2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Физические основы ультразвуковой диагностики

Что такое ультразвуковая диагностика

10 минут Автор: Ирина Бредихина 501

Трудно поверить, что столь широкое применение ультразвука в медицине началось с обнаружения его травмирующего действия на живые организмы. Впоследствии было определено, что физическое воздействие ультразвука на биологические ткани, полностью зависит от его интенсивности, и может быть стимулирующим или разрушающим. Особенности же распространения ультразвука в тканях, легли в основу ультразвуковой диагностики.

Сегодня, благодаря развитию компьютерных технологий, стали доступны принципиально новые методики обработки информации, получаемой с помощью лучевых диагностических методов. Медицинские изображения, являющиеся результатом компьютерной обработки искажений различных видов излучения (рентгеновского, магнитно-резонансного или ультразвукового), возникающих в результате взаимодействия с тканями организма, позволили поднять диагностику на новый уровень. Ультразвуковое исследование (УЗИ), обладая массой преимуществ, таких как небольшая стоимость, отсутствие вредного воздействия ионизации и распространенность, выгодно выделяющих его среди других диагностических методик, однако, очень незначительно уступает им в информативности.

Физические основы

Стоит отметить, что очень маленький процент пациентов, прибегающих к ультразвуковой диагностике, задается вопросом, что такое УЗИ, на каких принципах основано получение диагностической информации и какова ее достоверность. Отсутствие такого рода сведений, нередко приводит к недооценке опасности поставленного диагноза или, напротив, к отказу от обследования, в связи с ошибочно бытующим мнением о вредности ультразвука.

По сути, ультразвук представляет собой звуковую волну, частота которой находится выше порога, который способен воспринять человеческий слух. В основе УЗИ лежат следующие свойства ультразвука – способность распространяться в одном направлении и одновременно переносить определенный объем энергии. Воздействие упругих колебаний ультразвуковой волны на структурные элементы тканей, приводит к их возбуждению и дальнейшей передаче колебаний.

Таким образом, происходит формирование и распространение ультразвуковой волны, скорость распространения которой, полностью зависит от плотности и структуры исследуемой среды. Каждый вид ткани человеческого организма обладает акустическим сопротивлением различной интенсивности. Жидкость, оказывая наименьшее сопротивление, является оптимальной средой, обеспечивающей распространение ультразвуковых волн. Например, при частоте ультразвуковой волны, равной 1 MГц, ее распространение в костной ткани составит всего 2 мм, а в жидкой среде – 35 см.

При формировании УЗ-изображения используют еще одно свойство ультразвука – отражаться от сред, обладающих различным акустическим сопротивлением. То есть, если в однородной среде волны ультразвука распространяются исключительно прямолинейно, то при появлении на пути объекта с другим порогом сопротивления происходит частичное их отражение. Например, при переходе границы, разделяющей мягкую ткань от кости, происходит отражение 30% ультразвуковой энергии, а при переходе от мягких тканей к газовой среде, отражается практически 90%. Именно этот эффект обусловливает невозможность исследования полых органов.

Виды УЗИ-датчиков

Существуют различные виды УЗИ, суть которых заключаются в использовании УЗ-датчиков (преобразователей или трансдюссеров), имеющих различные конструктивные особенности, обусловливающие некоторые различия в форме получаемого среза. Ультразвуковой датчик представляет собой прибор, осуществляющий излучение и прием УЗ-волн. Форма луча, испускаемого преобразователем, а также его разрешающая способность, является определяющими при последующем получении качественного компьютерного изображения. Какие бывают УЗ-датчики?

Различают следующие их виды:

  • линейные . Форма среза, получаемая в результате применения такого датчика, выглядит в виде прямоугольника. В связи с высокой разрешающей способностью, но недостаточной глубиной сканирования, предпочтение таким датчикам отдают при проведении акушерских исследований, изучении состояния сосудов, молочной и щитовидной желез;
  • секторные . Картинка на мониторе имеет форму треугольника. Такие датчики имеют преимущества при необходимости исследования большого пространства из небольшой доступной площади, например, при исследовании через межреберное пространство. Применяются, преимущественно, в кардиологии;
  • конвексные . Срез, получаемый при применении такого датчика, имеет форму сходную с первым и вторым типом. Глубина сканирования, составляющая около 25 см, позволяет применять его для исследования глубоко расположенных органов, например, органов малого таза, брюшной полости, тазобедренных суставов.

В зависимости от целей и области исследования могут применяться следующие УЗ-датчики:

  • трансабдоминальный. Датчик, осуществляющий сканирование, непосредственно с поверхности тела;
  • трансвагинальный. Предназначен для исследования женских репродуктивных органов, непосредственно, через влагалище;
  • трансвезикальные. Применяется для исследования полости мочевого пузыря через мочевыводящий канал;
  • транректальный. Используется для исследования предстательной железы, путем введения преобразователя в прямую кишку.

Режимы сканирования

Способ отображения, полученной в результате сканирования информации, зависит от используемого режима сканирования. Различают следующие режимы работы ультразвуковых сканеров.

A-режим

Самый простой режим, позволяющий получить одномерное изображение эхо-сигналов, в виде обычной амплитуды колебаний. Каждое повышение пика амплитуды соответствует повышению степени отражения УЗ-сигнала. В связи ограниченной информативностью, УЗИ обследование в A-режиме, используется только в офтальмологии, для получения биометрических показателей глазных структур, а также для выполнения эхоэнцефалограмм в неврологии.

M-режим

В определенной степени, M-режим, представляет собой модифицированный A-режим. Где глубина исследуемой области отражена на вертикальной оси, а изменения импульсов, произошедшие в определенном временном промежутке – на горизонтальной оси. Метод применяется в кардиологии, для оценки изменений в сосудах и сердце.

B-режим

Наиболее используемый на сегодняшний день режим. Компьютерная обработка эхо-сигнала, позволяет получить серошкальное изображение анатомических структур внутренних органов, строение и структура которых позволяет судить о наличии или отсутствии патологических состояний или образований.

D-режим

Спектральная доплерография. Основывается на оценке сдвига частоты отражения УЗ-сигнала от движущихся объектов. Поскольку допплерография применяется для исследования сосудов, сущность эффекта Доплера заключается в изменении частоты отражения ультразвука от эритроцитов, движущихся от или к датчику. При этом движение крови в направлении датчика усиливает эхо-сигнал, а в противоположном направлении – уменьшает. Результатом такого исследования является спекрограмма, на которой по горизонтальной оси отражается время, а по вертикальной – скорость движения крови. Графическое изображение, расположенное выше оси, отражает поток, движущийся к датчику, а ниже оси –в направлении от датчика.

СDК-режим

Цветовое доплеровское картирование. Отражает зарегистрированный частотный сдвиг в виде цветного изображения, где красным цветом отображается поток, направленный в сторону датчика, а синим – в противоположную сторону. Сегодня изучение состояния сосудов выполняют в дуплексном режиме, сочетающим B- и СDК-режим.

