Ultralyd i medisin - NO
Transcription
Ultralyd i medisin - NO
Medisin for ikkemedisinere Ultralyd i medisin Hans Torp Institutt for fysiologi og biomedisinsk teknikk NTNU Hans Torp NTNU, 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 Torp NTNU, Norway Ultrasonic M-Mode (Motion Mode) Ultrasonic wave propagation Hans Torp Echoes from tissue structures are received and displayed First Cardiac trials by Edler and Hertz in 1953 NTNU, Norway Page 1 Real-time Ultrasound B-mode 1974 Hans Torp NTNU, Norway N. Bom & al. “Multiscan EchoCardiograph” Ultrasound in Medicine aug. 74 Probe • 32-128 elementer (bare noen få vist her) • Stråleforming i hovedplanet for styring og fokusering av strålen • Akustisk linse for fokusering i den andre dimensjonen Page 2 Elektronisk strålefokusering Fokusering Styring og fokusering s Foku Fokus Åge Grønningsæter Real-time 2D B-mode Wall motion assessment Hans Torp NTNU, Norway Ultralydprober Page 3 Lever Nyre Lyden forandrer frekvens ved bevegelse o j o Bilens hastighet: 70 km/time ~ 6% av lyd-hastighet 1/12 Ét halvtone-trinn i 12-toneskalaen: 2 = 5.94 % Endring i frekvens (turtall): 6% + 6% = 12 % Hans Torp NTNU, Norway Page 4 CW/PW Doppler blood flow meter Blood velocity Mitral inflow Velocity time Normal relaxation Hans Torp NTNU, Norway PEDOF developed in Trondheim 1976 Delayed relaxation Color Doppler velocity imaging PW Doppler: Velocity from one point Color flow imaging: Velocities in the whole imag Color M-mode: Velocities along a line Hans Torp NTNU, Norway Farge Doppler i klaffediagnostikk Stenotisk mitralklaff Normal mitralklaff Hans Torp NTNU, Norway Page 5 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 ikke påvist at diagnostisk ultralyd er skadelig Hans Torp NTNU, 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 Torp NTNU, Norway Hvorfor øke akustisk effekt i diagnostisk ultralyd? - Bedret følsomhet for Doppler blodstrømsmåling - Generering av sjokkbølger, som kan gi bedre bildekvalitet (harmonisk avbildning) Hans Torp NTNU, Norway Page 6 Non-linear acoustics in Ultrasound Imaging Transducer Nonlinear propagation nonlinear scattering object Body wall Hans Torp NTNU, Norway Ikke-lineær propagering av bølger Fundamental and second harmonic signal separated by filter 250 80 250 60 200 200 50 100 150 40 200 150 250 150 20 300 1000 350 100 400 450 -20 0 50 1 0 -500 0 2 3 50 4 5 6 x 10 20 40 60 80 100 Fundamental 0 Signal from septum 500 -10 0 10 Noise from LV cavity 2. harmonic Hans Torp NTNU, Norway Page 7 Brain - 18 week fetus 5 MHz probe Hans Torp Fundamental Octave NTNU, Norway Tissue movement: Tissue Velocity Imaging Curved M-mode Moving upward Moving downward Hans Torp NTNU, Norway Systole Early relax. Atrial systole Page 8 Wall motion quantification Strain rate Tissue velocity L v1 Strain rate Curved M-mode SR v2 SR = v 2 − v1 L Shortening No change Elongation Systole Early relax. Atrial systole Adapted from J-U. Voigt and A. Heimdal Doppler Myocardial Imaging Normal subject Acute inferior MI Chronic inferior MI 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 9 Work in progress Velocity Strain Rate Hans Torp NTNU, Norway High framerate/time resolution Simultaneous velocity and strain Tissue Doppler Sound Time 3D Transvaginal ultralyd Hans Torp NTNU, Norway Vekst studie foster Page 10 Sevald Berg NTNU, Norway 3D Fetus Trans-adomen Surface rendering Hans Torp NTNU, Norway Dynamisk 3D avbildning av hjertet • Mitral valve with lupus (vegetation) and insufficiency Sett fra venstre ventrikkel Sett fra siden Hans Torp NTNU, Norway Page 11 Real-time 3D imaging 2D matrix array 50 x 1 elements • 32-192 elements in a 1D array • 32*32 ... 96*96 elements in a 2D array • 1000 - 10000 elements • Cable • Electronics • Beamformer 50 x 50 =2500 elements Nye metoder for blodstrømsavbildning Arteria bracialis Konvensjonell farge-Doppler Arteria bracialis Ny metode Carotis communis Ny metode Hans Torp NTNU, Norway Ultralyd i svangerskapet Etiske aspekter ved tidlig oppdagelse av abnormaliteter Hans Torp NTNU, Norway Page 12