Princíp ultrazvuku

Pokiaľ ide o údržbu, opravu alebo prácu na ultrazvukovom zariadení, je predovšetkým potrebné pochopiť fyzikálne základy procesov, s ktorými sa budeme musieť zaoberať. Samozrejme, ako v každom prípade, existuje toľko nuansy a jemností, ale odporúčame, aby ste najprv zvážili podstatu procesu. V tomto článku sa dotkneme nasledujúcich otázok:

1. Čo je to ultrazvuk, aké sú jeho vlastnosti a parametre
2. Tvorba ultrazvuku v modernej technológii na báze piezokeramík
3. Princípy ultrazvuku: reťazec premeny elektrickej energie na ultrazvukovú energiu a naopak.
4. Základy tvorby obrazu na displeji ultrazvukového prístroja.

Pozrite sa na naše video o tom, ako funguje ultrazvuk

Našou hlavnou úlohou je pochopiť, čo je to ultrazvuk a aké sú jeho vlastnosti v modernom lekárskom výskume.

O zvuku.

Vieme, že frekvencie od 16 Hz do 18 000 Hz, ktoré je človek schopný vnímať, sú bežne nazývané zvuk. Na svete je však aj mnoho zvukov, ktoré nemôžeme počuť, pretože sú pod alebo nad rozsahom frekvencií, ktoré sú pre nás k dispozícii: sú to infra a ultra zvuk, resp.

Zvuk má vlnovú povahu, to znamená, že všetky zvuky existujúce v našom vesmíre sú vlny, ako v iných prípadoch mnohé iné prírodné javy.

Z fyzického hľadiska je vlna excitáciou média, ktoré sa šíri prenosom energie, ale bez prenosu hmoty. Inými slovami, vlny predstavujú priestorovú zmenu maxima a minima akejkoľvek fyzikálnej veličiny, napríklad hustotu látky alebo jej teplotu.

Parametre vĺn (vrátane zvuku) je možné charakterizovať prostredníctvom ich dĺžky, frekvencie, amplitúdy a periódy oscilácií.

Podrobnejšie zvážte parametre vlny:

Maximá a minimá fyzickej veličiny môžu byť podmienečne reprezentované ako hrebene a žľaby vlny.

Vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi týmito hrebeňmi alebo medzi priehlbinami. Preto čím bližšie sú hrebene k sebe - tým kratšia je vlnová dĺžka a čím vyššia je jej frekvencia, tým väčšia je vzdialenosť od seba - čím vyššia je vlnová dĺžka a naopak - tým nižšia je jej frekvencia.

Ďalším dôležitým parametrom je amplitúda kmitania alebo stupeň odchýlky fyzikálnej veličiny od jej priemernej hodnoty.

Všetky tieto parametre sú navzájom prepojené (pre každý vzťah existuje presný matematický opis vo forme vzorcov, ale nedáme ich tu, pretože našou úlohou je pochopiť základný princíp a vždy ho môžeme opísať z fyzického hľadiska). Každá z charakteristík je dôležitá, ale častejšie budete musieť počuť o frekvencii ultrazvuku.

Má váš ultrazvukový prístroj slabú kvalitu obrazu? Požiadajte inžiniera, aby zavolal priamo na pracovisko a on vykoná bezplatnú diagnostiku a nakonfiguruje ultrazvukový skener

Vysokofrekvenčný zvuk: Ako spôsobiť niekoľko tisíc vibrácií za sekundu

Existuje niekoľko spôsobov, ako získať ultrazvuk, ale najčastejšie technika využíva kryštály piezoelektrických prvkov a piezoelektrický efekt založený na ich aplikácii: povaha piezoelektrických prvkov umožňuje generovať vysokofrekvenčný zvuk pod vplyvom napätia, čím vyššia je frekvencia napätia, tým rýchlejšie (častejšie) kryštál začína vibrovať, vzrušujúci vysokofrekvenčné oscilácie v prostredí.

Akonáhle sa v oblasti vysokofrekvenčných zvukových vibrácií, piezocrystal, naopak, začne vyrábať elektrinu. Zahrnutím takéhoto kryštálu do elektrického obvodu a určitým spôsobom, spracovaním signálov z neho získaných, môžeme vytvoriť obraz na displeji ultrazvukového prístroja.

Aby sa však tento proces stal možným, je potrebné mať drahé a komplikované vybavenie.

Napriek desiatkam a dokonca stovkám vzájomne prepojených komponentov ultrazvukového skenera možno skener rozdeliť na niekoľko hlavných blokov, ktoré sa podieľajú na premene a prenose rôznych druhov energie.

Všetko začína zdrojom energie schopným udržiavať vysoké napätie vopred určených hodnôt. Potom sa cez množstvo pomocných jednotiek a pod neustálym riadením špeciálneho softvéru prenáša signál do senzora, ktorého hlavným prvkom je piezokryštalická hlava. Premieňa elektrickú energiu na ultrazvukovú energiu.

Prostredníctvom akustickej šošovky zo špeciálnych materiálov a zodpovedajúceho gélu vstupuje ultrazvuková vlna do tela pacienta.

Podobne ako každá vlna, aj ultrazvuk má tendenciu odrážať sa od povrchu, s ktorým sa stretáva.

Ďalej vlna prechádza reverznou cestou cez rôzne tkanivá ľudského tela, akustický gél a šošovka dopadajú na piezokryštalickú mriežku senzora, ktorá premieňa energiu akustickej vlny na elektrickú energiu.

Prijatím a správnym výkladom signálov zo senzora môžeme simulovať objekty, ktoré sú v rôznych hĺbkach a sú pre ľudské oko neprístupné.

Princíp konštrukcie obrazu založený na ultrazvukových skenovacích dátach

Presne zvážte, ako nám získané informácie pomáhajú pri budovaní obrazu na ultrazvukovom skeneri. Základom tohto princípu je odlišná akustická impedancia alebo odolnosť plynných, kvapalných a pevných médií.

Inými slovami, kosti, mäkké tkanivá a tekutiny nášho tela prenášajú a odrážajú ultrazvuk v rôznej miere, čiastočne ho absorbujú a rozptyľujú.

Celý výskumný proces možno rozdeliť na mikroperiódy a iba malá časť každého obdobia prenáša senzor. Zvyšok času sa čaká na odpoveď. Zároveň je čas medzi prenosom a príjmom signálu priamo prenesený do vzdialenosti od senzora k „videnému“ objektu.

Informácie o vzdialenosti od každého bodu nám pomáhajú pri budovaní modelu študovaného objektu a používajú sa aj pri meraniach potrebných pre ultrazvukovú diagnostiku. Údaje sú farebne kódované - výsledkom je obraz, ktorý potrebujeme na obrazovke ultrazvuku.

Najčastejšie je to čierno-biely formát, pretože sa verí, že na odtiene sivej sú naše oči citlivejšie as väčšou presnosťou. uvidia rozdiel v čítaní, hoci v moderných zariadeniach používajú farebnú reprezentáciu, napríklad na štúdium rýchlosti prietoku krvi a dokonca aj na zvukovú prezentáciu údajov. Ten spolu s video sekvenciou v Dopplerových režimoch pomáha presnejšie diagnostikovať a slúži ako ďalší zdroj informácií.

Ale späť k konštrukcii najjednoduchšieho obrazu a podrobnejšie zvážme tri prípady:

Príklady najjednoduchších obrázkov budú študované na základe režimu B. Vizualizácia kostného tkaniva a iných pevných útvarov sa skladá zo svetlých plôch (hlavne bielych), pretože zvuk najlepšie odráža pevné povrchy a vracia sa takmer úplne do senzora.

Ako príklad môžeme jasne vidieť biele oblasti - kamene v obličkách pacienta.