3D-режим

Режим получения объемного изображения. Для осуществления сканирования в этом режиме, применяют возможность фиксирования в памяти сразу нескольких кадров, полученных во время исследования. Основываясь на данные серии снимков, выполненных с небольшим шагом, система воспроизводит трехмерное изображение. УЗИ 3D широко применяется в кардиологии, особенно в сочетании с доплеровским режимом, а также в акушерской практике.

4D-режим

4D УЗИ представляет собой 3D-изображение, выполненное в режиме реального времени. То есть, в отличие от 3D-режима, получают нестатическое изображение, которое можно повернуть и осмотреть со всех сторон, а двигающийся объемный объект. Применяется 4D-режим, преимущественно в кардиологии и акушерстве для осуществления скрининга.

Области применения

Области применения ультразвуковой диагностики практически безграничны. Постоянное совершенствование оборудование позволяет исследовать ранее недоступные для ультразвука структуры.

Акушерство

Акушерство является той областью, где ультразвуковые методы исследования применяются наиболее широко. Основной целью, для чего делают УЗИ, при беременности являются:

  • определение наличия плодного яйца на начальных сроках беременности;
  • выявление патологических состояний, связанных с неправильным развитием беременности (пузырный занос, мертвый плод, внематочная беременность);
  • определение надлежащего развития и положения плаценты;
  • фитометрия плода – оценка его развития путем измерения его анатомических частей (головки, трубчатых костей, окружности живота);
  • общая оценка состояния плода;
  • выявление аномалий развития плода (гидроцефалия, анэнцифалия, синдром Дауна и т. д.).

Офтальмология

Офтальмология, является одной из областей, где ультразвуковая диагностика занимает несколько обособленные позиции. В определенной степени это связано с небольшим размером исследуемой области и довольно большим количеством альтернативных методов исследования. Применение ультразвука целесообразно при выявлении патологий структур глаза, особенно при потере прозрачности, когда обычное оптическое исследование абсолютно неинформативно. Хорошо доступна для исследования орбита глаза, однако, процедура требует применения высокочастотного оборудования с высоким разрешением.

Внутренние органы

Исследование состояния внутренних органов. При исследовании внутренних органов УЗИ делают с двумя целями:

  • профилактическое обследование, с целью выявления скрытых патологических процессов;
  • целенаправленное исследование при подозрении на наличие заболеваний воспалительного или иного характера.

Что показывает УЗИ при исследовании внутренних органов? В первую очередь, показателем, позволяющим оценить состояние внутренних органов, является соответствие внешнего контура исследуемого объекта его нормальным анатомическим характеристикам. Увеличение, уменьшение или утрата четкости контуров свидетельствует о различных стадиях патологических процессов. Например, увеличение размеров поджелудочной железы, свидетельствует об остром воспалительном процессе, а уменьшение размеров с одновременной потерей четкости контуров – о хроническом.

Оценка состояния каждого органа производится исходя из его функционального назначения и анатомических особенностей. Так, при исследовании почек, анализируют не только их размер, расположение, внутреннюю структуру паренхимы, но и размер чашечно-лоханочной системы, а также наличие конкрементов в полости. При исследовании паренхиматозных органов, смотрят на однородность паренхимы и ее соответствие плотности здорового органа. Любые изменения эхо-сигнала, не соответствующие структуре, расцениваются как посторонние образования (кисты, новообразования, конкременты).

Кардиология

Широкое применение, УЗИ диагностика, нашла в области кардиологии. Исследование сердечно-сосудистой системы позволяет определить ряд параметров, характеризующих наличие или отсутствие аномалий:

  • размер сердца;
  • толщина стенок сердечных камер;
  • размер полостей сердца;
  • строение и движение сердечных клапанов;
  • сократительная активность сердечной мышцы;
  • интенсивность движения крови в сосудах;
  • кровоснабжение миокарда.

Неврология

Исследование головного мозга взрослого человека, с помощью ультразвука достаточно затруднительно, вследствие физических свойств черепной коробки, имеющей многослойную структуру, разнообразной толщины. Однако, у новорожденных детей таких ограничений можно избежать, выполняя сканирование через незакрытый родничок. Благодаря отсутствию вредного воздействия и неинвазивности, УЗИ является методом выбора в детской пренатальной диагностике.

Подготовка

Ультразвуковое исследование (УЗИ), как правило, не требует длительной подготовки. Одним из требований при исследовании органов брюшной полости и малого таза, является максимальное снижение количества газов в кишечнике. Для этого, за сутки до процедуры, следует исключить из рациона продукты, вызывающие газообразование. При хроническом нарушении пищеварения, рекомендуется принять ферментативные препараты (Фестал, Мезим) или препараты, устраняющие вздутие живота (Эспумизан).

Исследование органов малого таза (матки, придатков, мочевого пузыря, предстательной железы) требуется максимальное наполнение мочевого пузыря, который, увеличиваясь не только отодвигает кишечник, но и служит своеобразным акустическим окном, позволяя четко визуализировать, расположенные позади него анатомические структуры. Органы пищеварения (печень, поджелудочную железу, желчный пузырь) исследуют на голодный желудок.

Отдельной подготовки требует трансректальное обследование предстательной железы у мужчин. Так как введение УЗ-датчика осуществляется через анус, непосредственно перед диагностикой, необходимо сделать очистительную клизму. Проведение трансвагинального обследования у женщин не требует наполнения мочевого пузыря.

Техника выполнения

Как делают УЗИ? Вопреки первому впечатлению, создающемуся у пациента, лежащего на кушетке, движения датчика по поверхности живота далеко не хаотичны. Все перемещения датчика направлены на получение изображения исследуемого органа в двух плоскостях (сагиттальной и аксиальной). Положение датчика в сагиттальной плоскости, позволяет получить продольное сечение, а в аксиальной – поперечное.

В зависимости от анатомической формы органа, его изображение на мониторе может существенно меняться. Так, форма матки при поперечном сечении имеет форму овала, а при продольном – грушевидную форму. Для обеспечения полного контакта датчика с поверхностью тела, на кожу периодически наносят гель.

Исследование органов брюшной полости и малого таза надо делать в положении лежа на спине. Исключением являются почки, которые исследуют сначала лежа, попросив пациента повернуться сначала на один бок, а затем на другой, после чего сканирование продолжают при вертикальном положении пациента. Таким образом, можно оценить их подвижность и степень смещения.

Зачем делать УЗИ? Совокупность положительных сторон ультразвуковой диагностики, позволяет выполнять исследование не только при подозрении на наличие какого-либо патологического состояния, но и с целью осуществления планового профилактического обследования. Не вызовет затруднений и вопрос где сделать обследование, так как таким оборудованием сегодня располагает любая клиника. Однако, при выборе медицинского учреждения следует опираться в первую очередь не техническую оснащенность, а на наличие профессиональных врачей, так как качество результатов УЗИ в большей мере, нежели других диагностических методов, зависят от врачебного опыта.

Ультразвуковое исследование. Методы ультразвуковой диагностики

Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн.

Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приемником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения молекул вещества, которые совершают колебательные движения. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания — временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой — числом колебаний в единицу времени; длиной — расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.

Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости ультразвука. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая — отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих границу.

Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).

Читать еще:  Что такое колит симптомы диагностики и лечение колита

Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 — 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.

Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Допплера. Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).

При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.

Составляющие системы ультразвуковой диагностики

Генератор ультразвуковых волн

Генератором ультразвуковых волн является передатчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.

В качестве детектора или трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллов, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.

Все ультразвуковые датчики делятся на механические и электронные. В механических сканирование осуществляется за счет движения излучателя (он или вращается или качается). В электронных развертка производится электронным путем. Недостатками механических датчиков являются шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение. Механические датчики морально устарели и в современных сканерах не используются. Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа.

Линейные датчики используют частоту 5-15 Мгц. Преимуществом линейного датчика является полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдюсора на поверхности тела. Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдюсора к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям.Также линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высокой разрешающей способностью, однако глубина сканирования достаточно мала (не более 10 см. Используются в основном для исследования поверхностно расположенных структур — щитовидной железы, молочных желез, небольших суставов и мышц, а также для исследования сосудов.

Конвексный датчик использует частоту 2,5-7,5 МГц. Имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 20-25 см. Обычно используется для исследования глубоко расположенных органов — органы брюшной полости и забрюшинного пространства, мочеполовой системы, тазобедренные суставы.

Секторный датчик работает на частоте 1,5-5 Мгц. Имеет еще большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее целесообразно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки. Типичным применением секторного датчика является эхокардиоскопия — исследование сердца.

Методики ультразвукового исследования

Отраженные эхосигналы поступают в усилитель и специальные системы реконструкции, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки черно-белого цвета. Оптимальным является наличие не менее 64 градиентов цвета черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная — черным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение.Выбор позитивной или негативной регистрации не имеет значения. Изображение, получаемое при исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы сканера. Выделяют следующие режимы:

Методика даёт информацию в виде двухмерных серошкальных томографических изображений анатомических структур в масштабе реального времени, что позволяет оценивать их морфологическое состояние.

Методика даёт информацию в виде одномерного изображения, вторая координата заменена временной. По вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до лоцируемой структуры, а по горизонтальной – время. Используется режим в основном для исследования сердца. Дает информацию о виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур.

Методика основана на использовании эффекта Допплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур – если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика – уменьшается.

Потоковая спектральная допплерография (ПСД)

Предназначена для оценки кровотока в относительно крупных сосудах и камерах сердца. Основным видом диагностической информации является спектрографическая запись, представляющая собой развертку скорости кровотока во времени. На таком графике по вертикальной оси откладывается скорость, а по горизонтальной – время. Сигналы, отображающиеся выше горизонтальной оси, идут от потока крови, направленного к датчику, ниже этой оси – от датчика. Помимо скорости и направления кровотока, по виду допплеровской спектрограммы можно определить характер потока крови: ламинарный поток отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, турбулентный – широкой неоднородной кривой.

Непрерывная (постоянноволновая) ПСД

Основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Недостаток: невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте. Достоинства: допускает измерение больших скоростей потоков крови.

Основана на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимаются тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определенного расстояния от датчика, которые устанавливаются по усмотрению врача. Место исследования кровотока называют контрольным объемом. Достоинства: возможность оценки кровотока в любой заданной точке.

Цветовое допплеровское картирование (ЦДК)

Основано на кодирование в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах. Красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий – от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки – высоким. Недостаток: невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с маленькой скоростью кровотока. Достоинства: позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока по ним.

Энергетическая допплерография (ЭД)

Основана на анализе амплитуд всех эхосигналов допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объеме. Оттенки цвета (от темно-оранжевого к желтому) несут сведения об интенсивности эхосигнала. Диагностическое значение энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков. Недостаток: невозможно судить о направлении, характере и скорости кровотока. Достоинства: отображение получают все сосуды, независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью кровотока.

ЦДК+ЭД – конвергентная цветовая допплерография
B-режим УЗИ + ПСД (или ЭД) – дуплексное исследование
Трехмерное допплеровское картирование и трехмерная ЭД

Методики, дающие возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения кровеносных сосудов в режиме реального времени в любом ракурсе, что позволяет с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями.

Методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих веществ, содержащих свободные микропузырьки газа (диаметром менее 5 мкм при их циркуляции не менее 5 минут). В клинической практике методика используется в двух направлениях.

Динамическая эхоконтрастная ангиография.

Существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью кровотока; значительно повышается чувствительность ЦДК и ЭД; обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов в режиме реального времени; возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов.

Обеспечивается избирательностью включения эхоконтрастных веществ в структуру определенных органов. Степень, скорость и накопление эхоконтраста в неизмененных и патологических тканях различны. Появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики и различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей.

Полученное изображение фиксируется на экране монитора, а затем регистрируется с помощью принтера.

Ультразвук: шаг в медицину

Сегодня сложно представить медицинскую диагностику без такого метода, как ультразвуковое исследование. Появившись в середине прошлого века, УЗИ-сканеры произвели настоящую революцию в медицине. Ультразвуковая диагностика продолжает активно развиваться. На смену обычной двухмерной картинке приходят новые технологии. Недавно первый отечественный УЗИ-сканер экспертного класса производства «Калугаприбор» концерна «Автоматика» представил холдинг «Швабе», отвечающий за маркетинговую стратегию и продажи этого оборудования.

О том, что такое ультразвук, как появились УЗИ-сканеры и о новейшей технологии 5D в ультразвуковом исследовании – в нашем материале.

На ультразвуковой волне

Многие помнят определение звука из школьного учебника по физике: «Звуковыми волнами или просто звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом». Таким образом, диапазон звуковых волн лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Звуки именно такой частоты способен слышать человек. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше 20 кГц – ультразвуком.

В то время как человеку инфразвук и ультразвук недоступны, многие живые существа вполне нормально общаются в этих частотах. Например, слон различает звук частотой от 1 Гц, а в верхнем пределе слышимости лидируют дельфины – максимум слухового восприятия у них доходит до 150 кГц. Кстати, ультразвук вполне способны уловить собаки и кошки. Собака может слышать звук до 70 кГц, а верхний порог звукового диапазона у кошек равен 30 Гц.

Если для некоторых животных ультразвук – обычный способ общения, то людям о наличии в природе «невидимых» звуковых волн лишь приходилось догадываться. Опыты в этой сфере проводил еще Леонардо да Винчи в XV веке. Но открыл ультразвук в 1794 году итальянец Ладзаро Спалланцани, доказав, что летучая мышь с заткнутыми ушами перестает ориентироваться в пространстве.

УЗИ: физические основы

В XIX веке ультразвук произвел настоящий бум в научной среде, стали проводиться первые научные опыты. Например, в 1822 году, погрузив в Женевское озеро подводный колокол, удалось вычислить скорость звука в воде, что предопределило рождение гидроакустики.

Ближе к концу века, в 1890 году, учеными Пьером и Жаком Кюри было открыто физическое явление, которое вошло в основу ультразвукового исследования. Братья Кюри обнаружили пьезоэлектрический эффект. Заключается он в том, что при механической деформации некоторых кристаллов между их поверхностями возникает электрическое напряжение.


