Ultrahang nyaláb

A RadiWiki wikiből

Az ultrahang hullám kompressziós zónáját az ultrahang hullám mozgására merőleges vonalakkal ábrázolhatjuk. Ezek a vonalak a hullámfrontot jelölik.

Paralell és centrális hullámfrontok.

Egy nagyméretű ultrahangforrás esetén (a nagy méret az ultrahang hullámhosszához viszonyítva értendő) az ultrahang hullámfrontok egyenlő távolságú vonalakként írhatók le. Az ilyen típusú hullámfrontot sík hullámfrontnak nevezzük és az ilyen ultrahanghullámot síkhullámnak nevezzük. A másik lehetőség, hogy az ultrahanghullám egy pontszerű hullámforrásból ered és ezesetben a hullámfrontokat növekvő átmérőjű koncentrikus körökként, illetve gömbökként képzelhetjük el. A pontszerű forrásból eredő hullámok gömb hullámfronttal jellemezhetők.

A diagnosztikai ultrahang készülékekben a fent említett „ideális” méretű hullámforrások nem léteznek, hanem meghatározott méretű hullámforrásokat alkalmaznak. Ezeket úgy lehet elképzelni, mint pontszerű források sorozatát, melyek mindegyike szferikális hullámfrontot bocsát ki a médiumba. Ahol kompressziós zónák egymást keresztezik, konstruktív interferencia jön létre. A konstruktív interferencia miatt az egyedi kis hullámok erősítik egymást és a teljes nyomáshullám több kis hullám eredőjeként jön létre. Azokon a területeken, ahol az egyedi hullámok kompressziós zónái egy másik hullám ritkulási zónáival találkoznak, destruktív interferencia alakul ki.

Pontszerű szferikális hullámfrontok interferenciája.

A transzducerben számos hullámforrás helyezkedik el, melyek sok szferikális egyedi hullámot keltenek és ezáltal a médiumban számos konstruktív és destruktív interferencia alakul ki. Az ábrán ezek az interferenciák az egyedi hullámfrontot reprezentáló vonalak találkozásaiban jönnek létre. Az interferenciából származó erősítések és gyengítések (vagy kioltások) leginkább az ultrahangforráshoz közeli régióban fordulnak elő, míg távolabb ezek a jelenségek egyre kevésbé nyilvánvalóak. Az ultrahangforráshoz közeli régiót, ahol a hulláminterferenciák jellemző módon előfordulnak, Fresnel, vagy közeli zónának nevezzük.

Az ultrahang-nyaláb zónái a transzducertől távolodva.

Egy korong alakú transzducer esetén, ahol a korong sugara r, a Fresnel zóna hosszúságát (D) a D = r2/ összefüggés adja meg, ahol a  az ultrahang hullámhosszát jelenti. A Fresnel zónán belül az ultrahangenergia egy nyalábként terjed, melynek szélessége nem nagyobb, mint a transzducer átmérője. A Fresnel zónán túl az energianyaláb kezd kiszélesedni, mely kiszélesedést egy szöggel, az ún. Frauhofer () szöggel lehet jellemezni, úgy mint sin  = 0.6 (/r). Ezt a zónát Fraunhofer vagy távoli zónának is nevezik (87. ábra). Az orvosi diagnosztikában használt ultrahangnyalábnak kicsi az oldalirányú energiavesztése, azaz hosszú a Fresnel zóna. Ezért egy viszonylag nagy transzducer átmérő/hullámhossz arány szükséges. Ez a feltétel rövid hullámhosszú ultrahang esetén teljesíthető, melyek ugyanakkor magas frekvenciájúak. A magas frekvencia viszont gyorsabban abszorbeálódik, ezért a képalkotásban a 2–20 MHz közötti ultrahang frekvenciákat alkalmazzák. Ezeknél a frekvenciáknál egy 10 mm vagy annál nagyobb átmérőjű ultrahangnyaláb megfelelő módon irányítható és a vizsgálandó mélységben még nincs jelentős kiszélesedés.

Az ultrahang transzducer adó-vevő tulajdonságait részben a transzducer felépítése, részben pedig az elektromos gerjesztés módja határozza meg. Ezért az ultrahangnyaláb pontos alakját nehéz kiszámítani és a nyalábalakok és profilok meghatározása nem elhanyagolható. Ennek egy lehetséges módja, hogy egy pulzus-echo válaszprofilt mérünk meg. Egy ilyen válaszprofilt úgy lehet felvenni, hogy valamilyen reflektáló felületet helyezünk el a transzducertől különböző távolságban az ultrahanghullám terjedésére merőleges síkban. A szkennelés során az echo által keltett jelamplitúdót mérjük és a távolság függvényében ábrázoljuk. Egy ilyen pulzus-echo válaszprofilt és egy profilsorozatot a 88. ábra mutat. A pulzus-echo válaszprofil alapján meghatározható, hogy a maximális amplitudó hol csökken a felére (azaz -6 dB-lel) laterális irányban, mely távolság megadja, hogy a transzducer milyen széles tartományban képes megfelelő módon működni. Ha ezeket a laterális szélességi pontokat összekötjük, akkor különböző transzducer reflektor távolságokban megkapjuk a transzducer válaszprofilját.

Pulzus-echo válaszprofil és profilsorozat.

Az ultrahangnyaláb jellemzésének egy másik módja az izo-echo kontúrok meghatározása. Ebben az esetben minden kontúr az azonos intenzitású echo helyzetét adja meg. Az izo-echo kontúrok segítségével könnyebb meghatározni a transzducer laterális felbontását és a laterális felbontás ingadozásait a mélység függvényében.

Izo-echo kontúrok. A primer-nyaláb és az oldallebenyek.

A primér ultrahangnyaláb mellett kialakulhatnak a primér nyalábbal szöget bezárva kis intenzitású ultrahangnyalábok is. Ezeket a kis nyalábokat oldallebenynek is nevezik, és a transzducer transzverzális sikú rezgése hozza létre. Jelentőségük abban áll, hogy a transzducerhez közeli régióban műtermékeket okozhatnak, különösen ha a transzducer közelében echogén anyag, (pl. biopsziás tű) van jelen. A fentiekben egy általános célú, sima felszínű transzducer esetén fellépő jelenségekről volt szó. A legtöbb diagnosztikai alkalmazásban azonban ívelt felületű transzducereket használnak, mint pl. fókuszált transzducerek, dupla-kristályos transzducerek, ophtamológiai fejek, intravaszkuláris transzducerek, oesophageális transzducerek, stb.

Konkáv kristály.