Vizualizácia tekutín alebo dutín je znázornená čiernymi plochami v obraze, pretože zvuk bez prekážok prechádza ďalej do tela pacienta a nedostávame žiadnu odozvu.

Mäkké tkanivá, ako je štruktúra samotnej obličky, budú reprezentované oblasťami s rôznymi stupňami šedej. Presnosť diagnózy a zdravia pacienta bude závisieť vo veľkej miere od kvality vizualizácie takýchto objektov.

Takže dnes sme sa dozvedeli o tom, čo je ultrazvuk a ako sa používa v ultrazvukových skeneroch na štúdium orgánov ľudského tela.

Ak má váš ultrazvukový prístroj zlú kvalitu obrazu, kontaktujte naše servisné stredisko. Inžinieri ERSPlus s veľkými skúsenosťami a vysokou kvalifikáciou sú vždy pripravení vám pomôcť.

Princíp činnosti ultrazvukového stroja

Ultrazvukové vyšetrenie (ultrazvuk) je neinvazívna diagnostická procedúra, ktorá využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny na získanie obrazu vnútorných orgánov tela. Tento článok poskytuje informácie o tom, ako pracuje ultrazvukové zariadenie.

Termín „ultrazvuk“ označuje frekvenciu, ktorá je nad rozsahom ľudského sluchu. Ultrazvuk, ktorý je známy aj ako diagnostická lekárska sonografia, nie je invazívnym zobrazovacím postupom, ktorý zahŕňa použitie vysokofrekvenčných zvukových vĺn na diagnostiku, ako aj na terapeutické účely. Považuje sa za bezpečnejší ako röntgenové žiarenie a CT, pretože nezahŕňa použitie ionizujúceho žiarenia.

Ultrazvukové stroje

Ultrazvukový prístroj je počítačovo integrovaný diagnostický nástroj, ktorý sa skladá z vysielača, procesora, monitora, klávesnice s ovládacími tlačidlami, úložného zariadenia a tlačiarne. Jeho komponenty spolu vytvárajú obraz vnútorných orgánov.

Ultrazvuková vizualizácia a reverzný piezoelektrický efekt

Piezoelektrické kryštály sú kryštály, ktoré vytvárajú náboj, keď sú vystavené mechanickému namáhaniu. Premena mechanickej energie na elektrickú energiu sa nazýva piezoelektrický efekt. Kremeň, titaničitan bárnatý, niobát olovnatý, titanát olovnatý zirkoničitan a iné sú niektoré z piezoelektrických materiálov. V prípade ultrazvuku sa vytvárajú pulzné ultrazvukové vlny pomocou piezoelektrických kryštálov, ktoré sú umiestnené v ručnej sonde, nazývanej senzor. Keď je elektrický prúd aplikovaný na piezoelektrický kryštál, spôsobuje mechanické namáhanie. Toto sa nazýva inverzný piezoelektrický efekt. Tento reverzný piezoelektrický efekt produkuje ultrazvukové vlny.

Keď sa na tieto kryštály aplikuje elektrický prúd, vedie to k rýchlej zmene tvaru. To spôsobuje, že kryštály produkujú zvukové vlny, ktoré sa šíria smerom von. Keď sa tieto zvukové vlny vrátia a zasiahnu kryštály, vydávajú elektrický prúd.

Frekvencia použitá pre ultrazvuk je v rozsahu 2 - 15 MHz. Existuje inverzný vzťah medzi vlnovou dĺžkou a frekvenciou ultrazvukových vĺn. Vysokofrekvenčné ultrazvukové vlny majú krátku vlnovú dĺžku a ultrazvukové vlny s nízkou frekvenciou majú veľkú vlnovú dĺžku. Vysoké frekvencie sa používajú na skenovanie orgánov alebo tkanív, ktoré sú blízko povrchu. Vysokofrekvenčné vlny poskytujú obraz s vysokým rozlíšením. Hoci nízke čiastkové vlny môžu preniknúť hlbšími štruktúrami, poskytujú obraz s nízkym rozlíšením.

Ultrazvukové komponenty

V súčasnosti sú ultrazvukové prístroje ľahko dostupné a široko používané na diagnostické účely. Pozrime sa, ako sa vytvárajú ultrazvukové vlny a vysielajú sa cez tieto stroje.

Centrálna procesorová jednotka (CPU)

Procesor obsahuje napájací zdroj pre konvertor, ako aj mikroprocesor, ktorý odkazuje na sadu vodičov spájajúcich procesor so zvyškom počítača. Jeho úlohou je získavať údaje a poskytovať výstupy spracovaním údajov v súlade s trasou. Pri ultrazvuku procesor vyšle do senzora elektrický prúd a spracováva informácie prenášané procesorom v 2D alebo 3D obraze. Tieto obrázky je možné vidieť na monitore.

senzor

Snímač je súčasťou ultrazvukového skenovania. Termín „prevodník“ je zariadenie, ktoré transformuje energiu z jednej formy na druhú. Toto zariadenie funguje ako vysielač aj prijímač. Počas ultrazvuku aplikujte gél v špecifickej časti tela, aby sa zabránilo skresleniu zvukových vĺn. Sonda sa pohybuje touto časťou tela tam a späť. Použitie elektrického prúdu v kryštáloch v meniči vedie k tvorbe ultrazvukových vĺn. Odraz ultrazvukovej vlny sa vyskytuje na hranici rôznych typov tkaniva. Snímač premieňa ozveny mechanickej energie alebo ultrazvukové vlny, ktoré sa odrážajú od cieľového orgánu alebo tkaniva, na elektrický prúd. Procesor potom spracováva informácie o poli a amplitúde zvuku a čas strávený ultrazvukovými vlnami, ktoré sa odrážajú na senzore, aby vytvorili 2D alebo 3D obrazy vnútorných orgánov.

Ostatné komponenty

➞ Technik Sonogram môže pomocou klávesnice pridávať poznámky a merať obrázky. Snímač pulznej regulácie možno použiť na zmenu trvania a frekvencie ultrazvukových impulzov alebo na zmenu režimu skenovania.

Processed Spracované údaje z procesora sa konvertujú na obrázok, ktorý je možné vidieť na monitore.

Processed Spracované údaje a / alebo obrázky možno uložiť na pevný disk spolu so zdravotnými záznamami pacienta.

➞ Ultrazvukový technik môže tiež vybrať obrázok, ktorý možno vytlačiť pomocou termálnej tlačiarne pripojenej k ultrazvuku.

Ultrazvuk má rôzne aplikácie v diagnostike, ale stal sa nevyhnutným pre analýzu vývoja plodu. Zatiaľ čo bežný ultrazvuk poskytuje dvojrozmerný obraz pre trojrozmernú ľudskú anatómiu, teraz môžete vytvárať 3D a 4D obrazy. Kým 3D skenovanie fotografií embrya sa vykonáva v troch dimenziách, pohyblivé trojrozmerné obrazy embrya sa nazývajú 4D skenovanie. Hoci vedľajšie účinky nesúviseli s použitím ultrazvuku, vyjadrili sa obavy z možnej súvislosti medzi zneužívaním ultrazvuku a tepelnými účinkami ultrazvukových vĺn. Napríklad, ak sonda zostane na jednom mieste po dlhú dobu, môže to viesť k zvýšeniu teploty na tomto mieste. Na zníženie týchto rizík je nevyhnutné, aby ultrazvukový prístroj používal skúsený technik.

Ultrazvuk pečene: informatívna a neinvazívna diagnostická metóda

Na ktorých fyzikálnych zákonoch je ultrazvuková metóda založená na:

1. O fenoméne absorpcie a reflexie z rôznych médií ultrazvukových vĺn. Takéto vlny vznikajú v dôsledku piezoelektrického efektu.
2. Hlavný fyzikálny princíp činnosti ultrazvukového stroja je nasledovný.
3. Každá vlna je určená množinou fyzikálnych charakteristík.
4. Majú periódu, fázu, dĺžku, frekvenciu a rýchlosť šírenia.