Пьер Кюри и кварцевый пьезоэлектрометр

На основе таких пьезокерамических материалов и создается главный компонент любого УЗИ-оборудования – преобразователь, или датчик, ультразвука. На пьезоэлементы подается ток, который преобразуется в механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Пучок ультразвуковых волн распространяется в тканях организма, часть его отражается и возвращается обратно к пьезоэлементу. Основываясь на времени прохождения волны, оценивается расстояние.

Ультразвук в медицине: от лечения артрита до диагностики

В медицине ультразвук вначале использовали как метод лечения артритов, язвенной болезни желудка, астмы. Было это в начале 30-х годов прошлого века. Считалось, что ультразвук обладает противовоспалительным, анальгезирующим, спазмолитическим действием, также усиливает проницаемость кожи. Кстати, сегодня на этом основан фонофорез – метод физиотерапии, когда вместо обычного геля для УЗИ наносится лечебное вещество, а ультразвук помогает препарату глубже проникать в ткани.

Но свое основное применение в области медицины ультразвук нашел как метод диагностики. Основателем УЗИ-диагностики считается австрийский невролог, психиатр Дьюссик. В 1947 году он рассмотрел опухоль мозга, учитывая интенсивность, с которой ультразвуковая волна проходила сквозь череп пациента.

Настоящий прорыв в развитии ультразвуковой диагностики произошел в 1949 году, когда в США был создан первый аппарат для медицинского сканирования. Это устройство мало чем напоминало современные УЗИ-сканеры. Оно представляло собой резервуар с жидкостью, в которую помещался пациент, вынужденный долгое время сидеть неподвижно, пока вокруг него передвигался сканер брюшной полости – сомаскоп. Но начало было положено. УЗИ-сканеры совершенствовались очень стремительно, и к середине 60-х годов они стали приобретать привычный вид с мануальными датчиками.

Благодаря развитию микропроцессорной технологии в течение 1980-1990-х годов качество УЗИ намного улучшилось. В это время ультразвуковую диагностику стали активно применять в различных областях медицины, оценив ее безвредность по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией. Особо широкое применение ультразвук нашел в акушерстве и гинекологии. Уже в конце 1990-х годов во многих странах УЗИ стало стандартным исследованием, с помощью которого определяли срок беременности, выявляли пороки развития плода.

Взгляд изнутри: современные технологии в УЗИ

Сегодня отечественное здравоохранение закупает у зарубежных поставщиков порядка 3 тысяч УЗИ-сканеров в год. Дело в том, что до последнего времени такие устройства не выпускались серийно в России.

Эксперименты по применению ультразвука проводились и у нас в стране. В 1954 году в институте акустики Академии наук СССР даже появилось специализированное отделение, а в 1960-е годы был налажен выпуск отечественных УЗИ-сканеров. Но все они так и остались в статусе экспериментальных, не получили массового применения на практике, а к 1990-м годам и вовсе были замещены импортными аналогами.

В прошлом году Ростех в рамках программы импортозамещения наладил серийное производство российских УЗИ-сканеров – «РуСкан 50» и «РуСкан 60» на мощностях «Калугаприбор», входящего в концерн «Автоматика». Они относятся к среднему и высокому классу, в них применяются новейшие технологии, такие как 3D/4D-изображение, а также эластография, то есть УЗИ с применением дополнительного фактора – давления, помогающего по характеру сокращения тканей определять патологические изменения.

Методы ультразвуковой диагностики продолжают активно развиваться. В этом году к производственной линейке Ростех добавил аппараты экспертного класса. Госкорпорация представила новинку на форуме БИОТЕХМЕД – «РуСкан 65М» в рамках экспозиции холдинга «Швабе», который реализует маркетинговую стратегию и осуществляет продажи изделия. Это первый отечественный УЗИ-сканер экспертного класса.

Что означает определение «экспертный» в классификации УЗИ-сканеров? Основной критерий – это разрешающая способность. Здесь используются высокоплотные датчики, способные различать мельчайшие детали структур. Как упоминалось выше, каждый преобразователь имеет определенный набор пьезоэлементов. В аппаратах недорогого класса плотность этих элементов невысока. Чем больше плотность, тем более точной и достоверной будет диагностика.

Второй, не менее важный критерий – какой набор программ заложен в данном оборудовании. Для того чтобы обеспечивать высокий уровень исследования, как правило, применяют очень дорогие пакеты программного обеспечения. Это позволяет визуализировать наиболее тонкие детали, изменения структур органов, сосудов и тканей. Кстати, в «РуСкан 65М» программное обеспечение – российского производства.

В новом изделии не только улучшено качество получаемого изображения, но и внедрены автоматизированные методы его обработки и анализа. Так, визуальную оценку плода осуществляет программа реконструкции полупрозрачного 3D УЗИ Crystal Vue, которая за счет усиления визуализации одновременно наружных и внутренних структур в одном реконструированном трехмерном изображении позволяет увеличить информативность и диагностическую достоверность исследования за счет повышения контрастности и подсветки внутренних структур дополняет объемное изображение морфологической информацией об объекте исследования, повышая точность диагностики. Среди других технологий новинки – программа автоматического анализа образований молочной железы S-Detect Breast. Еще одна функция изделия – фантастическая 5D Heart Color, которая реконструирует девять проекций сердца плода с одновременным отображением кровотока. Полученные данные позволяют наиболее детально оценить сердце на предмет врожденных патологий.

Читать еще:  Что такое мазок на флору и зачем он нужен

Таким образом, в течение нескольких десятилетий применение УЗИ в медицине претерпело огромные изменения, особенно в акушерстве: от простого измерения размеров плода до детальной оценки его кровотока и внутренних органов. То, что было технически невозможно еще совсем недавно, сегодня превращается в привычную составляющую рутинного ультразвукового исследования.

Физические основы ультразвуковой диагностики и ультразвуковые диагностические приборы

Принцип ультразвукового метода визуализации диагностического изображения заключается в возможности получения фокусируемого луча ультразвуковых механических колебаний частотой 1-20 МГц, введения его в исследуемое вещество через акустическое окно и регистрацию волн, отраженных от границ разных сред. Пучок ультразвуковых колебаний вводят в исследуемую часть тела через кожу с помощью ультразвукового генератора — пъезопреобразователя. Распространение ультразвука зависит от формы пъезопреобразователя, свойств ультразвукового луча и среды, через которую он проходит, распространение ультразвука подчиняется законам его отражения и преломления на границе разных сред, а также законам дифракции и рассеивания. Отраженные волны воспринимаются этим же преобразователем, обрабатываются электронным устройством и трансформируются в одномерное или двухмерное изображение (эхограмму или ультразвуковую сканограмму). По данным эхограммы, можно определить топографию, форму, величину и структуру исследуемого органа, что позволяет обнаружить диффузное уплотнение паренхимы органа, эхоплотные очаги в нем, а также полости с жидкостью или воздухом.

