27/06/2013

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ULTRASSONOGRAFIA

DANIEL DE SOUZA ALVESalvesdaniel@gmail.com

CURSO DE ESPECIALIZAO EM BIOMECNICAEEFD - UFRJ

INTRODUO

Introduo

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Mtodos de avaliao do complexo msculo tendo

Diagnstico e tratamento de leses

Tipos de treinamento

Envelhecimento

Introduo

4

Arquitetura Muscular

Mecnica dos Tendes

Geometria articular

Comprimento e curvatura do fascculo

ngulo de penao

Espessura muscular

Deslocamento do tendo

Complacncia

Histerese

Tenso-deformao

Brao de fora

Fora muscular Torque articular

Introduo

6

Tcnicas de Imagem

TomografiaComputadorizada (TC) Ressonncia Magntica (RM)

Ultrassonografia (US)

in vitro e ex vivoX

in vivo Maior fidedignidade, situaes reais

Introduo

7

Ultrassonografia

Imagem em tempo-real

Bom contraste entre tecidos

No exposio radiao ionizante

No invasivo

Portabilidade

Fcil manuseio

Baixo custo relativo

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Introduo

8

Arquitetura Muscular

Mecnica dos Tendes

Geometria articular

Comprimento e curvatura do fascculo

ngulo de penao

Espessura muscular

Deslocamento do tendo

Complacncia

Histerese

Tenso-deformao

Brao de fora

Fora muscular Torque articular

Introduo

Ondas de som ou ultrassom: Consistem em uma perturbao mecnica deum meio (gasoso, lquido ou slido)

Velocidade constante (compressibilidade e densidade)

Molcula MolculaTaxa de vibrao das molculas = frequncia (hertz ou ciclos/segundo)

Ultrassom: Frequncias de vibrao das molculas acima de 20 kHz (som noaudvel)

Ultrassom clnico: 1 a 20* MHzpulso curto (zona morta*) e feixe estreito (resoluo*) focalizao

Onda ultra-snica: acima de 20 kHz

gerao do pulso

transmisso do pulso

reflexo do pulso (eco)

captao do eco

Introduo Introduo

PULSO-ECO

TEMPO E AMPLITUDE

1540m/s 6,5s/cm

impedncia*

Introduo

PULSO-ECO

TEMPO E AMPLITUDE

TIPOS DE APARELHOS

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Aparelhos de Ultrassom

A-scan (modo-A)

Mais simples profundidade e espessura

A-scan (modo-A)

Mais simples

Aparelhos de Ultrassom

B-Scan (modo-B)

Imagens bidimensionais

Aparelhos de Ultrassom

B-Scan (modo-B) Tempo Real

Brilho (escala de cinza)

Posio (2 dimenses)

Aparelhos de Ultrassom

M-Scan (modo-M)

Movimento

profundidade x tempo

Aparelhos de Ultrassom Aparelhos de Ultrassom

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Doppler (efeito Doppler)

Aparelhos de Ultrassom

Duplex Tempo real + Doppler (colourflow)

Aparelhos de Ultrassom

3-D

Aparelhos de Ultrassom

Teraputico

Aparelhos de Ultrassom

Ultrassom Teraputico

Energia absorvida calor

Coagulao de protenas queima focal de volumes

Falta de parmetros

Aparelhos de Ultrassom

NATUREZA DO ULTRASSOM*

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Natureza do Ultrassom

f = 1/T(perodo) = ciclos/s = Hz*

c = /T = f (m/s)*

c = K /K = rigidez (fora de atrao das partculas) = stress/strain

= densidade (kg/m3)

Velocidade de Propagao

MEIO VELOCIDADE (m/s)

AR 330

GORDURA 1440

GUA (20) 1480

MSCULO 1542-1626

SANGUE 1570

OSSO 2700-4100

PRATA 3650

ALUMNIO 6260

1540 m/s

*

Velocidade de Propagao Impedncia Acstica

Z = c (rayls ou kg.m-2.s-1)c velocidade das partculas

Energia, Potncia e

Intensidade

Energia = joules

Potncia = joules/sec = watts (aquecimento)

Intensidade = Potncia/rea (focalizao)

Potncia mdia = energia do pulso x FRP

Percentual de potncia transmitida atravs de duas reas similares em diferentes posies de um feixe focalizado

Slide anterior

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Ondas Pulsteis x Contnuas*

duty cycle: 1-3

durao: 1-20 s

duty cycle: 1-1 at 1-4

durao: 2 ms

Ondas Pulsteis

Espectro de Frequncia*

Ondas Pulsteis

Largura da Banda x Pulso*

Ondas Pulsteis

Freqncia Fundamental (cruzamentos de zero)

PROPAGAO NO MEIO

Fenmenos de Propagao

Propagao no meio

compresso x rarefao*

L

T

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Propagao no Meio

Alteraes pelo(s) meio(s) que atravessa

Transmisso;

Reflexo;

Refrao;

Espalhamento;

Absoro.

Transmisso e Reflexo

Transmisso e Reflexo

Propagao do ultra-som atravs de uma interface entre 2 meios

gera uma onda refletida e uma onda transmitida (Lei de Snell).

Diferena de impedncia acstica

(Z = .c) gera os coeficientes de reflexo e transmisso.

Transmisso e Reflexo

Reflexo e Transmisso

Intensidade*:

em que R = coeficiente de intensidade de reflexo

T = (1 R) = Coeficiente de intensidade de transmisso

Amplitudes:

Refrao

Velocidade de Propagao

Meio 1: k1, 1 c1Meio 1: k2, 2 c2

Se: C1 C2 90 *

Refrao

Velocidade de Propagao

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Espalhamento

Superfcie spera;

Partculas com tamanhos prximos ou

menores do que o comprimento de onda;

Frequncia.

Espalhamento

Espalhamento Absoro

altas frequncias x baixas frequncias

Atenuao

Reduo na intensidade durante a passagem pelo meio.

Reflexo

Refrao (?)

Espalhamento

Absoro

Divergncia do feixe

Atenuao

Dependncia da frequncia

Escolha da frequncia: Resoluo X Penetrao

Mudana no espectro de frequncia de um pulso ultra-snico devido a atenuao

dependente da frequncia

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TRANSDUTORES

Transdutor

Converso de energia eltrica em mecnica e

mecnica em eltrica

Transmissor e/ou receptor

Imerso ou contato

Escolha do transdutor

Frequncia de ressonncia

Dimetro

Distncia focal

Penetrao

Resoluo

Efeito piezoeltrico

Ex.: quartzo, sulfato de ltio, PZT (titanato zirconato de chumbo)

Ressonncia Construo do transdutor paraimagens modo pulsado

Camadas de acoplamento e de retaguarda

Alm da camada de retaguarda, camada de acoplamento, isolamentoacstico e eltrico do compartimento envoltrio, tambm necessrioisolamento acstico entre os elementos.

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Construo do transdutor para

imagens modo pulsado

Camadas de acoplamento e de retaguarda

Z e

Camada de acoplamento

Zm = (Zx . Zt)

Fase

Uma senide a projeo no eixo y de uma linha decomprimento constante r em funo do ngulo (ngulo de fase)

entre a linha e o eixo x.

Fenmenos de Propagao

Interferncia de Ondas

Fenmenos de Propagao

Interferncia de Ondas

Transdutor

Modelo EUP-L33, Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japo.

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TransdutorReal-time Scanners

Real-time Scanners

Objetivo:

Monitorar estruturas mveis (corao, feto, msculo esqueltico, outros rgos etc.);

Prover respostas rpidas a mudanas no plano de varredura.

Varredura automtica, com taxa de repetio (freqncia) suficiente para que a imagem no fique tremida.

Varredura mecnica ou eltrica.

Varredura Mecnica

Transdutor embebido em leo, com uma membrana de borracha ou plstico

Retangular Setorial Setorial Setorial *

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Padres de varredura Varredura na gua

Distoro da imagem de tecidos superficiais, devido

ao contato do transdutor;

Zona morta.

Linear Array

Matriz Linear de

512

elementos

Grupo de elementos

Feixe US

Frentes de Onda

Largura do feixe

Linear Array Linear Array

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Linear Array

Foco na transmissoAtraso do pulso do elemento central em relao aos perifricos frente de onda cncava, convergindo ao foco

Alterao no atraso alterao no foco

Linear Array

Foco na transmissoAtraso do pulso do elemento central em relao aos perifricos frente de onda cncava, convergindo ao foco

Alterao no atraso alterao no foco

Linear Array

Taxa de quadros reduzida por um fator de 1/Nz

Zona mltipla de focalizao

Linear Array

Fig. 7.7 (p. 88)

Sem alterao na PRF

Focalizao dinmica

Phased Array Phased Array

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PROCESSAMENTO DO SINAL

Controles de ganho

Alterao da amplitude dos sinais exibidos

Alterao da amplitude do sinal transmitido

Alterao do ganho do receptor

Desvantagem: aumenta a exposio do paciente ao ultra-

som.

Desvantagem: amplificao do rudo*

Compensao do ganho pelo

tempo

Visualizao em funo da profundidade

Processamento do sinal

Amplificao logartmica:

Usada para aumentar a amplitude dos sinais de menor

nvel e reduzir a dos ecos de alto nvel

Permite a visualizao simultnea dos ecos das

fronteiras dos rgos (refletores fortes) e das suasestruturas internas (refletores fracos)

Diferenciao

Sada proporcional taxa de variao do sinal deentrada

Realce da Margem, sem distoro das estruturas internas(fig 5.18, p. 63)

Processamento do sinal Processamento do sinal

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Processamento do sinal

Tresholding Clipping

Penetrao

Profundidade de penetrao: possvel distinguir ecosatravs do ruido de fundo

Amplitude dos ecos diminui com a profundidade

+

Aumento do ganho do receptor aumenta o rudo exibido

=

Ponto mximo no qual o sinal distingido do rudo

Resoluo axial Resoluo axial