Простатит

Ультразвук (УЗИ, ультразвуковая диагностика и ультразвуковая терапия)

Визуализация Мульти-Герц

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 являютсяпродольный и поперечные (сдвиговым).

https://www.youtube.com/watch?v=upload

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.

Ультразвук (УЗИ, ультразвуковая диагностика и ультразвуковая терапия)

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.

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.

l = r2/λ

Ультразвук (УЗИ, ультразвуковая диагностика и ультразвуковая терапия)

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

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).

— 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.

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.

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.

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.

Ультразвук (УЗИ, ультразвуковая диагностика и ультразвуковая терапия)

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

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

— небольшая площадь контакта с поверхностью тела пациента;

— большое поле зрения при исследовании глубоких участков.

— краниологические исследования новорожденных через большой родничок;

Ультразвуковая визуализация

— кардиологические исследования;

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

Линейное сканирование

— большое поле зрения при исследовании неглубоких участков тела;

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

— легкая идентификация томографических срезов.

— поверхностные структуры;

— кардиология;

— общие абдоминальные исследования;

— исследование органов малого таза и паранефральной области;

— в акушерстве.

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.

Ультразвуковая визуализацияhttps://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

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.

Adblock
detector