Medisin for ikkemedisinere Ultralyd i medisin Hans Torp Institutt for sirkulasjon og medisinsk billeddiagnostikk NTNU Hans Torp NTNU, Norway
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
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
Hva er ultralyd? Lydbølger Forplantningshastighet c Bølgelengde Frekvens f L Sammenheng:: L = c / f Hørbar lyd f = 20-20.000 Hz Ultralyd f > 20.000 Hz Diagnostisk ultralyd f f > 2.000.000 Hz L c f Mannsstemme: ~ 1-2 meter 330 m/s (luft) 165-330 Hz Damestemme: ~ 0.5-1 meter 330 m/s (luft) 330-660 Hz Medisinsk Ultralyd: 0.1-1 mm 1540 m/s (bløtt vev) 1.5-15 MHz
Utsendt lydfelt påvirkes av lydkildens størrelse og bølgelengden 50 50 50 100 100 400 L c f 400 Mannsstemme: ~ 1-2 meter 330 450 m/s (luft) 165-330 Hz Damestemme: ~ 0.5-1 meter 330 450 m/s (luft) 330-660 Hz Medisinsk Ultralyd: 0.1-1 mm 150 150 100 200 200 150 250 250 300 300 200 350 350 250 250 300 300 500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 500 1540 m/s 10 (bløtt 20 30 vev) 40 50 1.5 60 70-80 15 90MHz 100
Ekko 1001, 1002,. Hoi! Hoi! Hoi! Hoi! Ekko er reflekterte lydbølger Vi kan regne ut avstanden til fjellet ved å måle tidsforsinkelsen
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
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 Probe
Åge Grønningsæter Elektronisk strålefokusering Fokusering Styring og fokusering Fokus Fokus
Digital Beam Former A / D A / D A / D A / D #Channels: 100 A / D A / D A / D # digits per echo signal: 30.000 Data per scanline: 3 M bytes Data per image: 150 M bytes Data per second: 1200 M bytes
Real-time 2D B-modeB Wall motion assessment ))) )))
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
Lever
Nyre
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
Ultrasound guided neuro surgery Hans Torp NTNU, Norway
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
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
Inhomogen kroppsvegg defokuserer lydstrålen
Cardiac ultrasound imaging Acoustical noise due to - reverberations - aberrations
Non-linear acoustics in Ultrasound Imaging Transducer Nonlinear propagation nonlinear scattering object Body wall Hans Torp NTNU, Norway
Nonlinear propagation 0.02 0.12 0.015 0.1 0.01 0.005 0.08 0.06 0.04 0-0.005 0.02 0-0.01-0.02-0.015 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10-6 -0.04 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 x 10-6 20 20 10 10 0 0-10 -10-20 -20-30 -30-40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 10 6-40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 10 6 Transmitted pulse Pulse after 6cm propagation
Fundamental and second harmonic signal separated by filter 50 100 150 200 250 300 350 250 80 200 60 40 150 20 1000 250 200 150 100 400 450 20 40 60 80 100-20 0 1 2 3 4 5 50 50 x 10 6 Fundamental Hans Torp NTNU, Norway 0-500 0 500 Signal from 0 septum Noise from LV cavity -10 0 10 2. harmonic
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: 0.005 mm ~ 50000 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
Embryo 7 uker. Ca 13 mm langt Simulert ultralydbilde Høyere frekvens gir bedre oppløsning
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 ;
3D Fetus Trans-adomen adomen Surface rendering
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
Ultralyd Doppler Ultralyd probe
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 %
Ultralyd Doppler Ultralyd probe Dopplerskift fd = fo v/c + fo v/c = 2 fo v/c
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
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
Dynamisk 3D avbildning av hjertet Mitral valve with lupus (vegetation) and insufficiency Sett fra venstre ventrikkel Sett fra siden Hans Torp NTNU, Norway
Real-time 3D imaging 2D matrix array 32-192 elements in a 1D array 32*32... 96*96 elements in a 2D array 1000-10000 elements Cable Electronics 50 x 1 elements Beamformer 50 x 50 =2500 elements
Tissue movement:
Tissue Velocity Imaging Curved M-mode Hans Torp NTNU, Norway Moving upward Moving downward Systole Early relax. Atrial systole
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
GS Doppler Myocardial Imaging Normal subject Acute inferior MI Chronic inferior MI
Strain Rate clinical potential (2): Detect hard objects Normal breast Malignant tumor Green: SR = 0 (Not compressed) Red SR > 0 Blue SR <0
Work in progress Velocity Strain Rate Hans Torp NTNU, Norway High framerate/time resolution Simultaneous velocity and strain Tissue Doppler Sound Time
Nye metoder for blodstrøms- avbildning Arteria bracialis Konvensjonell farge-doppler Arteria bracialis Ny metode Carotis communis Ny metode Hans Torp NTNU, Norway
Off-pump bypass surgery(beating heart) bypass Coronary artery Quality control occlusion Vis film! Rune Haaverstad Stein Samstad Hans Torp
Ultralyd i svangerskapet Etiske aspekter ved tidlig oppdagelse av abnormaliteter Hans Torp NTNU, Norway