Princíp činnosti

Už ste niekedy venovali pozornosť tomu, že lžička, umiestnená v pohári vody, na časti dvoch médií (voda a vzduch), ako to bolo, je lámaná? Je to dôsledok skutočnosti, že svetelná vlna sa pri pohybe zo vzduchu do vody čiastočne odráža a zvyšok sa naďalej šíri vo vode, ale s rôznymi parametrami (frekvencia, dĺžka atď.).

Odtiaľ je vizuálny efekt prestávky na lyžicu. S ultrazvukovou vlnou sa podobná situácia vyskytuje počas prechodu z jedného média na druhé. Rôzne prostredia živého organizmu majú odlišnú akustickú hustotu (rezistenciu), t.j. absorpčný koeficient sa mení. Ultrazvuková vlna sa čiastočne odráža a čiastočne absorbuje, keď robí prechod z jedného média na druhé.

Každé médium má vlastný index akustickej odolnosti, ako aj:

1. Ak je v prvom prostredí tento indikátor malý, v druhom je veľký, potom bude rozdiel veľký.
2. Rozdiel medzi indikátormi priamo ovplyvňuje koeficient odrazu.
3. Čím väčší je tento rozdiel, tým väčšia časť vlny sa odráža.
4. V dôsledku toho bude silnejší odrazený signál. Tak, takmer maximálny rozdiel v akustickej odolnosti vzduchu a suchej kože, vlny.

V tomto prípade sa odrazí 99,999% ultrazvukovej vlny. To je dôvod, prečo je koža pred ultrazvukom potretá gélom, v ktorom je koeficient akustickej absorpcie výrazne nižší ako kožu. Gél teda slúži ako prechodné médium. Monitor ultrazvukového prístroja zaznamenáva odraz vo forme tmavých a svetlých plôch. Čím väčší je odraz, tým je oblasť jasnejšia. A naopak.

To je základný princíp. Každý orgán v tele zvierat a ľudí má svoj vlastný koeficient akustickej absorpcie. Okrem toho sa v tomto indikátore odlišujú rôzne zóny v tele. Počas mnohých rokov výskumu boli identifikované normálne koeficienty akustickej rezistencie pre každý orgán.

Anatomická poloha pankreasu robí väčšinu ne-inštrumentálnych vyšetrovacích techník používaných pre iné orgány abdominálnej dutiny neúčinné proti nemu. Môžete sa naučiť, ako vykonávať ultrazvuk pankreasu a čo pacient potrebuje urobiť pred diagnostikovaním.

Zvýšené zosvetlenie alebo stmavnutie tela môže hovoriť o akýchkoľvek patológiách. Môžete tiež posúdiť veľkosť tela. Čiernobiele zóny sa na monitore vytvárajú v reálnom čase obrazom orgánu. Napríklad ľudia, ktorí majú problémy s alkoholom, pečeň je takmer vždy zväčšená. Diabetici majú difúzne zmeny v štruktúre pankreasu.

Koeficient odrazu závisí nielen od vlastností prostredia. Záleží tiež na uhle, v ktorom vlna vstupuje do média a na frekvencii samotnej vlny. Pri kolmom uhle dopadu bude odraz maximálny. Rovnako ako zvýšenie frekvencie vlny vedie k zvýšeniu koeficientu odrazu.

Dopplerov jav

Zvýšenie koeficientu odrazu je vhodné na skúmanie povrchových štruktúr. Jedná sa o kožné integumenty, šľachy, štítnu žľazu, cievy. Zvláštne miesto v ultrazvukovom Dopplerovom účinku. Spočíva v tom, že ak sa skúmaný objekt a / alebo prijímač odrazených signálov pohybujú, potom sa mení frekvencia odrazených ultrazvukových vĺn.

Okrem toho zvýšenie alebo zníženie frekvencie závisí od rýchlosti pohybu predmetov, ktoré sú predmetom monitorovania ultrazvukom:

• Ak sa predmet, ktorý je predmetom štúdie, pohybuje v smere snímača, potom sa frekvencia zvyšuje.
• A ak od neho, potom klesá.

Dopplerov efekt umožňuje študovať a skúmať pohybujúce sa biologické štruktúry. V prvom rade je to srdce. Dopplerov efekt tiež umožňuje študovať pohyb plodu, kontrakcie maternice a veľkých krvných ciev.

Niekedy sa Dopplerov efekt používa v lebečných operáciách. Najmä s tými, ktoré súvisia s odstraňovaním následkov zranení:

Ultrazvukový prístroj obsahuje nasledujúce komponenty. Jedná sa o generátor ultrazvukových vĺn, senzor, elektronické spracovanie plnenia a monitor. Plus špeciálny gél. Generátor pracuje v režime od 800 do 1200 impulzov za sekundu.

Generovanie ultrazvukových vĺn je založené na skutočnosti, že piezoelementy (zvyčajne jednotlivé kryštály) vytvárajú elektrický náboj na svojom povrchu za mechanického pôsobenia. Ak sa cez nabitý kryštál zavádza striedavý prúd, vznikajú mechanické kmity, ktoré produkujú ultrazvukové vlny. Tiež náboj na povrchu monokryštálov môže tiež nastať v dôsledku priechodu odrazených ultrazvukových vĺn.

Typy ultrazvukových snímačov a rozsah

Tento princíp je založený na činnosti snímača alebo snímača. Kremeň sa používa ako monokryštály. Oveľa menej titánanu bárnatého. Senzory v ultrazvukových strojoch sú troch typov:

Predtým existovala klasifikácia, ktorá rozdelila senzory na dva typy podľa princípu generovania vĺn. V prvej sa vykonala mechanicky av druhej - pomocou elektroniky. V zariadeniach s mechanickými senzormi sa vlnový emitor vždy pohybuje (skrútený alebo otočný).

Kvôli tomu sa ozývali zvuky a vibrácie a rozlíšenie zostalo veľmi žiaduce. Teraz sa používajú iba elektronické senzory, takže táto klasifikácia bola zrušená. Lineárne snímače. Navonok sú najširšie a najdlhšie. Pretože v reálnom čase vydávajú presný obraz skúmaného orgánu. Zároveň je potrebné, aby bol snímač na sledovanie bioobjektu presne nad ním.

Pečeň je jedným z najväčších orgánov brušnej dutiny, ktorá vykonáva mnoho rôznych životne dôležitých funkcií tela. Môžete sa naučiť, ako sa pripraviť na diagnostiku pečene pomocou ultrazvukového vyšetrenia a ako rozlúštiť výsledky.

Snímače tohto typu využívajú frekvenciu od 5 do 15 MHz. Vysoká frekvencia poskytuje vysoké rozlíšenie, ale hĺbka prenikania vĺn je malá - až 9 cm.Tieto snímače skúmajú štítnu žľazu, prsné žľazy, cievy, šľachy. Konvexné senzory pracujú vo frekvenčnom rozsahu od 1,8 do 7,5 MHz. Fyzicky je senzor menší. Nízka frekvencia umožňuje skúmať orgány nachádzajúce sa v hĺbke 25 cm a pri kontrole brušných orgánov, abdominálneho, močového systému sa uchytávajú strednofrekvenčné prístroje.

Je tu jeden moment. Obraz zobrazený na monitore je o niekoľko centimetrov širší ako senzor. Odborník je povinný túto chybu zapamätať. Nakoniec sú pie senzory najmenšie. A pracovať s najnižšou frekvenciou - od 1,5 do 5 MHz. Tu je rozdiel medzi zobrazeným obrazom a senzorom ešte väčší. Zvyčajne sa toto zariadenie používa na štúdium malých oblastí hlbokých zón. Najčastejšie sa používa ultrazvuk srdca.

