Биологическое действие ультразвука
О вопросах биологического действия на организм задумывались многие ученые, разрабатывали различные методы минимизации вредного воздействия на ткани и органы.
Ультразвук может оказывать биологическое действие путем механических и тепловых воздействий. Затухание ультразвукового сигнала происходит из-за поглощения, т.e. превращения энергии ультразвуковой волны в тепло. Нагрев тканей увеличивается с увеличением интенсивности излучаемого ультразвука и его частоты.
На ультразвуковых частотах может появиться кавитация — это образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью.
Ученые предложили для устранения вредного воздействия ультразвука на организм использовать в диагностике либо непрерывный ультразвук относительно низкой частоты (1...2 МГц) и невысокой интенсивности (меньше 0,05 Вт/см2), либо импульсный высокочастотный (до 10 МГц), мощный (до 500 Вт/см2) ультразвук с короткой длительностью импульсов (2...5 мкс) и невысокой частотой их чередования (-1 кГц). Несмотря на высокую интенсивность в импульсе, усредненная по времени и пространству интенсивность в этом случае не превышает тысячных долей Вт/см2. Вероятность возникновения кавитации в таких условиях пренебрежимо мала.
Следовательно, ученые, исследовав воздействие ультразвука на клетки растений и животных пришли к выводу, что в диагностических и лечебных целях ультразвук можно подобрать так, что он не будет оказывать пагубное воздействие на организм, однако врачи с некоторой опаской относятся к ультразвуковой терапии, следовательно, назначают диагностику только в самых необходимых случаях.
Аппаратная реализация метода
УЗ диагностические приборы (иначе их называют сканерами) представляют собой систему, состоящую из излучателя/приёмника УЗ сигналов (датчика) и связанного с ним преобразователя отражённых УЗ сигналов эхографической информации в видеосигналы.
В настоящее время существует огромное множество приборов для ультразвуковой диагностики, как уже отмечалось ранее, ультразвук можно использовать для исследования практически всех областей человеческого тела.
Приборы УЗ диагностике по своему функциональному назначению могут содержать как датчики для обследования отдельных органов, так и для организма в целом, это обусловлено тем, что одни приборы находятся в кабинете диагностики стационарно, а другие врач может с собой переносить, это все делает медицинское обследование доступным в любой момент времени и не только в кабинете диагностики.
Рассмотрим несколько видов ультразвуковых установок.
Рисунок 31 – «Стационарный УЗ сканер».
Преобразователь УЗ сигналов в видеосигналы является основным блоком прибора, выполняется, как правило, на базе электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с чёрно-белым или цветным монитором и оснащается средствами для запоминания получаемых изображений путём видеозаписи на бумажный или магнитный носитель или разъёмами для подсоединения таких средств (видеопринтера, видеомагнитофона и т. п.). Основной блок обычно размещён в жёстком корпусе, снабжённом посадочными гнёздами для датчиков УЗ сигналов, как это показано на рис. 1.
Режимы работы УЗ сканеров.
Режим «A» одномерный статический режим, при котором изображение имеет вид кривой, располагаемой вдоль направления распространения УЗ волн. При этом на одной оси (обычно горизонтальной) представлена глубина залегания отражающего объекта, а по другой амплитуда отраженного сигнала. В настоящее время данный режим используется только для офтальмологических и ринологических исследований.
Режим «B» двухмерный статический режим, при котором изображение получается в плоскости перемещения УЗ волн. При этом координаты элементов изображения соответствуют координатам отражающих объектов, а яркость элементов изображения соответствует амплитуде отраженного сигнала.
Режим «M» одномерный динамический режим, при котором изображение получается вдоль направления распрoстранения УЗ волн. При этом глубина залегания отражающего объекта представлена обычно по вертикальной оси, текущее время по другой, а яркость соответствует амплитуде отражённого сигнала.
Режим «D» доплеровский режим отображения изображений. Используется для изучения движущихся объектов, например, кровотока в сердце и в кровеносных сосудах.
Режим «CFM» цветной доплеровский режим. Позволяет визуально определять направление кровотока. В частности, потоки условно окрашиваются (картируются) красным цветом в направлении на датчик, и синим от датчика.
Режим «PD» энергетический доплеровский цветовой режим, обеспечивающий псевдотрёхмерную визуализацию динамически малоподвижных тканей, таких как стенки сосудов, мышцы и др.
Режим «3D» трёхмерный статический режим, обеспечивающий получение трёхмерного изображения при послойном сканировании тканей в режиме «В» с последующей компьютерной реконструкцией. При параллельном сканировании (с помощью специальных матричных датчиков) процесс получения изображения происходит практически в реальном масштабе времени.
Режим «4D» трёхмерный динамический режим, обеспечивающий получение трёхмерного изображения, изменяющегося во времени.
Режим «Рентген» трёхмерный режим, обеспечивающий получение трёхмерного изображения как всего выбранного объёма, так и отдельных фрагментов, находящихся внутри него, с преобразованием в прозрачные других объёмов.
Режим «Лупа» режим, позволяющий производить без ухудшения качества увеличение какого-либо участка изображения, расположенного в любой точке экрана дисплея, с перемещением его в определённую точку экрана (чаще всего в центр).