Medische echografie
Wat is echografie
Echografie verschilt niet veel van de geluidsgolven die we kennen, behalve dat we het "geluid" ervan niet kunnen horen. Wanneer de frequentie van geluidsgolven meer dan 20 kHz bereikt, wat buiten het bereik ligt dat normale mensen kunnen waarnemen, wordt dit soort geluidsgolven ultrageluid genoemd. Evenzo, als de frequentie van een geluidsgolf lager is dan het bereik dat mensen kunnen horen, is het een infrageluidsgolf. Dus in andere fysieke eigenschappen zijn ultrasone golven in principe hetzelfde als geluidsgolven. Echografie / geluidsgolf is een type mechanische golf, longitudinale golf en drukgolf. Het wordt voortgeplant door de trilling van deeltjes, en de trilling van deeltjes zal doorgaan met het genereren van relatief hoge en lage drukgebieden (zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding), en de trillingsrichting is consistent met de voortplantingsrichting, dus de voortplanting van ultrasone golven een medium nodig. Onder verschillende media is de snelheid van ultrasone golven anders. De snelheid in de lucht is bijvoorbeeld ongeveer 340 meter per seconde, in het menselijk lichaam ongeveer 1540 meter per seconde en de snelheid in vacuüm is 0. Echografie heeft een breed scala aan toepassingen, vooral op medisch gebied. Als niet-radioactieve methode kan echografie artsen helpen bij het stellen van een betere diagnose van patiënten. Het wordt later uitgebreid uitgebreid.
Hoe echografie te genereren?
Het genereren van ultrasone golven en het genereren van geluidsgolven zijn gebaseerd op hetzelfde principe. Voor geluidsgolven gebruiken we meestal de telefoon als voorbeeld. Bij het spreken wordt geluid (mechanische energie) omgezet in elektrische signalen (elektrische energie) die naar de andere kant gaan, en tijdens het luisteren worden de elektrische signalen weer omgezet in geluid. Dit is precies hetzelfde als het proces van het genereren en ontvangen van ultrasone golven, en hun principe is het piëzo-elektrische effect. Het piëzo-elektrische effect is dat bepaalde materialen, zoals kwarts, een bepaalde mate van spanning op het oppervlak genereren wanneer het wordt blootgesteld aan mechanische druk; en als we een spanning op het oppervlak zetten, zal het een zekere mate van mechanische vervorming genereren. Vervolgens kunnen we door middel van nauwkeurige elektrische signaalcontrole ultrasone golven genereren en ontvangen. Op dit moment is PZT het meest gebruikte materiaal in ultrasone instrumenten. Bij de normale werking van het instrument verschijnen ultrasone golven meestal in de vorm van pulsen in plaats van continue golven, dus in het algemeen ontvangt de PZT het elektrische pulssignaal, genereert een ultrasone golf en begint dan te bewaken, en de ontvangst retourneert er een na elkaar. De ultrasone signalen worden omgezet in overeenkomstige elektrische signalen voor verdere gegevensverwerking en de cyclus wordt herhaald totdat de scan is voltooid.
Voortplanting van echografie in het menselijk lichaam
Zoals eerder vermeld, is de snelheid van ultrasone golven in het menselijk lichaam ongeveer 1540 meter per seconde, wat eigenlijk een gemiddelde waarde is en in de meeste gevallen ook de kalibratiesnelheid is die door ultrasone instrumenten wordt gebruikt. Zoals later zal worden vermeld, is echografie afhankelijk van de schatting van de ultrasone snelheid, en de nauwkeurigheid ervan zal een directe invloed hebben op de beeldkwaliteit. Dan is de transmissiesnelheid voor verschillende organen en weefsels anders. Het is bijvoorbeeld ongeveer 1510 meter per seconde in de hersenen, ongeveer 1560 meter per seconde in de lever en nieren, 1570 meter per seconde in de spieren, enz. Deze verschillen niet veel van het gemiddelde. De ultrasone snelheid in vet is echter slechts ongeveer 1440 meter per seconde. Door dit snelheidsverschil neemt de kwaliteit van het ultrasone beeld aanzienlijk af voor obese patiënten, dus in dit geval zal het instrument de snelheid opnieuw kalibreren of dynamisch aanpassen.