Существует одномерная методика УЗД: А-метод (А — амплитуда) позволяет на экране осциллографа регистрировать ультразвуковые импульсы, которые имеют вид вертикальных подъемов на прямой линии, отраженных от границы разных сред и тканей. Применяют два варианта двухмерной эхографии: В (яркость) и М (движение). В случае использования В варианта отбитые импульсы регистрируются на экране в виде световых точек, яркость которых прямо пропорциональна интенсивности отражения ультразвука. М-вариант позволяет получить в реальном времени информацию о подвижных структурах.

Существуют также трехмерная (ультразвуковая реконструкция см. рис..2.19. а) и четырехмерная (наблюдение трехмерного изображения в режиме реального времени) методики.

Звук — это механическое колебание, которое вызывает компрессию и декомпрессию частиц материи. По физической природе звуковые колебания — это упругие волны. Их распространение зависит от упругих свойств частиц материи. Звуковые волны вызывают колебание этих частиц и переносят энергию, а не материю. Молекулы колеблются вперед и назад, они сжимаются и растягиваются в среде в соответствии с направлением волны

В диагностических приборах используют ультразвук, частота которого составляет 1 МГц и больее.

Ультразвуковые аппараты определяют расстояние к отражающим структурам, измеряют время в течение которого ультразвуковая волна проходит к определенным структурам и возвращается к преобразователю.

Эхогенность — это способность исследуемого объекта отражать ультразвуковые волны.

Действие ультразвукового диагностического прибора основано на введением в ткани пациента ультразвукового луча и последующей регистрацией эхосигналов, отраженных от границы двух сред с разной акустической плотностью.

По принципу действия приборы делят на эхоимпульсные сканеры, с помощью которых определяют анатомические структуры, приборы для определения кинематических характеристик, в которых используют эффект Допплера, а также комбинированные приборы импульсно-допплеровского типа.

Рис..2.18.Ультразвуковий импульсно-допплеровский аппарат Philips iU22.

Рис..2.19. а) УЗ-трехмерное изображения лица плода; б) спектральная допплеровская кривая нормальной печеночной артерии.

Ультразвуковая семиотика. Во время ультразвуковой диагностики патологического процесса следует определить: 1) первичное место развития патологического процесса и отношение его к органам (органное, внеорганное); 2) локализацию патологического образования в органе; 3) смещение, эластичность органа или патологического образования (если это можно определить); 4) форму опухоли или кистозного образования (они могут быть круглыми, овальными или неправильными); 5) размеры (лишь максимальные) как здорового органа, так и патологического образования; 6) контуры органов и патологических образований; 7) эхогенность (анэхогенная, сниженная, средняя, повышенная, высокая) см. рис.. 2.20.; 8) внутреннее строение может быть однородным и неоднородным (наличие и локализация перепонок, обызвествлений, локализацию патологических включений внутри образования); 9) звукопроводимость (сниженная, нормальная, повышенная, высокая); 10) определение полоски со сниженной эхогенностью на периферии опухолевого узла, так называемого гало, наличие которой часто свидетельствует о развитии злокачественного процесса,

особенно в печени.

Рис..2.20. Эхограммы печени. а) киста печени; б) гемангиома печени

Ультразвуковые контрастные вещества группируются: васкулярные (Альбунекс, Левовист, Еховист) и пероральные контрасты для исследования полых органов (вода, SonoRx).

Ультразвуковая допплерография. Эффект Допплера заключается в том, что во время отражения от подвижного объекта частота ультразвукового сигнала (луча) изменяется пропорционально скорости движения объекта. В случае отражения от объекта, который отдаляется, частота отображения ультразвукового сигнала уменьшается, а в случае его отражения от приближающегося объекта — увеличивается.

Допплерографию используют для изучения формы, контуров, определения диаметра сосудов, скорости движения крови по сосудам или объекта, расположенного на определенной глубине от преобразователя.

Дуплексная сонографияпозволяет получить изображение сосудов (анатомическая информация), запись кривой кровотока в них (физиологическая информация) и диагностировать поражение разных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них.

Выше приведенные методы диагностики широко применяют в медицинской практике из-за отсутствия противопоказаний.

Термография

Медицинская термография — метод регистрации естественного теплового излучения тела человека в невидимом инфракрасном электромагнитном спектре.

Существуют дистанционный (телетермография — инфракрасная радиометрия) и аппликационный (контактная термография) способы регистрации теплового излучения.

Суть дистанционной термографиизаключается в выявлении термоасимметрии, возникновение которой обусловлено разными патологическими процессами (опухолями, воспалительными и сосудистыми заболеваниями и т.п.). Дистанционная термография выполняется с помощью специальных приборов — термографов («РАДУГА-МТ», «Инфра Ай 103» (Япония), «АГА Термовижен-780» (Швеция) и др.), которые регистрируют тепловое поле тела человека на определенном расстоянии от него. Чувствительность приборов достигает долей градуса.

В основе контактной термографиилежит способность жидких холестеричных кристаллов (индикаторов) в случае перепада температур на 0,01°С в доли секунды изменять цвет от фиолетового (наивысшие температуры) до красного (самые низкие), что дает возможность получить информацию практически мгновенно. Термография применяется для проведения скрининга и профилактических осмоторов.

Принцип радиотермографиизаключается в измерении температуры внутренних органов и тканей по их радиоизлучению.

Данные термографии кожного покрова тела человека зависят от многих факторов: возраста, степени развития подкожной жировой клетчатки и волосяного покрова, глубины расположения и диаметра сосудов, наличия пигментных пятен и т. п. На нарушение симметрии температуры тела влияют такие факторы: а) необычное структурное соотношение сосудистой сети (врожденные аномалии, сосудистые опухоли); б) изменение упругости сосудов (рефлекторные нарушения упругости, нарушения вегетативной инервации); в) местные расстройства кровообращения (травма, тромбоз, склероз сосудов); г) нарушение венозного кровообращения (остановка, обратный кровоток в случае недостаточности клапанов вен); д) локальные изменения теплопродукции (воспалительные очаги, опухоли); наличие изменений теплопроводимости тканей (отек, изменение содержания жира). По термограммам определяют количественные и качественные показатели. К количественным термографическим показателям относится измерение градиентов температур. Определяют разницу между температурами исследуемой и симметричной областями тела, а также между температурами участка патологического очага и тканей, что его окружают. К качественным термографическим показателям относятся появление аномальных зон гипер- или гипотермии и нарушения нормальной топографии сосудистого рисунка. Градиент температур 2°С и больше могут свидетельствовать о наличии патологического процесса.

По сравнению с другими методами диагностики термография имеет ряд преимуществ, в частности она безвредна, достаточно информативна, проста в выполнении и необременительна для пациента. Исследование можно повторять многократно.

Недостатком термографииможно считать высокий процент ложнопозитивных и ложнонегативных результатов.

Противопоказанийк применению дистанционной термографии не существует.

