Schallentstehung, Schallphysik

Ultraschall: - Erzeugung

- Ausbreitung

- Bilderzeugung

- Auflösung

- Artefakte

- Neue Techniken

… und Schallempfang mittels Piezowandler

Kristalle

Schall-

erzeuger

Moleküle

Schallentstehung und Weiterleitung

Luft: 330 m/s

Aluminium: 6420 m/s

Biolog. Gewebe: 1540 m/s

1989 2000 2002 2005

1942 1959 - 1980 1950

Schallenstehung, Schallphysik

Ultraschall: - Erzeugung

- Ausbreitung

- Bilderzeugung

- Auflösung

- Artefakte

- Neue Techniken

Diagnostischer Ultraschall arbeitet mit

hochfrequenten Schwingungen im

Frequenzbereich von 1 bis 14 MHz

zum Vergleich:

der hörbare Bereich ist bis 20 KHz

Bildliche Darstellung der Echos:

Piezokristall

2 dimensionale bildliche

Darstellung von Echos:

Fetus 13 SSW

- Das US-Bild wird aus bis zu 512 US-Linien zusammengesetzt

- Echtzeitdarstellung (bis zu 120 Bilder/Sek)

- Schwarz/weiß Schnittbilddarstellung

Zusammenhang zwischen Frequenz und Wellenlänge:

Frequenz: Anzahl der Schwingungen pro Zeit (1 Hz = 1/sec)

US-Frequenz 1-14 MHz

(1 bis 14 Millionen Schwingungen pro Sekunde)

Schallgeschwindigkeit = Frequenz x Wellenlänge

Eine Frequenz von 1-14 MHz und 1540 m/sec (mittlere Geschw.),

ergibt einen Wellenlängenbereich 0,8 – 0,15 mm

0,2 mm

+ -

7MHz

Beim Ultraschallverfahren

werden Unterschiede

der akustischen Impedanz

im Gewebe dargestellt

Reflexion

und

Transmission

Reflexion

und

Transmission

Knochen

distal von knöchernen

Strukturen

Schallschatten:

Reflexion

und

Transmission

Luft / Gas

distal

gasgefüllter Hohlräume

Schallschatten:

Distale Echoverstärkung

Laufzeitabhängige

Echosignalverstärkung

Time Gain Control

(TGC)

B-Bild-Optimierung

Time Gain Compensation (TGC)

Schieberegler, Verändern die Verstärkung in einer bestimmten Tiefe

Auflösungsvermögen

1. Laterale Auflösung

(elektronische Fokussierung)

2. Axiale Auflösung

3. Schichtdickenauflösung

laterale

Auflösung

(Fokussierung)

Fokussierung und laterale Auflösung:

Fadenphantom

F# = 1.0 Freq = 6 MHz

F# = 1.0 Freq = 12 MHz

Frequenz

Abhängigkeit der

lateralen Auflösung

Für eine hohe laterale

Bildauflösung benötigt man

viele, dicht nebeneinander

liegende Kristalle und eine

möglichst hohe Frequenz!

Elektronische Sende-

Fokussierung

Elektronische Sende-

fokussierung

Fernfeldfokus Nahfeldfokus

Elektronische Sendefokussierung

Fernfeldfokus

Nahfeldfokus

B-Bild-Optimierung - Fokusposition

korrekt falsch!

• Die Position beeinflusst die Intensität des Strahls und die

räumliche Auflösung

• Fokuszone in die Mitte oder an den unteren Rand des zu

beurteilenden Bereichs setzen

• Achtung: bei Verwendung mehrerer Fokuszonen wird der

Bildaufbau langsamer !

Sendeseitige

Mehrstufenfokussierung

Anzahl Fokuszonen:

Statische Strukturen

zwei oder mehr

Echokardiographie

nur eine

Auflösungsvermögen

1. Laterale Auflösung

(elektronische Fokussierung)

2. Axiale Auflösung

3. Schichtdickenauflösung

Axiales Auflösungsvermögen

Abhängigkeit des axialen Auflösungsvermögens von der Impulslänge

Auflösungsvermögen

1. Laterale Auflösung

(elektronische Fokussierung)

2. Axiale Auflösung

3. Schichtdickenauflösung

Beziehung

zwischen Schnitt-

und

Betrachtungs-

richtung

2D - Sonographie Darstellung einer Schichtdicke

von etwa einem Millimeter

Schichtdicke

Achtung:

Schichtdicken-

artefakt

Matrixarray

2 dimensionale

Fokussierung

Reduktion der

Schichtdicke

durch

elektronische

Fokussierung

Konventionell

versus

Matrixarray

Frequenz

Abhängigkeit

der

Eindringtiefe

Empfangsfrequenzen (immer aktiv)

Achtung! Je höher die Frequenz, desto besser ist die Auflösung

Aber: desto geringer wird die Eindringtiefe.

