Физические принципы эхо-локации

Эхо-локация - ультразвуковой метод диагностики патологических состояний, основан на отражении ультразвуковой волны от тканей и органов человека. На рисунке 63 изображена схема, иллюстрирующая использование этого метода. На поверхность тела устанавливается пьзокерамический элемент ПК, способный на основе обратного пьезоэффекта генерировать ультразвуковые колебания и преобразовывать ультразвуковые волны при помощи прямого пьезоэффекта. Пьезокристалл может подключаться к генератору Г ₁

Рис. 63 высокочастотного электрического напряжения или к электронному усилителю У с помощью переключателя П. Когда излучается ультразвук от генератора Г ₁ в течение времени t₁ подается импульс высокочастотного напряжения и через поверхность организма поступает импульс ультразвукового излучения с интенсивностью Io. В течение времени t₂ пьезокристалл подключен к электронному усилителю. Ультразвуковой импульс, распространяясь в организме, достигает границы раздела между средами имеющими различные механические импедансы Z ₁ и Z₂. Чем сильнее отличаются эти импедансы, тем больше отражается энергии I₁. Отраженный импульс достигает пьезокристалла, преобразуется в переменное электрическое напряжение и после усиления поступает на вертикальные пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). На горизонтальные пластины подается от генератора Г₂ пилообразное напряжение U₂, обеспечивающее равномерное движение электронного луча по горизонтали. Начало движения луча совпадает с моментом излучения ультразвукового импульса. Когда отраженный импульс достигает ПК на ЭЛТ возникает импульс через время t₁. Следовательно, за время t₁ ультразвуковой импульс достигает границы раздела с органом и возвращается обратно, проходя путь, равный 2l₁, где l₁ - расстояние от поверхности тела до органа. Зная время t₁, можно определить это расстояние до органа: l₁ = C t ₁ / 2, где С - скорость распространения ультразвука в организме. При достижении ультразвука второй границы раздела происходит отражение в направлении ПК ЭЛТ и через время t₂ возникает второй электрический импульс. За это время ультразвуковая волна прошла расстояние 2l₂. Тогда расстояние до второй границы раздела:

l₂ = С t₂ /2.

Зная расстояния l₁ и l₂,можно определить толщину органа: d = l₂ - l₁ = C(t₂ - t₁ )/2. Таким образом, измеряя с помощью электронного осцилографа время прихода отраженных импульсов, можно получить очень ценную диагностическую информацию о морфологии (размерах) внутренних органов. Если внутри органа находятся патологические очаги, механические импедансы которых отличаются от импеданса ткани, то на ЭЛТ появляются дополнительные электрические импульсы ( см. рис.64) . Регист-

рируя время их появления, можно опре-

Рис. 64 делить размеры патологического очага и его расположение внутри органа. Особенно эффективна эхо-локация для обнаружения камней в почках и печени.

В ходе совершенствования метода ультразвуковой эхо-локации были разработаны более совершенные диагностические аппараты, позволяющие не только регистрировать отраженные электрические импульсы, но и получать изображение внутренних органов и тканей. Необходимо подчеркнуть, что ультразвуковая диагностика значительно безопасней чем рентгенодиагностика. И поэтому она получила достаточно широкое распространение особенно в акушерстве для исследования морфологических особенностей плода.