Что такое ультразвуковая диагностика

10 минут Автор: Ирина Бредихина 501

Трудно поверить, что столь широкое применение ультразвука в медицине началось с обнаружения его травмирующего действия на живые организмы. Впоследствии было определено, что физическое воздействие ультразвука на биологические ткани, полностью зависит от его интенсивности, и может быть стимулирующим или разрушающим. Особенности же распространения ультразвука в тканях, легли в основу ультразвуковой диагностики.

Сегодня, благодаря развитию компьютерных технологий, стали доступны принципиально новые методики обработки информации, получаемой с помощью лучевых диагностических методов. Медицинские изображения, являющиеся результатом компьютерной обработки искажений различных видов излучения (рентгеновского, магнитно-резонансного или ультразвукового), возникающих в результате взаимодействия с тканями организма, позволили поднять диагностику на новый уровень. Ультразвуковое исследование (УЗИ), обладая массой преимуществ, таких как небольшая стоимость, отсутствие вредного воздействия ионизации и распространенность, выгодно выделяющих его среди других диагностических методик, однако, очень незначительно уступает им в информативности.

Физические основы

Стоит отметить, что очень маленький процент пациентов, прибегающих к ультразвуковой диагностике, задается вопросом, что такое УЗИ, на каких принципах основано получение диагностической информации и какова ее достоверность. Отсутствие такого рода сведений, нередко приводит к недооценке опасности поставленного диагноза или, напротив, к отказу от обследования, в связи с ошибочно бытующим мнением о вредности ультразвука.

По сути, ультразвук представляет собой звуковую волну, частота которой находится выше порога, который способен воспринять человеческий слух. В основе УЗИ лежат следующие свойства ультразвука – способность распространяться в одном направлении и одновременно переносить определенный объем энергии. Воздействие упругих колебаний ультразвуковой волны на структурные элементы тканей, приводит к их возбуждению и дальнейшей передаче колебаний.

Таким образом, происходит формирование и распространение ультразвуковой волны, скорость распространения которой, полностью зависит от плотности и структуры исследуемой среды. Каждый вид ткани человеческого организма обладает акустическим сопротивлением различной интенсивности. Жидкость, оказывая наименьшее сопротивление, является оптимальной средой, обеспечивающей распространение ультразвуковых волн. Например, при частоте ультразвуковой волны, равной 1 MГц, ее распространение в костной ткани составит всего 2 мм, а в жидкой среде – 35 см.

При формировании УЗ-изображения используют еще одно свойство ультразвука – отражаться от сред, обладающих различным акустическим сопротивлением. То есть, если в однородной среде волны ультразвука распространяются исключительно прямолинейно, то при появлении на пути объекта с другим порогом сопротивления происходит частичное их отражение. Например, при переходе границы, разделяющей мягкую ткань от кости, происходит отражение 30% ультразвуковой энергии, а при переходе от мягких тканей к газовой среде, отражается практически 90%. Именно этот эффект обусловливает невозможность исследования полых органов.

Виды УЗИ-датчиков

Существуют различные виды УЗИ, суть которых заключаются в использовании УЗ-датчиков (преобразователей или трансдюссеров), имеющих различные конструктивные особенности, обусловливающие некоторые различия в форме получаемого среза. Ультразвуковой датчик представляет собой прибор, осуществляющий излучение и прием УЗ-волн. Форма луча, испускаемого преобразователем, а также его разрешающая способность, является определяющими при последующем получении качественного компьютерного изображения. Какие бывают УЗ-датчики?

Различают следующие их виды:

  • линейные . Форма среза, получаемая в результате применения такого датчика, выглядит в виде прямоугольника. В связи с высокой разрешающей способностью, но недостаточной глубиной сканирования, предпочтение таким датчикам отдают при проведении акушерских исследований, изучении состояния сосудов, молочной и щитовидной желез;
  • секторные . Картинка на мониторе имеет форму треугольника. Такие датчики имеют преимущества при необходимости исследования большого пространства из небольшой доступной площади, например, при исследовании через межреберное пространство. Применяются, преимущественно, в кардиологии;
  • конвексные . Срез, получаемый при применении такого датчика, имеет форму сходную с первым и вторым типом. Глубина сканирования, составляющая около 25 см, позволяет применять его для исследования глубоко расположенных органов, например, органов малого таза, брюшной полости, тазобедренных суставов.

В зависимости от целей и области исследования могут применяться следующие УЗ-датчики:

  • трансабдоминальный. Датчик, осуществляющий сканирование, непосредственно с поверхности тела;
  • трансвагинальный. Предназначен для исследования женских репродуктивных органов, непосредственно, через влагалище;
  • трансвезикальные. Применяется для исследования полости мочевого пузыря через мочевыводящий канал;
  • транректальный. Используется для исследования предстательной железы, путем введения преобразователя в прямую кишку.

Режимы сканирования

Способ отображения, полученной в результате сканирования информации, зависит от используемого режима сканирования. Различают следующие режимы работы ультразвуковых сканеров.

A-режим

Самый простой режим, позволяющий получить одномерное изображение эхо-сигналов, в виде обычной амплитуды колебаний. Каждое повышение пика амплитуды соответствует повышению степени отражения УЗ-сигнала. В связи ограниченной информативностью, УЗИ обследование в A-режиме, используется только в офтальмологии, для получения биометрических показателей глазных структур, а также для выполнения эхоэнцефалограмм в неврологии.

M-режим

В определенной степени, M-режим, представляет собой модифицированный A-режим. Где глубина исследуемой области отражена на вертикальной оси, а изменения импульсов, произошедшие в определенном временном промежутке – на горизонтальной оси. Метод применяется в кардиологии, для оценки изменений в сосудах и сердце.

B-режим

Наиболее используемый на сегодняшний день режим. Компьютерная обработка эхо-сигнала, позволяет получить серошкальное изображение анатомических структур внутренних органов, строение и структура которых позволяет судить о наличии или отсутствии патологических состояний или образований.

D-режим

Спектральная доплерография. Основывается на оценке сдвига частоты отражения УЗ-сигнала от движущихся объектов. Поскольку допплерография применяется для исследования сосудов, сущность эффекта Доплера заключается в изменении частоты отражения ультразвука от эритроцитов, движущихся от или к датчику. При этом движение крови в направлении датчика усиливает эхо-сигнал, а в противоположном направлении – уменьшает. Результатом такого исследования является спекрограмма, на которой по горизонтальной оси отражается время, а по вертикальной – скорость движения крови. Графическое изображение, расположенное выше оси, отражает поток, движущийся к датчику, а ниже оси –в направлении от датчика.

СDК-режим

Цветовое доплеровское картирование. Отражает зарегистрированный частотный сдвиг в виде цветного изображения, где красным цветом отображается поток, направленный в сторону датчика, а синим – в противоположную сторону. Сегодня изучение состояния сосудов выполняют в дуплексном режиме, сочетающим B- и СDК-режим.

3D-режим

Режим получения объемного изображения. Для осуществления сканирования в этом режиме, применяют возможность фиксирования в памяти сразу нескольких кадров, полученных во время исследования. Основываясь на данные серии снимков, выполненных с небольшим шагом, система воспроизводит трехмерное изображение. УЗИ 3D широко применяется в кардиологии, особенно в сочетании с доплеровским режимом, а также в акушерской практике.