Ultrazvuk v praxi

Ultrazvuk sa používa na vyšetrenie prakticky všetkých orgánov v tele človeka a zvierat. Napríklad, ultrazvuk pečene vám umožní urobiť niekoľko dôležitých lekárskych správ na základe údajov, ktoré budú získané počas tejto štúdie. Zahŕňajú všetky základné parametre:

• veľkosť;
• obrysy;
• homogénnosť štruktúry;
• difúzne zmeny;
• stav prietoku krvi.

U ľudí, ktorí zneužívajú alkohol a mastné jedlá, sa pečeň zväčšuje v 9 prípadoch z 10. Kontúry nie sú jasné, pozorujú sa difúzne zmeny, je narušená homogenita (v dôsledku odumretých hepatocytov a tukového tkaniva). S cirhózou v pečeni sú rozsiahle oblasti so zmenenou echogenitou. Ultrazvuk sa vykonáva v troch režimoch.

Režimy A a M poskytujú jednorozmerné obrazy. Režim B je však dvojrozmerný obraz v reálnom čase, ktorý umožňuje vyhodnotiť morfológiu orgánu. Postup ultrazvukového skenovania je 100% bezpečný. Obaja svetovej vedeckej komunity a domácich.

Lekárske združenia na celom svete neidentifikovali jediný prípad, v ktorom by ultrazvuk spôsobil telu aspoň nejakú ujmu. Z tohto dôvodu sa ultrazvuk aktívne používa pri perinatálnej diagnostike. Pomocou ultrazvuku sledujte vývoj plodu. To vám umožní identifikovať rôzne patológie tehotenstva v ranom štádiu.

O technickej stránke ultrazvuku sa môžete dozvedieť aj sledovaním tohto videa.

Princíp činnosti ultrazvukového stroja

Princíp ultrazvuku je založený na piezoelektrickom účinku. Zakaždým, keď sa ultrazvuková vlna stretne s pevným povrchom, je buď absorbovaná alebo odpudzovaná. Ultrazvuk môže ľahko preniknúť do pokožky a tekutiny, čo jej použitie v modernej medicíne tak bežné.

Ako ultrazvukový skener

Frekvencia ultrazvuku potrebná na lekárske zobrazovanie je v rozsahu 1–20 MHz. Tieto vibrácie sa získavajú pomocou piezoelektrických materiálov. Keď je elektrické pole umiestnené cez rezy, rozširuje sa alebo sa sťahuje. Keď sa odrazí, signál sa vráti, čo spôsobí striedavé elektrické pole, ktoré spôsobuje, že kryštál vibruje.

Na dosiahnutie piezoelektrického efektu v ultrazvukových skeneroch sa používajú špeciálne prvky z kremeňa, zirkoničitanu titaničitého alebo bária. Ich hrúbka sa volí tak, aby poskytovala lepšiu rezonanciu. Na hranici dvoch médií sa zvuk prenáša alebo odráža, závisí od toho, aké sú rôzne tkanivá, ktoré majú spoločnú hranicu. Čím väčší je rozdiel, tým silnejší bude signál.

Hodnoty odporu sú uvedené nižšie:

Ako je možné vidieť z tabuľky, úroveň odporu vzduchu a vody je odlišná, takže aby sa získal kontrastnejší obraz, pokožka pacienta sa rozmazáva špeciálnym gélom, v ktorom sa vzduchové bubliny nemôžu tvoriť.

Výsledný elektrický signál sa zosilní a spracuje. Ultrazvuk sa teda odráža od prekážky. Zvyčajne existujú dva kryštály - prenášajúce a prijímajúce, oba sú zabudované do generátora, čo je zariadenie, ktoré prevádza elektrickú energiu.

Obraz sa prenáša na obrazovku zariadenia vo forme plátkov, maľovaných vo forme čierno-bielej stupnice s veľkosťou 64 odtieňov. Súčasne sú echopozitívne oblasti tmavé a oblasti s negatívnym odrazom sú biele. Počas spätnej registrácie sa môžu odtiene obrazu líšiť.

V dôsledku malého rozdielu v hladine rezistencie majú tkanivá, ako je sval a tuk, podobnú rezistenciu. Preto pri skúmaní časť lúča „prechádza“ do ďalšej vrstvy a odráža sa len malá časť. V praxi to však nie je problém, pretože rozdiel v pomere 1-2% vám umožňuje získať jasný obraz.

Výhody a nevýhody ultrazvuku

Táto diagnostická metóda má mnoho pozitívnych aspektov:

• Je neinvazívny, to znamená, že nevyžaduje porušovanie integrity orgánov a tkanív a zavádzanie zariadenia do organizmu. To dáva výhody ultrazvuku v porovnaní s optickou optickou endoskopiou alebo hardwarovou laparoskopiou;
• Ultrazvukové techniky sú relatívne lacné, rýchle a pohodlné v porovnaní s drahou MRI;
• Ultrazvukové vlny nie sú škodlivé pre telo, ako napríklad röntgenové žiarenie, takže tento typ diagnózy môže byť podávaný tehotným ženám a deťom. Ultrazvuk môže byť vykonávaný neobmedzene bez poškodenia ľudského tela;
• Ultrazvuková diagnóza je skvelá pre vizualizáciu mäkkých tkanív, srdca, pečene, obličiek a ďalších vnútorných orgánov.

• Hlavnou nevýhodou tejto diagnózy je, že kvalita obrazu je niekedy horšia ako definícia MR, CT a X-ray, ale moderné zariadenia tento rozdiel stále viac eliminujú. Ak pôjdete na kliniku, ktorá má moderné vybavenie, ako napríklad Rainbow, budete vyšetrení pomocou najmodernejších technológií;
• Ultrazvukový signál sa veľmi silno odráža na rozhraní tkaniva a plynu. To znamená, že takéto vyšetrenie nie je vhodné na štúdium pľúc;
• Vzhľadom na vysokú odolnosť kostného tkaniva nie je ultrazvuk vhodný na diagnostiku zlomenín a pri štúdiu mozgu je preferovaná možnosť MRI.

V súčasnej dobe sa Dopplerova technika rozšírila, čo ďalej rozširuje možnosti ultrazvukovej diagnostiky. Umožňuje štúdium pohyblivých tkanív.

Naši lekári ultrazvuk

Erhan Karolina Pavlovna - ultrazvuk lekára (ultrazvuk, lekár najvyššej kategórie)
Uvarova Elena Anatolyevna - pôrodníčka gynekológka, ultrazvuk (US)

Princíp ultrazvukového stroja. Ultrazvukový senzor

Pod ultrazvukom rozumieme zvukové vlny, ktorých frekvencia je mimo rozsahu frekvencií vnímaných ľudským uchom.

Objav ultrazvuku siaha až k pozorovaniu letu netopierov. Vedci, zaslepujúci netopiere, zistili, že tieto zvieratá nestrácajú svoju orientáciu počas letu a môžu sa vyhnúť prekážkam. Po tom, čo si zakryli aj uši, sa roztrhla orientácia v priestore netopierov a narazili na prekážky. To viedlo k záveru, že netopiere v tme sú vedené zvukovými vlnami, ktoré nie sú zachytené ľudským uchom. Tieto pozorovania boli urobené už v XVII storočí, zároveň bol navrhnutý termín "ultrazvuk". Bat pre orientáciu v priestore vyžaruje krátke pulzy ultrazvukových vĺn. Tieto impulzy, odrazené od prekážok, sú po určitom čase vnímané uchom netopiera (fenomén ozveny). V čase, ktorý prechádza od momentu vyžarovania ultrazvukového impulzu do vnímania odrazeného signálu, zviera určí vzdialenosť k objektu. Okrem toho netopier môže tiež určiť smer, ktorým sa vracia signál ozveny, lokalizáciu objektu v priestore. Vysiela ultrazvukové vlny a potom vníma odrazený obraz okolitého priestoru.

