초음파 물리학

초음파 물리학

초음파 진단장비

 Pulse-echo ultrasound instrumentation

 반사에 의한 초음파의 진단

 연부조직 (soft tissue)에 대한 관계

⇒ 1초에 펄스에코 초음파는 연부조직을 770(m) 이동

⇒ 펄스에코 파는 연부조 직을 1cm 통과할 때 13μsec가 걸린다

C T  2 D

) ( 770

) / ( 1540 (sec) 2

2 1

m D

s m D C

T D











sec 13

sec 98

. 12

) ( 01 . 0 : (sec) )

( 770 :

(sec) 1



 





 x

m x

m

초음파 진단장비

 초음파 진단장치 (ultrasound instrumentation)

 개략도 : <그림 3-4>

1. pulse transmitter (펄스 송신기) 2. receiver (수신기)

TGC

gain

freeze

mouse keyboard

mode

초음파 진단장비

 pluse transmitter

 = pulser = power = transmit = dB

 <그림 3-6>

초음파 진단장비

 power 증가

1) Transducer에 인가되는 전기신호의 진폭 증가 2) Transducer에서 더 강한 초음파 발생

3) 반사신호의 진폭 증가 ⇒ 더 밝게 나타남 <그림 3-7, 8>

4) 약한 반사체가 확인 가능

 표 현

SPTA (spatial peak time average) : I (세기의 표현) MI (mechanical index)

초음파 진단장비

 receiver

1) amplification (증폭) 2) compensation (보상) 3) reject (여파)

4) compression (압축) 5) demodulation (복조)

 amplification

 증폭도 : <그림 3-9>

 gain control : 수신신호의 증폭만을 조정하며

초음파의 세기에는 영향을 미지지 않음

) ( dB gain 입력신호 진폭

진폭

 출력신호

초음파 진단장비

 TGC (Time Gain Compensation)

 가까운 거리에 비해 먼거리에서 반사되어 돌아오는 신호는 더 많이 감쇠되어 돌아오므로 이를 보상하는 역할

 = DGC (Depth Gain Compensation)

 <그림 3-12, 13, 14>

 reject

 전기적 잡음이나 낮은 반사신호를 제거

 <그림 3-18>

초음파 진단장비

 dynamic range (동적영역)

 전기,전자 장비에서 표시될 수 있는 신호 크기의 범위 (dB)



receiver : 100~120 dB memory : 40~45 dB monitor : 20~30 dB

 동적영역이 넓으면 : 영상대조도는 감소 , 잡음은 증가

 동적영역을 줄이는 것 : compensation

 A : 60dB , B : 40dB

⇒ 40dB 영상이 대조도(contrast)가 높음

초음파 진단장비

 demodullation

 = rectification (정류)

 RF signal

 demodulation

 smoothing

 reject

초음파 진단장비

13. From the standpoint of minimizing exposure to patients, it’s best to use:

A : Low power, high gain B : High power, low gain

C : Intermediate power, intermediate gain D : High power, high gain

14. TGC or swept gain compensates for sound:

A : Propagation speed B : Attenuation

C : Reflection

D : Refraction

15. To which component of an ultrasound scanner is TGC applied?

A : The pulser B : The receiver

C : The scan converter D : The image monitor

16. Reject eliminates:

A : Electronic noise only

B : Electronic noise and low-level echo signals

C : Electronic noise and high-frequency echo signals

D : Artifactual echo signals

초음파 진단장비

 초음파 진단모드 (ultrasound display mode)

 A mode : amplitude mode

 B mode : brightness mode

 M mode : motion mode

 D mode : Doppler mode

 CFM mode : color flow mapping mode

 A-mode

 1차원 표현

 거리(시간)에 따른 진폭 변화를 표시하는 방법

 적 용

초음파 뇌검진 (echoencephalography) 안 과 : 눈의 직경 측정

cyst 확인

초음파 진단장비

 B-mode

 2차원 영상 (gray scale) <그림 3-26>

 거리(시간)에 따른 반사파의 강도를 휘도(brightness) 의 형태로 기록

 real time imaging

 초음파진단장비의 가장 기본적인 영상

 M-mode

 A-mode의 변형돤 형태

 움직임의 변화를 시간적 변화를 관측

 반사체 깊이를 나타내는 축과 이에 수직한

 시간축으로 기록

 B-mode와 함께 display <그림 3-30>

 echocardiography, 복부 scan 시 대동맥의 운도

초음파 진단장비

 D-mode

 도플러 효과를 이용하여 혈류의 속도 및 방향을 측정

 심장판막, 협착, 혈류검사 등

 CFM-mode

 도플러 효과를 이용하여 혈류의 방향, 속도 등을 칼라영상으로 나타내는 방법

 복부와 경부 등의 혈류 검사

 B-mode, D-mode, M-mode에 적용하여 진단

21. Data presented on an A-mode display are:

A : Echo return time versus reflector depth B : Echo amplitude verses reflector depth C : Reflector depth versus time

D : Dot brightness versus reflector depth

E : Reflector position versus reflector impedance

22. Information conveyed on A-mode includes all of the following except:

A : Whether a structure is echogenic

B : Relative amplitudes of echo signals

C : Reflector distance from the transducer

D : Organ cross-sectional information

E : Distances between reflectors

23. The axes of an M-mode display are:

A : Dot brightness versus reflector depth B : Reflector depth versus time

C : Reflector velocity versus time D : Reflector impedance versus time

E : Reflector position versus reflector impedance

24. Information conveyed on M-mode include all of the following except:

A : Reflector movement patterns

B : Reflector distance from the transducer C : Echo amplitude

D : Organ cross-sectional information

E : Distance between reflectors

초음파 진단장비

 real time imaging (B-mode)

 운동의 움직임을 획득

 multiple sonogram

 영상획득 방법

1) 초음파가 one line of sight (가시선) scan 2) 자동적으로 다음 line으로 이동

3) sweep에 의해 one image 형성

4) 되풀이 함에 의해 real time imaging 형성

⇒ 그러므로 fast frame rate가 필요

→ 5~40 images/sec

 frame rate

sec]

/ 2 [

.

. frame

N PRF RN

R C

F  

C : ultrasound velocity R : depth

N : number of line of sight

초음파 진단장비

 탐촉자 (transducer = scanner = probe)

 focusing, sweep에 따라 분류

mechanical scanner : 1 세대 ⇒ simple, low price

electronic scanner : 2 세대 ⇒ 실제 이용되는 대부분의 탐촉자

 mechanical scanner

 contact scanner

oscillating contact scanner

rotating contact scanner <그림 3-40>

 liquid path scanner <그림 3-35>

초음파 진단장비

 array transducer (배열형 탐촉자)

 electronic scanner

 초음파를 sweep 하기 위해 전자적으로 focusing

 high quality image

 high frame rate

 기계적 손실에 의한 수명의 제한이 없음

 탐촉자의 종류

 linear probe

 sector probe

 convex probe

 trapezoid probe

 Doppler probe

 radial probe

초음파 진단장비

 linear probe (선형 탐촉자)

 탐촉자의 압전물질이 선형으로 나란하게 배열

 초음파 영상이 직사각형 형태

 표재성 장기의 관찰에 주로 이용

초음파 진단장비

 sector probe (부채꼴형 탐촉자)

 초음파 영상이 부채꼴 형태

 좁은 영역에서 높은 분해능을 가지는 영상 획득

 복부 장기 검사, 심장 검사

 탐촉자 근처 부위가 convex형에 비해 좁게 나타나는 단점

 array 형태에 따라 linear와 convex 형태가 있음

초음파 진단장비

 convex probe (볼록형 탐촉자)

 탐촉자의 압전물질이 볼록한 곡면으로 배열

 좁은 영역을 넓게 볼 수 있음

 초음파 빔은 각 압전물질의 표면에 대하여 수직

 복부 장기 검사 (깊은 곳)

초음파 진단장비

 trapezoid probe (사다리형 탐촉자)

 linear형과 sector형을 겸한 형태

 전자적 조정에 의하여 영상이 사다리꼴의 형태를 나타냄

 초음파 빔의 각도는 sector형에 비하여 적음

 초음파 영상의 폭이 linear형에 비해 넓지만 sector형에 비해 좁게 나타남

초음파 진단장비

 Doppler probe (도플러형 탐촉자)

 Doppler 검사 시 이용

 심장과 움직이는 물체의 검사에 이용

 B-mode 단면영상과 함께 사용

초음파 진단장비

 radial probe (동심원형 탐촉자)

 probe가 360˚로 회전

 해부학적 구조의 난이성을 가짐

초음파 진단장비

 special probe (특수형 탐촉자)

1) puncture probe (천자형 탐촉자)

 linear probe에 주사바늘이 부착

 영상을 확인하며 주사

초음파 진단장비

2) rectal probe (직장용 탐촉자)

 rectum, bladder, prostate 등에 직접 주입하여 검사

초음파 진단장비

3) 3D volume probe (3차원 체적 탐촉자)

 3차원 입체 영상을 형상