4D-режим

4D УЗИ представляет собой 3D-изображение, выполненное в режиме реального времени. То есть, в отличие от 3D-режима, получают нестатическое изображение, которое можно повернуть и осмотреть со всех сторон, а двигающийся объемный объект. Применяется 4D-режим, преимущественно в кардиологии и акушерстве для осуществления скрининга.

Области применения

Области применения ультразвуковой диагностики практически безграничны. Постоянное совершенствование оборудование позволяет исследовать ранее недоступные для ультразвука структуры.

Акушерство

Акушерство является той областью, где ультразвуковые методы исследования применяются наиболее широко. Основной целью, для чего делают УЗИ, при беременности являются:

  • определение наличия плодного яйца на начальных сроках беременности;
  • выявление патологических состояний, связанных с неправильным развитием беременности (пузырный занос, мертвый плод, внематочная беременность);
  • определение надлежащего развития и положения плаценты;
  • фитометрия плода – оценка его развития путем измерения его анатомических частей (головки, трубчатых костей, окружности живота);
  • общая оценка состояния плода;
  • выявление аномалий развития плода (гидроцефалия, анэнцифалия, синдром Дауна и т. д.).
Читать еще:  Что такое цитологическое исследование

Офтальмология

Офтальмология, является одной из областей, где ультразвуковая диагностика занимает несколько обособленные позиции. В определенной степени это связано с небольшим размером исследуемой области и довольно большим количеством альтернативных методов исследования. Применение ультразвука целесообразно при выявлении патологий структур глаза, особенно при потере прозрачности, когда обычное оптическое исследование абсолютно неинформативно. Хорошо доступна для исследования орбита глаза, однако, процедура требует применения высокочастотного оборудования с высоким разрешением.

Внутренние органы

Исследование состояния внутренних органов. При исследовании внутренних органов УЗИ делают с двумя целями:

  • профилактическое обследование, с целью выявления скрытых патологических процессов;
  • целенаправленное исследование при подозрении на наличие заболеваний воспалительного или иного характера.

Что показывает УЗИ при исследовании внутренних органов? В первую очередь, показателем, позволяющим оценить состояние внутренних органов, является соответствие внешнего контура исследуемого объекта его нормальным анатомическим характеристикам. Увеличение, уменьшение или утрата четкости контуров свидетельствует о различных стадиях патологических процессов. Например, увеличение размеров поджелудочной железы, свидетельствует об остром воспалительном процессе, а уменьшение размеров с одновременной потерей четкости контуров – о хроническом.

Оценка состояния каждого органа производится исходя из его функционального назначения и анатомических особенностей. Так, при исследовании почек, анализируют не только их размер, расположение, внутреннюю структуру паренхимы, но и размер чашечно-лоханочной системы, а также наличие конкрементов в полости. При исследовании паренхиматозных органов, смотрят на однородность паренхимы и ее соответствие плотности здорового органа. Любые изменения эхо-сигнала, не соответствующие структуре, расцениваются как посторонние образования (кисты, новообразования, конкременты).

Кардиология

Широкое применение, УЗИ диагностика, нашла в области кардиологии. Исследование сердечно-сосудистой системы позволяет определить ряд параметров, характеризующих наличие или отсутствие аномалий:

  • размер сердца;
  • толщина стенок сердечных камер;
  • размер полостей сердца;
  • строение и движение сердечных клапанов;
  • сократительная активность сердечной мышцы;
  • интенсивность движения крови в сосудах;
  • кровоснабжение миокарда.

Неврология

Исследование головного мозга взрослого человека, с помощью ультразвука достаточно затруднительно, вследствие физических свойств черепной коробки, имеющей многослойную структуру, разнообразной толщины. Однако, у новорожденных детей таких ограничений можно избежать, выполняя сканирование через незакрытый родничок. Благодаря отсутствию вредного воздействия и неинвазивности, УЗИ является методом выбора в детской пренатальной диагностике.

Подготовка

Ультразвуковое исследование (УЗИ), как правило, не требует длительной подготовки. Одним из требований при исследовании органов брюшной полости и малого таза, является максимальное снижение количества газов в кишечнике. Для этого, за сутки до процедуры, следует исключить из рациона продукты, вызывающие газообразование. При хроническом нарушении пищеварения, рекомендуется принять ферментативные препараты (Фестал, Мезим) или препараты, устраняющие вздутие живота (Эспумизан).

Исследование органов малого таза (матки, придатков, мочевого пузыря, предстательной железы) требуется максимальное наполнение мочевого пузыря, который, увеличиваясь не только отодвигает кишечник, но и служит своеобразным акустическим окном, позволяя четко визуализировать, расположенные позади него анатомические структуры. Органы пищеварения (печень, поджелудочную железу, желчный пузырь) исследуют на голодный желудок.

Отдельной подготовки требует трансректальное обследование предстательной железы у мужчин. Так как введение УЗ-датчика осуществляется через анус, непосредственно перед диагностикой, необходимо сделать очистительную клизму. Проведение трансвагинального обследования у женщин не требует наполнения мочевого пузыря.

Техника выполнения

Как делают УЗИ? Вопреки первому впечатлению, создающемуся у пациента, лежащего на кушетке, движения датчика по поверхности живота далеко не хаотичны. Все перемещения датчика направлены на получение изображения исследуемого органа в двух плоскостях (сагиттальной и аксиальной). Положение датчика в сагиттальной плоскости, позволяет получить продольное сечение, а в аксиальной – поперечное.

В зависимости от анатомической формы органа, его изображение на мониторе может существенно меняться. Так, форма матки при поперечном сечении имеет форму овала, а при продольном – грушевидную форму. Для обеспечения полного контакта датчика с поверхностью тела, на кожу периодически наносят гель.

Исследование органов брюшной полости и малого таза надо делать в положении лежа на спине. Исключением являются почки, которые исследуют сначала лежа, попросив пациента повернуться сначала на один бок, а затем на другой, после чего сканирование продолжают при вертикальном положении пациента. Таким образом, можно оценить их подвижность и степень смещения.

Зачем делать УЗИ? Совокупность положительных сторон ультразвуковой диагностики, позволяет выполнять исследование не только при подозрении на наличие какого-либо патологического состояния, но и с целью осуществления планового профилактического обследования. Не вызовет затруднений и вопрос где сделать обследование, так как таким оборудованием сегодня располагает любая клиника. Однако, при выборе медицинского учреждения следует опираться в первую очередь не техническую оснащенность, а на наличие профессиональных врачей, так как качество результатов УЗИ в большей мере, нежели других диагностических методов, зависят от врачебного опыта.

УЗИ. Физическиие основы.

В основе УЗИ лежит пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания — временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой — числом колебаний в единицу времени; длиной — расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.

Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости распространения звуковых волн. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая — отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих границу.

Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).