Princíp umiestnenia ultrazvuku spočíva v prevádzke mnohých technických zariadení. Podľa takzvaného princípu pulzného ozvenu funguje sonar, ktorý určuje polohu nádoby vzhľadom na húfy rýb alebo morského dna (ozvena ozveny), ako aj ultrazvukové diagnostické zariadenia používané v medicíne: zariadenie vyžaruje ultrazvukové vlny, potom vníma odrazené signály a čas, ktorý uplynie od okamihu žiarenia do okamihu vnímania signálu ozveny, určuje priestorovú polohu odrazovej štruktúry.

Čo sú zvukové vlny?

Zvukové vlny sú mechanické vibrácie, ktoré sa šíria v priestore ako vlny, ktoré sa vyskytujú po vrhnutí kameňa do vody. Šírenie zvukových vĺn do veľkej miery závisí od látky, v ktorej sa šíria. To sa vysvetľuje skutočnosťou, že zvukové vlny sa vyskytujú len vtedy, keď častice hmoty oscilujú.

Keďže zvuk sa môže šíriť iba z materiálnych objektov, vo vákuu sa nevytvára zvuk (pri skúškach sa často kladie otázka „spätné zasypávanie“: ako sa zvuk šíri vo vákuu?).

Zvuk v prostredí sa môže šíriť v pozdĺžnom aj priečnom smere. Ultrazvukové vlny v kvapalinách a plynoch sú pozdĺžne, pretože jednotlivé častice média oscilujú pozdĺž smeru šírenia zvukovej vlny. Ak rovina, v ktorej častice média oscilujú, je umiestnená v pravom uhle k smeru šírenia vĺn, ako napríklad v prípade morských vĺn (oscilácie častíc vo vertikálnom smere a šírenie vĺn v horizontálnej rovine), hovoria o priečnych vlnách. Takéto vlny sú tiež pozorované v tuhých látkach (napríklad v kostiach). V mäkkých tkanivách sa ultrazvuk šíri hlavne vo forme pozdĺžnych vĺn.

Keď sú jednotlivé častice pozdĺžnej vlny posunuté smerom k sebe, ich hustota, a teda tlak v substancii média na tomto mieste sa zvyšuje. Ak sa častice od seba odlišujú, lokálna hustota látky a tlak v tomto mieste sa znižujú. Ultrazvuková vlna vytvára zónu s nízkym a vysokým tlakom. Pri prechode ultrazvukovej vlny cez tkanivo sa tento tlak veľmi rýchlo mení v mieste média. Aby sa odlíšil tlak vytváraný ultrazvukovou vlnou od konštantného tlaku média, nazýva sa tiež premenlivý alebo akustický tlak.

Parametre zvukovej vlny

Parametre zvukovej vlny zahŕňajú:

Amplitúda (A), napríklad maximálny akustický tlak („výška vlny“).

Frekvencia (v), t.j. počet oscilácií za 1 s. Jednotka frekvencie je Hertz (Hz). V diagnostických prístrojoch používaných v medicíne používajte frekvenčný rozsah od 1 do 50 MG c (1 MHz = 106 Hz, zvyčajne v rozsahu 2,5-15 MHz).

Vlnová dĺžka (λ), t.j. vzdialenosť od susedného hrebeňa vlny (presnejšie, minimálna vzdialenosť medzi bodmi s rovnakou fázou).

Rýchlosť šírenia alebo rýchlosť zvuku (-ov). Záleží na médiu, v ktorom sa šíri zvuková vlna, ako aj na frekvencii.

Tlak a teplota majú významný účinok, ale vo fyziologickom teplotnom rozsahu sa tento účinok môže zanedbať. Pre každodennú prácu je užitočné si uvedomiť, že čím hustejšie prostredie, tým väčšia rýchlosť zvuku v ňom.

Rýchlosť zvuku v mäkkých tkanivách je asi 1500 m / s a ​​zvyšuje sa so zvyšujúcou sa hustotou tkaniva.

Tento vzorec je kľúčový pre lekársku echografiu. S jeho pomocou je možné vypočítať vlnovú dĺžku λ ultrazvuku, ktorá umožňuje určiť minimálnu veľkosť anatomických štruktúr, ktoré sú stále viditeľné ultrazvukom. Tieto anatomické štruktúry, ktorých veľkosť je menšia ako dĺžka ultrazvukovej vlny, s ultrazvukom sú nerozoznateľné.

Vlnová dĺžka umožňuje získať pomerne hrubý obraz a nie je vhodný na vyhodnotenie malých štruktúr. Čím vyššia je ultrazvuková frekvencia, tým menšia je vlnová dĺžka a veľkosť anatomických štruktúr, ktoré sa ešte dajú rozlíšiť.

Možnosť detailovania sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvuku. To znižuje hĺbku prenikania ultrazvuku do tkaniva, t.j. jeho prenikajúca schopnosť sa znižuje. S rastúcou frekvenciou ultrazvuku sa teda znižuje dostupná hĺbka výskumu tkaniva.

Vlnová dĺžka ultrazvuku použitého v echografii na štúdium tkanív sa pohybuje od 0,1 do 1 mm. Menšie anatomické štruktúry nie je možné identifikovať.

Ako získať ultrazvuk?

Piezoelektrický efekt

Výroba ultrazvuku používaného v lekárskej diagnostike je založená na piezoelektrickom účinku - schopnosti kryštálov a keramiky deformovať pôsobením pôsobiaceho napätia. Pri pôsobení striedavého napätia sa periodicky deformujú kryštály a keramika, t.j. vznikajú mechanické vibrácie a vytvárajú sa ultrazvukové vlny. Piezoelektrický efekt je reverzibilný: ultrazvukové vlny spôsobujú deformáciu piezoelektrického kryštálu, ktorý je sprevádzaný výskytom merateľného elektrického napätia. Piezoelektrické materiály teda slúžia ako generátory ultrazvukových vĺn a ich prijímače.

Keď sa objaví ultrazvuková vlna, šíri sa v spojovacom médiu. "Pripojenie" znamená, že medzi ultrazvukovým generátorom a prostredím, v ktorom je distribuovaný, je veľmi dobrá vodivosť zvuku. Na tento účel sa zvyčajne používa štandardný ultrazvukový gél.

Na uľahčenie prechodu ultrazvukových vĺn z tuhej keramiky piezoelektrického prvku do mäkkých tkanív je potiahnutý špeciálnym ultrazvukovým gélom.

Pri čistení ultrazvukového senzora je potrebná opatrnosť! Zodpovedajúca vrstva vo väčšine ultrazvukových senzorov sa zhoršuje pri opätovnom spracovaní alkoholom z „hygienických“ dôvodov. Preto pri čistení ultrazvukového senzora je nutné striktne dodržiavať pokyny pripojené k zariadeniu.

Štruktúra ultrazvukového senzora

Generátor ultrazvukových vibrácií sa skladá z piezoelektrického materiálu, väčšinou keramického, na prednej a zadnej strane, kde sú elektrické kontakty. Zodpovedajúca vrstva sa aplikuje na prednú stranu smerom k pacientovi, ktorá je navrhnutá pre optimálny ultrazvuk v tkanive. Na zadnej strane sú piezoelektrické kryštály pokryté vrstvou, ktorá silne absorbuje ultrazvuk, ktorý zabraňuje odrazu ultrazvukových vĺn v rôznych smeroch a obmedzuje pohyblivosť kryštálu. To nám umožňuje zaistiť, aby ultrazvukový snímač vyžaroval čo najkratšie ultrazvukové impulzy. Trvanie impulzu je určujúcim faktorom v axiálnom rozlíšení.

