Что такое ультразвуковое исследование в в режиме

Ультразвуковая диагностика: общее понятие и режимы УЗИ

Понятие

УЗИ — ультразвуковое исследование, для которого применяется ультразвук. Ультразвук — это воздушные колебания от 20 кГц до 1000 МГц, не слышимые человеческим ухом. В ультразвуковой диагностике применяется более узкий спект частот: от 1 до 25 МГц.

Ультразвук среди звуков.

Популярность УЗИ объясняется его низкой стоимостью, высокой информативностью, безопасностью и возможностью многократных повторных исследований в случае необходимости.

Ультразвуковой датчик излучает всего 0.1% времени, а весь остальной период получает отраженный (как эхо) органами и тканями ультразвук, на основе которого компьютер формирует изображение на мониторе. Чем выше частота передатчика (и меньше длина волны), тем выше разрешение (то есть лучше качество изображения). С другой стороны, чем ниже частота, тем глубже проникает ультразвуковое излучение. Диапазон оптимальных частот для ультразвуковой диагностики составляет 1-10 МГц.

Эффект Допплера (Доплера) — изменение частоты волны, отраженной от движущегося объекта. Если объект приближается к датчику, отраженная частота выше начальной, и наоборот. Зная начальную и конечную частоту ультразвука, с помощью эффекта Допплера стало возможным определять скорость кровотока.

Режимы работы аппаратов УЗИ

В ультразвуковой диагностике используется обычно 3 режима работы аппарата УЗИ: одномерный, двухмерный, допплеровский.

  1. Одномерный режим УЗИ (M-режим, от слова motion — движение): ультразвуковой луч проникает внутрь тканей в одной точке и отражается. На мониторе по вертикальной оси откладывается расстояние до различных исследуемых структур, а по горизонтальной оси — время. М-режим используется для измерения полостей, кист, камер сердца, просвета крупных сосудов, толщины стенок и т. д. Качество и точность измерений в этом режиме значительно выше, чем при использовании других режимов.
  2. ЭхоКГ (эхокардиография) в M-режиме.

  3. Двухмерный (секторальный, В-режим, 2Д–режим): позволяет получить двухмерное плоскостное изображение на некоторой глубине расположенных рядом структур и их движение во времени. Это наиболее простой для восприятия режим, потому что он отражает анатомическую структуру, как на поперечном разрезе (получается своего рода томограмма).
  4. ЭхоКГ в B-режиме.

  5. Допплеровский режим: с использованием упомянутого выше эффекта Допплера. Используется для:
    • качественной оценки кровотока — определение характера тока крови: ламинарный (равномерный поток) или турбулентный (множественные завихрения).
    • количественной оценки кровотока — определение скоростей крови в сосуде.

    На мониторе УЗИ-сигнал отображается в виде графика, где по горизонтали откладывается время, а по вертикали — скорость потока. Монитор делится на две части с помощью изолинии. Выше изолинии отображаются графики частиц, которые движутся по направлению К датчику, а ниже — частицы, движущиеся ОТ датчика. Такой допплеровский режим может быть постоянно-волновым (ПВД) или импульсно-волновым (ИВД). С помощью импульсно-волнового режима специалист УЗИ-диагностики может оценить потоки крови на заданной глубине, а при использовании постоянно-волнового режима можно выяснить характер потока на протяжении всего ультразвукового луча, с большими скоростями и на большей глубине.

    Спектральный допплер.

    Разновидностью допплеровского режима УЗИ является цветное допплеровское исследование (цветное допплеровское картирование). Характер кровотокока (ламинарный или турбулентный) закодированы разными цветами, интенсивность которых определяется скоростью потока крови. Цветное допплеровское исследование упрощает диагностику и значительно уменьшает риск ошибки, особенно при пороках сердца, ведь цветное раскрашивание кровотока очень наглядно.

    Цветной допплер.

Технические новинки

В последние годы появились новые возможности для УЗИ-диагностики, особенно кровеносных сосудов.

ТКАНЕВАЯ ГАРМОНИЧЕСКАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Другое название — вторичная гармоническая визуализация.

Изображение на мониторе формируется не путем получения отраженного ультразвука, с помощью его гармоник (обертонов, кратных исходной частоте, например, 8 МГц при первоначальной частоте 4 МГц). При правильном использовании и обработке гармоник получается улучшенное соотношение сигнала к шумам, что делает изображение более качественным и контрастным. Можно дополнительно использовать ультразвуковые контрастные препараты.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДОППЛЕРОГРАФИЯ (АНГИОРЕЖИМ)

Другое название — энергетический допплеровский режим.

Данная методика использует энергетическую амплитуду отраженного частотного спектра и не учитывает частотный сдвиг. Ангиорежим не дает информации о направлении и скорости кровотока, но является высокочувствительным для просмотра медленного кровотока, просвета мелких сосудов и кровоснабжения ткани органов. Энергетический допплеровский режим меньше зависит от угла расположения датчика УЗИ-аппарата, но и менее точен при количественной оценке стеноза по сравнению постоянно-волновым цветовым допплером.

ТЕХНОЛОГИЯ SieScapeTM

Современные процессы с повышенной производительностью позволяют в реальном времени вычислять и формировать ультразвуковые изображения длиной до 60 см путем медленного перемещения датчика вдоль желаемой области. В итоге специалист получает панорамные изображения без разрывов картинки даже вдоль изогнутой поверхности кожи с точностью измерения расстояний до 1-3%.

Ограниченность применения УЗИ

Лечащие врачи иногда переоценивают значимость ультразвукового исследования. Нужно напомнить: врач ультразвуковой диагностики дает заключение, а диагноз выставляет лечащий врач на основе всей совокупности данных осмотра, анализов и исследований.

УЗИ — достаточно субъективная методика, поэтому одни и те же данные могут трактоваться разными врачами по-разному. Нет смысла переценивать прилагаемые к протоколу исследования снимки, поскольку изображение напрямую зависит от настроек аппарата УЗИ и принтера, угла сечения и т.д. Важна и квалификация врача, поскольку различные акустические помехи и артефакты способны дать картину тех заболеваний, которых у больного нет.

От чего зависит точность и достоверность УЗИ?

  1. от самого аппарата УЗИ, программного обеспечения, набора датчиков, размера монитора;
  2. анатомических особенностей пациента, сопутствующих заболеваний (например, при болезнях легких или смещении органов средостения не всегда удается получить качественную картину сердца на ЭхоКГ — эхокардиографии);
  3. наличии информации о пациенте (внимание специалиста распределяется неравномерно, а выявление небольших отклонений определяется нередко случайными факторами, которые к тому же могут по-разному трактоваться);
  4. качества оформления протокола (в нем следует указывать не только абсолютные цифры, но и относительные — по сравнению с нормой).

Как повысить точность УЗИ-диагностики?

В ряде случаев при ультразвуковом исследовании возможны ошибки, которые чаще всего обусловлены недостаточной квалификацией медперсонала. Может сказываться и качество аппаратуры. Каким образом можно повысить точность УЗИ-диагностики?

  1. Пациент должен прийти подготовленным. В ряде случаев специальной подготовки не требуется, например, на УЗИ органов мошонки, полового члена, щитовидной железы, молочных желез, подкожно-жировой клетчатки, периферических лимфоузлов, слюнных желез, плевры, опорно-двигательного аппарата (мышц, суставов), сосудов головного мозга и шеи, сосудов рук и ног.

    В большинстве других случаев для УЗИ нужна подготовка, в том числе для УЗИ брюшной полости. Например, УЗИ почек выполняется при заполненном мочевом пузыре.

    УЗИ в гинекологии и УЗИ молочных желез в зависимости от цели исследования может выполняться в разные фазы менструального цикла.

  2. В направлении на УЗИ нужно ставить конкретные вопросы к специалисту ультразвуковой диагностики. Это повышает диагностическую ценность исследования благодаря целенаправленному поиску.
  3. Желательно, чтобы повторные УЗИ для контроля динамики процесса проводил тот же самый специалист, поскольку оценка производится не только по показателям на мониторе, но и по субъективным ощущениям.

Терминология УЗИ

Что такое акустическая плотность? Акустическая плотность — понятие, определяемое скоростью распространения звука в среде. Например, скорость звука в печени 1570 м/с, в жировой ткани — 1476 м/с. Эти ткани имеют отличающуюся акустическую плотность (печень акустически плотнее, чем жировая ткань).

Что такое гипоэхогенные (эхонегативные) образования на УЗИ? Гипоэхогенное образование (с низкой эхогенностью) — участок ткани или органа с низкой акустической плотностью. Обычно гипоэхогенными образованиями являются различные структуры с жидкостью (кисты, сосуды и т.п.). На мониторе аппарата УЗИ они выглядят более темными по сравнению с окружающими тканями.

Что такое гиперэхогенные (эхопозитивные) образования? Это участок органа или ткани с высокой акустической плотностью (высокой скоростью звука в этой среде). Обычно гиперэхогенными образованиями являются кости, камни в почках и камни желчном пузыре. На УЗИ на экране аппарата они выглядят более светлыми по сравнению с окружающими тканями.

Анэхогенное образование (частица а- означает отрицание) вообще не поглощает ультразвуковые волны.

Что такое гомогенное образование? Гомогенность — однородность, то есть гомогенное образование однородно по своей структуре.

Чем больше разница скоростей звука в двух соседних средах, тем больше ультразвука будет отражаться на их границе. Если скорости звука в соседних тканях отличаются очень сильно (кость — 3360 м/с, газ — 331 м/с), на границе разных сред происходит полное отражение, а позади его идет акустическая тень. Акустическая тень образуется после сильно отражающих структур как темная (гипо- или анэхогенная) дорожка за светлым (с высокой акустической плотностью) участком органа, например, за кальцинированными структурами — костью, камнями в почках или в желчном пузыре. По этой же причине между датчиком ультразвукового аппарата и кожей должен находиться гель.

Далее читайте:

  • Подготовка к УЗИ органов брюшной полости
  • УЗИ желчного пузыря
  • УЗИ печени в диагностике абсцесса, гепатита, опухоли, инфаркта, травм
  • УЗИ в гинекологии: внематочная беременность, тубоовариальный абсцесс, кисты, перекрут придатка
  • УЗИ почек и мочеполовой системы: камни в почках, острый пиелонефрит, тромбоз почечной вены, простатит
  • УЗИ кишечника: аппендицит, непроходимость, повреждение, опухоль, болезнь Крона
  • УЗИ селезенки, брыжеечных лимфоузлов и брюшной аорты
  • УЗИ брюшной полости: абсцесс, перфорация, свободная жидкость, перитонит
  • УЗИ сосудов головного мозга и шеи
  • Дуплексное сканирование сосудов головного мозга
  • Цены на УЗИ в Минске в августе 2012 года (краткий обзор)

СКАНИРОВАНИЯ МЕТОД

Смотреть что такое «СКАНИРОВАНИЯ МЕТОД» в других словарях:

  • метод сканирования — Способ сканирования изображения. Сканирование может осуществляться движением носителя через неподвижную считывающую головку или перемещением считывающего механизма. Тематики информационные технологии в целом EN sub… … Справочник технического переводчика

  • метод — метод: Метод косвенного измерения влажности веществ, основанный на зависимости диэлектрической проницаемости этих веществ от их влажности. Источник: РМГ 75 2004: Государственная система обеспечения еди … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • метод сканирования установки — — Тематики информационные технологии в целом EN scan set method … Справочник технического переводчика

  • Метод Гутмана — – алгоритм безопасного удаления данных (например, файлов) с жесткого диска компьютера. Метод разработан Питером Гутманом и Коллином Пламбом. Метод состоит из 35 проходов, ориентированных на уничтожение записей, закодированных методами MFM и… … Википедия

