Ultraääni

Ultraääni on nimensä mukaisesti korkeataajuista, ihmisen kuuloalueen (>20 kHz) ylittävää ääniaaltoa eli mekaanista värähtelyä, joka tarvitsee väliaineen (kiinteä, neste tai kaasu) edetäkseen. Lääketieteessä käytetty ultraäänen taajuusalue on pääsääntöisesti 1-30 MHz. Ultraääntä käytetään kuvaamaan etenkin pehmeitä kudoksia, esimerkiksi luiden kuvaamiseen ultraääni ei sovellu. Ultraääni on turvallinen menetelmä ja usein helposti saatavilla. Laitteet ovat pitkälle kehitettyjä ja valikoimista löytyy myös pieniä ja kannettavia laitteita. Kuvantamisen lisäksi ultraääntä käytetään esimerkiksi hammaskiven poistoon ja isojen molekyylien hajottamiseen. (Saarakkala 2013, Soimakallio jne 2005.)

...

Edetessään kudoksissa, ultraäänikeila pyrkii hajaantumaan, mikä huonontaa kuvanlaatua. Lääketieteessä käytetyt ultraäänianturit koostuvat useista kiteistä, mitkä toimivat yhdessä. Keilaa voidaan suunnata ja fokusoida haluttuun kohtaan, ohjaamalla kiteiden synnyttämää kenttää esimerkiksi sähköisesti. (Soimakallio jne. 2005)

Ultraäänen vaimeneminen

Ultraääni vaimenee kudoksissa sekä absorption että sironnan vuoksi.  Vaimeneminen kasvaa voimakkaasti ultraäänitaajuuden funktiona:

...

• Vaimenemista kompensoidaan vahvistamalla syvältä tulevaa kaikusignaalia 

(Saarakkala 2013.)

Ultraäänilaitteen perustoimintaperiaate

 1. Ultraäänianturilla tuotetaan korkeataajuista ääniaaltoa ihmisen kehoon.

...

3.Takaisin samalle anturille heijastuneet ultraäänipulssit siirtyvät laitteeseen, joka muodostaa signaaleista kuvaa käyttäen hyödykseen esimerkiksi Fourierin muunnosta (kts...). Kuvan muodostukseen käytetään monia aaltoja ja anturia liikuttamalla voidaan kuvaa muodostaa eri suunnista. (Saarakkala 2013, Soimakallio jne 2005.)

Kuvauslaite ja ultraääninäytöt

Ultraäänilaite koostuu pääosin ultraääntä lähettävästä ja vastaanottavasta anturista, anturin virityspulsseja synnyttävästä, kellolla varustetusta lähetinyksiköstä, palaavan kaiun vahvistus- ja jatkokäsittelyelektroniikasta sekä näytöstä. Kello määrittää ultraäänipulssin toistoajan ja ohjaa näin pulssien lähetystä ja vastaanottoa. Palaavien kaikujen synnyttämä signaali on heikko, joten sitä täytyy vahvistaa, ottaen huomioon syvällä syntyvien kaikujen voimakkaampi vaimentuminen. Vahvistaminen on tehtävä siis syvyyden mukaan. Lisäksi kaikusignaaleja tulee useimmiten suodattaa häiriöiden ja kohinan vuoksi ja skaalata sopivaksi ennen näytöllä näyttämistä. (Soimakallio jne 2005.)

...

• Matalat amplitudit eli pieni heijastus = tummat sävyt

• Korkeat amplitudit eli suuret heijastukset = vaaleat sävyt

Dopplertutkimus

Dopplertutkimus perustuu nimensä mukaisesti dopplerilmiöön, jolla tarkoitetaan ääniaallon taajuuden muutosta aaltojen lähteen ja havaitsijan siirtyessä toisiinsa nähden, vertaa esimerkiksi hälytyajoneuvon ääni. Tämän tekniikan avulla on mahdollista mitata veren virtausnopeutta ja virtauksen suuntaa. Virtausnopeutta määritettäessä tekniikka perustuu siihen, että ultraäänianturin lähettämän ja vastaanottaman äänen taajusero riippuu verisolujen liikenopeudesta. Jos veren virtausnopeus on laminaarista (tasaista) , syntyy tietty virtausta vastaava taajuusmuunnos. Virtauksen muuttuessa turbulentiksi (pyörteiseksi) , sisältää saatu dopplersignaali useita taajuuksia. Veren virtaus suorissa suonissa ja sydämessä on normaalisti laminaarista. Dopplerkuvantamisessa  saatu signaali riippuu voimakkaasti anturin ja virtauksen välisestä kulmasta, minkä vuoksi yli 20 asteen kulma tulee korjata matemaattisesti eikä yli 60 asteen kulmia tulisi lainkaan käyttää.  (Saarakkala 2013, Soimakallio jne. 2005.)

...

Kuva 3. Vasemman munanjohtimen raskauden väridoppler (Terveyskirasto 2008)

Ultraäänianturityypit 

Lääketieteellisessä kuvantamisessa sama anturi toimii sekä ultraäänen lähettäjänä että vastaanottajana.

...