Senzor pre ultrazvuk v b-móde spravidla pozostáva z mnohých malých, vedľa seba susediacich keramických kryštálov, ktoré sú konfigurované individuálne alebo v skupinách.

Ultrazvukový senzor je veľmi citlivý. To je na jednej strane vysvetlené tým, že vo väčšine prípadov obsahuje keramické kryštály, ktoré sú veľmi krehké, na druhej strane tým, že súčasti senzora sú umiestnené veľmi blízko pri sebe a môžu byť posunuté alebo rozbité mechanickým trepaním alebo nárazom. Cena moderného ultrazvukového senzora závisí od typu zariadenia a je približne rovnaká ako cena vozidla strednej triedy.

Pred prepravou ultrazvukového zariadenia bezpečne upevnite ultrazvukový senzor na prístroj a odpojte ho. Senzor sa pri páde ľahko rozbije a aj menšie trasenie môže spôsobiť vážne poškodenie.

V rozsahu frekvencií používaných v lekárskej diagnostike nie je možné získať ostro zaostrený lúč, podobný laseru, s ktorým je možné „sondovať“ tkanivá. Aby sa však dosiahlo optimálne priestorové rozlíšenie, je potrebné usilovať sa čo najviac znížiť priemer ultrazvukového lúča (ako synonymum ultrazvukového lúča sa niekedy používa termín „ultrazvukový lúč“), ktorý zdôrazňuje, že v prípade ultrazvukového poľa ide o priestorovú štruktúru, ktorá má ideálne minimum. priemer).

Čím menší je ultrazvukový lúč, tým lepšie sú detaily anatomických štruktúr viditeľné pomocou ultrazvuku.

Preto je ultrazvuk zameraný čo možno najviac v určitej hĺbke (o niečo hlbšie, ako je študovaná štruktúra), takže ultrazvukový lúč vytvára „pás“. Zameriavajú ultrazvuk buď pomocou „akustických šošoviek“ alebo aplikovaním pulzných signálov na rôzne piezokeramické prvky snímača s rôznymi vzájomnými posunmi v čase. Súčasné zaostrenie na väčšiu hĺbku vyžaduje zvýšenie aktívneho povrchu alebo otvoru ultrazvukového snímača.

Keď je senzor zaostrený, v ultrazvukovom poli sú tri zóny:

Najjasnejší ultrazvukový obraz sa získa, keď sa predmet, ktorý je predmetom štúdie, nachádza v ohniskovej zóne ultrazvukového lúča. Objekt sa nachádza v ohniskovej zóne, keď má ultrazvukový lúč najmenšiu šírku, čo znamená, že jeho rozlíšenie je maximálne.

V blízkosti ultrazvuku

Blízka zóna je priamo susediaca s ultrazvukovým snímačom. Tu sa ultrazvukové vlny emitované povrchom rôznych piezokeramických prvkov navzájom prekrývajú (inými slovami, dochádza k interferencii ultrazvukových vĺn), preto sa vytvára ostro nehomogénne pole. Vysvetlite to jasným príkladom: ak hodíte do vody hrsť kamienkov, potom sa kruhové vlny, ktoré sa od seba líšia, navzájom prekrývajú. V blízkosti miesta, kde padá kamienok, čo zodpovedá blízkej zóne, sú vlny nepravidelné, ale v určitej vzdialenosti sa postupne približujú ku kruhovému tvaru. Skúste aspoň raz tento experiment s deťmi pri chôdzi v blízkosti vody! Výrazná nehomogenita blízkej ultrazvukovej zóny vytvára fuzzy obraz. Samotné homogénne médium v ​​blízkej zóne vyzerá ako striedavé svetlé a tmavé pruhy. Preto je blízka ultrazvuková zóna na hodnotenie obrazu takmer alebo vôbec nevhodná. Tento efekt je najvýraznejší v konvexných a sektorových senzoroch, ktoré emitujú rozbiehavý ultrazvukový lúč; Pre lineárny senzor je najmenej výrazná heterogenita blízkych zón.

Je možné určiť, do akej miery sa blízka ultrazvuková zóna šíri, ak otáčaním gombíka zosilňujete signál a súčasne sledujete ultrazvukové pole v blízkosti snímača. Blízka ultrazvuková zóna môže byť rozpoznaná bielym listom v blízkosti senzora. Skúste porovnať blízku zónu lineárnych a sektorových snímačov.

Pretože blízka ultrazvuková zóna nie je použiteľná pri hodnotení obrazu objektu, počas ultrazvukového vyšetrenia, snažia sa minimalizovať blízku zónu a používať ju rôznymi spôsobmi na jej odstránenie z oblasti, ktorá je predmetom štúdie. To sa môže uskutočniť napríklad výberom optimálnej polohy senzora alebo elektronickým vyrovnaním nerovností ultrazvukového poľa. Ale v praxi je to najjednoduchšie dosiahnuť pomocou takzvaného pufra naplneného vodou, ktorý je umiestnený medzi senzorom a predmetom štúdie. To vám umožňuje zobraziť hluk blízkej zóny z miesta študovaného objektu. Ako tlmivý roztok sa zvyčajne používajú špeciálne dýzy pre jednotlivé snímače alebo univerzálnu gélovú podložku. Namiesto vody sa v súčasnosti používajú silikónové plastové dýzy.

S povrchným usporiadaním študovaných štruktúr môže použitie pufra významne zlepšiť kvalitu ultrazvukového obrazu.

Oblasť zamerania

Ohnisková zóna sa vyznačuje tým, že na jednej strane je priemer (šírka) ultrazvukového lúča tu najmenší a na druhej strane v dôsledku pôsobenia zbernej šošovky je intenzita ultrazvuku najväčšia. To umožňuje vysoké rozlíšenie, t.j. schopnosť jasne rozlíšiť detaily objektu. Anatomická formácia alebo objekt, ktorý sa má skúmať, sa preto musí nachádzať v oblasti zaostrenia.

Ďalšia ultrazvuková oblasť

Vo vzdialenej ultrazvukovej zóne sa ultrazvukový lúč rozbieha. Pretože ultrazvukový lúč je pri prechode cez tkanivo oslabený, intenzita ultrazvuku, najmä jeho vysokofrekvenčnej zložky, sa znižuje. Oba tieto procesy nepriaznivo ovplyvňujú rozlíšenie a tým aj kvalitu ultrazvukového obrazu. Preto v štúdii v ďalekej ultrazvukovej zóne sa stratí čírosť objektu - čím viac je od senzora.

Rozlíšenie zariadenia

Rozlíšenie optického a akustického systému vizuálneho výskumu je určené minimálnou vzdialenosťou, pri ktorej sú dva objekty v obraze vnímané ako samostatné. Rezolúcia je dôležitým kvalitatívnym ukazovateľom charakterizujúcim efektívnosť metódy zobrazovacieho výskumu.

V praxi sa často prehliada, že zvýšenie rozlíšenia je zmysluplné len vtedy, keď sa predmet, ktorý je predmetom štúdie, podstatne líši v jeho akustických vlastnostiach od okolitých tkanív, t.j. má dostatočný kontrast. Zvýšenie rozlíšenia v neprítomnosti dostatočného kontrastu nezlepší diagnostické schopnosti štúdie. Axiálne rozlíšenie (v smere šírenia ultrazvukového lúča) leží v oblasti zdvojenej hodnoty vlnovej dĺžky. Prísne povedané, životnosť jednotlivých vyžarovaných impulzov je rozhodujúca. Stáva sa to o niečo viac ako dve po sebe nasledujúce výkyvy. To znamená, že so snímačom s pracovnou frekvenciou 3,5 MHz by sa mali tkanivové štruktúry 0,5 mm teoreticky vnímať ako samostatné štruktúry. V praxi sa to pozoruje len za podmienky, že štruktúry sú dostatočne kontrastné.

