Ultraschall: Ultraschallwellen: Was ist der physikalische Grund, einen Luftspalt zwischen dem Schallkopf und dem Patienten zu vermeiden? Wie kann es vermieden werden?
Jae Won Joh, schläfriger Medizindörfer
Lassen Sie uns zuerst feststellen, wie ein Ultraschallgerät funktioniert. Auf diese Weise können wir verstehen, warum der Mechanismus zusammenbrechen und ihn reparieren kann.
Ihre typische Ultraschallsonde ist folgendermaßen aufgebaut:
Bildnachweis: Medizinische Physik - Ultraschall
PROJEKTION
Zuerst wandelt der piezoelektrische Kristall elektrischen Strom in Schallwellen um, die von der Nase mit Frequenzen im Bereich von 2 Millionen bis 20 Millionen Hertz (Hz) projiziert werden. Schall ist eine Reihe von Druckwellen, die etwas Medium benötigen, um sich fortzupflanzen. Die Dichte und Steifigkeit eines gegebenen Mediums bestimmen, wie sich diese Wellen während des Ausbreitungsprozesses verhalten.
Wellen bewegen sich extrem schnell durch Festkörper und sind damit ein großartiges Medium. Es wird geschätzt, dass akustische Wellen sich mit ~ 1540 Metern / Sekunde durch menschliches Gewebe bewegen. Der Hauptgrund dafür, dass sich die Welle nicht mehr ausbreitet, ist die Absorption der Energie durch das Medium; Grundsätzlich wird die Schallenergie in Wärmeenergie umgewandelt und zerstreut.
In Flüssigkeiten / Gelen bewegen sich die Wellen sehr gut, da genügend Dichte / Steifheit vorhanden ist, um Ausbreitung zu ermöglichen, aber nicht genug, um so viel Absorption wie ein Feststoff zu haben. Sie werden eine gewisse Brechung und Streuung haben, aber es ist nicht ausreichend, um problematisch zu sein.
Schallwellen neigen dazu, sofort zu streuen und zu dispergieren, wenn sie sich durch Gase ausbreiten, weil sie auf völlig unvorhersehbare Weise von allen (relativ) energiereicheren Gasteilchen abprallen.
REZEPTION
Zweitens schaltet die Ultraschallsonde sofort die Modi um und lauscht dann auf die Reflexionen der Wellen, die sie ausbreitet. Sie nimmt, was für Input sie bekommen kann, und macht ein wenig Phantasie, um sie für Sie in ein digitales 2D-Bild auf dem Bildschirm umzuwandeln. Basierend auf der Dichte / Steifigkeit des gegebenen Mediums unterscheidet sich die Rückkopplung, die die Sonde empfängt, drastisch.
Ein festes Medium liefert ein schönes, vorhersagbares Reflexionsmuster, das einen anständigen Teil der Schallwellen direkt an die Sonde zurücksendet.
Ein Flüssigkeits- / Gel-Medium hat keine große Reflexion, aber aufgrund seines fehlenden Widerstands verhindert es auch nicht, dass Wellen zurückkommen. Wenn zwischen der Ultraschallsonde und einem Festkörper ein flüssiges Medium vorhanden ist, können somit sowohl die Ausbreitung als auch die Reflexion durchgelassen werden, ohne dass die Wellen stark verändert werden. Behalte das im Hinterkopf, es ist der Schlüssel!
Ein Luftmedium streut die Wellen so stark, dass das Ultraschallgerät die empfangenen Informationen nicht mehr lesen kann, deshalb zeigt der Bildschirm bei Lufteinfall ein trübes Grau, die Sonde empfängt Signale, ja , aber es ist im Grunde nicht interpretierbarer Müll.
Wie sieht das alles für den klinischen Einsatz von Ultraschall aus?
Im Idealfall, wenn die Haut eine völlig glatte Oberfläche wäre, wären wir in der Lage, die Sonde direkt auf einen Patienten zu legen und sie einfach so zu benutzen, aber leider ist die Haut nicht perfekt glatt (Beulen, Haare, ungleichmäßige Textur usw.) und tut es auch nicht gut gegen die Oberfläche der Sonde abdichten. Dies führt zu Tonnen kleiner Lufteinschlüsse, die die Fähigkeit der Maschine zerstören, die Signale zu interpretieren, die sie bekommen.
Ergo spritzen wir etwas Gel zwischen die Sonde und den Patienten:
Was das Gel macht, ist ein einfaches Dichtungsmittel zwischen der Haut und der Sonde, das eine Wellenausbreitung / -reflexion (siehe oben) ermöglicht, während die Streueffekte der Lufttaschen minimiert werden. Dies ermöglicht ein viel klareres Bild.