Omdat ultrageluid een soort golf is, zal het ook golfgerelateerde fysieke verschijnselen produceren met verschillende weefsels en organen tijdens de voortplanting van het menselijk lichaam. Deze verschijnselen vormen de basis voor beeldvorming met echografie. Voornamelijk transmissie, reflectie, verstrooiing en breking. Wanneer de PZT ultrasone golven uitzendt en menselijke organen/weefsels tegenkomt, kan een deel van de golven diep in het menselijk lichaam doordringen en zich blijven voortplanten in de oorspronkelijke richting, wat transmissie is en de energie van de golven zal gedeeltelijk worden geabsorbeerd in het proces; het resterende deel van de golven Terugkerend in de tegenovergestelde richting en ontvangen door de PZT, is dit deel de gereflecteerde golf, en het signaal van deze gereflecteerde golven is de belangrijkste grondstof voor beeldvorming; de energie van de verstrooide golven is meestal erg klein en de gebroken golven zullen interfereren met de beeldvorming. Kortom, het vermogen van ultrageluid om ultrageluid uit te zenden en het vermogen van organen/weefsels om ultrageluid te absorberen, bepaalt hoe diep het ultrageluid kan "zien". Want hoe lager de frequentie, hoe sterker de ultrasone penetratie, dus wanneer artsen dieper moeten kijken, zullen ze vaak een lagere frequentiedetector (transducer) gebruiken, maar de lage frequentie zorgt er meestal voor dat de kwaliteit van het beeld achteruitgaat. Dit is een afweging die moet worden gemaakt en die later in detail zal worden besproken als we het over detectoren hebben.
Inleiding tot medische echografie
Met de verdieping van onderzoek en medische behoeften zijn echografiebeelden veranderd van alleen 1D naar 3D/4D. Echografie-instrumenten kunnen nu verschillende beeldvormingsmodi ondersteunen om aan de behoeften van verschillende patiënten en artsen te voldoen. Het volgende introduceert verschillende reguliere beeldvormingsmodi.
A-modus: Het is de zogenaamde 1D, wat de eenvoudigste modus is. De detector zendt een golf van ultrasone golven in een bepaalde richting uit, en het instrument presenteert de vergelijking tussen het gereflecteerde signaal en de diepte, en het beeld is vergelijkbaar met het signaal dat we gewoonlijk op een oscilloscoop zien. A-modus was de belangrijkste modus van vroege echografie-instrumenten en wordt nu minder gebruikt, maar het kan ook worden gebruikt om hoogenergetische golven te geleiden om tumoren te behandelen tijdens operaties.
B-modus: B is hier helderheid. In deze modus scant de detector een gebied en genereert een 2D-beeld in grijstinten. Dit is een van de meest gebruikte modi. Hoe lichter de kleur (wit), hoe sterker het gereflecteerde signaal, meestal het oppervlak van het orgaan/weefsel, en hoe donkerder de kleur (zwart), hoe zwakker het gereflecteerde signaal.
M-modus: M is hier beweging. In de bewegingsmodus voert het instrument snelle scans en beeldvorming in de B-modus uit, zodat de arts de beweging van het orgaan kan zien, wat vooral belangrijk is voor hartgerelateerde diagnoses.
Doppler-modus: Doppler-modus, genoemd naar het gebruik van het Doppler-fenomeen om de snelheid van bewegende objecten te meten. In de Doppler-modus kunnen artsen de stroom en richting van het bloed volgen om mogelijke laesies in bloedvaten te identificeren.
Color Doppler: Deze modus kan eenvoudig worden opgevat als B-modus/M-modus plus Doppler, dat wil zeggen dat op basis van 2D grijswaardenafbeeldingen de Doppler-modus en kleurkalibratie worden gebruikt om de positie, bloedstroom, stroomsnelheid en richting van bloedvaten.
3D/4D: 3D-modus is een 3D-beeld dat organen/weefsels kan weergeven. Wat betreft 4D, het is een realtime 3D-beeld. Hoewel veel geavanceerde ultrasone instrumenten 3D- en 4D-modi gebruiken, worden ze over het algemeen niet veel gebruikt.
