Возможности ультразвукового метода исследования. Объект ультразвукового исследования

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/см 2 . 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.

Ультразвук в медицине

Методы ультразвуковой диагностики

4.2.1. Эхография

4.2.2. Доплерография

4.2.3. Методы получения изображения

Использование ультразвуковых методов диагностики в практической медицине

4.3.1. Измерение скорости кровотока

4.3.2. Ультразвуковая диагностика нарушений мозгового кровообращения

4.3.3. Эхоэнцефалография

4.3.4. Ультразвуковая диагностика некоторых внутренних органов

4.3.5. Ультразвуковая диагностика в кардиологии

4.3.6. Ультразвуковая диагностика в педиатрии

4.3.7. Ультразвуковая диагностика в гинекологии и акушерстве

4.3.8. Ультразвуковая диагностика в эндокринологии

4.3.9. Ультразвуковая диагностика в офтальмологии

4.3.10. Преимущества и недостатки ультразвуковой диагностики

Ультразвук в медицине

Ультразвук в медицинской практике находит исключительно широкое применение. Он используется в диагностике (энцефалография, кардиография, остеоденситометрия и др.), лечении (дробление камней, фонофорез, акупунктура и др.), приготовлении лекарств, очистка и стерилизации инструмента и препаратов.

УЗ используется в кардиологии, хирургии, стоматологии, урологии, акушерстве, гинекологии, педиатрии, офтальмологии абдоминальной патологии и других областях медицинской практики.

Ультразвуковые методы диагностики.

В ультразвуковой диагностике используется как отражение волн (эхо) от неподвижных объектов (частота волны не изменяется), так и отражение от подвижных объектов (частота волны изменяется – эффект Доплера).

Поэтому ультразвуковые диагностические методы делятся на эхографические и доплерографические.

Ультразвуковое просвечивание основано на различном поглощении ультразвука разными тканями организма. При исследовании внутреннего органа в него направляют ультразвуковую волну определенной интенсивности и регистрируют интенсивность прошедшего сигнала датчиком, расположенным по другую сторону органа. По степени изменения интенсивности воспроизводится картина внутреннего строения органа.

Эхография

Эхография - это метод исследования структуры и функции органов и получения изображения среза органов, соответствующего их реальным размерам и состоянию.

В эхографии различают эхолокацию и ультразвуковое сканирование.

Эхолокация - это метод регистрации интенсивности отражённого сигнала (эхо) от границы раздела фаз.

Общие принципы формирования эхосигналов от границ исследуемых тканей и органов схожи с известными принципами радиолокации и гидролокации. Исследуемый объект облучается короткими УЗ импульсами, энергия которых сконцентрирована вдоль узкого луча.

Импульс, распространяясь в среде от источника УЗ, дойдя до границы раздела сред с разными волновыми сопротивлениями Z, отражается от границы и попадает на приёмник УЗ (датчик). Энергия отраженного импульса тем больше, чем больше разность волновых сопротивлений этих сред. Зная скорость распространения УЗ импульса (в биологических тканях, в среднем, 1540 м/с) и время, за которое импульс прошел расстояние до границы сред и обратно, можно вычислить расстояние d от источника УЗ до этой границы:

Это соотношение лежит в основе УЗ визуализации объектов при эхолокации.

Перемещение датчика позволяет выявить размеры, форму и расположение исследуемого объекта.

Фактически скорость УЗ варьируется для различных тканей в пределах +- 5%. Поэтому, с точностью 5% можно определять расстояния до границ объекта и с точностью 10% протяжённость исследуемого объекта вдоль луча.

При эхолокации излучаются только короткие импульсы. В медицинской УЗИ аппаратуре генератор УЗ работает в импульсном режиме с частотой 2,5 - 4,5 МГц.

Например, в эхокардиографии используют ультразвуковые импульсы длительностью около 1 микросекунды. Датчик работает в режиме излучения менее 0,1% времени, а остальное время (99,9%) в режиме приёма. При этом пациент получает минимальные дозы УЗ облучения, обеспечивающие безопасный уровень воздействия на ткани.

