2. Ультразвуковой метод исследования

Ультразвуковой метод — способ дистантного определения поло­жения, формы, величины, структуры и движения органов и тканей, а также патологических очагов с помощью ультразвукового излу­чения.

 Он позволяет зарегистрировать даже незначительные изменения плот­ности биологических сред. Благодаря перечисленным выше достоинствам ультразвуковой метод стал одним из наиболее популярных и доступных ис­следований в клинической медицине. В некоторых ее направлениях, например акушерстве, педиатрии, он стал основным, а иногда единственным мето­дом диагностической визуализации.

2.1. Схема получения медицинского изображения

 Типичная ультразвуковая диагностическая  система получения медицинского изображения  состоит из источника излучения- пьезокерамического кристалла, испускающего ультразвуковые волны,  объекта исследования, приемника излучения – того же пьезокерамического кристалла и врача (радиолога-диагноста).

2.1. 1. Источник излучения

 Источник излучения ультразвуковых волн является пьезокерамический кристалл, вмонтированный в датчик аппарата, называемый также трансдюсером.

 Короткие электрические импульсы, поступающие из элек­тронного блока прибора, возбуждают в нем ультразвуковые колеба­ния — обратный пьезоэлектрический эффект. Применяемые для диа­гностики колебания  ( ультразвуковые волны) характеризуются небольшой длиной волны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направленный на иссле­дуемую часть тела.

Таким образом, при УЗИ используются ультразвуковые волны.

Ультразвуковые волны — это упругие колебания среды с частотой, пре­вышающей частоту колебания слышимых человеком звуков,— свыше 20 кГц. В ультразвуковой диагностике используют продольные ультра­звуковые волны, которые обладают высокой проникающей способнос­тью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимый свет. Они относятся к числу неионизирующих излучений и в применя­емом в диагностике диапазоне не вызывают выраженных биологичес­ких эффектов. Средняя интенсивность их энергии не превышает при использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см2, поэтому противопо­казаний к исследованию нет.

2.1.2. Приемник излучения (Детектор)

Отраженные волны («эхо») воспринимаются тем же пьезоэлементом и преобразуются в электрические сигналы — прямой пьезоэлектрический эффект.

Таким образом, пьезокерамический кристалл является приемником излучения ( детектором)

Рис. 7. Ультразвуковой диагностический аппарат

 Ультразвуковой преобразователь выполняет следующие функ­ции:

 1) преобразует электрические сигналы в ультразвуковые колебания;

 2) при­нимает отраженные эхосигналы и преобразует их в электрические;

 3) формиру­ет пучок ультразвуковых колебаний необходимой формы;

 4) обеспечивает (в ряде систем) перемещение пучка ультразвуковых волн в исследуемой области.

     Ультразвуковые датчики представляют собой сложные устройства. Их подразделяют на предназначенные для медленного и быстрого — в реальном времени — сканирования. Датчики для медленного сканирования, как пра­вило, одноэлементные, для быстрого — механические или электронные (меха­ническое или электронное сканирование). Механические датчики в боль­шинстве случаев содержат два-три элемента, реже — один элемент. При этом изображение на экране получается в виде сектора (секторные датчи­ки). Датчики для электронного сканирования всегда многоэлементные, вы­полнены в виде линеек различной длины и формы. В зависимости от формы получаемого изображения различают секторные, линейные и конвексные (выпуклые) датчики.

     Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели иссле­дования. Для глубоко расположенных структур применяют более низкие частоты,  для поверхностных — более высокие. Например, для изучения сердца используют волны с частотой 2,2—5,0 МГц, для эхографии глаза — 10—15 МГц. На современных установках сонограммы подвергают компью­терному анализу по стандартным программам. Распечатка информации производится в виде картинки — изображения исследуемой области либо, при одномерном исследовании, в виде кривых или ряда цифр.

     Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера (см. ниже), работают в режиме импульсной эхолокации: излучается ко­роткий импульс и воспринимается короткий сигнал. В зависимости от задач исследования применяют разные виды датчиков. Одни из них пред­назначены для сканирования с поверхности тела. Другие датчики со­единены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполостном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией. Эти дат­чики, а также созданные для ультразвуковой локации на операцион­ном столе, можно стерилизовать. Биопсийные, или пункционные, датчики применяют для точного наведения биопсийных, или пункционных, игл.

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

Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной, слюнных и молочной желез, сердца, почек, обследования беременных со сроком более 20 недель  специальной подготовки не требуется. При изучении органов брюш­ной полости, особенно поджелудочной железы, следует тщательно подгото­вить кишечник, чтобы в нем не было скопления газа.       Больной должен явиться в ультразвуковой кабинет натощак. Исследование органов таза ре­комендуется проводить при наполненном мочевом пузыре.

     Больного обследуют при разном положении тела и датчика. При этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями, а, меняя поло­жение датчика, стремится получить полную информацию о со­стоянии органов. Для улучшения контакта с датчиком кожу над исследуе­мой областью тела хорошо смазывают пропускающим ультразвук специаль­ным акустическим гелем.

Ослабление ультразвука в среде определяется так называемым импедан­сом — ультразвуковым сопротивлением. Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения в ней ультразвуковых волн.

Достигнув границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпевает из­менения: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть от­ражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса сопри­касающихся сред, т.е. от степени акустической неоднородности гранича­щих тканей: чем выше различие в импедансе, тем больше волн отражается.

Кроме того, степень отражения зависит от угла падения волн на гранича­щую плоскость: наибольшее отражение отмечается 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 ультразву­ковые волны. При необходимости ультразвуковое исследование проводят с применением контрастных средств. К их числу относятся, в частности, микропузырьки газа, растворенные в галактозе.