Bočné (laterálne) rozlíšenie závisí od šírky ultrazvukového lúča, ako aj od zaostrenia, a teda od hĺbky vyšetrenia. V tomto ohľade sa rozlíšenie veľmi líši. Najvyššie rozlíšenie je pozorované v ohniskovej zóne a je približne 4-5 vlnových dĺžok. Bočné rozlíšenie je teda 2-3 krát slabšie ako axiálne rozlíšenie. Typickým príkladom je ultrazvuk pankreatického kanála. Lumen kanála môže byť jasne viditeľný iba vtedy, keď je kolmý na smer ultrazvukového lúča. Časti vedenia umiestnené vľavo a vpravo z iného uhla už nie sú viditeľné, pretože axiálne rozlíšenie je silnejšie ako bočné.

Sagitálne rozlíšenie závisí od šírky ultrazvukového lúča v rovine kolmej na skenovaciu rovinu a charakterizuje rozlíšenie v smere kolmom na smer šírenia a následne hrúbku obrazovej vrstvy. Sagitálne rozlíšenie je zvyčajne horšie ako axiálne a laterálne. V inštrukciách pripojených k ultrazvuku sa tento parameter spomína len zriedka. Treba však predpokladať, že sagitálne rozlíšenie nemôže byť lepšie ako laterálne rozlíšenie a že tieto dva parametre sú porovnateľné iba v sagitálnej rovine v ohniskovej zóne. Pri väčšine ultrazvukových snímačov je sagitálne zaostrenie nastavené do určitej hĺbky a nie je jasne vyjadrené. V praxi sa sagitálne zaostrovanie ultrazvukového lúča uskutočňuje použitím zodpovedajúcej vrstvy v senzore ako akustickej šošovky. Variabilné zaostrenie kolmé na rovinu obrazu, teda zmenšenie hrúbky tejto vrstvy je dosiahnuteľné len pomocou matice piezoelementov.

V prípadoch, keď je výskumný pracovník poverený podrobným popisom anatomickej štruktúry, je potrebné ju skúmať v dvoch vzájomne kolmých rovinách, ak to umožňujú anatomické vlastnosti študovanej oblasti. Rozlíšenie sa zároveň znižuje z axiálneho smeru na laterálny az laterálneho na sagitálny.

Typy ultrazvukových snímačov

V závislosti od umiestnenia piezoelektrických prvkov existujú tri typy ultrazvukových snímačov:

V lineárnych senzoroch sú piezoelektrické prvky umiestnené pozdĺž priamky oddelene alebo v skupinách a paralelne emitujú ultrazvukové vlny v tkanive. Po každom prechode tkaninou sa objaví obdĺžnikový obraz (po dobu 1 s - približne 20 obrázkov alebo viac). Výhodou lineárnych snímačov je možnosť dosiahnuť vysoké rozlíšenie v blízkosti umiestnenia snímača (t.j. relatívne vysoká kvalita obrazu v blízkej zóne), nevýhodou je malé pole ultrazvukového prehľadu vo veľkej hĺbke (to je spôsobené tým, že na rozdiel od konvexných a sektorových senzory, ultrazvukové lúče lineárneho senzora sa nerozlišujú).

Senzor fázového poľa sa podobá lineárnemu senzoru, ale je menší. Skladá sa zo série kryštálov s oddelenými nastaveniami. Snímače tohto typu vytvárajú na monitore obraz sektorového snímača. Zatiaľ čo v prípade mechanického sektorového snímača je smer ultrazvukového impulzu určený otáčaním piezoelektrického prvku, pri práci so senzorom s fázovým radom sa pomocou smeru (fázového posunu) všetkých aktivovaných kryštálov získa smerovaný zaostrený ultrazvukový lúč. To znamená, že jednotlivé piezoelektrické prvky sú aktivované s časovým oneskorením a v dôsledku toho je ultrazvukový lúč emitovaný v šikmom smere. To vám umožní zaostriť ultrazvukové lúče v súlade s úlohou štúdie (elektronické zaostrovanie) a zároveň výrazne zlepšiť rozlíšenie v požadovanej časti ultrazvukového obrazu. Ďalšou výhodou je schopnosť dynamicky zaostriť prijímaný signál. V tomto prípade je zaostrenie počas príjmu signálu nastavené na optimálnu hĺbku, čo tiež výrazne zlepšuje kvalitu obrazu.

V senzore mechanického sektora sú ultrazvukové vlny v dôsledku mechanického kmitania prvkov snímača vyžarované v rôznych smeroch, takže obraz je vytvorený vo forme sektora. Po každom prechode tkaninou sa vytvorí obraz (10 alebo viac za 1 s). Výhodou sektorového snímača je, že umožňuje získať široké zorné pole vo veľkej hĺbke a nevýhodou je, že nie je možné študovať v blízkej zóne, pretože zorné pole v blízkosti snímača je príliš úzke.

V konvexnom senzore sú piezoelektrické prvky umiestnené pozdĺž seba v oblúku (zakrivený senzor). Kvalita obrazu je krížením medzi obrazom získaným lineárnymi a sektorovými senzormi. Konvexný senzor, podobne ako lineárny, sa vyznačuje vysokým rozlíšením v blízkej zóne (hoci nedosahuje rozlíšenie lineárneho senzora) a zároveň je široké zorné pole v hĺbke tkaniva podobné sektorovému senzoru.

Len s dvojrozmerným usporiadaním prvkov ultrazvukového meniča vo forme matrice je možné zamerať ultrazvukový lúč súčasne v bočnom a sagitálnom smere. Táto takzvaná matica piezoelementov (alebo dvojrozmerná matica) navyše umožňuje získať údaje o troch rozmeroch, bez ktorých nie je možné skenovať množstvo tkaniva pred senzorom. Výroba matrice piezoelektrických prvkov je náročný proces, ktorý vyžaduje použitie najnovších technológií, preto len nedávno výrobcovia začali vybavovať svoje ultrazvukové zariadenia konvexnými senzormi.

Ako sa ultrazvuk stroj?

Dnes by som rád hovoril o štruktúre a princípoch fungovania moderného ultrazvukového prístroja. Diagnóza ultrazvuku je v našich životoch už dlho pevne zakotvená a dnes je jedným z najvyhľadávanejších postupov na štátnych klinikách a na trhu zdravotníckych služieb ako celku.

V jednom z nasledujúcich príspevkov budem hovoriť o tom, ako vybrať ten správny ultrazvukový prístroj pre súkromnú prax. Ale predtým by som rád hovoril o tom, ako funguje ultrazvuk a ako to funguje.

zariadenie

Štandardný ultrazvukový prístroj (alebo ultrazvukový skener) sa skladá z nasledujúcich častí:

• Ultrazvukový senzor - detektor (snímač), ktorý prijíma a prenáša zvukové vlny
• Centrálna procesorová jednotka (CPU) je počítač, ktorý vykonáva všetky výpočty a obsahuje elektrické napájacie zdroje.
• Snímač regulácie impulzov - mení amplitúdu, frekvenciu a trvanie impulzov vysielaných meničom
• Displej - zobrazuje obraz tvorený procesorom na základe ultrazvukových dát.
• Klávesnica a kurzor - slúži na zadávanie a spracovanie údajov
• Zariadenie na ukladanie diskov (pevný disk alebo disk CD / DVD) - slúži na ukladanie prijatých obrázkov
• Tlačiareň - používa sa na tlač obrázkov

Ultrazvukový senzor je hlavnou súčasťou každého ultrazvukového prístroja. Generuje a vníma zvukové vlny pomocou princípu piezoelektrického efektu, ktorý objavili Pierre a Jacques Curie v roku 1880. Snímač snímača obsahuje jeden alebo viac kryštálov kremeňa, tiež nazývaných piezoelektrické kryštály. Pri pôsobení elektrického prúdu tieto kryštály rýchlo menia svoj tvar a začínajú vibrovať, čo vedie k vzniku a šíreniu zvukovej vlny. Naopak, keď zvuková vlna dosiahne kryštály kremeňa, sú schopné emitovať elektrický prúd. Rovnaké kryštály sa teda používajú na príjem a prenos zvukových vĺn. Snímač má tiež zvukovo izolačnú vrstvu, ktorá filtruje zvukové vlny, a akustickú šošovku, ktorá vám umožní zamerať sa na požadovanú vlnu.

Ultrazvukové snímače majú veľmi rozdielny tvar a veľkosť. Tvar snímača určuje jeho zorné pole a frekvencia emitovaných zvukových vĺn určuje hĺbku ich prenikania a rozlíšenie výsledného obrazu.

Ako to všetko funguje?

1. Ultrazvukové zariadenie prenáša vysokofrekvenčné (od 1 do 18 MHz) zvukové impulzy do ľudského tela pomocou ultrazvukového senzora.
2. Zvukové vlny sa šíria pozdĺž objektu a dosahujú hranice medzi tkanivami s rôznymi akustickými impedanciami (napríklad medzi tekutinou a mäkkým tkanivom, mäkkými tkanivami a kosťou). Súčasne sa časť zvukových vĺn odrazí späť do snímača a druhá časť bude pokračovať v novom prostredí. Odrazené vlny sú snímané senzorom.
3. Údaje z ultrazvukového senzora sa prenášajú do centrálneho procesora, ktorý je "mozgom" zariadenia a slúži na spracovanie prijatých údajov, vytvorenie obrazu a jeho výstup na monitor. Procesor vypočíta vzdialenosť od senzora k tkanivu alebo orgánu pomocou známej rýchlosti zvuku v tkanive a času, ktorý trvá, kým sa signál ozveny vráti do senzora (spravidla asi milióntiny sekundy).

Ultrazvukový senzor prenáša a prijíma každú chvíľu milióny impulzov a ozveny. Ovládanie senzora umožňuje lekárovi nastaviť a zmeniť frekvenciu a trvanie ultrazvukového impulzu, ako aj režim skenovania zariadenia.

Spôsoby prevádzky ultrazvukového prístroja

Moderné ultrazvukové prístroje môžu pracovať v niekoľkých režimoch, z ktorých hlavné sú nasledovné:

Režim A (režim A, zo slova „amplitúda“)

Amplitúda odrazeného ultrazvuku sa zobrazuje na obrazovke osciloskopu. V súčasnosti má tento režim prevažne historický význam a používa sa hlavne v oftalmológii. Prirodzene, akýkoľvek moderný ultrazvukový prístroj je schopný pracovať v tomto režime.

M-režim (zo slova „pohyb“)

Tento režim vám umožňuje prijímať snímky štruktúry srdca v pohybe. Vzhľadom na vysokú vzorkovaciu frekvenciu je režim M mimoriadne cenný na presné vyhodnotenie rýchlych pohybov.

Režim B (zo slova „jas“, pri echokardiografii sa tento režim nazýva 2D)

Najviac informatívny a intuitívny režim v modernom ultrazvukovom prístroji. Amplitúda odrazeného ultrazvukového signálu sa prevedie na dvojrozmerný poltónový obraz. Väčšina zariadení používa 256 odtieňov šedej, čo umožňuje vizualizovať aj veľmi malé zmeny v echogenite.

Rýchlosť aktualizácie obrazu na obrazovke v režime B je zvyčajne najmenej 20 snímok za minútu, čo vytvára ilúziu pohybu.

2D režim sa používa na meranie srdcových komôr, posúdenie štruktúry a funkcie chlopní, globálnej a segmentovej systolickej funkcie.

Tento spôsob vizualizácie je založený na Dopplerovom účinku, t.j. zmena frekvencie (Dopplerov posun) spôsobená pohybom zdroja zvuku vo vzťahu k prijímaču. Ultrazvuková diagnóza využíva zmenu frekvencie odrazeného signálu z červených krviniek. Frekvencia odrazenej ultrazvukovej vlny sa zvyšuje alebo znižuje v závislosti od smeru prietoku krvi vzhľadom na senzor.

Farebný doplňovač (farebný tok Dopplerovho zobrazovania, CFI)

Tento režim umožňuje lokalizovať krvné cievy (alebo oddelené krvné toky, napríklad v srdcových komorách), aby sa určil smer a rýchlosť prietoku krvi. Prúdenie krvi smerom k senzoru je znázornené červenou farbou. Senzory prichádzajúce sú modré. Prietoky kolmé na rovinu štúdie budú natreté čiernou farbou. Zóny turbulentného prietoku krvi sú zelené alebo biele. Väčšina zariadení vám však umožňuje prispôsobiť farby prúdu podľa vlastného uváženia.

Pulzný vlnový doplnok (pulzná vlnová Dopplerova, PW)

Tento režim vám umožňuje posúdiť povahu prietoku krvi v špecifickej oblasti cievy a vizualizovať oblasti laminárneho a turbulentného prietoku krvi. V porovnaní s farbou Doppler vám umožňuje presnejšie určiť rýchlosť a smer prietoku krvi.

Hlavnou nevýhodou metódy je nepresné stanovenie vysokorýchlostných tokov, čo spôsobuje určité obmedzenia pri jej používaní.

Doppler s kontinuálnou vlnou (Doppler s kontinuálnou vlnou)

V tomto režime jedna časť senzora nepretržite vysiela a druhá časť kontinuálne prijíma Dopplerov signál v jednom obraze v 2D obraze. Na rozdiel od dopplera pulznej vlny, táto metóda presne detekuje toky pri vysokej rýchlosti. Nevýhodou tohto spôsobu je neschopnosť presne lokalizovať signál.

CWD sa používa na meranie prietoku regurgitácie cez trikuspidálne, pulmonálne, mitrálne a aortálne chlopne, ako aj rýchlosť systolického prietoku cez aortálnu chlopňu.

Tkáňový doplňovač (tkanivový Doppler)

Tento režim je podobný ako pulzný doplnok, okrem toho, že sa používa na meranie rýchlosti pohybu tkanív (čo je oveľa nižšia rýchlosť ako prietok krvi). Používa sa najmä na stanovenie kontraktility myokardu.

Okrem vyššie uvedených režimov sa nedávno objavili ďalšie algoritmy, ktoré môžu výrazne zlepšiť kvalitu a rozlíšenie obrazu. Tieto algoritmy zahŕňajú 3D a 4D režimy, Tissue Harmonic Imaging (THI), ako aj doplnok energie (power doppler). Niekoľko slov o týchto režimoch:

3D režim - vytvorenie trojrozmerných trojrozmerných obrázkov na základe výsledných 2D obrazov v rôznych rovinách.

4D režim - je ešte ťažšie spracovať všetky rovnaké 2D informácie, keď procesor vytvorí obraz z hotových 3D obrazov. Druhé meno - „real-time 3D ultrazvuk“ - najlepšie vystihuje podstatu tohto režimu, ktorý vám umožňuje sledovať zmeny 3D obrazov v čase. V skutočnosti je to obraz videa.

Tkanivo Harmonic Imaging (THI) je technológia, ktorá umožňuje výrazne zlepšiť kvalitu obrazu (dôležitá pre pacientov s nadváhou).

Výkonový doppler (výkonový doppler) má vyššiu citlivosť v porovnaní s farebným dopplerom a používa sa na štúdium malých ciev. Nedovoľuje určiť smer prietoku krvi.

No, o prístroji ultrazvukového prístroja a jeho princípoch fungovania dnes všetko. Pozri tiež: