Transcript امواج صوتي
امواج فراصوت • • • • • امواج صوتي امواج صوتي انرژي مكانيكي هستند كه در اثر يك جسم يا مجموعهاي از اجسام كشسان توليد ميشوند .هر موج صوتي اغتشاشي است مكانيكي در يك گاز – مايع و يا جامد كه به طرف خارج از چشمه با سرعتي معين حركت ميكند و ارتعاش ناميده ميشود .اين ارتعاشات سبب افزايش و كاهش موضعي فشار نسبت به فشار جو ميشود .اين افزايش و كاهش فشار به ترتيب تراكم و انبساط ناميده ميشود .با توجه به حساسيتشان نسبت به گوش انسان به سه دسته تقسيم ميشوند. امواج فروصوت امواج صوتي امواج فراصوت + +P فشار جو 0 -P _ انبساط تراكم • انواع موجها • امواج به دو صورت در يك محيط انتشار پيدا مي كنند • الف -امواج طولي • ب -امواج عرضي • الف -امواج طولي امواج هستند كه راستاي انتشار آنها در يك محيط با راستاي ارتعاش ذرات محيط يكي است .امواج فراصوت از اين نوع امواج ميباشند. • ب -امواج عرضي به امواجي گفته ميشوند كه راستاي انتشار آنها در يك محيط بر امتداد ارتعاش ذرات آن محيط عمود باشند :مثال: موجهاي بوجود آمده پس از پرتاب سنگ در آب • .پرتوهاي امواج فراصوت كه در دستگاههاي فيزيوتراپي, تشخيصي و ميكروسكپي از يك بلور(كريستال) توليد ميشوند براساس پديده پيزو الكتريك كه در اواخر قرن 19 توسط ماري كوري كشف شد پايه گذاري شده است .كوارتز يكي از بلورهائيست كه در طبيعت وجود دارد و داراي خاصيت پيزوالكتريكي ميباشد و اغلب براي فركانسهاي باالي 10MHZاستفاده ميشود .بداليل تجربي از سراميك ) (PZTو فيلمهاي پالستيكي مخصوص ) (P.V.D.Fكه مواد رايجي هستند بعنوان كريستالهاي پيزوالكتريك مورد استفاده قرار ميگيرند. بلورهاي پيزوالكتريك + _ _ + + + + - - - + + + - + - - - - + + - + - + + + + - + - - - - - + + - + + _ _ + + _ + _ + _ + + _ _ Piezoelectric materials For diagnostic medical applications PZT: lead zirconate titanate Barium lead titanate Barium lead zirconate PVDF: polyvinylidene fluoride Lithium sulfate For therapeutic US transducers: Quartz Lead metaniobate • • • • بلورهاي(كريستال) توليد كننده امواج فراصوت بلورهاي مسطح بلورهاي محدب بلورهاي مقعر Transducer Wave Front بلورهاي مسطح Last Axial Maximum ميدان دور ميدان نزديك كريستال X 0.61 sin r 2 , r x distance intensity كريستال مقعر بلورهاي مقعر نقطه كانوني كريستال مسطح نقطه كانوني لنز • كريستالهاي محدب • سرعت صوت • سرعتي را كه يك موج در يك محيط انتشار پيدا ميكند را سرعت اكوستيكي و يا سرعت صوت ميگويند و بستگي به كشساني ,چگالي و تراكم پذيري محيط دارد .الزم به تذكر است كه سرعت اكوستيكي با سرعت ارتعاش ذرات محيط متفاوت است • • كشساني elasticity ماهيت برگشت يك جسم به حجم و شكل اوليه خود پس از قطع فشار و يا نيروي اعمال شده را كشساني گويند. هنگاميكه فشار و يا نيروئي برجسمي وارد ميشود تغييراتي در شكل و حجم آن بوجود ميآيد كه اين تغييرات بستگي به ميزان نيرو و خصلت كشساني آن جسم دارد. امواج فراصوت با بوجود آوردن مناطق پرفشار و كم فشار و تأثير بر سلولهاي مجاور باعث تغييرات االستيك شده و در بافت نفوذ ميكند. • • چگاليDensity طبق تعريف :جرم جسم بر هر واحد حجم را چگالي مينامند .اگر كليه خصلتهاي فيزيكي يك محيط را ثابت فرض كنيم افزايش چگالي باعث كند شدن انتشار امواج در يك محيط ميشود .بنابراين هر چه چگالي افزايش يابد ,وزن بيشتري در يك واحد حجم گنجانده ميشود .براي ذرات با جرم بيشتر نيروي بيشتري الزم است تا كه آنرا به حركت درآورد و در نتيجه نيروي بيشتري الزم است تا كه آنرا از حركت باز دارد. 1 1 density C • • تراكم پذيري Compressibility تراكم پذيري يكي ديگر از مشخصههاي فيزيكي محيط ميباشد كه تاثير بر سرعت صوت در آن محيط ميگذارد .كاهش حجم يك جسم در اثر نيرو و يا فشار وارد بر جسم را تراكم پذيري گويند .هرچه حجم يك جسم راحتر (آسانتر) تغيير كند مقدار ثابت تراكم پذيري آن بيشتر ميباشد .سرعت صوت در يك محيط نيز متناسب با عكس جذر تراكم پذيري ميباشد. 1 1 C K com pressibility c 1 k و يا C B • فشارامواج • فشار توليد شده توسط امواج برابر است با P cv • • • • Cسرعت صوت در محيط دانسيته (چگالي) vسرعت ارتعاش ملكول الزم به تذكر است كه اين فشار در اثر انتشار امواج در يك محيط بوجود ميآيد كه از فشار ثابت اتمسفر بر آن محيط جدا ميباشد. • شدت امواج فراصوت • در حركت نوساني ساده كل انرژي ملكول در حال نوسان برابر است با مجموع انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي در يك چنين سيستمي مجموع انرژيها (جنبشي و پتانسيل) ثابت ميباشند .بدين معني كه تمامي انرژي يا در جنبشي ذخيره شده (زمانيكه )X=0و يا اينكه تمامي انرژي در انرژي پتانسيل ذخيره شده (زمانيكه )V=0 1 m v2 2 E • وزن ملكول براي هر واحد حجمي برابر است با حد متوسط چگالي • انرژي امواج فراصوت در يك محيط با سرعت موج حركت ميكند. ميزان اين انرژي كه از هر متر مربع در ثانيه ميگذرد برابر است با 1 2 I CE I cv W / cm2 ويا 2 • دسي بلdB • اندازهگيري دقيق شدت و توان پرتوهاي فراصوت بسيار مشكل ميباشد مخصوصا ً براي دستگاههاي تشخيصي .يكي از راههاي موجود براي اندازهگيري كاهش شدت امواج فراصوت از طريق اندازهگيري شدت در يك نقطه و مقايسه آن نسبت به نقطه مرجع و يا اوليه ميباشد .تراز تغييرات شدت را دسي بل گويند و برابر است با: I1 dB 10Log I0 • كه I1شدت در محل مورد نظر و I0شدت اوليه ميباشد .برتري dB در اينستكه توانائي اينكه هر اندازه شدت و يا توان را به اندازهگيري معقول تبديل كند. • • • • • • • تضعيف امواج فراصوت تعضيف امواج فراصوت در يك ماده شامل مراحل زير ميباشد جذب پراكندگي انعكاس انكسار واگرائي • • • • • • جذب امواج فراصوت كاهش انرژي امواج تنها از طريق مرحله جذب و تبديل آنها از يك نوع انرژي به نوع ديگر انجام ميگيرد .در صورتيكه مراحل ديگر از قبيل انعكاس – انكسار – پراكندگي و واگرائي باعث كاهش انرژي امواج از طريق تغيير جهت امواج از بيم اصلي ميشوند. سه عامل مهم تاثير مستقيم در جذب دارند غلظت زمان الزم براي ملكول تا اينكه به حالت وضعيت اوليه خود برگردد فركانس • -غلظت viscosity • غلظت (اندازه گيري ميزان مقاومت حركت را بيان ميكند) يك ماده تاثير ميگذارد بر ميزان درجه حرارت توليد شده .هرچه غلظت يك ماده بيشتر باشد جابجائي ملكول مشكلتر انجام ميگيرد و در نتيجه ملكولهاي در حال ارتعاش بايستي بر نيروي اصطكاك غلبه كنند .اين عمل باعث توليد حرارت بيشتر در آنها ميشود. F . A.V • -زمان الزم براي ملكول تا اينكه به حالت اوليه خود برگردند • اگر چنانچه زمان الزم براي ملكولهاي مادهاي كه در اثرفشار امواج فراصوت جابجا شدهاند كوتاه باشد توليد حرارت كمتري ميشود بدين دليل كه قبل از اينكه مرحله پر فشار موج بعدي با آن برخورد كند به حالت اوليه خود بازگشت كرده است .در صورتيكه اگر زمان الزم بيشتر باشد ملكول قبل از اينكه به حالت اوليه خود برگردد به مرحله پرفشار موج بعدي برخورد كرده در نتيجه انرژي بيشتري الزم ميباشد تا اينكه ملكول را از حركتي كه بسوي برگشتش به موقعيت اوليه خود كرده است باز نگه دارد و بالفاصله آنرا در جهت مخالف به حركت درآورد .كه اين عمل باعث بوجود آمدن حرارت بيشتر در ماده ميشود. • -فركانس • در اثر استفاده از فركانسهاي باال تحرك ملكول در درون يك ماده زياد ميشود كه به دليل وجود اصطكاك موجود بين سلولها باعث توليد درجه حرارت زياد ميشود همچنين زمانيكه از فركانس باال استفاده ميشود .زمان براي برگشت ملكول به حالت اوليه خود كمتر ميشود .به دليلي كه در باال به آن استناد شد رابطه زير نشان ميدهد كه ضريب جذب امواج فراصوت رابطه مستقيم با فركانس و غلظت دارد. 8f 3 30C 2 3 30C 2 2 و يا • در اثر نفوذ امواج فراصوت در يك ماده فشار ,جابجائي ملكول, سرعت ملكول نسبت به مقادير اوليه بطور اكسپونسيال كاهش مييابد. P=P0e-x • A=A0e-x • كه P0فشار اوليه P ,فشار در نقطه xو ضريب جذب ماده ميباشد. فشاربا سرعت و دامنه نوسان ملكول رابطه مستقيم دارد • P=cv • شدت با مجذور دامنه متناسب است بنابراين • از اين رابطه چنين نتيجه ميشود گرفت كه شدت سريعتر از دامنه و فشار با عمق كاهش مييابد. I Pressure Amplitude Intensity P A I Distance • عمل متقابل امواج فراصوت با بافت • وقتي يكدسته پرتو به بدن تابيده ميشود عمل متقابل بين پرتو و بافتها طبق خصوصيات فيزيكي بافت انجام ميگيرد .نتيجه اين تقابل ,انعكاس امواج و بررسي آنها توسط دستگاههاي تشخيصي ميباشد. Medium 3 Echo 3 echo 2 Medium 2 Medium 1 echo 1 • انعكاس امواج از قوانين انعكاس نور پيروي ميكند و زاويه بازتاب آنها برابر است با زاويه تابش آنها نسبت به خط عمود • براي ماكزيمم بهرهبرداري از امواج فرستاده شده بهتر است پروب كه هم بعنوان فرستنده و هم گيرنده عمل ميكند را بطوري قرار دهيم كه امواج فرستاده شده عمود بر بافت مورد نياز باشد. • امپدانس اكوستيكي • بياني است براي مقاومت و مقابله با عبور امواج صوتي كه ناشي از چگالي يك ماده و سرعت صوت در آن است و برابر است با Z C • هرچه تفاوت امپدانس بين دو محيط بيشتر باشد ,انعكاس امواج فراصوت در آن سطح بيشتر خواهد بود انتشار موج در بافت و برخورد آن در سطح مشترک بافت Reflected Ii It Ir Z2 Z1 ) (Zامپدانس بافت Z=ρ.C • ضريب انعكاس و ضريب انتقال • اگر چنانچه تابش امواج فراصوت تحت زاويهاي بجز 90صورت گيرد بخشي از آن با همان سرعت تابيده شده منعكس ميگردد و بخش ديگري از آن در راستاي تابش در محيط دوم با سرعتي مطابق با خواص فيزيكي محيط دوم نفوذ ميكند • ضريب انعكاس شدت برابر است با: 2 Ir Z 2 Z1 r 2 Ii Z 2 Z 1 اگر معادله در 100ضرب شود در صد انعكاس بدست ميايد Z 2 Z1 %R 2 Z 2 Z 1 2 • ضريب انتقال شدت It 4Z1Z 2 r 2 Ii Z1 Z 2 درصد انتقال برابر است با 4Z1Z 2 %T 2 Z1 Z 2 • -1-استفاده امواج فراصوت در درمان • از امواج فراصوت در كلينيك جهت مقاصد درماني و تشخيصي استفاده ميگردد .امواج فراصوت در محدوده درماني به دو دسته تقسيم ميشوند .شدتهاي كم ( )5/0 -3 W/cm2و فركانسهاي بين 5/0تا 3مگاهرتز كه هدف از آن ,توليد گرماي مناسب يا اثرات غير حرارتي براي تحريك يا شتاب بخشيدن به پاسخ فيزيولوژيكي طبيعي به آسيب است و شدتهاي زياد كه هدف آنها توليد اثر تخريبي كنترل شده براي بافت ميباشد ).(Hill 1986 • فيزيوتراپي • از امواج فراصوت در درمان دردهاي مفاصل و بافت نرم از قبيل آرتريت ,بورسيت ,اسپاسم عضله ,بافت نرم صدمه ديده و بيماريهاي مخصوص بافت كالژن در فيزيوتراپي استفاده ميشود كه هدف از كاربرد اين روش تخفيف درد, كاهش سختي بافت نرموتسريع درمرحله بهبودميباشد )(NCRP 1992, Robroeck 1998, Boyl 1993 تفكيك خطي )(Axial Resolution • قدت تفكيك و نشان دادن تصوير متفاوت از دو جسم كه نزديك به يكديگر و در راستاي انتشار امواج باشند را تفكيك خطی گويند و هرچه طول پالس كوچكتر باشدتفكيك خطی بهتر ميشود .براي طول پالس كوچكتر يا بايد تعداد سيكلهاي درون پالس را كاهش داد و يا فركانس را افزايش. interface echo1 echo2 interface Echo1 and 2 تفكيك جانبي Lateral Resolution • قدرت تفكيك و نشان دادن تصوير متفاوت از دو جسم كه نزديك به يكديگر و عمود بر انتشار امواج باشند را تفكيك جانبي گويند و هرچه پهناي بيم باريكتر باشد تفكيك جانبي بهتري صورت ميگيرد .كاهش قطر كريستال باعث كاهش پهناي بيم ميشود. transducer transducer transducer transducer • فنوفوروزيس • از امواج فراصوت در اين محدوده شدتهاي فيزيوتراپي براي افزايش انتقال دارو از سطح پوست به بافتهاي زير جلدي و ورود آن به گردش خون استفاده ميشود كه به اين شيوه درمان سونوفروزيس يا فنوفورزيس گفته ميشود. ).(Mitragotri 1997, Skauen 1984 • هايپرترميا • از امواج فراصوت با شدتهاي زياد در درمان سرطان استفاده ميشود .در اين روش درمان افزايش درجه حرارت بافت تا حدود 45درجه سانتيگراد بصورت موضعي توسط امواج فراصوت انجام ميگيرد. • تخريب بافت و مرگ سلول كه در اثر ازدياد درجه حرارت حاصل ميشود را هايپرترميا ميگويند .گزارشهاي حاصل شده هايپرترميا را بهمراه شيمي درماني و راديوتراپــي مـــوثـــرتـــر مـــيدانــنــد ;(Szent-Gyorgi 1933 ).Hynynen 1989 روبشگرهاي (Amplitude-mode) A-mode اين سيستمها بر مبناي دامنه اكوي دريافتي توسط پروب پايه گذاري شده است .اگر يك پالس به داخل محيط (بدن) فرستاده شود شدت سيگنالهاي دريافت شده بصورت شاخك برروي يك محور مختصات كه دامنه به عمق يا زمان را نشان مي دهد بر روي صفحه C.R.Tنمايان ميگردد. • هرچه دامنه و يا شدت سيگنال دريافت شده توسط پروب قويتر باشد ارتفاع شاخكهاي رسم شده بلندتر ميباشد. سيگنالهائي با دامنه قويتر ممكن است از انعكاس كنندههائي دورتر از پروب بدست آيد تا از انعكاس كنندههاي ضعيفتر با فاصله كمتر از كريستال. • تغييرات در شدت سيگنال دريافت شده بدليل انعكاسات از سطوح مختلف با امپدانس متفاوت و همچنين ضعيف شدن انرژي پالس در طول مسير خود ميباشد. • براي بهبود بخشيدن و سهل كردن آناليز اين سيگنالها دستگاهي به نام T.G.Cاكوهاي دريافت شده را بصورت اكسپونسيال تقويت ميكند Amplitude 1 2 depth 3 Amplitude depth depth Amplitude L R L R استفاده از A-modeدر پزشكي -1اكوانسفالوگرافي -2پيدا كردن اجسام خارجي در چشم -3شناسائي كيست در سينه -4پيدا كردن خصلتهاي فيزيكي بافتها -5در صنعت N.D.T سيستمهاي )Brightness mode (B-mode • B-modeيك روش تصوير برداري دو بعدي در مقياس خاكستري ميباشد .محل انعكاس يك سطح مشترك (شاخك در سيتمهاي ( A-modeيك بعدي) به موقعيت (دو بعدي) آن سطح بصورت يك نقطه در سيستمهاي B-modeتبديل ميشود .ميزان نور آن نقطه بر روي صفحه نمايش بستگي به شدت (دامنه) سيگنال دريافتي توسط پروب ميباشد. • اطالعات جديد بدست آمده توسط پرتوهاي بعدي بطور دائم و سريع بصورت تصوير جايگزين تصاوير قبلي ميشوند. • روشهاي الكترونيكي درجه وضوح سطح مشتركها نسبت به موقعيت و ميزان شدت دريافتي از رنگ سياه تا سفيد كه مقياس خاكستري ناميده ميشود درجه بندي كرده و بر روي صفحه نمايشگر ظاهر ميسازد. A M L1 L2 K1 K2 B M L1 L2 B C K1 K2 B M L1 L2 K1 K2 B Reference position X1 2 3 Y1 Y 2 3 X 10 10 • روشهاي پيشرفته الكترونيكي سيستمهاي تصوير برداري دو بعدي B-modeثابت در مقياس خاكستري را به سيستمهاي نمايش آني در مقياس خاكستري و اخيراً رنگي تبديل نموده است. • پروبهاي سيستمهاي نمايش آني از تعداد كريستالهاي زيادتري نسبت به B-modeتشكيل شده و بهمين دليل اين سيتمها قادر به تهيه تصوير از سطح بسيار بزرگتري را ميباشند. • سيستمهاي نمايش آني اين تصاوير در هر ثانيه حدوداً 30 مرتبه تعويض ميشوند ( 30كادر در ثانيه). • • • • • • • پويشگرهاي نمايش آني بنا به نحوه انتشار امواج به دو دسته تقسيم ميشوند مكانيكي الكترونيكي پويشگرهاي مكانيكي به آن سيستمهائي كه يك يا چند كريستال بر روي يك محور بصورت نوساني و يا چرخشي حركت و امواج را بدرون بدن ساطع و دريافت ميكنند گفته ميشود. اين پويشگرها بنا به ساختار داخلي آنها و نحوه انتشار امواج خود به دو دسته تقسيم ميشوند پويشگرهاي تماسي پويشگرهاي درون مايع Line of sight • • • • مزيتهاي اسكنرهاي مكانيكي تصوير بصورت قطاعي نشان داده ميشود بدليل كوچك بودن آنها از نظر فيزيكي قادر به تهيه تصوير از بين دندهها ميباشند. تصاوير بسيار عالي در برد محدود مهيا ميسازد • • • • • • كاستيهاي اسكترهاي مكانيكي اندازه كوچك بيش از حد آنها ميدان ديد را محدود ميسازد. فاصله كانوني ثابت قدرت تفكيك جانبي را محدود ميسازد قدرت تفكيك با افزايش فاصله از سطح كريستال كاهش پيدا ميكند تعداد خط ديد بيشتري در سطح نزديك كريستال وجود دارد تا معادل همان سطح در قسمتهاي پائينتر نوسان و يا چرخش كريستال باعث محدود شدن تعداد كادرها در هر ثاينه ميشود. • پويشگرهاي الكترونيكي به آن سيستمهائي گفته ميشود كه كريستالها با آرايشهاي متفاوت ولي منظم و ثابت در درون يك محفظه توسط سيگنالهاي الكتريكي تحريك و امواج را بدرون بدن ساطع و دريافت ميكنند گفته ميشود .اين پويشگرها بر مبناي شكل هندسي كريستال به دو دسته پويشگرهاي آرايش خطي ) (linear arrayو حلقوي Annular arrayتقسيم بندي شدهاند. • هر يك از اين آرايشها بنا به نحوه تحريك الكتريكي كريستالها نامگداريهاي مشخصتري را به خود اختصاص دادهاند .تغييرات در نحوه تحريك الكتريكي كريستالها (از قبيل تأخيردر تحريك كريستالها) براي بهبود بخشيدن تفكيك محوري و جانبي و در نتيجه كيفيت بهتر تصوير ميباشد. آرايشگرهاي خطي ) آرايشهاي خطي متوالي1 Sequential Linear Arrays ) آرايشهاي خطي دسته اي2 Segmental Linear arrays ) آرايشهاي خطي دسته اي متوالي3 Sequential segmental Linear arrays ) آرايشهاي خطي فازي4 Linear Phased arrays • • • • • • • • • Sequential linear array transducer 1 2 0-195 195-390 3 130 Segmental linear array transducer 1 2 34 0-195 64 1 2 3 4 5 6 Sequence 3 Sequence 2 Sequence 1 16 1 2 3 4 5 d1 d2 d3 d4 d5 d1 d2 d3 d4 d5 Ultrasound beams may be by curving the focused piezoelectric plate or by interposing a lens or reflector between a flat plate and the target. A phased array of transducers is focused electronically آرايشهاي حلقوي Annular Array 4 3 2 1 2 3 4 4 3 2 1 مشكالت با ارايشهاي خطي مشكل عمده آرايشهاي الكترونيكي تشكيل لبهاي ثانويه از انرژي فراصوتي است. لبهاي ثانويه در مدل توليد و از زواياي مختلف نسبت به لب مركزي به سمت خارج انتشار پيدا مي كنند. تصاوير كاذب ) (Artifactدر تصوير توسط ثبت نادرست موقعيت سطح مشترك بوجود مي آيند زيرا چنين تصور ميشود كه تمامي اكوها از امتداد باريكه اصلي سرچشمه گرفته باشند .لبهاي ثانويه باعث در هم ريختگي و مانع آشكار شدن اكوهاي ضعيف ميشوند. لبهاي ثانويه بر دو نوع ميباشند لبهاي كناري لبهاي شبكه اي لبهاي كناري لبهاي كناري در تمام كريستالها (چند كريستال و يا تك كريستال) توليد شده و ناشي از ارتعاشات طولي و عرضي باز آوايش ) (reverberationدر سطح مشترك بافت -كريستال و پديده تداخل ميباشند. لبهاي كناري در مقايسه با باريكه اصلي ) (60-100dBداراي شدت كمتري ميباشند .تكنيكي به نام Apodizationشدت لبهاي كناري را براي آرايشهاي الكترونيكي (دستگاههاي تشخيصي) تنزل ميدهد. شدت لبهاي كناري حدودا 60تا 100 كمتر ازلب مركزي ميباشد • • • • لبهاي شبكه اي )(Grating Lobes يكي ديگر از مشكلهاي لب ثانويه كه منحصر به آرايشهاي خطي ميباشد لبهاي شبكه اي نام دارند كه دراثر قرار دادن فاصله هاي منظم و متناوب عناصر درون آرايش ايجاد ميشوند. لب شبكه اي تصاوير دروغين در تصوير ايجاد ميكند با اندازه گيري زمان مسافت طي شده (فاصله) به يك جسمي كه در خارج از باريكه اصلي قرار گرفته است و جاي دادن پژواكهاي آشكار شده چنانكه سطح جدائي دو محيط در طول مسير باريكه اصلي فراصوتي قرار گرفته است. موقعيت زاويه اي مخصوص لبهاي شبكه اي از فرمول زير پيروي ميكند. m x sin • مهندسين طراحي با تكنيكي به نام subdicingلبهاي شبكه اي را كاهش و يا حذف نموده اند .در اين تكنيك بلورهاي هر آرايش به تعداد بلور كوچكتر در تقسيم و از طريق الكترونيكي به هم متصل شده اند .عناصر كوچكتر با هماهنگي با يكديگر بعنوان يك بلور عمل ميكنند .اين عمل فاصله مركز تا مركز بين عناصر را بطور موثر كاهش داده و باعث ميشوند كه لبهاي شبكه اي در زاويه اي بزرگتر از 90درجه رخ بدهند. • حركت گردش خون Hemodynamics • خون مايعي است لزج كه تشكيل شده است از گلبولهاي قرمز ,گلبولهاي سفيد و پالسما ,چسبندگي خون يك پارامتر فيزيكي است كه با هر تغيير شكل مقاومت ميكند .براي يك جسم چسبنده كه مجبور به تغيير شكل شود بايد به نيروهاي داخلي درون سلول غلبه كند .نيروي اصطكاك بوجود آمده توسط چسبندگي خون باعث تغييرات سرعت در طول رگ ميشود. Laminar Flow عوامل موثر در تغيير سرعت خون -1شتاب -2انحناء رگ -3شاخه هاي همانند -4گشادگي رگ -5گرفتگي Plug flow •در اثر تغيير سرعت خون Plug flowبوجود ميايد •در صورت وجود انحناء سرعت در اليه هاي پا ئيني کمتر از اليه هاي فوقاني ميباشد Narrowed Lumen •چرخش خون در يك نقطه را Eddy Flowگويند 3 2 1 2 3 • جريان متالطم Turbulent • زماني بوجود ميايد كه ما نعي جلوي عبور خون را از حالت يكسان و متعادل بگيرد جريان متالطم Turbulent زماني بوجود ميايد كه ما نعي جلوي عبور خون را از حالت يكسان و متعادل بگيرد 5 4 3 2 1 • معادله پوازي • آهنگ جريان حجمي ) (volume flow rateمقدار خوني كه از يك رگ در واحد زمان عبور ميكند را آهنگ جريان حجمي ميگويند و برحسب cm3/sec P Q R • دو عامل تعيين كننده آهنگ جريان ميباشد • اختالف فشار در دو محل رگ كه گراديان فشار ناميده ميشود و نيروئي است كه خون را در رگ به جلو ميراند. • ممانعت از جريان خون در رگ كه مقاومت رگي ويا Reynolds No.ناميده ميشود. 8l R 4 r • طول لوله و يا رگ η ،ويسكوزيته و rشعاع رگ • • • • • فشاركلي رگها -1فشار انقباض قلب -2فشار شرياني –3فشار هيدروستاتيك هر سه سهمي در بوجود آوردن فشار كلي رگها دارند. • • • • • انقباض قلب فشار اعمال شده توسط انقباض ماهيچه هاي قلب. در اينصورت حجم خون در رگها افزايش و در نتيجه رگها منبسط ميشوند. فشار شرياني براي برگشتن به حالت اوليه خود ديواره رگها منقبض و فشار اعمال شده باعث حركت خون در طول رگ ميشود. • فشار هيدرو استاتيك • فشار هيدروستاتيك زماني بوجود مي آيد كه مايع بطور عمودي قرار بگيرد و وزن هر اليه به اليه زير آن انتقال داده ميشود .هر چه ارتفاع بيشتر شود فشار هيدروستاتيك نيز بيشتر ميشود .و از رابطه زير بدست مي آيد. P=ρgh • • داپلر F0فركانس مولد Vسرعت خون Cسرعت صوت در بافت 2 F0V Fd C 2 F0V cos Fd C • با پيشرفت تكنولوژي در آشكارسازي و پردازش سيگنالها امواج فراصوت ,تغييرات فركانس ) (FDبدست آمده رمز گذاري و اين تغييرات را نسبت به اينكه ماده متحرک به طرف پروب و يا از آن دور شوند را بصورت تصوير رنگي به روي صفحه نمايشگر مهيا ميسازد .اگر جريان خون بطرف پروب در حركت باشد تصوير بصورت قرمز و اگر از پروب دور شود تصوير بصورت آبي بر روي صفحه نمايشگر آشكار خواهد شد • از سيستمهاي داپلر در تشخيص حركت قلب جنين,بند ناف, بررسي حيات جنين در فاصله زماني 12-20هفتگي استفاده ميشود .از آنجائيكه تفاوت فركانس FDدر محدوده شنوايي انسان ميباشد تعداد ضربان قلب جنين قابل شنوائي است • روبشگرهاي )M-mode (Motion-mode • نخستين ابزار تشخيصي ارگانهاي متحرك كه توسط امواج فراصوت بكار گرفته شد روش M-modeو يا روش روبشگرهاي متحرك ناميده شد .اولويت اين روش بررسي ارگانهاي متحرك كه شامل ميزان دامنه و الگوي حركت است ميباشد و براي اولين بار براي بررسي وضعيت دريچه ميترال استفاده شد. • اثرات بيولوژيك • كاربرد فيزيكي امواج فراصوت در طي بيست سال گذشته بصورت تجربي رشد قابل مالحظهاي داشته است .توسعه تكنولوژي جديد و قيمتهاي مناسب دستگاههاي فراصوت را براحتي در دسترس همگان قرار داده است .پذيرش رو به تزايد اين روش مربوط به ويژگي خاص اين تكنولوژي و عدم استفاده آنها از پرتوهاي غير يونيزان ميباشد .دستگاههاي التراسوند در تشخيص كليه ارگانهاي نرم بدن بجز ريهها استفاده ميشود .يكي از مهمترين استفاده آنها در مامائي و براي بررسي آمنيوسنتريس (تشکيل كيسه آب جنين) ,نمايش قلب جنين ,تخمين سن و تعيين موقعيت و طراز قرار گرفتن جنين ,تشخيص حاملگي چند قلو و تعيين محل جفت ميباشد. • مطابق باقوانين حفاظت در برابر اشعه ,با سطح دوزي كه در راديولوژي تشخيصي به كار گرفته ميشود ,اگر جنين در معرض پرتوهاي يونيزان قرار گيرد ,اين پرتوها ميتواند بطور بالقوه صدمات بيولوژيكي نهفته در جنين بوجود آورند كه اين مسئله درالتراسوند تشخيصي كامالً حذف گرديده است. Lifetime of an ‘Acoustic Transient Cavitation’ Bubble. • امواج فراصوت نيز در شدتهاي باال )(0.5-3w/cm2 داراي خطرات بيولوژيكي از قبيل پاره كردن ديواره رگ, لخته كردن خون ,هموليز گلبولهاي قرمز و غيره ميباشد. بيشتر اين خطرات با پيدايش پديدهاي بنام كويتاسيون بوجود ميايد .كويتاسيون فرم گرفتن و زندگي ديناميكي يك حباب در مايعات تحت تاثير امواج فراصوت را مينمايد. • امواج فراصوت هستهها غير فعال گازهاي موجود در مايعات (آب ,خون) را در طول يك دوره فشار اكوستيكي بدين صورت فعال ميكند كه در هنگام انبساط يا بخش منفي سيكل موج فشار كمتر از فشار اتمسفر ميباشد حباب رشد و در هنگام تراكم با بخش مثبت سيكل موج كه فشار بيشتر از فشار اتمسفر حباب كوچك ميشود .نفوذ گازهاي اطراف بدرون حباب در بخش منفي سيكل باعث رشد و اضافه شدن محيط آن ميشود و در نتيجه در هنگام انبساط ,حباب هرگز به اندازه اوليه خود نخواهد رسيد و بنا به فعاليت آنها در محيط به دو دسته تقسيم ميشوند. • امواج فراصوت هستهها غير فعال گازهاي موجود در مايعات (آب ,خون) را در طول يك دوره فشار اكوستيكي بدين صورت فعال ميكند كه در هنگام انبساط يا بخش منفي سيكل موج فشار كمتر از فشار اتمسفر ميباشد حباب رشد و در هنگام تراكم با بخش مثبت سيكل موج كه فشار بيشتر از فشار اتمسفر حباب كوچك ميشود .نفوذ گازهاي اطراف بدرون حباب در بخش منفي سيكل باعث رشد و اضافه شدن محيط آن ميشود و در نتيجه در هنگام انبساط ,حباب هرگز به اندازه اوليه خود نخواهد رسيد و بنا به فعاليت آنها در محيط به دو دسته تقسيم ميشون • • • پايدار ناپايدار حبابهاي پايدار به آن دسته از حبابها گفته ميشود كه طول يك شعاع تعادل در ميدان صوتي نوسان ميكند و براي تعداد قابل توجهي از دورههاي اكوستيكي به زندگي ديناميكي خود ادامه ميدهد. • • حبابهاي ناپايدار به آن دسته از حبابها گفته ميشود كه بشكل ناپايداري در طول يك شعاع كه چندين برابر اندازه اوليه آنها ميباشد نوسان و سپس به سرعت فروكش ) (Collapseميكنند. درجه حرارت و فشار باالي به وجود آمده در اثر فروكش كردن حباب باعث واكنشهاي شيميايي در مايعات ,از بين بردن گلبولهاي خون پاره شدن ديواره مويرگها و غيره ....ميشود.