К важным преимуществам эхографии следует отнести ее неионизирующую природу и низкую интенсивность используемой энергии. Безопасность метода определяется также краткостью воздействия. Как уже отмечалось, ультразвуковые проебразователи работают в режиме излучения только 0,1 -0,14 времени цикла. В связи с этим при обычном обследовании фактически время облучения составляет около 1 с. К этому необходимо добавить, что до 50% энергии ультразвуковых волн, затухая, не достигает исследуемого объекта.

Ультразвуковое сканирование

Для получения изображения органов используется ультразвуковое сканирование .

Сканирование – перемещение ультразвукового пучка направленного на объект во время исследования. Сканирование обеспечивает регистрацию сигналов последовательно от разных точек объекта; изображение возникает на экране монитора и регистрируется в памяти прибора и может быть воспроизведено на фотобумаге или пленке. Изображение можно подвергать математической обработке, измеряя, в частности, величину разных элементов объекта. Яркость каждой точки на экране находится в прямой зависимости от интенсивности эхо-сигнала. Изображение на экране монитора представлено обычно 16-ю оттенками серого цвета или цветной палитрой, отражающими акустическую структуру тканей.

В ультразвуковой диагностике используется три типа сканирования: параллельное (параллельное распространение УЗ волн), секторное (распространение УЗ волн в виде расходящегося пучка) и сложное (при движении или покачивании датчика).

Параллельное сканирование

Параллельное сканирование осуществляется с использованием многокристаллических датчиков, обеспечивающих параллельное распространение УЗ колебаний. При исследовании органов брюшной полости быстрее осуществляется поиск необходимых анатомических ориентиров. Такой вид сканирования обеспечивает видение широкого обзорного поля в близкой зоне и высокой плотности акустических линий в дальней зоне.

Секторное сканирование

Секторное сканирование обеспечивает преимущество малой площади контакта с объектом, когда ограничен доступ в исследуемую зону (глаза, сердца, мозга через родничок). Секторное сканирование обеспечивает широкое обзорное поле в дальней зоне.

Выпукло секторное сканирование

Выпукло секторное сканирование, являющееся разновидностью секторного, отличается тем, что кристаллы датчика скомпонованы на выпуклой поверхности. Это обеспечивает широкое обзорное поле, при сохранении хорошего обзорного поля в ближней зоне.

Сложное сканирование

Сложное сканирование осуществляется при движении датчика в направлении, перпендикулярном линии распространения УЗ луча. Поскольку датчик находится в постоянном движении, а экран имеет длительное послесвечение, отражённые импульсы сливаются, формируя изображение сечения обследуемого органа на заданной глубине. При сложном сканировании датчик фиксируют на специальном штативе. Кроме движения датчика по поверхности, осуществляется его покачивание на определенный угол вокруг его оси. При этом обеспечивается увеличение количества воспринимаемой отражённой энергии.

ДОПЛЕРОГРАФИЯ

Доплерография представляет собой метод диагностики, основанный на эффекте Доплера.

Эффект Доплера

В 1842 г. ДОПЛЕР (Допплер - Doppler) Кристиан, австрийский физик и астроном, указал на существование эффекта, названного позже его именем.

Эффект Доплера представляет изменение частоты волны, излучённой источником, при движении источника или приёмника относительно среды в которой распространяется волна.

В доплерографии это выражается в изменении частоты УЗ волн излучённых неподвижным источником при отражении от движущихся объектов и принятых неподвижным приёмником.

Если генератор излучает ультразвук с частотой ע Г, а изучаемый объект движется со скоростью V, то, частота УЗ ע П зарегистрированная приёмником (датчиком) может быть найдена по формуле:

где V - скорость тела в среде,

С - скорость распространения УЗ волны в среде.

Разность частот волн, излучаемых генератором и воспринимаемых приёмником, עд называется доплеровским сдвигом частоты. В медицинских исследованиях доплеровский сдвиг частот рассчитывается по формуле:

где V - скорость движения объекта, С - скорость распространения УЗ в среде, ע Г - исходная частота генератора.

По сдвигу частоты определяется скорость движения исследуемого объекта.

При Доплеровских методах используют как непрерывное излучение, так и импульсные сигналы.