  • метод синтезированной фокусированной апертуры — метод SAFT Эхо метод, основанный на создании сфокусированного акустического поля в заданных областях объекта контроля путем сканирования его преобразователем с широкой диаграммой направленности и когерентной обработки принятых сигналов. [Система… … Справочник технического переводчика

  • метод синтезированной апертуры — Эхо метод, основанный на расширении апертуры путем сканирования объекта контроля преобразователем с широкой диаграммой направленности и когерентной обработки принятых сигналов. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… … Справочник технического переводчика

  • метод тандем-Т — Разновидность эхо зеркального метода, в котором излучается поперечная волна, а принимается трансформированная на несплошности продольная волна. Применяется при ограниченной ширине зоны сканирования. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) … Справочник технического переводчика

  • метод тандем — 2.8.20 метод тандем: Метод сканирования с применением двух или более наклонных преобразователей с равными углами преломления, ультразвуковые пучки которых направлены в одном и том же направлении, причем оси пучков лежат в одной плоскости,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 30457.3-2006: Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Часть 3. Точный метод для измерения сканированием — Терминология ГОСТ 30457.3 2006: Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Часть 3. Точный метод для измерения сканированием оригинал документа: соответствующая мгновенная скорость частиц в той же… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • время сканирования TS — 3.13.3 время сканирования TS (scanning time): Время, необходимое для однократного сканирования одного элемента поверхности вдоль заданной на нем траектории сканирования. Источник: оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

3.3. Основные методы узд.

Методы ультразвукового исследования по способу генерирования, обработки сигнала и построения ультразвукового изображения можно разделить на 4 группы:

одномерную эхографию (А-режим или метод и М-режим),

двухмерную эхографию (В-режим),

3-х и 4-мерную реконструкцию изображения (3Д и 4Д режимы),

допплерография в разных вариантах

Кроме того, используется сочетание некоторых из перечисленных методов, а также применение эхоконтрастов.

А-режим (от англ. amplitude – амплитуда) – заключается в воспроизведении эхосигнала в виде пиков на прямой линии. Высота пиков характеризует интенсивность отражения сигнала от границы двух сред на его пути, а расстояние между пиками соответствует расстоянию между структурами на пути сигнала. Метод до сих пор применяется в промышленной дефектоскопии. В медицине практически утратил свою актуальность. Применялся при исследовании мозга – эхоэнцефалография, при изучении структур глазного яблока – эхоофтальмография, для оценки толщины подкожно-жировой клетчатки, при поиске жидкости в гайморовых пазухах – эхогайморография.

М-режим (от англ.motion – движение) — показывает одновременное сканирование движущихся структур с разверткой изображения во времени. Благодаря развертке во времени формируется двумерное изображение, состоящее из множества кривых линий различной яркости. По вертикали отображается величина расстояния от объекта до датчика, по горизонтали – время сканирования. Метод применяется для исследования движущихся объектов – чаще сердца (эхокардиография). Позволяет оценить толщину и особенности движения миокарда и состояние клапанного аппарата сердца.

В-режим (от англ. brightness – яркость) – самая распространённая методика в ультразвуковом сканировании. Её ещё называют ультразвуковым сканированием, но это всё же не плоскостное, а суммационное изображение толщи органа. Используется практически во всех областях применения диагностического ультразвука – от исследования суставов до акушерства и кардиологии. Изображение представляет из себя мозаику из множества точек – пикселов, яркость которых (то есть степень «белизны» или «черноты») определяется интенсивностью отраженных от объекта эхосигналов – так называемая «серая шкала». Исследование идёт в режиме real time – сканирование в масштабе реального времени. При этом неподвижные изображения — кадры (результат каждого полного прохода луча через исследуемую зону) с большой частотой сменяют друг друга, создавая впечатление движения. То есть, у исследователя имеется возможность «в живую» наблюдать динамические процессы, происходящие внутри тела пациента. Метод основан на получении ряда анатомических срезов через те или иные плоскости тела, выбираемые исследователем, с полседующим анализом полученных изображений. Фактически происходит прижизненное изучение анатомии того или иного органа пациента.

Разрешающая способность ультразвуковых датчиков в выявлении патологических процессов, локализованных на различной глубине, значительно отличается. Для исследования глубоко расположенных областей используются низкочастотные датчики, но при этом снижается чувствительность метода. Для исследования поверхностных структур человеческого тела нужны высокочастотные датчики, которые значительно увеличивают разрешающую способность метода.

Изображение на экране может быть прямоугольным, трапециевидным или в виде сектора, что зависит от конструкции датчика (датчики соответственно называются линейными, трапециевидными, секторными и др.).

В зависимости от доступа для проведения осмотра все УЗ-исследования делятся на чрескожные, полостные (трансвагинальные, трансректальные, трансуретральные, транспищеводные и эндоскопические), инвазивные (интраоперационные).

3Д режим является результатом компьютерной обработки информации, полученной в В-режиме. После сложной цифровой обработки объема информации, полученного при выполнении последовательных срезов в В-режиме, создается виртуальное трехмерное статическое изображение неподвижного объекта. Возможность трехмерной реконструкции изображения напрямую связана с высокой производительностью компьютерной системы, обрабатывающей полученную информацию. Метод позволяет проводить точный анализ объемов изучаемых объектов, получать любой срез практически в любой плоскости сканирования (в том числе и венечный) и уточнять данные, полученные с помощью двухмерной эхографии. Полученные данные можно сохранить на жестком диске и проанализировать после исследования (так называемое «повторное виртуальное исследование»).

Наибольшее распространение получили ледующие способы реконструкции:

поверхностная реконструкция (удобен для исследования личика плода и суставной поверхности);

«рентгеновский» метод (после сквозного сканирования объема в исследуемом блоке информация преобразуется в плоскостную, как при рентгенологическом исследовании); метод используется в артрологии.

объемный режим (позволяет получать избирательные сигналы только от наиболее плотных структур или только от жидкостных образований и дает возможность, например, изучать скелет плода или объемно реконструировать чашечно-лоханочный комплекс почки при гидронефротической трансформации ).

Исследование в 3Д-режиме применяется для получения объемных изображений плода в различные сроки беременности для выявления врожденных пороков развития, в гинекологии для изучения особенностей строения матки и придатковых образований, в онкологической и хирургической практике для детального изучения объемных образований брюшной полости и забрюшинного пространства, измерения объема щитовидной железы и т.д.

4Д режим появился в 2000 году — real time 3Д – трехмерный ультразвук в реальном масштабе времени, и он позволяет проводить трехмерную реконструкцию подвижных объектов. Метод используется, в основном, в фетальной эхокардиографии для более точной пренатальной диагностики врожденных пороков сердца плода. Представляет собой сложные сочетания 3Д реконструкции движений сердца плода с различными модификациями допплеровских режимов.

Допплерография – метод ультразвукового исследования движущихся объектов, основанный на применении эффекта, описанного австрийским астрономом Кристианом Допплером в 1842 году и носящем его имя. К.Допплер обратил внимание на различные окраски галактик и смог понять, что изменение цвета зависит от направления их движения. Первоначально допплеровский эффект был описан для электромагнитного волнового излучения, но оказался общим для любого волнового процесса – в том числе и для акустического. Методика основывается на выявлении так называемого частотного допплеровского сдвига – изменения длины волны и частоты отраженного акустического сигнала – в зависимости от направления движения исследуемого объекта. Существует две основные модификации допплеровских режимов работы: постоянно-волновой и импульсно-волновой допплеровский режим. Они различаются способом излучения диагностического сигнала датчиком – в первом случае сигнал излучается непрерывно, а во втором – в прерывистом режиме. Постоянно-волновой допплер применяется только в кардиологии, так как позволяет работать с высокоскоростными потоками крови, но не дает возможности определить глубину залегания исследуемого объекта. Импульсно-волновой допплер применяется практически во всех остальных областях. Выявленный частотный сдвиг обсчитывается компьютером ультразвукового сканера, и полученная информация может быть представлена в различных вариантах:

— спектральный допплеровский анализ,

— цветовые допплеровские модификации.

В первом случае информация преподносится в виде так называемого «допплеровского спектра» — диаграммы или кривой. Это позволяет определить как качественные, так и количественные характеристики кровотока в исследуемом сосуде.

Цветовые допплеровские модификации представляют в основном качественные характеристики кровотока и, в свою очередь делятся на ряд режимов:

— цветовое допплеровское картирование (ЦДК) – при нем происходит картирование (окраска) разными цветами движущейся в сосудах крови. Это позволяет определить скорость и направление потока (от датчика — к датчику). Применяется в кардиологии, ангиологии, терапии, акушерстве для выявления аномально направленных потоков крови, дифференциации артериальных и венозных потоков;

— энергетическое допплеровское картирование (ЭД или ЭДК) – движущиеся объекты картируются переливом одного цвета, метод не дает возможности судить о направлении потока, но позволяет оценить его энергию. Другое название методики – ультразвуковая ангиография – так как на экране хорошо видны даже мелкие сосуды обследуемой зоны, и можно качественно оценить архитектонику сосудистого русла периферии. Широко применяется для оценки особенностей кровоснабжения объемного образования в онкологической практике, гинекологии, терапии, урологии;

— конвергентный допплер (ЦДК+ЭДК) – сочетает в себе перечисленные методики, улучшая каждую из них. Применяется в выше перечисленных областях.

— тканевой допплер или тканевое допплеровское изображение (оценка локальной сократимости миокарда) – метод позволяет отконтрастировать миокард от движущихся потоков крови и улучшить визуализацию его структур, а значит с высокой точностью оценить сократительную способность миокарда.

— трехмерная реконструкция сосудистого дерева при ЭДК – сочетание режима 3-Д и ЭДК, позволяет более точно оценить взаимное расположение объемного образования и сосудистого русла в зоне обследования. Наибольшее применение методика нашла в онкологии.

Кроме перечисленных методов ультразвуковой диагностики нередко используются их сочетания: дуплексный режим – сочетание В-режима и одного из допплеровских режимов в масштабе реального времени; триплексный режим – сочетание серошкального изображения с цветовым и спектральным допплеровскими режимами. Применяются во всех направлениях ультразвуковой диагностики, где требуется точная оценка особенностей сосудистого русла.

Контрастные вещества, применяемые в ультразвуковой диагностике основаны на принципе усиления интраваскулярного контрастирования тканей за счет содержащихся в контрасте пузырьков газа. Наиболее распространённые контрастные вещества для УЗИ это эховист и левовист. УЗИ с использованием контрастныъ веществ применяют при кардиологических и онкологических исследованиях (уточнение типа васкуляризации объемных образований – чаще всего печени), в гинекологии (методика контрастирования полости матки и маточных труб — эхогистеросальпингоскопия).

Эффективность ультразвуковых исследований зависит от ряда условий: качества оборудования, профессиональных навыков и опыта исследователя, технологии проведения исследования.

Поэтому метод УЗИ считается самым субъективным из всех лучевых методов исследования.

Учитывая высокую информативность метода УЗИ, его неинвазивность, быстроту получения информации и доступность, методы УЗИ практически не имеют абсолютных показаний и имеет самый высокий индекс применения.

Ограничения метода УЗИ. Следует подчеркнуть, что ультразвуковой метод имеет свои ограничения. С его помощью можно выявлять образования или структуры только в том случае, когда их акустические характеристики будут отличаться от акустических характеристик окружающих тканей и размер этих объектов будет не меньше длины волны датчика. Ограничивают применение УЗД тучность больных, выраженный метеоризм, большое количество свободной жидкости в брюшной полости.

Ультразвуковые методы исследований (стр. 1 из 2)

Ультразвуковые методы исследований

1. Понятие УЗ

Ультразвуковые волны — это упругие колебания среды с частотой, лежащей выше диапазона слышимых человеком звуков — выше 20 кГц. Верхним пределом ультразвуковых частот можно считать 1 – 10 ГГц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяются ультразвуковые волны. Они обладают высокой проникающей способностью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимого света. Ультразвуковые волны относятся к числу неионизирующих излучений и в диапазоне, применяемом в диагностике, не вызывают существенных биологических эффектов. По средней интенсивности энергия их не превышает при использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см2. Поэтому противопоказаний к исследованию не имеется. Сама процедура ультразвуковой диагностики непродолжительна, безболезненна, может многократно повторяться. Ультразвуковая установка занимает мало места, не требует никакой защиты. Она может быть использована для обследования как стационарных, так и амбулаторных больных.

Таким образом, ультразвуковой метод — это способ дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движений органов и тканей, а также патологических очагов с помощью ультразвукового излучения. Он обеспечивает регистрацию даже незначительных изменений плотности биологических сред. В ближайшие годы он, по всей вероятности, станет основным способом визуализации в диагностической медицине. В силу своей простоты, безвредности и эффективности он, в большинстве случаев, должен применяться на ранних этапах диагностического процесса.

Для генерирования УЗ используются устройства, называемые УЗ-излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, керамический материал на основе титаната бария и др.). На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить, переменное электрическое напряжение от генератора, то пластина благодаря обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствующей частоты.

Наибольший эффект излучения механической волны возникает при выполнении условия резонанса. Так, для пластин толщиной 1 мм резонанс возникает для кварца на частое 2,87 МГц, сегнетовой соли — 1,5 МГц и титаната бария — 2,75 МГц.

Приемник УЗ можно создать на основе пьезоэлектрического эффекта (прямой пьезоэффект). В этом случае под действием механической волны (УЗ-волны) возникает деформация кристалла, которая приводит при пьезоэффекте к генерированию переменного электрического поля; соответствующее электрическое напряжение может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. Рассмотрим этот вопрос.По физической природе УЗ, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны УЗ существенноменьше длины звуковой волны. Дифракция волн существенно зависит от соотношения длины волн и размеров тел, на которых волна дифрагирует. «Непрозрачное» тело размером 1 м не будет препятстствием для звуковой волны с длиной 1,4 м, но станет преградой дляУЗ-волны с длиной 1,4 мм, возникнет «УЗ-тень». Это позволяет в некоторых случаях не учитывать дифракцию УЗ-волн,рассматривая при преломлении и отражении эти волны как лучианалогично преломлению и отражению световых лучей).

Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца — надкостница— кость, на поверхности полых органов и т. д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т. п.(УЗ-локация). При УЗ-локации используют как непрерывное, таки импульсное излучения. В первом-случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдают отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения ультразвука, определяют глубину залегания объекта.

Волновое сопротивление (импеданс) биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха. Поэтому если УЗ-излучатель приложить к телу человека, то УЗ не проникнет внутрь, а будет отражаться из-за тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ-излучателя покрывают слоем масла.

Скорость распространения ультразвуковых воли и их поглощение существенно зависят от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики.

2. Источник и приемник ультразвукового излучения

Ультразвуковую диагностику осуществляют с помощью ультразвуковой установки. Она представляет собой сложное и вместе с тем достаточно портативное устройство, выполняется в виде стационарного или передвижного аппарата. Для генерирования УЗ используют устройства, называемые УЗ-излучателями. Источник и приемник (датчик) ультразвуковых волн в такой установке — пьезокерамическая пластинка (кристалл), размещенная в антенне (звуковом зонде). Эта пластинка — ультразвуковой преобразователь. Переменный электрический ток меняет размеры пластинки, возбуждая тем самым ультразвуковые колебания. Применяемые для диагностики колебания обладают малой длиной волны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направляемый в исследуемую часть тела. Отраженные волны воспринимаются той же пластинкой и преобразуются в электрические сигналы. Последние поступают на высокочастотный усилитель и далее обрабатываются и выдаются пользователю в виде одномерного (в форме кривой) или двухмерного (в форме картинки) изображения. Первое называют эхограммой, а второе — ультрасонограммой (сонограммой) или ультразвуковой сканограммой.

Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели исследования. Для глубоких структур применяют более низкие частоты и наоборот. Например, для изучения сердца используют волны с частотой 2,25—5 МГц, в гинекологии — 3,5—5 МГц, для эхографии глаза — 10—15 МГц. На современных установках эхо- и сонограммы подвергают компьютерному анализу по стандартным программам. Распечатка информации производится в буквенной и цифровой форме, возможна запись на видеоленте, в том числе в цвете.

Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера, работают в режиме импульсной эхолокации: излучается короткий импульс и воспринимается отраженный сигнал. В зависимости от задач исследования употребляют различные виды датчиков. Часть из них предназначена для сканирования с поверхности тела. Другие датчики соединены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполостном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией (эндосонография). Эти датчики, а также зонды, созданные для ультразвуковой локации на операционном столе, допускают стерилизацию.

По принципу действия все ультразвуковые приборы делят на две группы: эхоимпульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для определения анатомических структур, их визуализации и измерения. Приборы второй группы позволяют получать кинематическую характеристику быстро протекающих процессов — кровотока в сосудах, сокращений сердца. Однако такое деление условно. Существуют установки, которые дают возможность одновременно изучать как анатомические, так и функциональные параметры.

3. Объектультразвуковогоисследования

Благодаря своей безвредности и простоте ультразвуковой метод может широко применяться при обследовании населения во время диспансеризации. Он незаменим при исследовании детей и беременных. В клинике он используется для выявления патологических изменений у больных людей. Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной и слюнных желез, молочной железы, сердца, почек, беременных со сроком более 20 нед. специальной подготовки не требуется.

Больного исследуют при разном положении тела и разном положении ручного зонда (датчика). При этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями. Меняя положение датчика, он стремится получить возможно полную информацию о состоянии органов. Кожу над исследуемой частью тела смазывают хорошо пропускающим ультразвук средством для лучшего контакта (вазелином или специальным гелем).

Ослабление ультразвука определяется ультразвуковым сопротивлением. Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения в ней ультразвуковой волны. Достигнув границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпевает изменение: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть отражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса соприкасающихся сред. Чем выше различие в импедансе, тем больше отражается волн. Кроме того, степень отражения связана с углом падения волн на граничащую плоскость. Наибольшее отражение возникает при прямом угле падения. Из-за почти полного отражения ультразвуковых волн на границе некоторых сред, при ультразвуковом исследовании приходится сталкиваться со «слепыми» зонами: это — наполненные воздухом легкие, кишечник (при наличии в нем газа), участки тканей, расположенные за костями. На границе мышечной ткани и кости отражается до 40% волн, а на границе мягких тканей и газа — практически 100%, поскольку газ не проводит ультразвуковых волн.

4. Методы ультразвукового исследования

Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики: одномерное исследование (эхография), двухмерное исследование (сканирование, сонография) и допплерография. Все они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов.

Фото: medservices.info

Раздел физики ультразвука довольно полно освещен в ряде современных монографий по эхографии. Мы остановимся лишь на некоторых свойствах ультразвука, без знания которых невозможно понять процесс получения ультразвуковой визуализации.

Ультразвуковая визуализация — ультразвук

Ультразвук — это звук с частотой колебаний 20 000 в секунду и представляет собой волнообразно распространяющиеся колебательные движения частиц упругой среды. Ультразвук имеет волновую природу, и его распространение подчиняется тем же законам, что и распространение света. Смещаясь в среде, частицы образуют участки повышенного и пониженного давления, чередующиеся с определенной частотой (волны). Графически ультразвук может быть представлен в виде синусоидальных волн, для которых характерны амплитуда, длина и частота.

Различают несколько типов ультразвуковых волн: продольные, поперечные, изгибные, поверхностные и волны растяжения, однако основными являются продольный и поперечные (сдвиговым).

В биологических средах распространяются только продольные ультразвуковые колебания, которые и используются в диагностической аппаратуре.

Структура продольной волны представляет чередование зон сжатия и разжатия и связана с тем, что направление колебания частиц совпадает с направлением распространения волны.

Длина волны (λ)

Расстояние между двумя точками среды, находящимися в одинаковой фазе колебания. Длина и частота колебаний имеют обратно пропорциональную зависимость.

Период колебания

Время, затраченное на фазы сжатия и разрежения.

Частота колебаний

Число чередований сжатий и разрежений в единицу времени.

За единицу частоты колебаний в физике принят Герц, который соответствует одному колебанию в одну секунду. Для исследования тканей человека используется частота от 1 до 10 МГц. 1 МГц равен 1 млн. колебаний в секунду.

Амплитуда колебаний

Величина, которая при одной и той же частоте колебаний характеризует мощность ультразвуковой энергии.

Интенсивность колебаний

Количество энергии, проходящей за 1 секунду через 1 м2площади, расположенной перпендикулярно к направлению распространения ультразвукового луча (Вт/см2).

Скорость распространения ультразвука в среде зависит от свойств среды, т.е. от плотности, ее упругих свойств и температуры. Скорость распространения ультразвука прямо пропорциональна длине волны и частоте колебаний и составляет в тканях человека при температуре 37°С примерно 1540 м/с. Эта величина в тканях человека является почти постоянной, в связи с чем и используется для калибровки ультразвуковой аппаратуры при измерениях. В клинических исследованиях чаще используется частота колебаний 2.25-3.5 МГц.

Поглощение ультразвуковых колебаний и их рассеивание характеризуют глубину проникновения ультразвука в ткани. Уровень потери энергии ультразвука при прохождении через среду зависит от частоты колебаний, плотности среды и ее теплопроводимости. Для определения степени поглощения и ослабления ультразвука в ткани в 1956 г. D. Goldman ввел термин «глубина полупоглощения», отражающий расстояние, которое должен пройти ультразвук в данной среде, пока его энергия не уменьшится вдвое.

Распространение ультразвуковых колебаний зависит от длины волны. Если длина волны значительно превышает диаметр пластины излучателя, то звуковые волны распространяются во все стороны в форме сферических волн. Если длина волны уменьшается, ультразвуковая энергия концентрируется в луче. Ультразвуковые волны, излучаемые датчиком, имеют очень малую длину волны, вначале они идут параллельно, а затем расходятся.

Ниже приводится значение половинного затухания для разных сред и расстояния, при которых ультразвуковые волны с частотой 2 МГц теряют половину своей энергии.

Расстояние (l), на котором луч остается параллельным, полностью зависит от радиуса (r) датчика и длины (λ) волны:

l = r2/λ

Для уменьшения степени расхождения луча в датчиках используются фокусированные ультразвуковые линзы с разной степенью кривизны, позволяющие создавать фокусную зону на различном расстоянии от датчика.

Отражение ультразвука

Различные среды обладают различными свойствами, в связи с чем и характер прохождения ультразвука зависит от ультразвукового сопротивления среды (акустического импеданса), который равен произведению плотности среды на скорость распространения в ней звука и характеризует степень сопротивления среды распространению звуковой волны. Даже при незначительном различии плотностей между тканями возникает эффект раздела фаз (interface).

Отражение ультразвука определяется нескольким и факторами:

— разностью акустического импеданса сред (чем больше разность, тем больше отражение);

— чем ближе угол падения к 900, тем больше отражение;

— размер объекта должен быть не менее длины волны;

— для измерения меньших объектов требуется ультразвук с большей частотой, то есть с меньшей длиной волны;

— чем короче длина волны, тем выше частота ультразвука, тем меньше допусти мое расстояние между двумя границами раздела сред, от которых возможно отражение, и тем выше разрешающая способность аппарата.

Следует отметить, что, чем выше частота, тем меньше глубина проникновения ультразвука и тем легче происходит его затухание. Структуры, в которых происходит полное затухание, то есть через которые ультразвук не может проникнуть, дают после себя акустическую тень. Такой полный ультразвуковой эффект дают воздух, кости, твердые камни желчного пузыря, почек, мочевого пузыря, некоторые кальцификаты паренхиматозных органов и кальцинированные клапаны сердца.

Скорость ультразвука и удельное волновое сопротивление тканей человека (по В.Н. Демидову)

Ультразвуковая волна, достигнув границы двух сред, может отразиться или пойти дальше. Коэффициент отражения ультразвука зависит от разности ультразвукового сопротивления на границе раздела сред: чем больше эта разность, тем сильнее степень отражения. Степень отражения зависит от угла падения луча на поверхность раздела сред: чем больше угол приближается к прямому, тем сильнее степень отражения.

Таким образом, зная это, можно найти оптимальную ультразвуковую частоту, которая дает максимальную разрешающую способность при достаточной проникающей способности.

Основные принципы, на которых основано действие ультразвуковой диагностической аппаратуры, — это распространение и отражение ультразвука.

Принцип работы диагностических ультразвуковых приборов заключается в отражении ультразвуковых колебаний от границ раздела тканей, обладающих определенной величиной акустического сопротивления. Считается, что отражение ультразвуковых волн на границе раздела происходит при разности акустических плотностей сред не менее 1%. Величина отражения звуковых волн зависит от разности акустической плотности на границе раздела сред, а степень отражения – от угла падения ультразвукового луча.

Получение ультразвуковых колебаний

В основе получения ультразвуковых колебаний лежит прямой и обратный пьезоэлектрический эффект, сущность которого заключается в том, что при создании электрических зарядов на поверхности граней кристалла последний начинает сжиматься и растягиваться. Преимуществом пьезоэлектрических преобразователей является способность источника ультразвука служить одновременно и его приемником.

Схема строения ультразвукового датчика

Датчик содержит пьезокристалл, на гранях которого закреплены электроды. Сзади кристалла находится прослойка вещества, поглощающая ультразвук, который распространяется в направлении, противоположном требуемому. Это повышает качество получаемого ультразвукового луча. Обычно ультразвуковой луч, генерируемый датчиком, имеет максимальную мощность по центру, а по краям она снижается, в результате чего разрешающая способность ультразвука различна по центру и по периферии. По центру луча всегда можно получить устойчивые отражения как от более, так и от менее плотных объектов, тогда как по периферии луча менее плотные объекты могут давать отражение, а более плотные отражаться как менее плотные.

Современные пьезоэлектрические материалы позволяют датчикам посылать и принимать ультразвук в широком диапазоне частот. Возможно проведение контроля над формой спектра акустического сигнала, создавая и сохраняя гауссову форму сигнала, которая в большей мере устойчива к искажениям полосы частот и смещению центральной частоты.

В последних конструкциях ультразвуковых приборов высокая разрешающая способность и четкость изображения обеспечиваются использованием системы динамического фокуса и широкополосного эхофильтра фокусировки входящих и выходящих ультразвуковых лучей посредством микрокомпьютера. Таким образом обеспечиваются идеальное профилирование и улучшение ультразвукового луча и характеристик боковой разрешающей способности изображения глубоких структур, получаемых при секторном сканировании. Параметры фокусировки устанавливаются в соответствии с частотой и типом датчика. Широкополосный эхофильтр обеспечивает оптимальную разрешающую способность за счет идеального сочетания частот с учетом поглощения эхосигналов, проходящих через мягкие ткани. Использование многоэлементных датчиков высокой плотности способствует устранению ложных эхосигналов, появляющихся вследствие боковой и задней дифракции.

Сегодня в мире происходит жесточайшая конкуренция фирм по созданию качественных визуальных систем, отвечающих самым высоким требованиям.

В частности, корпорация «Acuson» установила особый стандарт качества изображения и клинической разновидности, разработала Платформу 128 ХР TM — базовый модуль для постоянных усовершенствований, которая позволяет врачам расширять сферу клинических исследований в зависимости от потребностей.

В Платформе используются 128 электронно-независимых каналов, которые можно задействовать одновременно как на передаче, так и на приеме, обеспечивая исключительное пространственное разрешение, контрастирование тканей и однородность изображения во всем поле обзора.

Ультразвуковые диагностические приборы делятся на три класса: одномерные, двухмерные и трехмерные.

В одномерных сканерах информация об объекте представляется в одном измерении по глубине объекта, а изображение регистрируется в виде вертикальных пиков. По амплитуде и форме пиков судят о структурных свойствах ткани и глубине участков отражения эхосигналов. Этот тип приборов используется в эхо-энцефалографии для определения смещения срединных структур мозга и объемных (жидкостных и плотных) образований, в офтальмологии — для определения размера глаза, наличия опухолей и инородных тел, в эхопульсографии – для исследования пульсации сонных и позвоночных артерий на шее и их интракраниальных ветвей и т.д. Для этих целей используется частота 0.88-1.76 МГц.

Двухмерные сканеры

Двухмерные сканеры делятся на приборы ручного сканирования и работающие в реальном режиме времени.

В настоящее время для исследования поверхностных структур и внутренних органов используются лишь приборы, работающие в реальном масштабе времени, в которых информация непрерывно отражается на экране, что дает возможность вести динамическое наблюдение за состоянием органа, особенно при исследовании движущихся структур. Рабочая частота данных приборов от 0.5 до 10.0 МГц.

На практике чаще применяются датчики с частотой от 2.5 до 8 МГц.

Трехмерные сканеры

Для их применения требуются определенные условия:

— наличие образования, имеющего округлую или хорошо контурированную форму;

— наличие структурных образований, находящихся в жидкостных пространствах (плод в матке, глазное яблоко, камни в желчном пузыре, инородное тело, полип в заполненном жидкостью желудке или кишечнике, червеобразный отросток на фоне воспалительной жидкости, а также все органы брюшной полости на фоне асцитической жидкости);

— малоподвижные структурные образования (глазное яблоко, простата и др.).

Таким образом, с учетом этих требований трехмерные сканеры с успехом могут быть применены для исследования в акушерстве, при объемной патологии брюшной полости для более точной дифференциации от других структур, в урологии для исследования простаты с целью дифференциации структурной пенетрации капсулы, в офтальмологии, кардиологии, неврологии и ангиологии.

Из-за сложности использования, дороговизны аппаратуры, наличия многих условий и ограничений в настоящее время они применяются редко. Однако трехмерное сканирование — это эхография будущего.

Доплерэхография

Принцип доплерэхографии заключается в том, что частота ультразвукового сигнала при отражении от движущегося объекта изменяется пропорционально его скорости и зависит от частоты ультразвука и угла между направлением распространения ультразвука и направлением потока. Этот метод с успехом применяется в кардиологии.

Метод представляет интерес и для внутренней медицины в связи с его возможностями давать достоверную информацию о состоянии кровеносных сосудов внутренних органов без введения контрастных веществ в организм.

Чаще используется в комплексном обследовании больных с подозрением на портальную гипертензию на ранних ее стадиях, при определении степени выраженности нарушений портального кровообращения, выяснении уровня и причины блокады в системе воротной вены, а также для изучения изменения портального кровотока у больных с циррозом печени при администрировании медикаментозных препаратов (бетаблокаторов, ингибиторов АПФ и др.).

Все приборы оснащены ультразвуковыми датчиками двух типов: электромеханическими и электронными. Оба типа датчиков, но чаще электронные, имеют модификации для использования в различных областях медицины при обследовании взрослых и детей.

В классическом варианте реального масштаба времени применяются 4 метода электронного сканирования: секторное, линейное, конвексное и трапециедальное, каждый из которых характеризуется специфическими особенностями в отношении поля наблюдения. Исследователь может выбрать метод сканирования в зависимости от стоящей перед ним задачи и места локации.

Секторное сканирование

Преимущества:

— небольшая площадь контакта с поверхностью тела пациента;

— большое поле зрения при исследовании глубоких участков.

Область применения:

— краниологические исследования новорожденных через большой родничок;

— кардиологические исследования;

— общие абдоминальные исследования органов малого таза (особенно в гинекологии и при исследовании простаты), органов ретроперитонеальной системы.

Линейное сканирование

Преимущества:

— большое поле зрения при исследовании неглубоких участков тела;

— высокая разрешающая способность при исследовании глубоких участков тела благодаря использованию многоэлементного датчика;

— легкая идентификация томографических срезов.

Область применения:

— поверхностные структуры;

— кардиология;

— общие абдоминальные исследования;

— исследование органов малого таза и паранефральной области;

— в акушерстве.

Конвексное сканирование

Преимущества:

— небольшая площадь контакта с поверхностью тела пациента;

— большое поле наблюдения при исследовании глубоких участков.

Область применения:

— общие абдоминальные исследования.

Трапециедальное сканирование

Преимущества:

— большое поле наблюдения при исследовании близко к поверхности тела и глубоко расположенных органов;

— легкая идентификация томографических срезов.

Область применения:

— общие абдоминальные исследования;

— акушерские и гинекологические.

Кроме общепринятых классических методов сканирования в конструкциях последних приборов применяются технологии, позволяющие качественно дополнить их.

Векторный формат сканирования

Преимущества:

— при ограниченном доступе и сканировании из межреберья обеспечивает акустические характеристики п р и минимальной апертуре датчика. Векторный формат визуализации дает более широкий обзор в ближнем и дальнем поле.

Область применения такая же, как при секторном сканировании.

Сканирование в режиме выбора зоны увеличения

Это особое сканирование выбранной оператором зоны интереса для повышения акустического информационного содержания изображения в двухмерном и цветном доплеровском режиме. Выбранная зона интереса отображается с полным использованием акустических и растровых линий. Повышение качества изображения выражается в оптимальной плотности линий и пикселей, повышенном разрешении, повышении частоты кадров и увеличении изображения.

При обычном участке остается прежняя акустическая информация, а при обычном формате выбора зоны увеличения RES достигается увеличение изображения с повышенным разрешением и большой диагностической информацией.

Визуализация Мульти-Герц

Широкополосные пьезоэлектрические материалы обеспечивают современным датчикам возможность работать в широком диапазоне частот; представляют возможность выбора конкретной частоты из широкой полосы частот, имеющихся в датчиках, сохраняя при этом однородность изображения. Эта технология позволяет менять частоту датчика одним лишь нажатием кнопки, не тратя время на замену датчика. А это означает, что один датчик эквивалентен двум или трем частным характеристикам, что повышает ценность и клиническую разносторонность датчиков («Acuson», «Simens»).

Нужная ультразвуковая информация в последних инструкциях приборов может быть заморожена в разных режимах: B-mode, 2B-mode, 3D, В+В mode, 4B-mode, M-mode и регистрироваться при помощи принтера на специальной бумаге, на компьютерной кассете или видеоленте с компьютерной обработкой информации.

Ультразвуковая визуализация органов и систем человеческого организма непрерывно совершенствуется, постоянно открываются новые горизонты и возможности, однако правильная интерпретация полученной информации всегда будет зависеть от уровня клинической подготовки врача-исследователя.

В связи с этим я часто вспоминаю разговор с представителем фирмы «Aloca», приежавшим к нам сдать в эксплуатацию первый прибор в реальном масштабе времени «Aloca» SSD 202 D (1982 г.). На мое восхищение тем, что в Японии разработана технология ультразвукового прибора с компьютерной обработкой изображения он ответил так: «Компьютер — это хорошо, но если другой компьютер (показывая на голову) плохо работает, то тот компьютер ничего не стоит».

Поделиться «Физические принципы ультразвуковой визуализации тканей и органов человека»

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *