Узи как работает: Ультразвуковое исследование — Википедия – Принцип работы УЗИ

Содержание

диагностика на грани научной фантастики * Клиника Диана в Санкт-Петербурге

Для человека, далекого от медицины, все аппараты УЗИ выглядят на «одно лицо». На самом деле существуют десятки модификаций ультразвуковых приборов и датчиков, помогающих врачам изучать любые органы и ткани человеческого организма. Поэтому, записываясь на УЗИ, не забудьте поинтересоваться, каким аппаратом вас будут обследовать.  

Как работает аппарат УЗИ: основа основ

Содержание статьи

УЗИ диагностика (сонография) — это метод исследования внутренних органов пациента с помощью ультразвука без использования игл и других хирургических инструментов. Именно УЗ-исследование принято в качестве золотого стандарта первичного обследования во всем мире.

УЗИ-аппарат действует на основе пьезоэлектрического эффекта. Внутри датчика, которым водят по поверхности тела, находятся микрокристаллы кварца, титана или бария. При подаче электрического тока внутри кристаллов возникают механические колебания, которые создают ультразвуковые волны частотой до 29 МГц. Специальная акустическая линза помогает выбрать волну определённой длины. Чем выше частота ультразвуковой волны, тем больше возможностей у аппарата.

Каждый орган или его отдел обладает свойственным только ему акустическим сопротивлением. Если ткани, на которые направлена ультразвуковая волна, имеют различное акустическое сопротивление (это характерно для уплотнений, кист, новообразований), одна часть волны поглощается, а другая отражается.

Чем больше различий в тканях, тем больше интенсивность сигнала. На экране участки, отличающиеся от соседних тканей плотностью и другими характеристиками, отображаются светлее и ярче. Этот эффект называется эхогенностью.

Из чего состоит УЗИ аппарат?

Несмотря на некоторые особенности и конструктивные различия, все аппараты УЗИ имеют одинаковые составные элементы.

«Сердце» прибора — ультразвуковой преобразователь, внутри которого размещены пьезоэлементы типа кристаллов кварца или бария. Под воздействием электричества, которое исходит от центрального процессора, кристаллы начинают вибрировать и распространять вокруг себя ультразвуковые сигналы.

Центральный процессор делает все расчёты, а с помощью импульсного датчика управления можно менять характеристики излучаемых ультразвуковых импульсов. Акустическая линза помогает фокусироваться на определённой волне, а звукопоглощающий слой фильтрует отображаемые волны.

Благодаря дисплею можно увидеть картинку исследуемого органа и окружающих его тканей и структур. Для лучшего качества изображения в аппарате УЗИ имеется усилитель радиочастот, видео- и зувукоусилитель.

С помощью курсора и клавиатуры специалист вводит определённые параметры или обрабатывает полученные данные. Отражённые ультразвуковые волны возвращаются к преобразователю и передаются в центральный процессор. Он вычисляет скорость возвращения сигнала и расстояние от датчика до тканей.

Датчик управления меняет различные режимы сканирования:

  • режим А показывает амплитуду отражённого эхо-сигнала;
  • режим М визуализирует орган в движении;
  • режим В отображает двухмерную картинку, на которой видны любые изменения эхогенности. В минуту меняется 20 картинок, что создаёт иллюзию движения;
  • режим Д основан на эффекте Допплера, поэтому используется для изучения кровотока пациента.

На жёстком диске либо CD или DVD дисках сохраняется вся информация. При желании клиенту делают распечатку или копию видеозаписи (например, движения плода — будущего малыша).

Виды УЗИ аппаратов: не хорошие и плохие, а мощные и супермощные

Если рассматривать различия параметров и особенностей получаемого на экране монитора изображения, то все аппараты УЗИ условно делятся на 3 категории:

  • 2D. Это стандартный аппарат, позволяющий отображать на экране орган по двум параметрам — длине и ширине. Картинка получается чёрно-белой, и не специалисту сложно разобраться и увидеть на экране патологию. Однако для врача-узиста информации достаточно. Он заметит различные пороки (кисты, миомы, разрастание эндометрия в гинекологии, аномалии сердца в кардиологии, нарушения в развитии головного мозга у плода, его рост и вес, количество околоплодных вод и пр.), поэтому двухмерный вид УЗИ обязателен при беременности. Для органов малого таза и брюшной полости используется аппарат с частотой 2,5 — 3,5 МГц. Процедура совершенно безопасна для матери и ребёнка, зато помогает выявлять проблемы на начальных стадиях. Она длится не более 15 минут.
  • 3D. Отличается от двухмерного изображения тем, что прибавляется ещё один параметр — глубина. На экране монитора появляется трёхмерная картинка. Если на исследование пришла будущая мама, она сможет увидеть личико своего малыша, а также рассмотреть строение его тельца. Пол будущего ребёнка на трёхмерном аппарате устанавливается с точностью 100%. По длительности процедура 3Д УЗИ занимает около 50 минут.
  • 4D. Это настоящая голограмма, делающая возможным увидеть малыша в движении. При желании родители заказывают видеозапись обследования. Это УЗИ-аппараты high-end уровня. Отличие их от 3D заключается в том, что трёхмерное изображение даёт картинку определённых моментов положения тела будущего ребёнка, а 4D показывает чёткое посекундное видео. Помимо исследования беременности, 4D аппараты применяются в других областях медицины. В урологии подтверждает абсцесс предстательной железы, в гинекологии — даже самые маленькие кистозные образования, в офтальмологии — повреждение сетчатки глаза или глазного яблока, при онкологии увидит положение сосудистого пучка относительно новообразования.

Также УЗИ аппараты различаются и по другим характеристикам.

По качеству изображения:

  • Обычные сонографы (имеют 16 каналов передачи-приёма).
  • Аппараты среднего технического класса (свыше 32 каналов).
  • УЗИ аппараты повышенных возможностей (свыше 48).
  • Аппараты высокого класса high-end (свыше 64).
  • Аппараты экспертного класса (несколько сотен каналов).

Главный технический параметр, отличающий аппараты различного уровня, — число принимаемых и передающих каналов. Чем их больше, тем выше чувствительность и, соответственно, разрешаемая способность.

По специфике применения:

УЗИ сканеры. Работают в режиме 2D и дают двухмерную картинку. Имеет два режима работы: двухмерное изображение (режим В) и одномерная эхограмма (режим М).

Узкоспециализированные:

  • Эхоофтальмометр. Визуализирует структуру глаза в двух- и одномерном изображении. Помимо режимов В и М, имеет режим D — спектральный анализ скоростей кровотока с использованием импульского допплера (PW) и непрерывного допплера (CW).
  • Фетальный монитор. Измеряет частоту сердечных сокращений у плода. Выявляет патологии развития сердца на ранних стадиях беременности.

УЗИ с допплером

  • со спектральным допплером (дуплексные аппараты). Отображают работу кровотока в режиме В, М и D;
  • с цветовым допплеровским картированием. Помимо тех же функций, что и у аппарата со спектральным допплером, отображают на серошкальном изображении тканей кровоток. Это редко встречающийся прибор для специализированных исследований.

Энцефалоскоп. Это УЗИ аппарат предназначен для нейрохирургических исследований. Через область виска исследуются различные структуры головного мозга. Прибор работает на основе транскраниального метода, который исследует особенности кровотока и выявляет его нарушения. Энцефалоскоп фиксирует ультразвуковые сигналы, отражающиеся от различных элементов крови, движущихся в одном направлении. Затем полученная информация обрабатывается и отражается на экране.

Головной мозг поглощает гораздо больше крови, чем любой другой орган. К тому же он очень чувствителен к гипоксии — недостатку кислорода. Энцефалография позволяет увидеть состояние сосудов и артерий, питающих головной мозг, а также выявить такие патологии, как абсцессы, кровоизлияния, кисты, гематомы, пертификаты (отложение солей кальция на стенках сосудов), гуммы (рубцы) и др.

Синускоп. Это специальный УЗИ аппарат, исследующий лобные и гайморовы пазухи. Он анализирует ультразвук, отражённый от стенок носа. Если пазухи заполнены, на экране монитора отображается картинка в графической форме. Синускоп помогает выявить на ранних стадиях гайморит, синусит, фарингит, воспаление пазух носа.

В зависимости от типа датчика

  • Линейные. Имеют частоту 5-15 МГц, глубина сканирования достигает 11 см. Датчик достаточно широкий, чтобы отобразить весь орган. Отображаемая картинка получается чёткой, с высоким разрешением. Неплотно прилегает к коже, требует использования геля.
  • Конвексные. Обладают частотой 1,9-7,5 МГц, глубина просмотра не более 25 см. Плотно прилегает к коже. Отображает неширокую и несколько искажённую картинку.
  • Секторные. Частота составляет 1,5–5 МГц. Изображение получается крупным и глубоким.
  • Секторальный фазированный. Датчик имеет вид решётки, каждый сектор которой позволяет менять угол сканирования. Различные части решётки независимо принимают и излучают ультразвуковые волны.
  • Внутриполостные. Имеют вид скошенной или прямой рукоятки, помещаются внутрь тела (во влагалище или прямую кишку).
  • 3D или 4D объемные датчики. Имеет кольцевое вращение, позволяющее делать посрезовое сканирование, преобразуя его в трёх- или четырёхмерную картинку.
  • Матричные. Имеют двухмерную решётку. Полуторомерные — картинка по длине получается больше, чем по ширине. Получается максимальное разрешение по толщине. Двухмерные. Имеют большое количество элементов, что позволяет делать картинки в различных проекциях одновременно.
  • Карандашные. В них излучатель и отображатель разделены. Применяется для исследования артерий и вен.

По областям применения

  • Универсальные для наружного применения abdominal probe. Применяются для исследования органов малого таза. Имеют частоту 3,5-5 МГц, открывает обзор в 40-900.
  • УЗИ аппараты small parts probe. Рабочая частота составляет 7,5-10 МГц. Датчик имеет ширину 25-50 мм. Применяется при исследовании щитовидной железы, суставов, периферических сосудов.
  • Кардиологический УЗИ аппарат cardiac probe. Учитывая особенности межрёберной щели, аппарат имеет датчик секторального типа с частотой 3,5 или 5 МГц. Используются в кардиологии.

Внутриполостные УЗИ-приборы intracavitary probes.

  • трансвагинальные. Имеют частоту 5,6 или 7,5 МГц, используются в гинекологии;
  • трансректальные. Позволяют сканировать под углом 3600;
  • интраоперационные. Надеваются на палец и имеют большой радиус кривизны;
  • трансуретральные. Имеют очень маленькие размеры, вводятся через мочеточник в мочевой пузырь;
  • чрезпищеводные. Помогают исследовать сердце снизу со стороны пищевода.
  • внутрисосудистые.

Какими дополнительными функциями оснащены УЗИ аппараты

Современные УЗИ аппараты имеют массу инновационных функций, значительно увеличивающих качество обследования. К таким разработкам относится следующее:

  • Функция ClearVision — это преобразование изображения малого разрешения и низкого качества в чёткую и яркую картинку. Это своеобразный фильтр, устраняющий спекл-шумы, артефакты. в результате изображение имеет чёткий контр на границе тканей с разной эхо-плотностью;
  • Функция SonoView — специальная программа, позволяющая архивировать изображения и создания баз данных;
  • Функция кинопамять — возможность перемотки видео, его раскадровки; разъёмы для нескольких датчиков;
  • функция TEI — визуализация в серошкальном режиме. Это позволяет увеличивать уровень чёткость, контрастности и снизить количество артефактов. Технология позволяет увидеть чёткие границы новообразований, что без использования инновации невозможно было сделать у полных пациентов;
  • Функция TP-View позволяет в линейных датчиках увеличить поверхность обзора. Все измерения отображаются на одном снимке;
  • Функция XLight делает возможность улучшить изображение анатомических структур на трёхмерном изображении. Благодаря обработке данных можно увидеть чётко пририсованные детали. В акушерстве эта функция помогает выявить аномалии в развитии плода независимо от количества амниотической жидкости и положения плода. В хирургии XLight также увидеть состояние костной структуры;
  • Функция CrystaLine позволяет синхронизировать работу УЗИ аппарата с работой медицинского лазера. Это делает возможным использовать прибор в малоинвазивных операциях;
  • Функция VPan Imaging предназначена для получения панорамного изображения (спинномозгового канала у плода, онкопроцессов в желудке). Картинка имеет последовательную раскадровку, реконструирующую всю исследуемую зону.

Поделиться ссылкой:

Как работает УЗИ — Здоровая Россия

Ультразвуковое исследование, или УЗИ – это метод диагностики, в котором используются высокочастотные звуковые волны, позволяющие получить двухмерное изображение органов тела в реальном времени.

УЗИ часто используется для обследования сердца, сосудов, пищеварительной системы и органов малого таза.

Кроме того, этот метод считается наиболее удобным и безопасным способом диагностики и контроля течения беременности. Ведь при УЗИ-исследовании не применяется ионизирующее излучение, характерное для таких методов, как МРТ или рентген.

Что такое УЗИ?

Ультразвуковые волны – это высокочастотные звуковые колебания, частотой 20000 и более колебаний в секунду. Человеческое ухо звук такой частоты не воспринимает.

Органы и ткани человеческого тела по-разному пропускают ультразвуковые волны: некоторые структуры полностью отражают волны, другие полностью ее гасят, третьи – пропускают практически свободно.
Именно на этом принципе и основана работа УЗИ-сканера, который используется для медицинской диагностики.

В рабочей части сканера смонтированы источник и приемник УЗИ-волн. Источник испускает звуковые волны, которые отражаются от органов и тканей, поглощаются или пропускаются ими. Приемник улавливает отраженные и искаженные волны, а компьютер интерпретирует их и превращает в изображение «среза» ткани в реальном времени.

Современные технологии ультразвукового исследования позволяют получить не только двумерное, но и трехмерное изображение.

«Подари себе жизнь»: за кадром

Посмотрите, как делают УЗИ героям передачи «Подари себе жизнь».

Немного истории

Первые исследования по использованию ультразвука в медицинской практике провел австрийский врач Карл Теодор Дуссик в 1942 году, опубликовавший результаты ультразвукового исследования головного мозга.

В 1950-х годах шотландский профессор Ян Дональд разработал практическую методику ультразвукового обследования организма, которая и легла в основу современных методов УЗИ-диагностики.

Что исследуется при помощи УЗИ?

Ультразвуковые исследования применяются для диагностики широкого спектра заболеваний, наблюдений за ходом лечения и оценки его эффективности.

Что можно исследовать:

  • органы брюшной полости
  • молочные железы
  • глаза
  • сосуды конечностей, тела и головы (допплерография)
  • работу сердца (эхокардиография)
  • наличие и течение беременности
  • состояние щитовидной железы
  • состояние репродуктивных органов у женщин и мужчин

Ультразвуковое исследование – очень простой и безопасный метод. Он может быть использован неоднократно даже в течение одного дня.

Как проходит УЗИ-исследование?

Перед ультразвуковым исследованием вам предложат частично раздеться и лечь на кушетку. В течение всей процедуры вы будете лежать, меняя положение тела по просьбе врача-диагноста.

Исследование проводится при помощи портативного датчика, который плотно, но несильно прижимается к коже.

В гинекологических исследованиях применяется трансвагинальный датчик – небольшая трубка, оснащенная одноразовым чехлом, которая помещается внутрь влагалища. В исследованиях органов, проводящихся через прямую кишку – трансанальный датчик.

Чтобы улучшить движение датчика по коже и передачу звуковых волн, на тело и сам датчик наносят специальный гипоаллергенный гель на водной основе.

УЗИ-исследование абсолютно безболезненно. Незначительный дискомфорт могут доставить давление датчика и ощущение холода и влаги от проводящего геля.

Мифы о беременности

Некоторые ошибочно полагают, что УЗИ негативно воздействует на будущего ребенка. Прочтите об этом и других современных мифах о беременности, которые давно пора разоблачить.

Как подготовиться к УЗИ?

В зависимости от того, какие органы и системы предполагается исследовать при помощи ультразвука, от пациента может потребоваться дополнительная подготовка.

Для подготовки к УЗИ брюшной полости за пару дней стоит отказаться от продуктов, повышающих газообразование. Само исследование необходимо проводить на голодный желудок.

При исследовании органов малого таза у женщин рекомендуется выпить около литра воды за час до процедуры. УЗИ проводится при полном мочевом пузыре.

Если для УЗИ используется трансвагинальный датчик, специальная подготовка не требуется, а мочевой пузырь надо освободить.

При исследовании мочевого пузыря и простаты у мужчин также требуется наполнение мочевого пузыря. Здесь рекомендации такие же, как и для женщин – необходимо выпить литр воды за час до исследования.

Самое важное

Ультразвуковое исследование – безопасный наглядный метод диагностики, позволяющий получить визуальное изображение тканей и органов тела в реальном времени. УЗИ проходит быстро и безболезненно, но к некоторым исследованиям надо дополнительно подготовиться.

Фото: patrix

Принцип работы ультразвукового датчика

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая получаемые с них сигналы, мы можем видеть изображение на экране УЗИ-аппарата.

Меры предосторожности при работе с ультразвуковыми датчиками

Между кристаллической матрицей датчика и телом пациента располагается ряд согласующих материалов для лучшего проникновения и дополнительной фокусировки УЗ-луча. Это согласующие слои самого датчика, акустическая линза и согласующий акустический гель.

Необходимо помнить, что применять следует гель из рекомендуемого производителем списка, поскольку гели отличаются физическими параметрами. Использование «неправильного» геля будет приводить к перегреву пьезокристаллической матрицы, согласующих слоев и линзы, а также к повышенной нагрузке на электронные блоки формирования высокого напряжения и усиления принятого сигнала.

Таким образом, кажущаяся необоснованность и экономия от использования более дешевого геля приведет к поломке датчика и дорогостоящему ремонту самого аппарата, а в некоторых случаях даже электротравмам пациента или врача, так как на головку датчика подается высокое электрическое напряжение.

Если у Вас все же возникла проблема с датчиком, не спешите его списывать:

Несмотря на всю сложность, ремонт датчиков УЗИ возможен практически в любом случае.

Как работает ультразвуковой датчик в B-режиме

принцип работы датчика УЗИ

 

 

  1. Через ультразвуковой пьезоэлектрический датчик в ткани отправляется короткий импульс.

  2. Он распространяется и отражается от объектов, расположенных на разной глубине. Скорость распространения ультразвука в тканях известна, поэтому можно определить определить расстояние до объекта, который отразил данный эхо-сигнал.