В непрерывном режиме одновременно работают источник и приёмник излучения. Полученный сигнал обрабатывается и определяется скорость движения объекта.

В импульсном режиме также используется один датчик на излучение и приём. Он периодически короткое время работает как излучатель, а в промежутках между излучением, как приемник. Пространственное разрешение достигается благодаря излучению коротких УЗ импульсов.

Доплерография эффективно используется в диагностике кровотока и сердца. При этом определяется зависимость изменения частоты пришедшего сигнала от скорости движения эритроцитов или подвижных тканей сердца.

Если скорость объекта v об много меньше скорости УЗ волны v уз, то доплеровский сдвиг частоты F относительно частоты исходной волны f запишется в виде:

F= 2fcosθ v об. /v уз.

Здесь θ – угол между направлением потока и направлением УЗ луча (Рис. 23).

Кровь

Датчик

Удвоение сдвига частоты получается из-за того, что объекты сперва играют роль движущихся приемников, а затем движущихся излучателей.

Из приведенной формулы также следует, что если объекты движутся навстречу датчикам, то F>0, если от датчиков, то F<0.

Если измерить F, то, зная угол θ, можно определить скорость движения объекта.

К примеру, если скорость УЗ в ткани равна 1540 м/с, а частота УЗ зондирующего сигнала 5-10 МГц, то скорость кровотока может составлять 1-100 см/с, а доплеровский сдвиг частоты будет составлять 10 2 -10 4 Гц, т.е. доплеровский сдвиг частот будет проявляться в звуковом диапазоне частот.

Метод доплерографии используются также для исследования магистральных сосудов головы (транскраниальная доплерография).

В 1794-ом году Спалланцани заметил, что если у летучей мыши заткнуть уши, она теряет ориентировку, он и предположил, что ориентация в пространстве осуществляется посредством излучаемых и воспринимаемых невидимых лучей.

В лабораторных условиях ультразвук впервые получен в 1830-ом году братьями Кюрие. После второй мировой войны Холмэс на основании принципа сонара-прибора, применявшегося в подводном флоте, сконструировал диагностичеcкие установки, получившие распространение в акушерстве, нейрологии и офтальмологии. В последующем совершенствование УЗ- аппаратов привело к тому, что данный метод в настоящее время стал самым распространенным при визуализации паренхиматозных органов. Диагностическая процедура непродолжительна, безболезненна и может многократно повторяться, что позволяет осуществлять контроль за процессом лечения.

Что определяет УЗИ?

Ультразвуковой метод предназначен для дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движения органов и тканей организма, а также для выявления патологических очагов с помощью УЗ-излучения.

Ультразвуковые волны – это механические, продольные колебания среды , с частотой колебаний свыше 20 кГц.

В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения У- звука необходима среда – воздух, жидкость, ткань (он не распространяется в вакууме).

Как и все волны, У-звук характеризуется следующими параметрами:

Частота — число полных колебаний (циклов) за период времени в 1 сек. Единицами измерения являются герц, килогерц, мегагерц (Гц, кГц, МГц). Один герц-это колебание в 1 сек.
длина волны — это длина, которую занимает в пространстве одно колебание. Измеряется в метрах, см, мм, и тд.
Период — это время, необходимое для получения одного полного цикла колебаний (сек, милисек., микросек.).
Амплитуда (интенсивность – высота волны) – определяет энергетическое состояние.
Скорость распространения — это скорость, с которой У-волна перемещается в среде.

Частота, период, амплитуда и интенсивность определяется источником звука, а скорость распространения – средой.

Скорость распространения ультразвука определяется плотностью среды. Например, в воздухе скорость составляет 343 м. в сек., в легких – более 400, в воде – 1480, в мягких тканях и паренхиматозных органах от 1540 до 1620 и в костной ткани ультразвук продвигается более 2500 м. в секунду.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях человека составляет 1540 м/с — на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов.

Основой метода является взаимодействие ультразвука с тканями человека, которое слагается из двух составляющих:

Первая — излучение коротких ультразвуковых импульсов, направленное в исследуемые ткани;

Вторая — формирование изображения на основе отраженных тканями сигналов.

Пьезоэлектрический эффект

Для получения ультразвука используются специальные преобразователи — датчики или трансдьюсеры, которые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте . Суть эффекта состоит в том, что подаче электрического напряжения на пьезоэлектрический элемент происходит изменение его формы. При отсутствии электрического тока пьезоэлемент возвращается к исходной форме, а при изменении полярности вновь произойдет изменение формы, но уже в обратном направлении. Если к пьезоэлементу приложить переменный ток, то элемент начнет с высокой частотой колебаться, генерируя ультразвуковые волны.

При прохождении через любую среду будет наблюдаться ослабление ультразвукового сигнала, которое называется импедансом (за счет поглощения энергии средой). Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения ультразвука в ней. Достигнув границы двух сред с различным импедансом происходят следующие изменения: часть УЗ-волн отражается и следует обратно в сторону датчика, а часть продолжает распространяться дальше, чем выше импеданс, тем больше отражается УЗ-волн. Коэффициент отражения также зависит от угла падения волн – прямой угол, дает наибольшее отражение.

(на границе воздух — мягкие ткани происходит практически полное отражение ультразвука, в связи с чем, для улучшения проведения ультразвука в ткани тела человека, используют соединительные среды — гель).

Возвращающиеся сигналы вызывают колебания пьезоэлемента и преобразуются в электрические сигналы – прямой пьезоэлектрический эффект .

В ультразвуковых датчиках применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. Они представляют собой сложные устройства и в зависимости от способа развертки изображения, делятся на датчики для приборов медленного сканирования, как правило одноэлементные и быстрого сканирования в режиме реального времени — механические (многоэлементные) и электронные. В зависимости от формы получаемого изображения различают секторные, линейные и конвексные (выпуклые) датчики. Кроме этого существуют внутриполостные (транспищеводный, трансвагинальный, трансректальный, лапароскопические и внутрипросветные) датчики.

Преимущества приборов быстрого сканирования: возможность оценивать движения органов и структур в реальном времени, значительное сокращение времени на проведение исследования.

Преимущества секторного сканирования:

большая зона обзора на глубине, позволяющая охватывать весь орган, например, почку или зародыш ребенка;
возможность сканирования через небольшие «окна прозрачности» для ультразвука, например, в межреберье при сканировании сердца, при обследовании женских половых органов.

Недостатки секторного сканирования:

наличие «мертвой зоны» 3-4 см от поверхности тела.

Преимущества линейного сканирования:

незначительная «мертвая зона», что дает возможность дает обследовать приповерхностные органы;
наличие нескольких фокусов по всей длине луча (так называемая динамическая фокусировка), что обеспечивает высокую четкость и разрешающую способность по всей глубине сканирования.

Недостатки линейного сканирования:

более узкое поле обзора на глубине по сравнению с секторным сканированием, что не позволяет «видеть» сразу весь орган;
невозможность сканирования сердца и затрудненное сканирование женских половых органов.

По принципу действия УЗ-датчики делятся на две группы:

Эхоимпульсные – для определения анатомических структур, их визуализации и измерения.
Допплеровские – позволяют получать кинематическую характеристику (оценка скорости кровотока в сосудах и сердце).

В основе этой способности лежит эффект Допплера — изменение частоты принимаемого звука при движении крови относительно стенки сосуда. При этом звуковые волны, излучаемые в направлении движения как бы сжимаются, увеличивая частоту звука. Волны, излучаемые в обратном направлении, как бы растягиваются, вызывая уменьшение частоты звука. Сопоставление исходной частоты ультразвука с измененной, позволяет определить доплеровский сдвиг и рассчитать скорость движения крови в просвете сосуда.

Таким образом, импульс УЗ-волн, генерируемый датчиком, распространяется по ткани, и достигнув границы тканей с различной плотностью отражается в сторону трансдьюссера. Полученные электрические сигналы поступают на высокочастотный усилитель, обрабатываются в электронном блоке и отображаются в виде:

одномерного (в форме кривой) – в виде пиков на прямой, который позволяет оценить расстояние между слоями тканей, например в офтальмологии (А-метод «амплитуда»), либо исследовать движущие объекты, например, сердце (М-метод).
двухмерного (В-метод, в виде картинки) изображения, что позволяет визуализировать различные паренхиматозные органы и сердечно-сосудистую систему.

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется ультразвук, который излучается трансдьюсером в виде коротких ультразвуковых импульсов (импульсный).

Для характеристики импульсного ультразвука используются дополнительные параметры:

Частота повторения импульсов (число импульсов, излучаемых в единицу времени — секунду), измеряется в Гц и кГц.
Продолжительность импульса (временная протяженность одного импульса), измеряется в сек. и микросекундах.
Интенсивность ультразвука — это отношение мощности волны к площади по которой распределяется ультразвуковой поток. Измеряется в ваттах на квадратный сантиметр и, как правило, не превышает 0,01 Вт/кв.см.

В современных ультразвуковых приборах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 до 15 МГц.

В ультразвуковой диагностике обычно применяют датчики с частотами 2,5; 3,0; 3,5; 5,0; 7,5 мегагерц. Чем ниже частота ультразвук, тем больше глубина его проникновения в ткани, ультразвук с частотой 2,5 МГц проникает до 24 см, 3-3,5 МГц – до 16-18 см; 5,0 МГц – до 9-12 см; 7,5 МГц до 4-5 см. Для исследования сердца применяют частоту – 2,2-5 МГц, в офтальмологии – 10-15 МГц.

Биологическое действие ультразвука

и его безопасность для больного постоянно дискутируется в литературе. Ультразвук может вызвать биологическое действие путем механических и тепловых воздействий. Затухание ультразвукового сигнала происходит из-за поглощения, т.е. превращения энергии ультразвуковой волны в тепло. Нагрев тканей увеличивается с увеличением интенсивности излучаемого ультразвука и его частоты. Ряд авторов отмечают т.н. кавитацию — это образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью. Одной из причин возникновения кавитации может являться ультразвуковая волна.

Исследования, связанные с воздействием ультразвука на клетки, экспериментальные работы на растениях и животных, а также эпидемиологические исследования позволили сделать Американскому институту ультразвука следующее заявление:

«Никогда не сообщалось о подтвержденных биологических эффектах у пациентах или лиц, работающих на приборе, вызванных облучением ультразвуком, интенсивность которого типична для современных ультразвуковых диагностических установок. Хотя существует возможность, что такие биологические эффекты могут быть выявлены в будущем, современные данные указывают, что польза для больного при благоразумном использовании диагностического ультразвука перевешивает потенциальный риск, если таковой вообще существует».

Для исследования каких органов и систем используется УЗ- метод?

Паренхиматозные органы брюшной полости и забрюшинного пространства, включая и органы малого таза (зародыш и плод).
Сердечно-сосудистая система.
Щитовидная и молочные железы.
Мягкие ткани.
Мозг новорожденного.

Какие критерии используются при УЗ-исследованиях:

КОНТУРЫ – четкие, ровные, неровные.
ЭХОСТРУКТУРА:

Жидкостная;
Полужидкостная;
Тканевая – большей или меньшей плотности.

Ультразвуковое исследование или УЗИ (эхосопия, сонография), как и компьютерная томография или ядерно-магнитная резонансная томография, относится к современным визуальным методам исследования. Однако существуют и другие ультразвуковые методы исследования, с помощью которых можно проводить исследования кровеносных сосудов или тонов сердца ребенка.

С помощью ультразвука можно зафиксировать движения. Только частота посылаемых звуковых волн должна превышать границу частоты мерцаний, воспринимаемых глазом. Это методика используется, например, при оценке движений плода в утробе матери.

Визуальные ультразвуковые исследования

УЗИ - это метод, основанный на эхолокации, в целях диагностики используются импульсные ультразвуковые волны. Основная часть ультразвукового аппарата - специальный ультразвуковой датчик, содержащий пьезоэлектрический кристалл - источник и приемник ультразвуковых волн, способный трансформировать электрический ток в звуковые волны и наоборот, звуковые волны вновь превращать в электрические импульсы. Он посылает звуковые волны через короткие интервалы в направлении исследуемого органа, отражаясь от которого звуковые волны возвращаются в виде эха. Это эхо улавливается датчиком и трансформируется в электрические импульсы, подсоединенный компьютер преобразует их в светящиеся точки различной интенсивности (чем сильнее эхо, тем ярче точка), из которых на экране монитора получается изображение исследуемого органа или патологического процесса. При необходимости делаются снимки, которые прилагаются к истории болезни. Во время УЗИ к телу в определенных местах прикладывается специальный датчик.

Невизуальные ультразвуковые исследования

В основе проведения ультразвукового исследования (без получения изображения) лежит эффект Допплера - изменение частоты звука при отражении от движущегося объекта. В биологических средах таким объектом является кровь внутри сосудов. Таким образом, звуковую волну отражают форменные элементы крови, и она возвращается назад. Отраженные звуковые волны накладываются, и в результате слышатся тоны звуков. По высоте тона можно судить о скорости кровотока. Этот вид ультразвукового исследования чаще всего применяется для определения тонов плода в период беременности, для контроля за этими тонами во время лечения и для диагностики различных заболеваний кровеносных сосудов.

Выполнение УЗИ

Методика УЗИ проста. Исследование проводить несложно, необходимо лишь приложить к телу пациента специальный ультразвуковой датчик. Для лучшего контакта датчика с поверхностью тела кожу пациента смазывают специальным гелем.

Диагностика с помощью УЗИ

Для качественного выполнения УЗИ необходим хороший «проводник» для беспрепятственного распространения звуковых волн. Ультразвуковое исследование хорошо подходит для исследования органов, содержащих воду. В связи с тем, что воздух является плохим проводником, УЗИ трудно выполнимо при вздутии живота. Плохо распространяются звуки и в костной ткани, поэтому, например, череп удается осмотреть только у маленьких детей, у которых еще не заросли роднички.

При выполнении УЗИ хорошо видны печень и желчный пузырь. На мониторе можно видеть не только камень, находящийся в желчном пузыре или замедление оттока желчи, но и изменение тканей печени, например, можно предположить наличие ожирения печени , цирроз или злокачественные опухоли. Благодаря УЗИ хорошо видны почки и селезенка. В малом тазу можно осмотреть предстательную железу у мужчин, матку и яичники - у женщин. В гинекологии все шире применяется влагалищная эхоскопия, с помощью которой можно лучше оценить состояние внутренних половых органов женщины. При применении ультразвукового обследования можно провести осмотр кровеносных сосудов брюшной полости и поджелудочной железы пациента.

Опасно ли УЗИ?

Ультразвуковые исследования совершенно безопасны. При их проведении не используется ионизирующее излучение в отличие, например, от рентгенографии . Сонография применяется даже в период беременности.

Ультразвуковое исследование - это исследование органов и тканей с помощью ультразвуковых "волн". Проходя через ткани различной плотности, а точнее через границы между различными тканями, ультразвук по-разному отражается от них. Специальный принимающий датчик фиксирует эти изменения, переводя их в графическое изображение, которое может быть зафиксировано на мониторе или специальной фотобумаге.

Ультразвуковой метод прост и доступен, не имеет противопоказаний. УЗИ можно применять неоднократно в течение всего периода наблюдения за пациентом в течение нескольких месяцев или лет. Более того, исследование можно повторять несколько раз в течение одного дня, если этого требует клиническая ситуация.

Иногда исследование трудновыполнимо или малоинформативно из-за наличия у пациента послеоперационных рубцов, повязок, ожирения, выраженного метеоризма. В этих и других случаях в нашем отделе может быть выполнена компьютерная томография (КТ) или магнитно-резонансная томография (МРТ). В том числе когда патологические процессы, выявленные при УЗИ, требуют дообследования с помощью более информативных методик уточняющей диагностики.

История метода УЗИ

Ультразвук в природе открыл итальянский ученый Ладзарро Спалланцани в 1794 г. Он заметил, что если летучей мыши заткнуть уши, она теряет ориентировку. Ученый предположил, что ориентация в пространстве осуществляется посредством излучаемых и воспринимаемых невидимых лучей. В дальнейшем они получили название ультразвуковых волн.

В 1942 году немецкий врач Теодор Дуссик и его брат физик Фридрих Дуссик попытались использовать ультразвук для диагностики опухоли мозга у человека.

Первый медицинский ультразвуковой прибор был создан в 1949 г. американским ученым Дугласом Хаури.

Особо следует отметить вклад в развитие ультразвуковой диагностики Христиана Андерса Допплера, который в своем трактате "О коллометрической характеристике изучения двойных звезд и некоторых других звезд неба" предположил о существовании важного физического эффекта, когда частота принимаемых волн зависит от того, с какой скоростью движется излучающий объект относительно наблюдателя. Это стало основой допплерографии - методики изменения скорости кровотока с помощью ультразвукового исследования.

Возможности и преимущества метода УЗИ

УЗИ - широко распространенный метод диагностики. Он не подвергает пациента лучевой нагрузке и считается безвредным. Тем не менее, у ультразвукового исследования есть ряд ограничений. Метод не является стандартизованным, и качество исследования зависит от оборудования, на котором проводится исследование, и квалификации врача. Дополнительное ограничение для УЗИ - это излишний вес и/или метеоризм, что мешает проведению ультразвуковых волн.

Ультразвуковое исследование является стандартным методом диагностики, который применяется для скрининга. В таких ситуациях, когда заболевания и жалоб у пациента еще нет, для ранней доклинической диагностики следует применять именно УЗИ. При наличии уже известной патологии лучше выбрать КТ или МРТ как методы уточняющей диагностики.

Области применения ультразвука в медицине чрезвычайно широки. В диагностических целях его используют для выявления заболеваний органов брюшной полости и почек, органов малого таза, щитовидной железы, молочных желез, сердца, сосудов, в акушерской и педиатрической практике. Также УЗИ применяется как метод диагностики неотложных состояний, требующих хирургического вмешательства, таких как острый холецистит, острый панкреатит, тромбоз сосудов и др.

УЗИ является преимущественным методом диагностики при обследовании во время беременности, т.к. рентгеновские методы исследования могут нанести вред плоду.

Противопоказания к УЗИ

Противопоказаний к ультразвуковому исследованию нет. УЗИ является методом выбора для диагностики патологических состояний во время беременности. УЗИ не обладает лучевой нагрузкой, его можно повторять неограниченное количество раз.

Подготовка

Исследование органов брюшной полости проводится натощак (предыдущий прием пищи не ранее чем за 6-8 часов до исследования), утром. Из рациона на 1-2 дня следует исключить бобовые, сырые овощи, черный хлеб, молоко. При наклонности к газообразованию рекомендован прием активированного угля по 1 таблетке 3 раза в день, других энтеросорбентов, фестала. При наличии у пациента сахарного диабета допустим легкий завтрак (теплый чай, подсушенный белый хлеб).

Для выполнения трансабдоминального исследования органов малого таза (мочевого пузыря, матки или предстательной железы) требуется наполнение мочевого пузыря. Рекомендуется воздержание от мочеиспускания в течение 3-х часов до исследования или прием 300-500 мл воды за 1 час до исследования. При проведении внутриполостного исследования (через влагалище у женщин - ТВУЗИ, или через прямую кишку у мужчин - ТРУЗИ), наоборот, необходимо опорожнить мочевой пузырь.

Ультразвуковые исследования сердца, сосудов, щитовидной железы не требуют специальной подготовки.

Как проходит обследование

Врач или медсестра пригласят Вас в кабинет ультразвуковой диагностики, и предложит Вам лечь на кушетку, обнажив исследуемую часть тела. Для наилучшего проведения ультразвуковых волн врач нанесет на кожу специальный гель, который не содержит никаких лекарственных средств и является абсолютно нейтральным для организма.

Во время исследования врач будет прижимать к телу в разных положениях ультразвуковой датчик. Изображения будут отображаться на мониторе и печататься на специальную термобумагу.

При исследовании сосудов будет включена функция определения скорости кровотока с помощью режима допплеровского исследования. В этом случае исследование будет сопровождать характерный звук, отражающий движение крови по сосуду.