Medisin for ikkemedisinere

Transkript

1 Medisin for ikkemedisinere Ultralyd i medisin Hans Torp Institutt for sirkulasjon og medisinsk billeddiagnostikk NTNU Hans Torp NTNU, Norway

2 Ultralyd i medisin Diagnostisk ultralyd har en rekke fordeler Ingen skade/ubehag for pasienten Transportabelt utstyr, som kan brukes under varierende forhold Sanntid avbildning Måling av hastighet i blod og muskelvev

3 Ultralyd i medisin Litt ultralydfysikk Ultralyd avbildning fra grums til sylskarpe bilder Er ultralyd skadelig for pasienten? Ultralyd Doppler - fartskontroll i blodårene Nye teknikker under utvikling Hans Torp NTNU, Norway

4 Hva er ultralyd? Lydbølger Forplantningshastighet c Bølgelengde Frekvens f L Sammenheng:: L = c / f Hørbar lyd f = Hz Ultralyd f > Hz Diagnostisk ultralyd f f > Hz L c f Mannsstemme: ~ 1-2 meter 330 m/s (luft) Hz Damestemme: ~ meter 330 m/s (luft) Hz Medisinsk Ultralyd: mm 1540 m/s (bløtt vev) MHz

5 Utsendt lydfelt påvirkes av lydkildens størrelse og bølgelengden L c f 400 Mannsstemme: ~ 1-2 meter m/s (luft) Hz Damestemme: ~ meter m/s (luft) Hz Medisinsk Ultralyd: mm m/s 10 (bløtt vev) MHz 100

6 Ekko 1001, 1002,. Hoi! Hoi! Hoi! Hoi! Ekko er reflekterte lydbølger Vi kan regne ut avstanden til fjellet ved å måle tidsforsinkelsen

7 Ultrasonic M-Mode Mode (Motion Mode) Ultrasonic wave propagation Hans Torp NTNU, Norway Echoes from tissue structures are received and displayed First Cardiac trials by Edler and Hertz in 1953

8 elementer (bare noen få vist her) Stråleforming i hovedplanet for styring og fokusering av strålen Akustisk linse for fokusering i den andre dimensjonen Probe

9 Åge Grønningsæter Elektronisk strålefokusering Fokusering Styring og fokusering Fokus Fokus

10 Digital Beam Former A / D A / D A / D A / D #Channels: 100 A / D A / D A / D # digits per echo signal: Data per scanline: 3 M bytes Data per image: 150 M bytes Data per second: 1200 M bytes

11 Real-time 2D B-modeB Wall motion assessment ))) )))

12 Ultrasound Probes Hans Torp NTNU, Norwa Linear array High resolution Limited width Curve-linear array Large image width Large near field Phased array Small footprint 90 deg. sector format

13 Lever

14 Nyre

15 Ultralyd avbildning kan gjøres overalt - untatt der det er bein eller luft mellom organet og proben - for eksempel hjernen Hjernen 18 mndr gammelt foster Hans Torp NTNU, Norway

16 Ultrasound guided neuro surgery Hans Torp NTNU, Norway

17 Bioeffekter av ultralyd Termisk effekt: Oppvarming av vev Fysioterapi: Varme opp muskler/sener Termisk indeks TI = antall grader oppvarming. Anbefalt TI < 3 Mekanisk effekt: Sterke vibrasjonar kan gi kavitasjon og vevsskade Medisin: Knuse nyre-/ / gallestein Mekanisk indeks MI. Anbefalt MI < 1.9 Innenfor anbefalte grenser er det ikke påvist at diagnostisk ultralyd er skadelig Hans Torp NTNU, Norway

18 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

19 Inhomogen kroppsvegg defokuserer lydstrålen

20 Cardiac ultrasound imaging Acoustical noise due to - reverberations - aberrations

21 Non-linear acoustics in Ultrasound Imaging Transducer Nonlinear propagation nonlinear scattering object Body wall Hans Torp NTNU, Norway

22 Nonlinear propagation x x x x 10 6 Transmitted pulse Pulse after 6cm propagation

23 Fundamental and second harmonic signal separated by filter x 10 6 Fundamental Hans Torp NTNU, Norway Signal from 0 septum Noise from LV cavity harmonic

24 Oppløsning (skarphet) Probe-diameter D D Blenderåpning F: Fokaldybde F-tall f# = F/D Bølgelengde: L Oppløsning: f# L L F: Fokaldybde Eksempel Foto: L = 0.9 e-3 mm f# = 5.6 Oppløsning: mm ~ dpi Større probe -> Bedre oppløsning Høyere frekvens -> Bedre oppløsning Eksempel Ultralyd: L = 0.5 mm (3 MHz) f# = 8cm/2cm= 4 Oppløsning: 2 mm ~ 125 dpi

25 Embryo 7 uker. Ca 13 mm langt Simulert ultralydbilde Høyere frekvens gir bedre oppløsning

26 3D Transvaginal ultrasound The Lancet: In-vivo three-dimensional ultrasound reconstructions in the embryonic and early fetal period Harm-Gerd Blaas 1, Sturla H. Eik-Nes 1, Sevald Berg 2, Hans Torp 2 ;

27 3D Fetus Trans-adomen adomen Surface rendering

28 Ultrasound Contrast Agent to visualize capillary bloodflow in the myocardium Encapsulated gas bubbles Typical diameter 2-5um Intra-veneous injection Adaped Imaging Technique based on harmonic distortion of the ultrasonic wave Optison Released in US, England, Germany

29 Ultralyd Doppler Ultralyd probe

30 Lyden forandrer frekvens ved bevegelse j o o k b k Bilens hastighet: 70 km/time ~ 6% av lyd-hastighet 1/12 Ét halvtone-trinn i 12-toneskalaen: 2 = 5.94 % Hans Torp NTNU, Norway Endring i frekvens (turtall): 6% + 6% = 12 %

31 Ultralyd Doppler Ultralyd probe Dopplerskift fd = fo v/c + fo v/c = 2 fo v/c

32 CW/PW Doppler blood flow meter Blood velocity Mitral inflow Velocity Normal relaxation time Hans Torp NTNU, Norway PEDOF developed in Trondheim 1976 Delayed relaxation

33 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

34 Dynamisk 3D avbildning av hjertet Mitral valve with lupus (vegetation) and insufficiency Sett fra venstre ventrikkel Sett fra siden Hans Torp NTNU, Norway

35 Real-time 3D imaging 2D matrix array elements in a 1D array 32* *96 elements in a 2D array elements Cable Electronics 50 x 1 elements Beamformer 50 x 50 =2500 elements

36 Tissue movement:

37 Tissue Velocity Imaging Curved M-mode Hans Torp NTNU, Norway Moving upward Moving downward Systole Early relax. Atrial systole

38 Wall motion quantification Tissue velocity Strain rate Strain rate Curved M-mode L v 1 v 2 SR v v SR = 2 1 L Shortening No change Elongation Systole Early relax. Atrial systole Adapted from J-U. Voigt and A. Heimdal

39 GS Doppler Myocardial Imaging Normal subject Acute inferior MI Chronic inferior MI

40 Strain Rate clinical potential (2): Detect hard objects Normal breast Malignant tumor Green: SR = 0 (Not compressed) Red SR > 0 Blue SR <0

41 Work in progress Velocity Strain Rate Hans Torp NTNU, Norway High framerate/time resolution Simultaneous velocity and strain Tissue Doppler Sound Time

42 Nye metoder for blodstrøms- avbildning Arteria bracialis Konvensjonell farge-doppler Arteria bracialis Ny metode Carotis communis Ny metode Hans Torp NTNU, Norway

43 Off-pump bypass surgery(beating heart) bypass Coronary artery Quality control occlusion Vis film! Rune Haaverstad Stein Samstad Hans Torp

44 Ultralyd i svangerskapet Etiske aspekter ved tidlig oppdagelse av abnormaliteter Hans Torp NTNU, Norway