При обратном рассеивании (рис. 3) ультразвук отражается в том направлении, откуда пришел исходный луч. Интенсивность рассеянных сигналов увеличивается с увеличением неоднородности среды и увеличением частоты (т.е. уменьшением длины волны) ультразвука. Рассеивание относительно мало зависит от направления падающего луча и, следовательно, позволяет лучше визуализировать отражающие поверхности, не говоря уже о паренхиме органов. Для того, чтобы отраженный сигнал был правильно расположен на экране, необходимо знать не только направление излученного сигнала, но и расстояние до отражателя. Это расстояние равно 1/2 произведения скорости ультразвука в среде на время между излучением и приемом отраженного сигнала (рис. 4). Произведение скорости на время делится пополам, так как ультразвук проходит двойной путь (от излучателя до отражателя и назад), а нас интересует только расстояние от излучателя до отражателя.

ДАТЧИКИ И УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВОЛНА

Для получения ультразвука используются специальные преобразователи — трансдьюсеры, которые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Суть эффекта состоит в том, что если к определенным материалам (пьезоэлектрикам) приложить электрическое напряжение, то произойдет изменение их формы (рис. 5).

Рис. 5. Обратный пьезоэлектрический эффект.

С этой целью в ультразвуковых приборах чаще всего применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. 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 быстропеременный ток, то элемент начнет с высокой частотой сжиматься и расширяться (т.е. колебаться), генерируя ультразвуковое поле. Рабочая частота трансдьюсера (резонансная частота> определяется отношением скорости распространения ультразвука в пьезоэлементе к удвоенной толщине этого пьезоэлемента. Детектирование отраженных сигналов базируется на прямом пьезоэлектрическом эффекте (рис. 6).

Рис. 6. Прямой пьезоэлектрический эффект.

Датчики с высокой частотой колебаний обеспечивают лучшее разрешение изображения при исследовании неглубоко расположенных тканей, так же как низкочастотные датчики позволяют обследовать более глубоко расположенные органы, уступая высокочастотным качеством изображения. Это разногласие является основным определяющим фактором при использовании датчиков. Для улучшения характеристик датчиков и увеличения области применения ультразвуковых сканеров при различных медицинских обследованиях используют ультразвуковые гели и другие жидкости. В ультразвуковой диагностике применяются различные конструкции датчиков: представляющие собой диски с одним элементом, а также объединяющие несколько элементов, расположенных по окружности или вдоль длины датчика, производящие различные форматы изображения, которые необходимы или предпочтительны при проведении исследования различных органов.

В основном используются пять типов датчиков: аннулярные, линейные, механические секторные, конвексные, датчики с фазированным сканированием, различающиеся по методу формирования ультразвуковых колебаний; методу излучения; создаваемому ими формату изображения на экране монитора (см. рис. 3).

В диагностических целях обычно используют датчики с частотами: 3,0 МГц, 3,5 МГц, 5,0 МГц, 6,5 МГц, 7,5 МГц. Кроме того, в последние годы на рынке ультразвуковой техники появились приборы, оснащенные высокочастотными датчиками 10–20 МГц. Применение датчиков в зависимости от области исследования: 1) 3,0 МГц (конвексные и секторные) используются в кардиологии;

2) 3,5 МГц (конвексные и секторные) – в абдоминальной диагностике и исследованиях органов малого таза;

3) 5,0 МГц (конвексные и секторные) – в педиатрии;

4) 5,0 МГц с коротким фокусом могут применяться для обследования молочной железы;

5) 6,0–6,5 МГц (конвексные, линейные, секторные, аннулярные) – в полостных датчиках;

6) 7,5 МГц (линейные, датчики с водной насадкой) – при исследовании поверхностно расположенных органов (щитовидной железы, молочных желез, лимфатической системы).

Биофизика ультразвука

С точки зрения физики ультразвука ткани человеческого тела близки по своим свойствам жидкой среде, поэтому давление на них ультразвуковой волны может быть описано как сила, действующая на жидкость.

Изменение давления в среде может происходить перпендикулярно в плоскости вибрации источника ультразвука. В этом случае волну называют продольной. В ультразвуковой диагностике основную информацию несут преимущественно продольные волны. В твердых телах, например, в костях или металлах, возникают поперечные волны.

Звуковые волны являются механическими по своей природе, так как в основе их лежит смещение частиц упругой среды от точки равновесия. Именно за счет упругости и происходит передача звуковой энергии через ткань. Упругость – это возможность объекта после сжатия или растяжения вновь приобретать свой размер и форму. Скорость распространения ультразвука зависит прежде всего от упругости и от плотности ткани. Чем больше плотность материала, тем медленнее должны распространяться в нем (при одинаковой упругости) ультразвуковые волны. Но к этому физическому параметру следует подходить с осторожностью. Скорость звука при прохождении его через разные среды биологического организма может быть различной, в таблице представлены скорости распространения ультразвука в различных средах.

Материал Скорость звука (м*с-1)

Мягкие ткани (в среднем) 1540

Головной мозг 1541

Кости черепа 4080

Для различных типов ультразвуковых исследований применяются разные виды ультразвуковых волн. Наиболее важными параметрами являются частота излучения, диаметр поверхности трандюсера и фокусировка ультразвукового пучка. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используются частоты 1; 1,6; 2,25; 3,5; 5 и 10 МГц.

В аппаратах имеется возможность регилировать излучаемый и принимаемые сигналы, так же имеется возможность усиления изображения эхосигналов.

Лучевая безопасность ультразвукового исследования

Ультразвук широко используется в медицине, хотя в отличие от технической сферы где применяется низкочастотный ультразвук, для которого имеются нормы излучения, в медицине все обстоит гораздо сложнее. С одной стороны, отсутствует возможность провести прямую дозиметрию излучения в рабочем пучке, особенно на глубине; с другой же, — очень трудно учесть рассеяние, поглощение и ослабление ультразвука биологическими тканями. Кроме того, при работе с аппаратами реального масштаба времени практически невозможно учесть и экспозицию, так как длительность озвучивания, а так же его направление и глубина варьируют в широких пределах.

Распространение ультразвука в биологических средах сопровождается механическим, термическим, и физико-химическими эффектами. В результате поглощения ультразвука тканями акустическая энергия превращается в тепловую. Другим видом механического действия является кавитация, которая приводит к разрывам в месте прохождения ультразвуковой волны.

Все эти явления происходят при воздействии на биологические ткани ультразвука высокой интенсивности, и в известных условиях они желательны, например, в физиотерапевтической практике. При диагностике эти эффекты не возникают в результате использования ультразвука небольшой интенсивности – не более 50 мВт*см2. Конструктивно приборы для ультразвуковой медицинской диагностики надежно защищают пациента от возможного вредного воздействия звуковой энергии. Однако в последнее время все чаще появляются работы о неблагоприятном воздействии ультразвукового исследования на пациента. В частности это относится к ультразвуковому исследованию в акушерстве. Уже доказано что ультразвук неблагоприятно воздействует на хромосомы, в частности может приводить к мутациям плода. В некоторых странах, например Япония ультразвуковое исследование беременным проводится только после серьезного обоснования необходимости данного исследования. Несомненно воздействие ультразвука на самого врача, который длительное время находится под воздействием ультразвука. Имеются сообщения что со временем поражаются кисть руки которой врач держит датчик.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector