Scientia et Technica Año XVIII, N o 03, Mes02 de 2017. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701
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FORMACIÓN DE IMÁGENES POR ULTRASONIDO Ultrasound Imaging. Autor 1: José Collazos Rozo Autor 2: Julián Fernando González, Autor 3: Lina García Calderón Departamento de Física, Universidad Universidad Tecnológica Tecnológica de Pereira, Pereira, Pereira, Colombia Correo-e:
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El ultrasonido son ondas mecánicas, es decir no ionizantes, cuya frecuencia cuya frecuencia está por encima de la capacidad de audición del oído del oído humano (aproximadamente 20 000 Hz) 000 Hz)..
también se cumplen las leyes de reflexión de las ondas, es decir, (ángulo de incidencia = ángulo de reflexión). reflexión).
Algunas especies como ciertos insectos y mamíferos (los delfines (los delfines y los murciélagos) los murciélagos) lo utilizan de forma parecida a un radar un radar para su orientación; a este fenómeno se lo conoce como ecolocalización. como ecolocalización. Se sabe que las ondas emitidas por estos animales son tan altas que “rebotan” fácilmente en todos los objetos alrededor de ellos, permitiéndoles crear una “imagen” de lo que está a su alrededor para
poder orientarse fácilmente. Palabr as clave — Imágenes por ultrasonido, Velocidad del sonido Abstract Ultrasound — Ultrasound
are mechanical waves, not ionizing radiation, whose frequency is above the hearing ability of the human ear (approximately 20,000 Hz).
Some species such as certain insects and mammals (dolphins and bats) use it in a similar way to a radar to its orientation; this phenomenon is known as echolocation. It is known that t he waves emitted by these animals are so high that "bounce back" easily in all the objects around them, allowing them to create a "picture" of what is around you to be able to orient yourself easily. Key Word — Ultrasound Ultrasound Imaging, Speed of sound.
I.
Imagen 1: Elementos Elementos usados en la práctica. práctica.
INTRODUCCIÓN
El ultrasonido es una onda acústica imperceptible al oído humano y su dispersión en el aire es despreciable. Es generado por ondas mecánicas longitudinales cuya frecuencia es mayor a 20 Khz y su longitud de onda menor a 10 milímetros aproximadamente. aproximadamente. La velocidad de fase del sonido está dada por C:343 m/s Cuando las ondas sonoras se encuentran con un obstáculo que no pueden traspasar traspasar ni rodear, rebotan sobre el objeto. Este fenómeno se llama reflexión. Cuando el obstáculo es fijo, como una pared, el módulo de la velocidad se conserva. En la propagación del sonido
Fecha de Recepción: (Letra Times New Roman de 8 puntos)
II.
CONTENIDO
OBJETIVOS Entender el principio físico que permite la formación de imágenes diagnósticas con sensores de ultrasonido. Identificar los componentes principales y variables físicas implicadas en las técnicas de ecografía. Reconocer las fuentes de error que pueden llevar a malinterpretación malinterpretación de resultados.
PRECAUCIONES
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El equipo de ultrasonido usado en esta práctica es con fines didácticos por lo que no puede ser usado con fines diagnósticos. De igual forma no se recomienda aplicar las sondas ultrasónicas sobre seres vivos. Manipule con precaución los acrílicos pues se pueden quebrar con facilidad; al igual que las sondas. Recuerde que este es un equipo de alto costo y es para el disfrute suyo y de futuras cohortes. Al aplicar el gel ultrasónico, hágalo de manera moderada, pues una capa muy gruesa de gel puede afectar las mediciones. Después de usar, asegúrese de limpiar con agua el gel de la sonda y de los acrílicos, ya que es muy difícil de remover una vez se seca (no use alcohol).
PROCEDIMIENTO Se mide la longitud de los acrílicos cilíndricos con el Pié de Rey:
Longitud de los Cilindros [mm]
Diámetro [mm]
21.30 41.00 77.00 117.00
36 36 37 37
Tabla 1: Medidas Con Pie de Rey
Se conecta el ecógrafo a un computador con el software que permite visualizar las mediciones hechas a través de cualquiera de las dos sondas; Las frecuencias de las sondas son de 1Mhz y 2Mhz. Se aplicó una pequeña cantidad gel a la cara de uno de los cilindros, de tal modo que la otra cara quede apoyada en una superficie plana y fija, como se muestra en la imagen 2.
Figura 1: Picos De Señal Generada.
La distancia entre los picos nos indica el tiempo de vuelo de la señal, los cuales se registraron en las siguientes tablas.
CILINDROS 1 2 3 4
Tiempo de vuelo [ms] 0,0887 0,0606 0,0301 0,0148
Tabla 2: Tiempos de vuelo con sonda de 1Mhz.
CILINDROS 1 2 3 4
Tiempo de vuelo [ms] 0,0891 0,0620 0,0309 0,0154
Tabla 3: Tiempos de vuelo con sonda de 2Mhz.
Con las alturas de los cilindros y los tiempos de vuelo se puede calcular la velocidad promedio del sonido por medio de la siguiente ecuación:
C: Velocidad del sonido. S: Altura del cilindro. T: Tiempo de vuelo. Reemplazando los datos de los dos cilindros de mayor tamaño para la sonda de 1Mhz: Imagen 2: preparación.
Seguidamente se usó la sonda de 1Mhz ubicándola sobre el gel y moviéndola en círculos hasta que se identifica en el software los picos de la señal generada y el eco recibido (figura 1).
C: 2846,97 m/s Para la sonda de 2Mhz
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C: 2952,02 m/s Luego procedemos a calcular el tiempo de adelantamiento para cada sonda a través de la siguiente ecuación:
5 6 7 8
42.9 51.4 59.8 13.4
43.4 51.8 59.6 13.7
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Tabla 5: Alturas de las perforaciones para cada sonda
ANÁLISIS
El cual se puede estimar partiendo de cualquiera de los cuatro cilindros, para ésta ocasión lo tomamos para el más alto. Para la sonda de 1Mhz se tiene aplicando la ecuación mencionada:
1. ¿Es significativo el cambio en el cálculo de la velocidad del sonido al tener en cuenta el tiempo de adelantamiento? R// Si no consideramos el error debemos calcular la velocidad a través de la fórmula del fundamento teórico.
Para la sonda de 2Mhz se tiene:
Para la sonda de 1Mhz Frecuencia de la Sonda [Mhz] 1 2
Tiempo de adelantamiento [ µ s] 6,507 9,832
Tabla 4: Tiempos de adelantamiento de ambas sondas
Para la sonda de 2Mhz En el desarrollo de la práctica se requería ingresar al software los datos obtenidos, para confrontar resultados y posteriormente para calcular las alturas
Y luego compararla con las velocidades que obtuvimos con la ecuación que sí tiene en cuenta el error del time shift.
Figura 2: Registro de datos en el software .
Perforaciones
Alturas sonda 1Mhz [mm]
Alturas sonda 2Mhz [mm]
1 2 3 4
11,4 20.1 25.7 35.3
10.8 18.8 28.0 35.6
Para la sonda de 1Mhz
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RECOMENDACIONES Se podría optimizar más el tiempo durante las sesiones del laboratorio si se especificaran mejor los procedimientos en las guías, porque notamos varias ambigüedades que según la interpretación del estudiante lo pueden llevar a realizar procedimientos innecesarios y esto a su vez no permite que pueda terminar con todo lo solicitado.
Para la sonda de 2Mhz
REFERENCIAS [1]. Velocidades de propagación del sonido en el material, disponible en línea: http://www.olympusims.com/es/ndttutorials/thickness-gage/appendicesvelocities/
Se puede observar que los errores aproximados son muy grandes al no tener en cuenta el tiempo de adelantamiento, especialmente para la sonda de 1Mhz donde el error superó el 7%; concluyendo que el time shift es indispensable en el cálculo. 2. ¿Cuál sonda entrega una mejor resolución? Es decir, ¿Cuál permite ver detalles de menor tamaño? R// La sonda que permite ver detalles de menor tamaño es la de 2MHz, esto se puede explicar a través de la ecuación que relaciona la frecuencia con la velocidad y la longitud de onda, donde entre mayor sea la frecuencia menor será la longitud de onda y por ende va a registrar más minuciosamente el material. 3. ¿Cuál sonda presenta una mayor atenuación de la señal? Es decir, ¿Con cuál sonda se pueden realizar medidas más profundas? R// La atenuación se puede medir en db y es proporcional a la frecuencia de la onda, donde por lo general a mayor frecuencia, mayor será la atenuación que un material o un sistema efectúe sobre ella, por tanto, la sonda de 1Mhz sufre menor atenuación.
4. Describa cualquier observación adicional que usted haya podido apreciar. R// las distancias de pico a pico en las gráficas debido a la alta interferencia tanto de señales externas, como las internas producidas por la reflexión y refracción de las ondas.
III.
CONCLUSIONES
El ultrasonido es un campo que aún tiene muchas áreas en las cuales se pueden realizar trabajos de investigación en busca de nuevas aplicaciones.
[2]. E. Santos de la Cruz, C. Vera Nestor "El ultrasonido y su aplicación," Revista Facultad de Ingeniería Industrial, disponible en línea formato pdf: http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/p ublicaciones/indata/Vol8_n1/a05.PDF
ANEXOS A Continuación, presentamos los anexos, imágenes de los pantallazos tomados al software cuando se registraron las distancias pico a pico y los tiempos utilizados para todos los cálculos del presente informe.
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Anexo 1: Gráfica Cilindro de mayor longitud, Sonda 1Mhz
Anexo 2: Gráfica cilindro de la segunda longitud más grande, sonda de 1Mhz
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Anexo 3: Gráfica cilindro de la tercera longitud más grande, sonda de 1Mhz
Anexo 4: Gráfica cilindro de menor longitud, sonda 1Mhz
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Anexo 5: Gráfica Cilindro de mayor longitud, Sonda 2Mhz
Anexo 6: Gráfica cilindro de la segunda longitud más grande, sonda de 2Mhz
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Anexo 7: Gráfica cilindro de la tercera longitud más grande, sonda de 2Mhz
Anexo 8: Gráfica cilindro de menor longitud, sonda 2Mhz
