Samenvatting bijzondere KNF onderzoeken
Hoofdstuk 1: inleiding echografie- en doppleronderzoek
Middels ultrageluid is het mogelijk informatie te krijgen over weefselstructuren en
bloedstroomsnelheden. Het op vangen van de ultrageluidpulsen door het reflecteren van ultrageluid
op weefselstructuren, worden zichtbaar in een echogram.
- Duplex: echografie + doppler gecombineerd. Waarbij echo weergave geeft van de weefsels
en bloedvaten en doppler de bloedstroomsnelheden.
Echografie
- Doel: topografie (ligging en onderlinge verhoudingen) van anatomische structuren in beeld
brengen. (arteriën in hals, perifere zenuwen)
- Werking:
- Transducer zendt hoogfrequente geluidsgolven het lichaam in.
- Grenslagen tussen verschillende weefsels weerkaatsen deze golven deels.
- Tijdsverschil tussen uitgezonden golven en ontvangen golven wordt gemeten.
- Met deze geleidingssnelheid wordt echografisch beeld verkregen.
Doppler
- Ook middels ultrageluidtransducer.
- Werking:
- Stromende bloedcellen binnen een vat reflecteren geluidsgolven.
- Het terugontvangen signaal heeft een andere frequentie dan uitgezonden signaal
door het bewegen van de reflector (bloedcellen).
- Hieruit is o.b.v. frequentieverandering de stroomsnelheid en –richting te bepalen.
Basale fysica van trillingen en golven
Trilling of oscillatie
- Is een in ruimte heen en weer gaande beweging van een deeltje of systeem om een middelpunt, die
zich met regelmatige intervallen herhaalt (bijv: slinger van een klok, trillen van gitaarsnaar).
Trillingsparameters
- Trillingsamplitude: is de maximale uitslag van de beweging
rond evenwichtspunt.
- Trillingsperiode (s): tijd waarna het sinuspatroon zich herhaalt.
- Trillingsfrequentie (Hz): aantal periodes per seconde.
1
f ( Hz )=
T (s)
Ultrasoon geluid
- Is een frequentie hoger dan voor mensen waarneembaar (>19kHz).
- Synoniem voor ultrageluid.
- Voor medische diagnostiek frequenties van 1-20 MHz.
1
,Energiebehoud
- Wet van behoud van energie:
- Potentiele energie: bij het uittrekken van een veer voeg je energie toe aan het systeem in
de vorm van rek.
- Kinetische energie (bewegingsenergie): door het loslaten van de veer wordt de potentiele
energie omgezet in kinetische energie: de massa gaat versnellen.
- De som van deze twee keert zich om maar blijft constant.
- Gedempte trilling: een deel van de energie wordt omgezet in wrijving en warmte, hierdoor
neemt de amplitude over tijd af.
Resonantie
- Gedwongen trilling: door een externe kracht (oscillator) een trillingsfrequentie opleggen
aan een systeem met een andere natuurlijke frequentie. Er moet hierbij een extra kracht
worden geleverd. Hoe groter het verschil tussen opgelegde frequentie en natuurlijke
frequentie, hoe kleiner de trillingsamplitude.
- Resonantie-frequentie: de frequentie waarbij de grootste
trillingsamplitude wordt bereikt. Dit is wanneer gedwongen trilling
gelijk is aan de natuurlijke trilling.
- Mechanische golf/lopende golf: verplaatsing van deeltje
waardoor andere naburige deeltjes ook verplaatsen.
Elasticiteit
- Golfsnelheid V (m/s): de snelheid waarmee 1 golf zich
voortbeweegt van top tot top. Is afhankelijk van de elasticiteit van
een medium. Hoe elastischer een medium hoe lager de
voortplantingssnelheid en vice versa.
- Golflengte λ (m): de afstand die een golf aflegt in 1 periode
van een volledige sinus.
- Golffrequentie f (Hz): aantal golven per seconde.
V m/s
Formule: λ= = m=
f s
– Transversale golven: richting van de trilling van deeltjes in
een medium staat loodrecht op de voortplantingsrichting
van golf. Verticale trilling leidt tot lopende golf in horizontale
richting.
– Longitudinale golven: de richting van de beweging van de
deeltjes loopt parallel aan de voorplantingsrichting van de
golf. Deze golven zijn relevanter bij ultrageluid.
Geluidsgolven in biologische weefsels
Hiervoor werd de voorgeleiding van geluid in een homogeen medium besproken. In werkelijkheid
heeft men bij biologische weefsels te maken met: inhomogeniteiten, absorptie, reflectie, refractie en
verstrooiing van geluid.
– Invloed voortplanttingssnelheid: afhankelijk van mechanische eigenschappen van medium.
Hoe elastischer een medium, hoe grotere afstand een deeltje kan afleggen. Hierbij is een lage
geluidssnelheid. Geluidssnelheid is hoog in een stijve vaste stof (bijv bot).
2
,Absorptie
= energieverlies als gevolg van het trillen van de deeltjes.
Wanneer de trilling van een weefseldeeltje wordt overgedragen op een volgend deeltje, gaat
energie verloren in de vorm van warmte. Door deze absorptie neemt energie van een geluidsgolf af
hoe verder deze zich verplaatst in het medium. Dit is afhankelijk van de mechanische eigenschappen
van het medium.
- Frequentieafhankelijk: de frequentie heeft ook invloed op de mate van absorptie.
- Bij hoge frequenties: elastische verbindingen tussen weefseldeeltjes worden snel
uitgetrokken en ingeduwd. Hierdoor relatief veel energie verloren tov lage frequenties.
- Doordringvermogen: hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de afstand die de ultrageluidgolf kan
afleggen door het weefsel tot deze is uitgedoofd.
- Time gain compensation: hoe groter de afstand van een geluidspuls in weefsel, hoe groter de
absorptie en hoe zwakker de echo. Om dit te verbeteren worden echo’s die er langer over doen (dus
met langere tijd na zendpuls terug), elektronisch versterkt. Deze techniek zorgt voor betere
weergave van structuren op grotere afstand.
Vuistregel: verzwakking van 1dB per cm per MHz. Echo gaat heen en terug, daarom 2dB per cm
diepte van de reflector per MHz.
Inhomogeniteit van medium
= een ruimtelijk begrensde verandering van akoestische eigenschappen. Dit leidt tot: reflectie,
refractie en verstrooiing.
- Kom omdat in een lichaam verschillende soorten weefsels naast elkaar liggen, met andere
dichtheden, elasticiteit, etc.
Reflectie, refractie en verstooiing
Reflectie
- Op de grenslaag tussen twee media zal een deel
van de geluidsgolven worden teruggekaatst.
- Het weerkaatsende medium moet hierbij een
grotere afmeting hebben dan de golflengte van de
invallende geluidsgolf.
- Regelmatige reflector: hierbij worden
geluidsgolven deels teruggekaatst in de hoek
tussen de reflector en inkomende golfbundel.
- Onregelmatige reflector: hierbij wordt het geluid
in verschillende richtingen weerkaatst. Een kleiner deel zal terug opgevangen worden voor
het echobeeld.
- Diffuse reflector: het grensvlak tussen twee media bestaat uit losse deeltjes. Hierdoor
worden de geluidsgolven deels teruggekaatst, maar de energie wordt in alle richtingen
verdeeld.
Refractie
- Een gedeelte van de geluidsgolven wordt weerkaatst, maar een ander deel wordt
afgebogen door het omliggende weefsel.
Refractie: de grootte van deze afbuiging. Is afhankelijk van verschil in
geluidsvoortplantingssnelheid tussen de twee weefsels.
3
, Verstrooiing:
Er treedt geen reflectie op maar verstrooiing van het signaal wanneer de grootte van een
inhomogeniteit kleiner < of gelijk is = aan de golflengte. Bijv. bij een luchtbel in een bloedvat,
waarbij dit deeltje leidt tot verstrooiing in alle richtingen van de inkomende energie.
- Principe van Huygens: verstrooiing wordt verklaard doordat een zeer klein geïnsoneerd
deeltje gaat trillen binnen het medium. Het deeltje gaat dan functioneren als secundaire
trillingsbron welke een deel van de inkomende trillingsenergie in alle richtingen verspreid.
> Hoe meer van deze inhomogeniteiten, hoe slechter het beeld. Lijkt hierbij op mist,
door de lichtverstrooiing gaat visuele informatie verloren.
> Door gel aan te brengen wordt het overgangsgebied tussen transducer en huid
verbeterd (dunne akoestische tussenlaag), waardoor absorptie en reflectie tussen
deze lagen verminderd.
Transducers en echografische beeldvorming
– Transducer: is een element wat een bepaald type energie kan omzetten in een andere vorm.
– Ultrageluid-transducer: zet elektrische energie om in akoestische drukgolven, dmv piëzo-
elektrisch effect.
– Piëzokristal: een elektrische spanning op dit kristal leidt tot een verandering in de grootte
hiervan, hierdoor ontstaat een oscillerende drukgolf (in een weefsel). Elk kristal trilt met
eigen resonantiefrequentie. De trilling is afhankelijk van de fysische eigenschappen en
grootte van dit kristalblokje.
Het geluidsveld
Geluidsbundel: het geluid wordt gebundeld in een bepaalde
richting, onderscheid wordt gemaakt in: het nabije veld en het
verre veld.
- Nabije veld/Fresnel-zone: deel van geluidsveld op korte
afstand van transducer. Diameter van transducer is ongeveer
even breed als van geluidsbundel.
> Interferentie: wanneer golven afkomstig uit verschillende
locaties van de transducer, elkaar versterken of verzwakken.
Dit kan leiden tot uitdoving of versterking (afb)
> Pulsoscillatie: Wanneer een klein aantal (n) golfperioden
wordt uitgezonden gevolgd door een pauze. Dit zorgt ervoor
dat er geen interferentie meer kan plaatsvinden: verbeterd de
geluidsveldhomogeniteit in het nabije veld.
- Verre veld/Fraunhofer-zone:
- Begint waar het nabije veld eindigt.
- Wanneer weglengteverschil minder is dan 1/2 λ .
- Hier treedt geen storende interferentie meer op.
- In dit gebied neemt de bundelbreedte evenredig toe met de afstand tot de
transducer.
4
Hoofdstuk 1: inleiding echografie- en doppleronderzoek
Middels ultrageluid is het mogelijk informatie te krijgen over weefselstructuren en
bloedstroomsnelheden. Het op vangen van de ultrageluidpulsen door het reflecteren van ultrageluid
op weefselstructuren, worden zichtbaar in een echogram.
- Duplex: echografie + doppler gecombineerd. Waarbij echo weergave geeft van de weefsels
en bloedvaten en doppler de bloedstroomsnelheden.
Echografie
- Doel: topografie (ligging en onderlinge verhoudingen) van anatomische structuren in beeld
brengen. (arteriën in hals, perifere zenuwen)
- Werking:
- Transducer zendt hoogfrequente geluidsgolven het lichaam in.
- Grenslagen tussen verschillende weefsels weerkaatsen deze golven deels.
- Tijdsverschil tussen uitgezonden golven en ontvangen golven wordt gemeten.
- Met deze geleidingssnelheid wordt echografisch beeld verkregen.
Doppler
- Ook middels ultrageluidtransducer.
- Werking:
- Stromende bloedcellen binnen een vat reflecteren geluidsgolven.
- Het terugontvangen signaal heeft een andere frequentie dan uitgezonden signaal
door het bewegen van de reflector (bloedcellen).
- Hieruit is o.b.v. frequentieverandering de stroomsnelheid en –richting te bepalen.
Basale fysica van trillingen en golven
Trilling of oscillatie
- Is een in ruimte heen en weer gaande beweging van een deeltje of systeem om een middelpunt, die
zich met regelmatige intervallen herhaalt (bijv: slinger van een klok, trillen van gitaarsnaar).
Trillingsparameters
- Trillingsamplitude: is de maximale uitslag van de beweging
rond evenwichtspunt.
- Trillingsperiode (s): tijd waarna het sinuspatroon zich herhaalt.
- Trillingsfrequentie (Hz): aantal periodes per seconde.
1
f ( Hz )=
T (s)
Ultrasoon geluid
- Is een frequentie hoger dan voor mensen waarneembaar (>19kHz).
- Synoniem voor ultrageluid.
- Voor medische diagnostiek frequenties van 1-20 MHz.
1
,Energiebehoud
- Wet van behoud van energie:
- Potentiele energie: bij het uittrekken van een veer voeg je energie toe aan het systeem in
de vorm van rek.
- Kinetische energie (bewegingsenergie): door het loslaten van de veer wordt de potentiele
energie omgezet in kinetische energie: de massa gaat versnellen.
- De som van deze twee keert zich om maar blijft constant.
- Gedempte trilling: een deel van de energie wordt omgezet in wrijving en warmte, hierdoor
neemt de amplitude over tijd af.
Resonantie
- Gedwongen trilling: door een externe kracht (oscillator) een trillingsfrequentie opleggen
aan een systeem met een andere natuurlijke frequentie. Er moet hierbij een extra kracht
worden geleverd. Hoe groter het verschil tussen opgelegde frequentie en natuurlijke
frequentie, hoe kleiner de trillingsamplitude.
- Resonantie-frequentie: de frequentie waarbij de grootste
trillingsamplitude wordt bereikt. Dit is wanneer gedwongen trilling
gelijk is aan de natuurlijke trilling.
- Mechanische golf/lopende golf: verplaatsing van deeltje
waardoor andere naburige deeltjes ook verplaatsen.
Elasticiteit
- Golfsnelheid V (m/s): de snelheid waarmee 1 golf zich
voortbeweegt van top tot top. Is afhankelijk van de elasticiteit van
een medium. Hoe elastischer een medium hoe lager de
voortplantingssnelheid en vice versa.
- Golflengte λ (m): de afstand die een golf aflegt in 1 periode
van een volledige sinus.
- Golffrequentie f (Hz): aantal golven per seconde.
V m/s
Formule: λ= = m=
f s
– Transversale golven: richting van de trilling van deeltjes in
een medium staat loodrecht op de voortplantingsrichting
van golf. Verticale trilling leidt tot lopende golf in horizontale
richting.
– Longitudinale golven: de richting van de beweging van de
deeltjes loopt parallel aan de voorplantingsrichting van de
golf. Deze golven zijn relevanter bij ultrageluid.
Geluidsgolven in biologische weefsels
Hiervoor werd de voorgeleiding van geluid in een homogeen medium besproken. In werkelijkheid
heeft men bij biologische weefsels te maken met: inhomogeniteiten, absorptie, reflectie, refractie en
verstrooiing van geluid.
– Invloed voortplanttingssnelheid: afhankelijk van mechanische eigenschappen van medium.
Hoe elastischer een medium, hoe grotere afstand een deeltje kan afleggen. Hierbij is een lage
geluidssnelheid. Geluidssnelheid is hoog in een stijve vaste stof (bijv bot).
2
,Absorptie
= energieverlies als gevolg van het trillen van de deeltjes.
Wanneer de trilling van een weefseldeeltje wordt overgedragen op een volgend deeltje, gaat
energie verloren in de vorm van warmte. Door deze absorptie neemt energie van een geluidsgolf af
hoe verder deze zich verplaatst in het medium. Dit is afhankelijk van de mechanische eigenschappen
van het medium.
- Frequentieafhankelijk: de frequentie heeft ook invloed op de mate van absorptie.
- Bij hoge frequenties: elastische verbindingen tussen weefseldeeltjes worden snel
uitgetrokken en ingeduwd. Hierdoor relatief veel energie verloren tov lage frequenties.
- Doordringvermogen: hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de afstand die de ultrageluidgolf kan
afleggen door het weefsel tot deze is uitgedoofd.
- Time gain compensation: hoe groter de afstand van een geluidspuls in weefsel, hoe groter de
absorptie en hoe zwakker de echo. Om dit te verbeteren worden echo’s die er langer over doen (dus
met langere tijd na zendpuls terug), elektronisch versterkt. Deze techniek zorgt voor betere
weergave van structuren op grotere afstand.
Vuistregel: verzwakking van 1dB per cm per MHz. Echo gaat heen en terug, daarom 2dB per cm
diepte van de reflector per MHz.
Inhomogeniteit van medium
= een ruimtelijk begrensde verandering van akoestische eigenschappen. Dit leidt tot: reflectie,
refractie en verstrooiing.
- Kom omdat in een lichaam verschillende soorten weefsels naast elkaar liggen, met andere
dichtheden, elasticiteit, etc.
Reflectie, refractie en verstooiing
Reflectie
- Op de grenslaag tussen twee media zal een deel
van de geluidsgolven worden teruggekaatst.
- Het weerkaatsende medium moet hierbij een
grotere afmeting hebben dan de golflengte van de
invallende geluidsgolf.
- Regelmatige reflector: hierbij worden
geluidsgolven deels teruggekaatst in de hoek
tussen de reflector en inkomende golfbundel.
- Onregelmatige reflector: hierbij wordt het geluid
in verschillende richtingen weerkaatst. Een kleiner deel zal terug opgevangen worden voor
het echobeeld.
- Diffuse reflector: het grensvlak tussen twee media bestaat uit losse deeltjes. Hierdoor
worden de geluidsgolven deels teruggekaatst, maar de energie wordt in alle richtingen
verdeeld.
Refractie
- Een gedeelte van de geluidsgolven wordt weerkaatst, maar een ander deel wordt
afgebogen door het omliggende weefsel.
Refractie: de grootte van deze afbuiging. Is afhankelijk van verschil in
geluidsvoortplantingssnelheid tussen de twee weefsels.
3
, Verstrooiing:
Er treedt geen reflectie op maar verstrooiing van het signaal wanneer de grootte van een
inhomogeniteit kleiner < of gelijk is = aan de golflengte. Bijv. bij een luchtbel in een bloedvat,
waarbij dit deeltje leidt tot verstrooiing in alle richtingen van de inkomende energie.
- Principe van Huygens: verstrooiing wordt verklaard doordat een zeer klein geïnsoneerd
deeltje gaat trillen binnen het medium. Het deeltje gaat dan functioneren als secundaire
trillingsbron welke een deel van de inkomende trillingsenergie in alle richtingen verspreid.
> Hoe meer van deze inhomogeniteiten, hoe slechter het beeld. Lijkt hierbij op mist,
door de lichtverstrooiing gaat visuele informatie verloren.
> Door gel aan te brengen wordt het overgangsgebied tussen transducer en huid
verbeterd (dunne akoestische tussenlaag), waardoor absorptie en reflectie tussen
deze lagen verminderd.
Transducers en echografische beeldvorming
– Transducer: is een element wat een bepaald type energie kan omzetten in een andere vorm.
– Ultrageluid-transducer: zet elektrische energie om in akoestische drukgolven, dmv piëzo-
elektrisch effect.
– Piëzokristal: een elektrische spanning op dit kristal leidt tot een verandering in de grootte
hiervan, hierdoor ontstaat een oscillerende drukgolf (in een weefsel). Elk kristal trilt met
eigen resonantiefrequentie. De trilling is afhankelijk van de fysische eigenschappen en
grootte van dit kristalblokje.
Het geluidsveld
Geluidsbundel: het geluid wordt gebundeld in een bepaalde
richting, onderscheid wordt gemaakt in: het nabije veld en het
verre veld.
- Nabije veld/Fresnel-zone: deel van geluidsveld op korte
afstand van transducer. Diameter van transducer is ongeveer
even breed als van geluidsbundel.
> Interferentie: wanneer golven afkomstig uit verschillende
locaties van de transducer, elkaar versterken of verzwakken.
Dit kan leiden tot uitdoving of versterking (afb)
> Pulsoscillatie: Wanneer een klein aantal (n) golfperioden
wordt uitgezonden gevolgd door een pauze. Dit zorgt ervoor
dat er geen interferentie meer kan plaatsvinden: verbeterd de
geluidsveldhomogeniteit in het nabije veld.
- Verre veld/Fraunhofer-zone:
- Begint waar het nabije veld eindigt.
- Wanneer weglengteverschil minder is dan 1/2 λ .
- Hier treedt geen storende interferentie meer op.
- In dit gebied neemt de bundelbreedte evenredig toe met de afstand tot de
transducer.
4
