Summary
Samenvatting - Methoden in het biomedisch onderzoek 2 (B-KUL-E0F94A)
- Course
- Institution
Samenvatting van het hoofdstuk 'in vivo metingen' van het vak Methoden in biomedisch onderzoek 2.
[Show more]
Seller
Follow
lienconvents
Content preview
Hoofdstuk 7: in vivo metingen bij demens
Deel 1: Ultrasone beeldvorming
1. Karakteristieken van geluid en geluidsgolven
Voortplanting van geluid
- Geluid kan zich enkel voortplanten in een medium, kan zich niet voorplanten in de ruimte
- Geluid is een longitudinale golf (drukgolf)
Grafiek:
- Relatieve druk in functie van de plaats/tijd
- 2 mogelijke situaties:
o Samendrukking = compression
o Uitzetting = rarefaction
Enkele begrippen:
- Periode T = de tijd van een volledige oscillatie-cyclus
- Golflengte λ = de afstand tussen twee opeenvolgende golftoppen
- Frequentie f = het aantal keer dat een golf oscilleert doorheen 1 cyclus per seconde
(eenheid: cycli/s = Hz)
- Geluidssnelheid v = afstand afgelegd door de golf per tijdseenheid
o Snelheid = afstand/tijd = golflengte/periode = golflengte maal
frequentie
o Lage frequentie = grote golflengte
o Hoge frequentie = lage golflengte
Beschrijving van vlakke golven
Met amplitude A
- Golven beschrijven als cosinus of sinus (of combinatie ervan)
Met golfgetal k = 2π/λ
- Golven met dezelfde golflengte en amplitude kunnen Met snelheid v
verschoven zijn in tijd/plaats => nemen we
faseverschil (in radialen)
Interferentie = effect van meerdere golven die samenvallen in ruimte en tijd
Superpositiebeginsel = waarde van de amplitude op elk tijdstip en elke plaats is de som van de
waarden van de amplitudes van de afzonderlijke golven
Constructieve interferentie:
- Pieken telkens samenvallen
- Elkaar versterken
- Sterkere golf dan de twee apart
1
,Destructieve interferentie:
- Piek komt overeen met dal van de andere golf
- Gaan elkaar voor een stuk opheffen
- Stel identiek in amplitude => elkaar volledig opheffen
- Voorbeeld: noise cancellation hoofdtelefoon => golven waarbij het signaal wordt onderdrukt
Constructieve en destructieve interferentie hangt af van:
- de fase van de interagerende golven
- de amplitude van de interagerende golven
Heel vaak zal interferentie van golven een tussenvorm zijn tussen constructieve en destructieve
interferentie (in praktijk).
Geluidsnelheid is afh van:
- het voorplantigsmedium
- densiteit van het medium
lucht: 3 seconde nodig voor voortplanting van 1 km
EXAMEN: geluidssnelheid in weefsel lager, = of hoger dan
geluidsnelheid in lucht???
Geen getallen, maar wel grootte-ordes kennen
< 20 Hz Infrasoon Bv. vulkaanuitbarstingen op grotere
afstand
20 Hz – 20 kHz Hoorbaar bereik Oor is meest gevoelig voor 2kHz tot 4 kHz
2 MHz – 10 MHz Medisch ultrasoon
10 MHz – 50 MHz Gespecialiseerde ultrasone Dermatologische/neonatologische
toepassingen toepassingen
Toepassingen bij kleine proefdieren
Druk en intensiteit
Energie van geluid veroorzaakt een verplaatsing van deeltjes en variatie in lokale druk in het medium
Druk amplitude P = piek maximum of minimum waarde druk = de gemiddelde druk in het medium bij
afwezigheid van een geluidsgolf = maximale verandering van druk door geluidsgolf
- SI eenheid: Pascal (Pa) = 1 N/m2.
- Diagnostische ultrasone golven: piek drukniveaus rond 1.5 MPa ~ 15 x de atmosferische druk
Akoestische intensiteit I = gemiddelde energie per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid (loodrecht
op de voortplantingsrichting)
Relatie tussen intensiteit en druk: I ∝ P2
Intensiteitsniveaus bij medisch diagnostisch ultrageluid in eenheden van mW/cm 2
2
,Decibel (cB) schaal
Intensiteitsbereik menselijk oor: 10-12 tot 1 W/m2
Relatieve intensiteit (dB) ¿ 10 log 10 ( )
I
I0
met I0 de intensiteit van een gekozen referentieniveau.
- Menselijk gehoor: I0 = 10-12 W/m2 (gehoordrempel)
- Ultrasone beeldvorming (US): I0 = de intensiteit van de opgevangen echo
Uitwerking kennen van de volgende situaties (zie notities bij slide):
- Een verandering van 10 in de dB schaal = 1 ordegrootte (10x) meer in intensiteit.
- Een verandering van 20 in de dB schaal = 2 ordegroottes (100x) meer in intensiteit.
2. Interacties tussen ultrasone golven en
materie
Ultrasone interacties worden bepaald door de akoestische eigenschappen van materiaal.
Akoestische impedantie
Akoestische impedantie Z van een materiaal is gedefinieerd als:
Z = ρc
met ρ de dichtheid in kg/m3 en c de geluidssnelheid in m/s.
- SI eenheid: kg/(m2s); 1 rayl = 1 kg/(m2s).
- Akoestische impedantie = materiaaleigenschap die aangeeft hoeveel weerstand een
geluidsgolf ondervindt bij de voortplanting door het materiaal
- Bij lucht => zeer laag (weinig weerstand)
- Bij bot => zeer hoog (veel weerstand)
Reflectie
Aan de overgang van weefsel door het verschil in akoestische impedantie
Reflectiecoëfficiënt = fractie van de geluidsintensiteit v/e loodrechte golf dat gereflecteerd wordt
Voor loodrechte inval:
2
I r Z 2−Z 1
- Intensiteit reflectiecoëfficiënt R I = =( )
Ii Z2 + Z 1
- Intensiteit transmissiecoëfficiënt T I =1−R I
- met r = reflecterende golf & i = inkomende golf
3
, Bij de overgang lucht - weefsel: bijna 100% van de invallende intensiteit wordt
gereflecteerd (Z2 >> Z1) gebruik van akoestische gel tussen
transducer en de huid.
Als de golf loodrecht invalt op de weefselrand: productie van een echo (=teruggekaatste geluidsgolf)
Bij niet loodrechte inval (onder een hoek θi): reflectie over een hoek θr
θi = θr
Echo's worden weg van de transducer gereflecteerd en kunnen niet worden gedetecteerd.
Aanname: we veronderstellen een glad oppervlak tussen weefsels
- glad = de golflengte van de geluidsgolf >> structurele variaties aan de rand
Ultrasone golven met een hogere frequentie (= kortere golflengte):
- het oppervlak is niet langer “glad”
- echo’s worden diffuus verstrooid in het medium
- DUS kleinere fractie van de invallende intensiteit wordt teruggestuurd naar de transducer
Refractie
Verandering van richting van de doorgelaten golf (transmissie t)
Geluidsgolven doorheen weefsels:
- geen verandering van de frequentie
- verandering van de snelheid
De refractiehoek θt wordt bepaald door de verandering van de geluidssnelheid en door de hoek θi
van de invallende golf:
Indien c2 > c1, dan θt > θi
Indien c1 > c2, dan θt < θi
Examenvraag = Kun je op basis van de figuur zeggen welke geluidsnelheid C1/C2 het hoogst is?
Verstrooiing
Een speculaire reflector = glad oppervlakte tussen twee media
(altijd tov golflengte vd geluidsgolf)
Akoestische verstrooiing ontstaat bij objecten en overgangen die
de grootte van de golflengte of kleiner hebben (ruw of niet-
speculair reflectoroppervlakte)
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller lienconvents. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $6.98. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
52510 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now