Denken Sie jetzt daran, was Sie bezüglich Flüssigkeiten gelesen haben. Es gibt tatsächlich zwei (etwas absurde, aber nützliche) Hacks, die Sie bei Bedarf verwenden können:
Immersionstechnik. Einfach den gewünschten Körperteil in eine Wanne mit Wasser legen. Bedecke die Ultraschallsonde mit etwas (solange es eine wasserdichte Hülle ist, es wird funktionieren; ich habe vorher einen Einweg-Latexhandschuh benutzt), damit du keinen Wasserschaden verursachst und ein $ 10K + Gerät zerstörst, und dann Verwenden Sie die Sonde direkt im Wasser. Für beste Ergebnisse sprühen Sie etwas Gel auf die Nase der Sonde, bevor Sie es bedecken.
Blasentechnik. Holen Sie sich einen Latexhandschuh und erstellen Sie einen provisorischen Wasserballon. Lassen Sie keine Luftblasen im Inneren! Halten Sie diesen Wasserballon vorsichtig auf die zu scannende Oberfläche und drücken Sie die Sonde vorsichtig auf die gegenüberliegende Seite. So können Sie ein akustisches "Fenster" erstellen "; diese Methode ist besonders nützlich für mehr oberflächliches Scannen. DRÜCKEN SIE NICHT HART GENUG, UM DEN BALLON BURST ZU VERURSACHEN.
Wenn Sie eines der beiden oben genannten Dinge tun, seien Sie sehr vorsichtig; das Ertrinken Ihrer Sonde im Wasser ist für die Sonde schlecht und könnte einige sehr teure Geräte beschädigen. Seien Sie daher äußerst vorsichtig!
Marissa Richards, arbeitet bei Dunkin "Donuts
Beantwortet am 26. Januar 2018
Der wichtigste Grund, warum ein Ultraschall-Ultraschallgerät ein Kopplungsgel verwenden muss, besteht darin, die Impedanz zwischen dem Schallkopf und der Haut zu verringern. Obwohl es Lufteinschlüsse gibt, die beim Scannen Störungen verursachen, verbreitet sich der Schall durch die Luft. In der Tat kann es durch jedes Gas, Flüssigkeit oder Feststoff reisen. Schallwellen können nur nicht durch ein Vakuum wandern. Impedanz ist die Differenz der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall an einer Grenze zwischen zwei Materialien. Die Impedanz der Wandler beträgt etwa das 20-Fache der Haut, daher wird fast das gesamte Signal durch Streuung, Reflexion oder Absorption gedämpft, und das Bild geht verloren. Das Gel wirkt als eine Barriere, die den Unterschied in der Impedanz verringert, so dass die Welle wandern kann, ohne so viel ihrer Leistung und Amplitude zu verlieren.
Richard Tabassi, 12 Jahre in der medizinischen Bildgebung, PhD Diagnostic Medical and Molecular Physics
Beantwortet 31.12.2017 · Autor hat 593 Antworten und 922k Antworten
Die Lösung ist einfach: Verwenden Sie ein Medium, das die akustische Energie effizient in das Gewebe leitet und die zurückkehrenden akustischen Schallwellen zu den Detektoren gelangen lässt. Dies wird mit maßgeschneiderten Ultraschallgelen erreicht, deren Eigenschaften zur Maximierung des Energietransfers mit einer Viskosität gewählt werden, die die Adhäsion an die Sonde und den Bereich von Interesse fördert.
Alan Meyers, ME Elektrotechnik, Rensselaer Polytechnic Institute (1975)
Beantwortet 28. Januar 2018 · Autor hat 81 Antworten und 11.8k Antworten
Die Ultraschallbildgebung basiert darauf, dass der Ultraschall zurück zum Schallkopf reflektiert wird. Ultraschall wird zurückreflektiert, wenn er auf eine Grenze trifft. Die Grenze tritt auf, wenn sich die Impedanz des Materials ändert, durch das der Ultraschall läuft. Dies kann durch eine Änderung der Temperatur des Materials oder eine Änderung dessen verursacht werden, woraus das Material besteht. Wenn der Ultraschall eine Luftblase trifft, reflektiert er den größten Teil der Ultraschallenergie zurück und das Bild zeigt wenig oder etwas tiefer. Das Gel verhindert Luftblasen zwischen dem Schallkopf und dem Körper.
Ultraschall, Ultraschall, Elektrotechnik, Medizin und Gesundheitswesen