Pen

Res

P = Penetration, hohe Eindringtiefe

G = General, normal Bedingungen

R = Resolution, hohe Auflösung

Verfahren zur

Bildverbesserung:

- Tissue Harmonic Mode (THI)

- Sono CT (CRI)

- Automatic Tissue Optimization (ATO)

- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)

Tissue Harmonic

Mode

2.Harmonische

3.Harmonische

Grundfrequenz

oder

1.Harmonische eine nicht sinusförmige

Schwingung

=

Überlagerung mehrerer

sinusförmiger

Schwingungen

unterschiedlicher

Frequenz und Amplitude

Nebenkeulenartefakt

Nebenkeulenartefakt

Fundamental versus THI

Höhere Kontrastauflösung (durch reduzierte Rauschartefakte)

Nachteil: geringere Eindringtiefe

Fundamental

versus

THI 2,4 mm

1,6 mm

mit THI

ohne THI

Verfahren zur

Bildverbesserung:

- Tissue Harmonic Mode (THI)

- Sono CT (CRI)

- Automatic Tissue Optimization (ATO)

- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)

mit

Compound Resolution Imaging (CRI),

SonoCT, CrossBeam, DTCE…………..

ohne

Bessere Differenzierung zwischen

schwach echogenen Strukturen und

Flüssigkeiten

Verringerte räumliche Auflösung

Keine Schallschatten!

Verfahren zur

Bildverbesserung:

- Tissue Harmonic Mode (THI)

- Sono CT (CRI)

- Automatic Tissue Optimization (ATO)

- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)

Großer dynamischer Bereich Kleiner dynamischer Bereich

Dynamik

Verfahren zur

Bildverbesserung:

- Tissue Harmonic Mode (THI)

- Sono CT (CRI)

- Automatic Tissue Optimization (ATO)

- Speckle Reduction Imaging (SRI, XRES)

Speckle

Reduction

Imaging

(SRI, XRES)

ohne mit

mit

ohne

höhere Kontrastauflösung

Bessere Gwebeabgrenzung

B-Bild-Optimierung – SRI, XRES

• Selbst im Nebel lassen sich Strukturen erahnen

• Details werden jedoch nicht scharf dargestellt

• Man interpoliert die wahre Struktur aus

der Erfahrung

* XRES arbeitet genau so, wahre Strukturen

werden durch Grauwertanpassung auf

Pixel-Ebene entsprechend angepaßt

ohne mit

Konventionell SonoCT SonoCT und XRES

Schallkopfgeometrie

Abbildungsbreite

Auflösung

Trapezmode

Virtuell Convex

Logiq

View

Siescape

Panoramic

View

Tipps für die Praxis

- Gerätephilosophie

- B-Bildoptimierung

Jeder Untersucher hat seine eigene

„Ultraschall-Brille“ auf!

Geräte-Philosophie

Doppler

Softkeytasten

(Appl. abhängig)

Messungen Text 2D-Imaging

Datenmanagement

Archiv 3D/4D

Softkeys

Side-

Menu Beispiel: 2D-Bild

1. Bildbreite

L/R Umkehr

2. Persistenz

O/U Invert

3. Dynamikbereich

4. Reject Level

5. SonoCT

6. Trapezoid

Geräte-Philosophie

B-Bildoptimierung

• Verstärkung, TGC

• Bildvergrößerung:

– Eindringtiefe

– Zoom

• Focus

• Dynamic Range (50 – 170 dB)

• Graukurve

• Bildfärbung

Show only the interesting parts of the image:

The resolution increases with a decreasing depth!

Image (Penetration) Depth

Lost

space

Lost

space 15 cm

11 cm

Zoom Function

Lesezoom:

Drehen des Zoom Reglers (im laufenden oder gefreeztem Bild)

Schreibzoom:

Drücken des Zoom Reglers (ändern der Boxgröße)

Es werden mehr Linien geschrieben, d.h. bessere Auflösung (nur im laufenden Bild)

correct

wrong!

2D-Image-Optimization – Focus Position

170 50

Dynamikbereich

hohe Dynamik

„weiches“ Bild

niedrige Dynamik

„hartes“ Bild

(kontrastreich)

2D-Image-Optimization – 2D-Chroma-Map

Weitere Parameter

• Frequenz

• Harmonic Imaging

• SonoCT, CRI, CrossBeam

• SRI, XRES, SNR, DTCE

(die meisten Parameter werden in Presets

gespeichert, so dass man nicht ständig

daran arbeitet)