  3. Амплитуда принятого сигнала кодируется на экране с помощью оттенков серого цвета. Глаз человека больше всего восприимчив именно к оттенкам серого. Таким образом происходит кодировка амплитуды принимаемого сигнала в яркость на мониторе УЗ-сканера.

При этом работа ультразвукового датчика для пользователя заключается в следующем:

твердые объекты выглядят более светлыми, почти белыми, пустоты наоборот  — черными.

Это происходит потому, что амплитуда отраженного от кости сигнала велика. Если же направить луч в полость (в пустоту),  УЗ-луч пройдет очень глубоко, сильно ослабнет и амплитуда принятого отраженного сигнала будет близка к нулю. Биологические ткани, представляющие наибольший интерес для врача, на дисплее аппарата отображаются в промежуточных градациях серого цвета.

Работа линейных, конвексных и секторных датчиков

Линейный и секторный датчик

В линейных и конвексных датчиках пьезокристаллы излучают группами поочередно, пока не отработают все кристаллы от начала пьезокристаллической матрицы до конца. Один кадр на дисплее обновится тогда, когда все группы поочерёдно отправят и примут ультразвуковой сигнал.

В секторных фазированных датчиках все кристаллы излучают почти одновременно. Специально вводятся небольшие электронные задержки сигнала на каждый кристалл для того, чтобы направлять сканирующий луч. Изображение на дисплее обновится тогда, когда луч просканирует весь сектор обзора.

принцип работы датчика УЗИ 

Работа ультразвукового датчика в режимах допплера

Рассмотрим прам из видов доплера – режиме постоянного доплера. Суть метода заключается в применении эффекта Доплера.

Звук, отражаясь от подвижного объекта, меняет свою частоту. В зависимости от направления движения объекта и его скорости, Эта разница, или сдвиг частот, называется Допплеровским. Он будет изменяться с течением времени.

В данном режиме одна половина кристаллов датчика работает на излучение ультразвука, а вторая – на приём. Сравнивая принятый сигнал с отправленным, мы получим частотный допплеровский сдвиг ультразвука.

По значению сдвига можно высчитать скорость движения тканей или жидкостей в организме. Допплеровский сдвиг часто лежит в пределах слышимых человеком частот (20Гц-20кГц), поэтому его в качестве дополнительного источника информации выводят в форме звука, через динамик аппарата.

ультразвуковой датчик схема

Существуют и другие режимы работы УЗ-сканера, в которых работа датчика отличается от изложенных выше, как программно, так и аппаратно.

Описать все нюансы работы такого сложного оборудования в сжатом виде крайне сложно, поэтому, если у Вас остались вопросы, наши специалисты готовы проконсультировать Вас по телефону, электронной почте или через онлайн-форму на нашем сайте.

 

 

 

Принцип работы УЗИ аппарата. Ультразвуковой датчик

 

 

Под ультразвуком понимают звуковые волны, частота которых находится вне диапазона частот, воспринимаемых человеческим ухом.

 

Открытие ультразвука восходит к наблюдениям за полетом летучих мышей. Ученые, завязывая глаза летучим мышам, установили, что эти животные не утрачивают ориентировку в полете и могут обходить препятствия. Но после того как им закрывали также уши, ориентировка в пространстве у летучих мышей нарушалась и они сталкивались с препятствиями. Это позволило сделать вывод, что летучие мыши в темноте ориентируются с помощью звуковых волн, не улавливаемых человеческим ухом. Эти наблюдения были сделаны уже в XVII веке, тогда же был предложен термин «ультразвук». Летучая мышь для ориентировки в пространстве излучает короткие импульсы УЗ-волн. Эти импульсы, отражаясь от препятствий, воспринимаются спустя некоторое время ухом летучей мыши (феномен эха). По времени, которое проходит от момента излучения УЗ-импульса до восприятия отраженного сигнала, животное определяет расстояние до предмета. Кроме того, летучая мышь может также определить направление, по которому возвращается эхо-сигнал, локализацию предмета в пространстве. Таким образом, она посылает УЗ-волны и воспринимает затем отраженную картину окружающего ее пространства.

 

Принцип УЗ-локации лежит в основе работы многих технических устройств. По так называемому принципу импульсного эхо-сигнала работает гидролокатор, определяющий положение судна относительно косяков рыбы или морского дна (эхолот), а также аппараты УЗ-диагностики (УЗД), применяемые в медицине: аппарат излучает УЗ-волны, затем воспринимает отраженные сигналы, и по времени, прошедшему от момента излучения до момента восприятия эхо-сигнала, определяют пространственное положение отражающей структуры.

 

Что такое звуковые волны?

Звуковые волны — это механические колебания, распространяющиеся в пространстве подобно волнам, возникающим после того, как в воду бросили камень. Распространение звуковых волн в значительной степени зависит от вещества, в котором они распространяются. Объясняется это тем, что звуковые волны возникают лишь при колебании частиц вещества.

Поскольку распространение звука возможно только от материальных предметов, в вакууме звук не образуется (на экзаменах часто задают вопрос «на засыпку»: как распространяется звук в вакууме?).

Звук в среде может распространяться как в продольном, так и в поперечном направлении. УЗ-волны в жидкостях и газах продольные, так как отдельные частицы среды колеблются вдоль направления распространения звуковой волны. Если плоскость, в которой колеблются частицы среды, располагается под прямым углом к направлению распространения волны, как, например, в случае морских волн (колебания частиц в вертикальном направлении, а распространение волны – в горизонтальном), говорят о поперечных волнах. Такие волны наблюдаются и в твердых телах (например, в костях). В мягких тканях ультразвук распространяется преимущественно в виде продольных волн.

 

Когда отдельные частицы продольной волны смещаются по направлению друг к другу, их плотность, а, следовательно, и давление в веществе среды в этом месте возрастает. Если частицы расходятся друг от друга, локальная плотность вещества и давление в этом месте снижаются. УЗ-волна образует зоны пониженного и повышенного давления. При прохождении УЗ-волны через ткань это давление очень быстро меняется в точке среды. Чтобы отличить давление, образуемое УЗ-волной, от постоянного давления среды, его называют также переменным, или звуковым, давлением.

 

Параметры звуковой волны

К параметрам звуковой волны относятся:

  • Амплитуда (А), например максимальное звуковое давление («высота волны»).

