Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli Ultrasuoni

Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni T period. u.s. f freq. u.s.

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: propagazione. In un determinato mezzo, c = costante, perciò ad ogni frequenza f vi sarà una corrispondente lunghezza d’onda Esempio: supponiamo c = 1540 m/sec. f 1 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz 1,54 mm. 0,31 mm. 0,15 mm. 0,10 mm. 0,08 mm. cvelocità dell’ultrasuono nel mezzo lunghezza d’onda ffrequenza dell’ultrasuono

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni propagazione assorbimento riflessione e rifrazione focalizzazione rappresenzatione (A, B, M mode)

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: propagazione. Suono20 Hz  18 KHz Ultrasuono18 KHz  1 GHz Ultrasuono 0,5  20 MHz in medicina Le frequenze in gioco: Esempio: supponiamo c = 1540 m/sec… f 1 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz 1,54 mm. 0,31 mm. 0,15 mm. 0,10 mm. 0,08 mm.

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: propagazione. I: è l’energia dell’u.s. che viaggia nell’unità di tempo attraverso l’unità di area del mezzo. Cioè è la densità di potenza nel mezzo. [ watt/cm 2 ]  densità del mezzo V 0 velocità della particella costitutente il mezzo

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: propagazione. Esiste una relazione analoga a quella di Ohm: V=Z·I (tensione=impedenza x corrente) In cui il mezzo è individuato dalla Impedenza Acustica Z p =  · c · v 0 = Z · v 0

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: valori di “c” e “Z” Esempi: f = 1 MHz Materiale Velocità c [msec -1 ] Z [Kgm -2 sec -1 x ] Aria (a T°) Sangue Cervello Grasso Rene Fegato Muscolo Ossa cranio Acqua

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: Assorbimento I x = I 0 exp(-  x) Superficie esterna del mezzo Profondità (depth) Coefficiente di assorbimento ove K dipende dal mezzo

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: Focalizzazione Andamento del campo acustico X max Zona FRESNEL campo vicino Zona FRAUNHOFER campo lontano

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: il compromesso di f U.S. a frequenza minore penetrano maggiormente … … ma U.S. a frequenza maggiore mantengono una migliore focalizzazione: …la frequenza viene scelta in base a questi due vincoli!!!

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: Riflessione e Rifrazione U.S. incidente U.S. riflessa o.u.s. trasmessa Mezzo 1 Mezzo 2 i r t i = r Legge di Snell Legge della rilessione

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: Riflessione e Rifrazione Tessuto-ariatissue-air tessuto-acquatissue-water0.05 grasso-muscolo fat-muscle0.10 muscolo-sangue muscle-blood0.03 muscolo-ossomuscle-bone0.64 Si possono definire i coefficienti di riflessione e di assorbimento:

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Fisica degli ultrasuoni: Assorbimento Mezzo 1Mezzo 2 xdxd

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler L’effetto Doppler è il cambiamento di frequenza di un’ onda che si osserva a causa del moto relativo tra sorgente dell’onda ed osservatore.

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler L’effetto Doppler è il cambiamento di frequenza di un’ onda che si osserva a causa del moto relativo tra sorgente dell’onda ed osservatore.

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Se l’ osservatore si muove verso la sorgente con velocità v, la frequenza rivelata da esso è maggiore; v

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Se l ’ osservatore si muove in una direzione che forma un angolo δθ rispetto alla velocità della sorgente allora la frequenza rivelata è θ v

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Se l ’ osservatore si muove in una direzione che forma un angolo δθ rispetto alla velocità della sorgente allora la frequenza rivelata è θ v

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Se l ’ osservatore si muove in una direzione che forma un angolo δθ rispetto alla velocità della sorgente allora la frequenza rivelata è θ v

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Se l’ osservatore è fermo e la sorgente si muove in direzione dell’ osservatore con velocità v, allora la frequenza rivelata da esso è: θ v

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Nel caso delle applicazioni dell’ effetto Doppler in ecografia un fascio di ultrasuoni viene retrodiffuso da una cellula in movimento, in questo caso i due effetti di allontanamento (avvicinamento) della cellula e dell’ onda diffusa si combinano e si ottiene che:

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Il cosiddetto Doppler Shift e dati dall’equazione (…dato che c>>v) N.B. le frequenze dello shift Doppler sono nel range dell’udibile !! Si possono ascoltare e registrare con gli ecografi

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler Quanto prima esposto vale nel caso semplificato in cui trasmettitore e ricevitore del fascio ultrasonoro coincidano Se così non fosse e fosse presente un angolo d tra emettitore e ricevitore, allora le equazioni andrebbero modificate !!

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Effetto Doppler

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Struttura generale di un oscilloscopio

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Il funzionamento V anodo-catodo VxVx VyVy

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: A Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: A Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: A Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: B Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: B Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: B Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: M-Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: M-Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: M-Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: M Mode

Fisica degli Ultrasuoni Università degli Studi “Federico II” di Napoli Prof. M. Bracale 16 Maggio 2007 Ecografia: Le sonde (Dynamics Focusing)