência Uso abdominal em geral INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 52

10 COMPOSIÇÃO: TRANSDUTOR FORMAÇÃO DO FEIXE (BEAM FORMER) VISUALIZAÇÃO DA IMAGEM ARMAZENAMENTO DA INFORMAÇÃO TIPOS DE TRANSDUTORES ARRAYS Arrays Lineares Arrays com curvatura Phased Arrays Constituiídos por elevado número de elementos de material piezoeléctrico, podendo funcionar em grupos ou individualmente. Transdutor INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 53

11 ARRAYS DE TRANSDUTORES (CONT.) ARRAY LINEAR Os transdutores são colocados de modo paralelo entre si A face do array linear é plana Produz uma imagem rectangular INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 54

12 ARRAYS DE TRANSDUTORES (CONT.) PHASED ARRAY OU ARRAY SECTORIAL Os elementos do transdutor são montados em paralelo entre si ou na forma de anel. A face do transdutor apresenta-se com uma curvatura. Produz imagens de sectores. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 55

13 ARRAYS DE TRANSDUTORES (CONT.) FORMAS DO CAMPO DE VISTA (FIELD-OF-VIEW (FOV)) FOV LINEAR Produzido por arrays lineares. Tipicamente usados em aplicações superficiais FOV SECTORIAL Produzido pela oscilação e rotação da sonda usando arrays em curvatura / phased. Tipicamente usados em aplicações abdominais e cardíacas. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 56

14 MODOS DE VISUALIZAÇÃO A-Mode A-Mode B-Mode M-Mode Doppler Medição de descontinuidades nos tecidos. Medição da espessura dos tecidos. Representação da amplitude do eco (Y-axis) versus distância de propagação (X-axis) ao longo dos tecidos, a qual é determinada pela relação entre o tempo e a velocidade de propagação dos ultra-sons no tecido. Este modo também pode ser usado para calibrar outros modos. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 57

15 MODOS DE VISUALIZAÇÃO A-Mode APLICAÇÃO IMPORTANTE: BIOMETRIA (OFTOMOLOGIA) Biometria A-scan por ultra-sons constitui um tipo de teste de diagnóstico usado em oftalmologia. O A-scan proporciona dados sobre o comprimento da vista, o qual é um parâmetro determinante nos mais comuns problemas de visão. O objectivo é o cálculo da potência da lente intra-ocular. Sonda de 10 MHz Outra importante aplicação do A-scan consiste em determinar o tamanho e características ultra-sonoras de massas no olho, afim de as caracterizar. Isto é frequentemente designado por A-scan quantitativo. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 58

16 MODOS DE VISUALIZAÇÃO B-Mode Princípios Básicos Os sinais de eco detectados, são processados e convertidos em luminância, resultando numa visualização brightness- mode ou imagens B-mode. Em imagens B-mode, estruturas mais reflectivas surgem mais brilhantes de que as estruturas menos reflectivas. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 59

17 MODOS DE VISUALIZAÇÃO B-Mode Princípios Básicos Uma imagem completa é obtida repetindo o ciclo pulso-eco para muitos feixes (linhas) coplanares. Pulsos para linhas sucessivas são transmitidos, após todos os ecos provenientes da linha anterior terem sido detectados pelo transdutor. Uma vez detectados e processados todos os ecos de todas as linhas, estes são mapeados nos locais próprios na imagem (matriz de pixels), sendo visualizada uma imagem B-mode completa. O processo repete-se, obtendo-se novas frames geralmente a taxas de frames/s. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 60

18 ATENUAÇÃO EM TECIDOS A atenuação varia para os diferentes tipos de tecidos. Para a maioria, verifica-se uma atenuação na gama de db/cm/mhz. O facto de a atenuação depender fortemente da frequência, requer a utilização de mais baixas frequências para a realização de imagens mais profundas, no corpo humano, de modo a assegurar que uma intensidade de eco adequada é detectada pelo transdutor. ARRAYS - CONSTITUIÇÃO Um array pode ser constituído por elementos de transdutor. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 61

19 ARRAYS LINEARES CRIAÇÃO DO FEIXE Num array de transdutores lineares o feixe de ultra-sons é criado através da excitação eléctrica de um conjunto de elementos (transdutores). O pulso ultra-sonoro é emitido perpendicular aos elementos do array e é centrado em relação ao conjunto de elementos objecto de excitação. Elementos de Transdutor Feixes sucessivos são obtidos deslocando a excitação elemento a elemento. INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 62

20 ARRAYS SECTORIAIS (PHASED) CRIAÇÃO DO FEIXE (A) Inclinação electrónica do feixe acústico. (B) Focalização electrónica do feixe acústico. Phased Array INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 63

21 SONDAS ECOGRÁFICAS ARRAY COM CURVATURA ARRAY LINEAR ARRAY PHASED INSTRUMENTAÇÃO PARA IMAGIOLOGIA MÉDICA TÉCNICAS DE IMAGEM POR ULTRA-SONS 64