  • Частота (v), т.е. количество колебаний за 1 с. Единицей измерения частоты является герц (Гц). В диагностических аппаратах, применяемых в медицине, используют диапазон частот от 1 до 50 МГ ц(1 МГц = 106Гц, обычно диапазон 2,5-15 МГц).

  • Длина волны (λ), т.е. расстояние до соседнего гребня волны (точнее, минимальное расстояние между точками с одинаковой фазой).

  • Скорость распространения, или скорость звука (с). Она зависит от среды, в которой распространяется звуковая волна, а также от частоты.

Существенное влияние оказывают давление и температура, но в физиологическом диапазоне температур этим влиянием можно пренебречь. Для каждодневной работы полезно помнить, что чем плотнее среда, тем больше скорость распространения звука в ней.

Скорость распространения звука в мягких тканях равна примерно 1500 м/с и повышается с увеличением плотности тканей.

 

Эта формула занимает центральное место в медицинской эхографии. С ее помощью можно вычислить длину волны λ ультразвука, позволяющую определить минимальный размер анатомических структур, которые еще видимы при УЗИ. Те анатомические структуры, размер которых меньше длины УЗ-волны, при УЗИ уже неразличимы.

Длина волны позволяет получить довольно грубое изображение и не годится для оценки небольших структур. Чем выше частота ультразвука, тем меньше длина волны и размер анатомических структур, которые еще можно различить.

Возможность детализации возрастает с увеличением частоты ультразвука. При этом уменьшается глубина проникновения ультразвука в ткани, т.е. снижается его проникающая способность. Таким образом, с увеличением частоты ультразвука уменьшается доступная глубина исследования тканей.

Длина волны ультразвука, применяемого при эхографии для исследования тканей, колеблется от 0,1 до 1 мм. Более мелкие анатомические структуры идентифицировать не удается.

 

Как получают ультразвук?

Пьезоэлектрический эффект

Получение ультразвука, применяемого в медицинской диагностике, основывается на пьезоэлектрическом эффекте – способности кристаллов и керамики деформироваться под действием приложенного электрического напряжения. Под действием переменного напряжения кристаллы и керамика периодически деформируются, т.е. возникают механические колебания и образуются УЗ-волны. Пьезоэлектрический эффект обратим: УЗ-волны вызывают деформацию пьезоэлектрического кристалла, которая сопровождается возникновением электрического напряжения, поддающегося измерению. Таким образом, пьезоэлектрические материалы служат как генераторами УЗ-волн, так и их приемниками.

При возникновении УЗ-волны она распространяется в соединяющей среде. «Соединяющая» означает, что между генератором ультразвука и средой, в которой он распространяется, существует очень хорошая звуковая проводимость. Для этого обычно применяют стандартный УЗ-гель.

Для облегчения перехода УЗ-волн с твердой керамики пьезоэлемента на мягкие ткани его покрывают специальным УЗ-гелем.

При чистке УЗ-датчика следует соблюдать осторожность! Согласующий слой в большинстве УЗ-датчиков портится при повторной обработке спиртом из «гигиенических» соображений. Поэтому при чистке УЗ-датчика необходимо строго следовать инструкции, прилагаемой к аппарату.

 

Строение ультразвукового датчика

Генератор УЗ-колебаний состоит из пьезоэлектрического материала, большей частью керамического, на передней и задней стороне которого находятся электрические контакты. На переднюю сторону, обращенную к больному, нанесен согласующий слой, который предназначен для оптимального проведения ультразвука в ткани. На задней стороне пьезоэлектрические кристаллы покрыты слоем, который сильно поглощает ультразвук, что препятствует отражению УЗ-волн в разные стороны и ограничивает подвижность кристалла. Это позволяет добиться того, чтобы УЗ-датчик излучал как можно более короткие УЗ-импульсы. Длительность импульса — определяющий фактор осевой разрешающей способности.

Датчик для УЗИ в В-режиме, как правило, состоит из многочисленных мелких, примыкающих друг к другу керамических кристаллов, которые настраивают по отдельности или группами.

УЗ-датчик очень чувствителен. Это объясняется, с одной стороны, тем, что он в большинстве случаев содержит керамические кристаллы, которые очень хрупки, с другой – тем, что составные элементы датчика расположены с большой точностью друг возле друга и при механическом встряхивании или ударах могут сместиться или сломаться. Стоимость современного УЗ-датчика зависит от типа оборудования и примерно равна стоимости автомобиля среднего класса.

 

Перед транспортировкой УЗ-аппарата надежно закрепите УЗ-датчик на аппарате, а лучше отсоедините его. Датчик при падении легко ломается, и даже незначительные его сотрясения могут вызвать серьезное повреждение.

В диапазоне применяемых в медицинской диагностике частот невозможно получить резко сфокусированный луч, подобный лазерному, которым можно «зондировать» ткани. Однако для получения оптимального пространственного разрешения необходимо стремиться максимально уменьшить диаметр УЗ-луча (в качестве синонима УЗ-луча иногда употребляют термин «УЗ-луч» — этим подчеркивается, что в случае УЗ-поля речь идет о пространственной структуре, которая в идеале имеет минимальный диаметр).

Чем меньше УЗ-луч, тем лучше видны при УЗИ детали анатомических структур.

Поэтому ультразвук по возможности фокусируют на определенную глубину (несколько глубже исследуемой структуры), с тем, чтобы УЗ-луч образовал «талию». Фокусируют ультразвук либо с помощью «акустических линз», либо, подавая на отдельные пьезокерамические элементы преобразователя импульсные сигналы с различными взаимными сдвигами во времени. При этом фокусирование на большую глубину требует увеличения активной поверхности, или апертуры, УЗ-преобразователя.

При сфокусированном датчике в УЗ-поле выделяют три зоны:

  • ближнюю;

  • фокусную;

  • дальнюю.

 

Наиболее четким УЗ-изображение получается тогда, когда исследуемый объект находится в фокусной зоне УЗ-луча. Объект располагается в фокусной зоне, когда УЗ-луч имеет наименьшую ширину, а значит, его разрешающая способность максимальна.

 

Ближняя ультразвуковая зона

Ближняя зона примыкает непосредственно к УЗ-датчику. Здесь УЗ-волны, излучаемые поверхностью различных пьезокерамических элементов, накладываются друг на друга (другими словами, происходит интерференция УЗ-волн), поэтому образуется резко неоднородное поле. Поясним это на наглядном примере: если бросить в воду пригоршню камешков, то круговые волны, расходящиеся от каждого из них, накладываются друг на друга. Вблизи места падения камешка, соответствующего ближней зоне, волны нерегулярные, но на некотором отдалении постепенно приближаются к круговым. Попробуйте хоть раз проделать такой эксперимент вместе с детьми, когда прогуливаетесь возле воды! Выраженная неоднородность ближней УЗ-зоны образует нечеткое изображение. Сама однородная среда в ближней зоне выглядит как чередующиеся светлые и темные полосы. Поэтому ближняя УЗ-зона для оценки изображения почти или вовсе не годится. Этот эффект наиболее выражен у конвексных и секторных датчиков, которые излучают расходящийся УЗ-луч; у линейного датчика неоднородность ближней зоны выражена в наименьшей степени.

Можно определить, как далеко распространяется ближняя УЗ-зона, если, поворачивая регулятор, будете усиливать сигнал, одновременно наблюдая за УЗ-полем, примыкающим к датчику. Ближнюю УЗ-зону можно распознать по белой пелене вблизи датчика. Попробуйте сравнить ближнюю зону линейного и секторного датчиков.

Поскольку ближняя УЗ-зона неприменима для оценки изображения объекта, при проведении УЗИ стремятся минимизировать ближнюю зону и при помощи различных способов вывести ее из исследуемой области. Это можно сделать, например, подобрав оптимальное положение датчика или путем электронного выравнивания неравномерности УЗ-поля. Но на практике добиться этого проще всего с помощью так называемого буфера, заполненного водой, который помещают между датчиком и объектом исследования. Это позволяет вывести шум ближней зоны из области расположения исследуемого объекта. Обычно в качестве буфера применяют специальные насадки для отдельных датчиков или универсальную гелевую прокладку. Вместо воды в настоящее время используют пластиковые насадки на основе силикона.

При поверхностном расположении исследуемых структур применение буфера может существенно улучшить качество УЗ-изображения.

 

Фокусная зона

Фокусная зона характеризуется тем, что, с одной стороны, диаметр (ширина) УЗ-луча здесь наименьший, а с другой стороны, из-за эффекта собирательной линзы интенсивность ультразвука наибольшая. Это позволяет получать высокое разрешение, т.е. возможность отчетливо различать детали исследуемого объекта. Поэтому анатомическое образование или объект, который предстоит исследовать, необходимо располагать в фокусной зоне.

 

Дальняя ультразвуковая зона

В дальней УЗ-зоне луч ультразвука расходится. Поскольку при прохождении через ткани УЗ-луч ослабляется, интенсивность ультразвука, особенно высокочастотная его составляющая, снижается. Оба этих процесса отрицательно влияют на разрешающую способность, а следовательно, и на качество УЗ-изображения. Поэтому при исследовании в дальней УЗ-зоне четкость объекта утрачивается – тем больше, чем он дальше отстоит от датчика.

 

Разрешающая способность аппарата

Разрешающая способность системы визуального исследования, как оптическая, так и акустическая, определяется минимальным расстоянием, при котором два объекта на изображении воспринимаются как отдельные. Разрешающая способность — важный качественный показатель, характеризующий эффективность визуализационного метода исследования.

На практике часто упускают из виду, что повышение разрешающей способности имеет смысл лишь тогда, когда исследуемый объект по своим акустическим свойствам существенно отличается от окружающих тканей, т.е. имеет достаточную контрастность. Увеличение разрешающей способности при отсутствии достаточной контрастности не улучшает диагностические возможности исследования. Аксиальная разрешающая способность (в направлении распространения УЗ-луча) лежит в области удвоенного значения длины волны. Строго говоря, решающее значение имеет длительность отдельных излучаемых импульсов. Она бывает несколько больше двух последовательных колебаний. Это означает, что при датчике с рабочей частотой 3,5 МГц тканевые структуры размером 0,5 мм теоретически должны восприниматься как отдельные структуры. На практике это наблюдается лишь при условии, что структуры достаточно контрастны.

Боковая (латеральная) разрешающая способность зависит от ширины УЗ-луча, а также от фокусировки и, соответственно, от глубины исследования. В связи с этим разрешающая способность значительно варьирует. Наибольшее разрешение отмечается в фокусной зоне и равно примерно 4-5 длинам волны. Таким образом, латеральное разрешение в 2-3 раза слабее аксиального. В качестве типичного примера можно привести УЗИ протока поджелудочной железы. Просвет протока удается отчетливо визуализировать лишь тогда, когда он располагается перпендикулярно направлению УЗ-луча. Расположенные слева и справа под другим углом части протока уже не видны, потому что аксиальное разрешение сильнее латерального.

 

Сагиттальная разрешающая способность зависит от ширины УЗ-луча в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования, и характеризует разрешение в направлении, перпендикулярном направлению распространения, и, следовательно, толщину пласта изображения. Сагиттальная разрешающая способность, как правило, хуже, чем аксиальная и латеральная. В инструкции, прилагаемой к УЗ-аппарату, этот параметр упоминается редко. Однако следует исходить из того, что сагиттальная разрешающая способность не может быть лучше латеральной и что эти два параметра сопоставимы лишь в сагиттальной плоскости в фокусной зоне. У большинства УЗ-датчиков сагиттальный фокус устанавливают на определенную глубину и выражен он не совсем четко. На практике сагиттальное фокусирование УЗ-луча осуществляют путем использования в датчике согласующего слоя в качестве акустической линзы. Вариабельное фокусирование перпендикулярно плоскости изображения, таким образом, уменьшение толщины этого слоя достижимо лишь с помощью матрицы пьезоэлементов.

В тех случаях, когда перед врачом, проводящим исследование, поставлена задача детального описания анатомической структуры, необходимо исследовать ее в двух по возможности взаимно перпендикулярных плоскостях, если это позволяют сделать анатомические особенности изучаемой области. При этом разрешающая способность уменьшается от аксиального направления к латеральному и от латерального к сагиттальному.

 

Типы ультразвуковых датчиков

В зависимости от расположения пьезоэлектрических элементов различают три типа УЗ-датчиков:

  • линейные;

  • секторные;

  • конвексные.

В линейных датчиках пьезоэлектрические элементы расположены вдоль прямой раздельно или группами и излучают УЗ-волны в ткани параллельно. После каждого прохождения через ткани появляется прямоугольное изображение (за 1 с — порядка 20 изображений или более). Преимущество линейных датчиков состоит в возможности получения высокого разрешения вблизи расположения датчика (т.е. относительно высокое качество изображения в ближней зоне), недостаток – в небольшом поле УЗ-обзора на большой глубине (объясняется это тем, что, в отличие от конвексного и секторного датчиков, УЗ-лучи линейного датчика не расходятся).

Датчик с фазированной решеткой напоминает линейный датчик, но имеет меньшие размеры. Он состоит из ряда кристаллов с раздельной настройкой. Датчики этого типа создают на мониторе изображение секторного датчика. В то время как в случае механического секторного датчика направление УЗ-импульса определяется поворотом пьезоэлемента, при работе с датчиком с фазированной решеткой направленный сфокусированный УЗ-луч получают путем смещения по времени (фазовый сдвиг) всех активируемых кристаллов. Это значит, что отдельные пьезоэлектрические элементы активируются с задержкой по времени и в результате УЗ-пучок излучается в косом направлении. Это позволяет фокусировать УЗ-луч в соответствии с поставленной задачей исследования (электронное фокусирование) и одновременно существенно улучшить разрешение в нужной части УЗ-изображения. Еще одно преимущество состоит в возможности динамического фокусирования принимаемого сигнала. При этом фокус во время приема сигнала устанавливают на оптимальную глубину, что также заметно улучшает качество изображения.

В механическом секторном датчике в результате механического колебания элементов преобразователя УЗ-волны излучаются в различных направлениях, поэтому формируется изображение в виде сектора. После каждого прохождения через ткань формируется изображение (10 и более за 1 с). Преимущество секторного датчика состоит в том, что он позволяет получить широкое поле обзора на большой глубине, а недостаток — в невозможности исследования в ближней зоне, так как поле зрения вблизи датчика слишком узкое.

В конвексном датчике пьезоэлектрические элементы расположены друг возле друга по дуге (изогнутый датчик). Изображение по качеству представляет собой нечто среднее между изображением, получаемым линейным и секторным датчиками. Конвексный датчик, как и линейный, характеризуется высоким разрешением в ближней зоне (хотя оно и не достигает разрешения линейного датчика) и при этом широким полем обзора в глубине тканей — подобно секторному датчику.

 

Лишь при двухмерном расположении элементов УЗ-преобразователя в форме матрицы удается фокусировать УЗ-луч одновременно в латеральном и сагиттальном направлении. Эта так называемая матрица пьезоэлементов (или двухмерная матрица) дополнительно позволяет получить данные о трех измерениях, без чего сканирование объема тканей, находящегося перед датчиком, невозможно. Изготовление матрицы пьезоэлементов – трудоемкий процесс, требующий применения новейших технологий, поэтому лишь в последнее время фирмы-производители стали оснащать выпускаемые ими УЗ-аппараты конвексными датчиками.

Как работает аппарат УЗИ? — Медицинский центр

Ультразвуковое исследование (УЗИ) — это не инвазивная диагностическая процедура, которая использует высокочастотные звуковые волны для получения изображения внутренних органов тела. Эта статья предоставляет информацию о том, как работает аппарат УЗИ.

Термин ‘УЗИ’ относится к частоте, которая находится выше диапазона человеческого слуха. Ультразвуковое исследование, которое также известно, как диагностическая медицинская сонография, не инвазивная процедура визуализации, которая подразумевает использование высокочастотных звуковых волн для диагностики, а также лечебных целях. Она считается безопасней, чем рентген и КТ, так как не предполагает использование ионизирующего излучения.

Машина Ультразвука

 

Аппарат УЗИ — это компьютерно-интегрированные средства диагностики, которые состоят из преобразователя, процессора, монитора, клавиатуры с кнопками управления, устройства хранения и принтера. Его компоненты работают в совокупности для получения изображений внутренних органов.

 

Ультразвуковая визуализация и обратный пьезоэффект

Пьезоэлектрические кристаллы — это кристаллы, которые генерируют заряд, когда они подвергаются механическим нагрузкам. Преобразование механической энергии в электрическую энергию, называется пьезоэлектрическим эффектом. Кварц, титанат бария, ниобата свинца, цирконат-титанат свинца и др. некоторые из пьезоэлектрических материалов. В случае ультразвука, импульсные ультразвуковые волны создаются с помощью пьезоэлектрических кристаллов, которые помещаются в ручной зонд, называемый датчиком. Когда электрический ток подается на пьезоэлектрический кристалл, он вызывает механическое напряжение. Это называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Этот обратный пьезоэлектрический эффект, производит ультразвуковые волны.

Когда электрический ток применяется на этих кристаллах, это приводит к быстрому изменению их формы. Это заставляет кристаллы производить звуковые волны, которые распространяются наружу. Когда эти звуковые волны возвращаются назад и ударяют кристаллы, они испускают электрический ток.

Частота, используемая для ультразвука, находится в пределах 2 — 15 МГц. Существует обратная зависимость между длиной волны и частотой ультразвуковых волн. Высокочастотные ультразвуковые волны имеют короткую длину волны, а низкочастотные ультразвуковые волны обладают большой длиной волн. Высокие частоты используются для сканирования органов или тканей, которые расположены близко к поверхности. Высокочастотные волны дают изображения высокого разрешения. Хотя низко-частные волны могут проникать в более глубокие структуры, но они обеспечивают изображение с низким разрешением.

 

Компоненты ультразвукового аппарата

Сегодня ультразвуковые аппараты вполне доступны и широко используется для диагностических целей. Давайте выясним, как ультразвуковые волны создаются и транслируются через эти машины.

 

Центральный процессор (ЦП)

 

Процессор содержит блок питания для преобразователя, а также микропроцессор, который ссылается на набор проводов, соединяющих процессор с остальными компонентами компьютера. Его задача состоит в получении данных и обеспечения выхода путем обработки данных в соответствии с маршрутом. В УЗИ, процессор посылает электрический ток к датчику, и обрабатывает информацию, передаваемую процессором в 2D или 3D-изображение. Эти изображения можно увидеть на мониторе.

 

Датчик

Преобразователь является составной частью УЗИ. Термин ‘преобразователь’ — это устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую. Это устройство действует как передатчик, а также приемник. Во время УЗИ, применяется гель в конкретной части тела, чтобы предотвратить звуковые волны от искажения. Зонд перемещается назад и вперед по этой части тела. Применение электрического тока в кристаллах в преобразователе приводит к генерации ультразвуковых волн. Отражение ультразвуковой волны происходит на границе разных типов ткани. Преобразователь преобразует отголоски механической энергии или ультразвуковые волны, которые отражаются от целевого органа или ткани, в электрический ток. Затем процессор обрабатывает информацию о поле и амплитуде звука, и времени, затраченным ультразвуковыми волнами, отражаемыми на датчик для создания 2D или 3D изображений внутренних органов.

 

Другие компоненты

➞ Техник сонограммы можете использовать клавиатуру для добавления заметок и замеры изображения. Датчик контроля импульсов может быть использован для изменения длительности и частоты импульсов ультразвука, или изменить режим сканирования.

 

➞ Обработанные данные от процессора преобразуется в изображение, которое можно увидеть на мониторе.

 

➞ Обрабатываемые данные и/или изображения могут быть сохранены на жесткий диск вместе с медицинской документацией пациента.

 

➞ Техник ультразвука также можете выбрать изображение, которое можно напечатать с помощью термального принтера, подключенного к УЗИ.

 

Ультразвук имеет различное применение в диагностике, но он стал незаменим для анализа развития плода. В то время как обычное УЗИ обеспечивает двумерное изображение для трехмерной анатомии человека, теперь можно создавать 3D и 4D изображения. В то время как 3D сканирование фотографий зародыша проводится в трех измерениях, движущиеся трехмерные изображения эмбриона называют 4Д сканированием. Хотя побочные эффекты не были связаны с использованием ультразвука, высказывались опасения на счет возможной связи между злоупотреблением ультразвука и тепловым воздействием ультразвуковых волн. Например, если зонд остается на одном месте в течение длительного периода, это может привести к повышению температуры в этом месте. Чтобы снизить эти риски, крайне важно, чтобы УЗИ-аппарат использовался опытным специалистом.


Режимы работы УЗИ

               

М­ режим, или режим движения ­ режим, в большей степени применяющийся в устройствах для экстренного проведения УЗИ, часто параллельно с исследованием в B­ режиме. М­режим способен отобразить на вертикали движение изучаемой ткани или структуры по отношению к проходящей через объект плоскости, а на горизонтали время этого движения. Режим движения применяется для исследования перемещения клапанов или снятия показателей работы сердца у плода.

                 

D ­режим, или допплеровский режим, позволяет определить движение исследуемых структур, от которых исходит отражение волны ультразвука, используя принцип допплеровского/частотного сдвига. Полученный результат исследования выводится в одной из нескольких форм: для цветового допплера это изменения цвета, для спектрального допплера это графики. Также результат сканирования может быть выведен в виде звука. В режиме отображения цвета оттенок потока показывает его направление, таким образом синий цвет отображает поток, направленный на датчик, а красным отмечается уходящий поток. Эти показатели могут оказаться информативными в случае исследования венозных и артериальных спектров.

Энергетический допплер представляет собой разновидность цветового допплера. Этот режим обеспечивает возможность выявления более слабых потоков, однако приэтом теряется возможность определить направление потоков. Режим энергетического допплера интегрирован преимущественно в современные устройства для экстренного проведения ультразвукового исследования.

Стоит отметить что несмотря на всю точность проводимых исследований УЗИ остается наиболее субъективной методикой, так как результаты сканирования зачастую не могут быть рассмотрены однозначно. Так как результат исследования в большой зависит от сторонних факторов вроде акустических помех и артефактов, а также квалификации врача и настройки самого аппарата, нельзя полностью полагаться на результат ультразвукового исследования при работе с пациентом.

 

Читайте также «Ремонт УЗИ»

УЗИ как это работает и когда её нужно делать — Медицинский центр «А-1»

Ультразвуковая диагностика (УЗИ) — это широко распространённый способ диагностики заболеваний внутренних органов с помощью ультразвуковых волн — механических высокочастотных колебаний с короткой длинной волны.

В настоящее время, ультразвуковая диагностика применяется повсеместно. Этот вид исследования обладает наименьшим влиянием на организм, поэтому разрешен к применению при беременности, у детей, пожилых людей и тяжелых больных.

УЗИ: как это работает?

Ультразвуковое исследование проводится с помощью звуковых волн, которые образуются на специальном источнике внутри ультразвукового аппарата. Ультразвук не ощущается телом и не улавливается ухом.

Эти колебания проникают внутрь исследуемой области тела. В зависимости от плотности, различные органы и образования по разному сопротивляются проникновению ультразвука. Часть колебаний отражается обратно и улавливается специальным УЗ-датчиком.

Далее происходит автоматическая обработка полученного сигнала на компьютере, после чего у исследователя перед глазами формируется изображение органа.

Современные УЗ-аппараты предоставляют возможность изучать изображение органа в трехмерном режиме, когда картинка, получаемая при исследовании выглядит более привычно и естественно.

Существует также 4D УЗИ, когда дополнительным измерением является время. В этом режиме можно рассмотреть изображение органа с течением времени, например движения плода.

Когда нужно делать УЗИ?

Ультразвуковое исследование позволяет рассмотреть структуру внутренних органов, обнаружить в эх составе очаги новообразований, полости и кисты, различные включения (камни, инородные тела и прочее).

С помощью ультразвука можно измерить размеры внутренних органов, диаметр сосудов, наличие сужений или расширений. Ультразвуковая диагностика позволяет рассчитать скорость кровотока в магистральных сосудах.

Ультразвуковое исследование значительно облегчает диагностику при моче- и желчнокаменной болезни. За несколько минут исследования можно определить наличие камней в органе, их размеры, форму, количество.

Процедура УЗ-исследования крайне важна для болеющих гипертонией, стенокардией и другими заболеваниями сердца и сосудов. В процессе диагностики определяется размер и функция сердца, отсутствие или наличие пороков, тромбов. С помощью ультразвука можно определить зону инфаркта или аневризму.

___________________________________________________________________

Записаться на процедуру Вы можете по телефону: 8 (4942) 542-888

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *