Zasada ultradźwięków

Jeśli chodzi o konserwację, naprawę lub pracę urządzeń ultradźwiękowych, przede wszystkim konieczne jest zrozumienie fizycznych podstaw procesów, z którymi będziemy musieli się zmierzyć. Oczywiście, jak w każdym przypadku, jest tak wiele niuansów i subtelności, ale sugerujemy, abyś przede wszystkim rozważył istotę tego procesu. W tym artykule dotkniemy następujących pytań:

1. Czym jest ultradźwięki, jakie są jego cechy i parametry
2. Tworzenie ultradźwięków w nowoczesnej technologii opartej na piezoceramice
3. Zasady ultradźwięków: łańcuch przekształcania energii elektrycznej w energię ultradźwiękową i odwrotnie.
4. Podstawy tworzenia obrazu na wyświetlaczu maszyny ultradźwiękowej.

Pamiętaj, aby obejrzeć nasz film na temat działania ultradźwięków

Naszym głównym zadaniem jest zrozumienie, czym jest ultradźwięki i jakie są ich właściwości we współczesnych badaniach medycznych.

O dźwięku.

Wiemy, że częstotliwości od 16 Hz do 18 000 Hz, które ludzki aparat słuchowy jest w stanie postrzegać, są powszechnie nazywane dźwiękiem. Ale jest też wiele dźwięków na świecie, których nie słyszymy, ponieważ są one poniżej lub powyżej zakresu dostępnych częstotliwości: są to odpowiednio podczerwone i ultra dźwiękowe.

Dźwięk ma charakter falowy, to znaczy wszystkie dźwięki istniejące w naszym wszechświecie są falami, jak w innych przypadkach, wiele innych zjawisk naturalnych.

Z fizycznego punktu widzenia fala jest wzbudzeniem medium, które rozchodzi się z transferem energii, ale bez przenoszenia masy. Innymi słowy, fale są przestrzenną przemianą maksimów i minimów dowolnej wielkości fizycznej, na przykład gęstości substancji lub jej temperatury.

Możliwe jest scharakteryzowanie parametrów falowych (w tym dźwięku) poprzez długość, częstotliwość, amplitudę i okres oscylacji.

Rozważmy bardziej szczegółowo parametry fali:

Maksymalne i minimalne wielkości fizyczne mogą być warunkowo reprezentowane jako grzbiety i doliny fali.

Długość fali to odległość między tymi grzbietami lub między zagłębieniami. W związku z tym im bliżej grzbiety się znajdują - im krótsza długość fali i im wyższa jej częstotliwość, tym dalej od siebie - im większa długość fali i odwrotnie - tym niższa jest jej częstotliwość.

Innym ważnym parametrem jest amplituda drgań lub stopień odchylenia wielkości fizycznej od jej średniej wartości.

Wszystkie te parametry są ze sobą powiązane (dla każdej relacji istnieje dokładny opis matematyczny w postaci formuł, ale nie podamy ich tutaj, ponieważ naszym zadaniem jest zrozumieć podstawową zasadę i zawsze możemy opisać ją z fizycznego punktu widzenia). Każda z cech jest ważna, ale częściej będziesz musiał usłyszeć o częstotliwości ultradźwięków.

Czy twoja maszyna USG zapewnia słabą jakość obrazowania? Zostaw prośbę o wezwanie inżyniera bezpośrednio na miejscu, a on przeprowadzi bezpłatną diagnozę i skonfiguruje skaner USG

Dźwięk o wysokiej częstotliwości: Jak wywołać kilka tysięcy wibracji na sekundę

Istnieje kilka sposobów na uzyskanie ultradźwięków, ale najczęściej technika wykorzystuje kryształy elementów piezoelektrycznych i efekt piezoelektryczny oparty na ich zastosowaniu: natura piezoelektryczna umożliwia generowanie dźwięku o wysokiej częstotliwości pod wpływem napięcia, im wyższa częstotliwość napięcia, tym szybciej (częściej) kryształ zaczyna wibrować, ekscytując oscylacje wysokiej częstotliwości w środowisku.

W polu wibracji o wysokiej częstotliwości piezokryształ, przeciwnie, zaczyna wytwarzać energię elektryczną. Włączając taki kryształ do obwodu elektrycznego iw pewien sposób przetwarzając odbierane z niego sygnały, możemy utworzyć obraz na wyświetlaczu maszyny ultradźwiękowej.

Aby jednak ten proces stał się możliwy, potrzebny jest kosztowny i złożony sprzęt.

Pomimo kilkudziesięciu, a nawet setek powiązanych ze sobą elementów skanera ultradźwiękowego można podzielić go na kilka głównych bloków zaangażowanych w konwersję i transmisję różnych rodzajów energii.

Wszystko zaczyna się od źródła zasilania zdolnego do utrzymania wysokiego napięcia o określonych wartościach. Następnie, za pośrednictwem wielu jednostek pomocniczych i pod stałą kontrolą specjalnego oprogramowania, sygnał jest przesyłany do czujnika, którego głównym elementem jest głowica piezokrystaliczna. Przekształca energię elektryczną w energię ultradźwiękową.

Przez soczewkę akustyczną wykonaną ze specjalnych materiałów i dopasowanego żelu fala ultradźwiękowa przenika do ciała pacjenta.

Jak każda fala, ultradźwięki mają tendencję do odbijania się od powierzchni napotkanej na jej drodze.

Następnie fala przechodzi przez ścieżkę zwrotną przez różne tkanki ludzkiego ciała, żel akustyczny i soczewka spadają na piezokrystaliczną siatkę czujnika, która przekształca energię fali akustycznej w energię elektryczną.

Akceptując i prawidłowo interpretując sygnały z czujnika, możemy symulować obiekty znajdujące się na różnych głębokościach i niedostępne dla ludzkiego oka.

Zasada budowy obrazu na podstawie danych ze skanowania ultradźwiękowego

Zastanów się dokładnie, w jaki sposób uzyskane informacje pomagają nam w budowaniu obrazu na skanerze ultradźwiękowym. Podstawą tej zasady jest inna impedancja akustyczna lub rezystancja mediów gazowych, ciekłych i stałych.

Innymi słowy, kości, tkanki miękkie i płyny naszego ciała przekazują i odbijają ultradźwięki w różnym stopniu, częściowo je absorbując i rozpraszając.

W rzeczywistości cały proces badawczy można podzielić na mikroperiody, a tylko niewielka część każdego okresu transmituje czujnik. Resztę czasu spędzamy na oczekiwaniu na odpowiedź. Jednocześnie czas między transmisją a odbiorem sygnału jest bezpośrednio przenoszony na odległość od czujnika do obiektu „widzialnego”.

Informacje o odległości do każdego punktu pomagają nam zbudować model badanego obiektu i są również wykorzystywane do pomiarów wymaganych w diagnostyce ultradźwiękowej. Dane są kodowane kolorami - w rezultacie otrzymujemy obraz, którego potrzebujemy na ekranie USG.

Najczęściej jest to format czarno-biały, ponieważ uważa się, że do odcieni szarości nasze oko jest bardziej podatne i z większą dokładnością. zobaczy różnicę w odczytach, chociaż w nowoczesnych urządzeniach używają one reprezentacji kolorów, na przykład do badania prędkości przepływu krwi, a nawet dźwiękowej prezentacji danych. Ten ostatni, wraz z sekwencją wideo w trybach Dopplera, pomaga w dokładniejszym rozpoznaniu i służy jako dodatkowe źródło informacji.

Wróćmy jednak do konstrukcji najprostszego obrazu i rozważmy bardziej szczegółowo trzy przypadki:

Przykłady najprostszych obrazów będą badane na podstawie trybu B. Wizualizacja tkanki kostnej i innych stałych formacji składa się z jasnych obszarów (głównie białych), ponieważ dźwięk najlepiej odbija się od stałych powierzchni i powraca niemal w pełnym zakresie do czujnika.

Jako przykład możemy wyraźnie zobaczyć białe obszary - kamienie w nerkach pacjenta.

Wizualizacja płynu lub pustych przestrzeni jest reprezentowana przez czarne obszary na obrazie, ponieważ bez napotkania przeszkód dźwięk przechodzi dalej do ciała pacjenta i nie otrzymujemy żadnej odpowiedzi.

Tkanki miękkie, takie jak struktura samej nerki, będą reprezentowane przez obszary o różnych stopniach szarości. Dokładność diagnozy i zdrowie pacjenta zależeć będą w dużej mierze od jakości wizualizacji takich obiektów.

Więc dzisiaj dowiedzieliśmy się, czym jest ultradźwięki i jak jest ono stosowane w skanerach ultradźwiękowych do badania narządów ludzkiego ciała.

Jeśli twoja maszyna USG ma słabą jakość obrazu, skontaktuj się z naszym centrum serwisowym. Inżynierowie ERSPlus z dużym doświadczeniem i wysokimi kwalifikacjami są zawsze gotowi do pomocy.

Zasada działania urządzenia ultradźwiękowego

Badanie ultrasonograficzne (ultradźwięki) jest nieinwazyjną procedurą diagnostyczną, która wykorzystuje fale dźwiękowe wysokiej częstotliwości w celu uzyskania obrazów narządów wewnętrznych ciała. Ten artykuł zawiera informacje na temat działania urządzenia ultradźwiękowego.

Termin „ultradźwięki” odnosi się do częstotliwości powyżej zakresu ludzkiego słuchu. Ultradźwięki, znane również jako diagnostyczna sonografia medyczna, nie są inwazyjną procedurą obrazowania, która obejmuje wykorzystanie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości do celów diagnostycznych oraz terapeutycznych. Uważany jest za bezpieczniejszy niż promieniowanie rentgenowskie i CT, ponieważ nie wiąże się z użyciem promieniowania jonizującego.

Maszyna ultradźwiękowa

Maszyna ultradźwiękowa to zintegrowane komputerowo narzędzie diagnostyczne składające się z nadajnika, procesora, monitora, klawiatury z przyciskami sterującymi, urządzenia pamięci masowej i drukarki. Jego komponenty współpracują ze sobą, tworząc obrazy organów wewnętrznych.

Ultradźwiękowa wizualizacja i odwrotny efekt piezoelektryczny

Kryształy piezoelektryczne to kryształy, które generują ładunek, gdy są poddawane obciążeniom mechanicznym. Konwersja energii mechanicznej na energię elektryczną nazywana jest efektem piezoelektrycznym. Kwarc, tytanian baru, niobian ołowiu, cyrkonian tytanu ołowiu i inne są niektórymi z materiałów piezoelektrycznych. W przypadku ultradźwięków pulsacyjne fale ultradźwiękowe są tworzone przy użyciu kryształów piezoelektrycznych, które umieszczane są w ręcznej sondzie, zwanej czujnikiem. Gdy prąd elektryczny jest doprowadzany do kryształu piezoelektrycznego, powoduje on naprężenia mechaniczne. Nazywa się to odwrotnym efektem piezoelektrycznym. Ten odwrotny efekt piezoelektryczny wytwarza fale ultradźwiękowe.

Gdy prąd elektryczny jest przykładany do tych kryształów, prowadzi to do szybkiej zmiany ich kształtu. Powoduje to, że kryształy wytwarzają fale dźwiękowe, które rozprzestrzeniają się na zewnątrz. Kiedy te fale dźwiękowe wracają i uderzają w kryształy, emitują prąd elektryczny.

Częstotliwość wykorzystywana do ultradźwięków mieści się w zakresie 2–15 MHz. Istnieje odwrotna zależność między długością fali a częstotliwością fal ultradźwiękowych. Fale ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości mają krótką długość fali, a fale ultradźwiękowe o niskiej częstotliwości mają dużą długość fali. Wysokie częstotliwości służą do skanowania organów lub tkanek znajdujących się blisko powierzchni. Fale o wysokiej częstotliwości dają obrazy o wysokiej rozdzielczości. Chociaż fale niskocząstkowe mogą przenikać do głębszych struktur, zapewniają obraz o niskiej rozdzielczości.

Komponenty ultradźwiękowe

Obecnie urządzenia ultradźwiękowe są łatwo dostępne i szeroko stosowane do celów diagnostycznych. Dowiedzmy się, w jaki sposób fale ultradźwiękowe są tworzone i transmitowane przez te maszyny.

Central Processing Unit (CPU)

Procesor zawiera zasilacz konwertera, a także mikroprocesor, który odnosi się do zestawu przewodów łączących procesor z resztą komputera. Jego zadaniem jest pozyskiwanie danych i dostarczanie danych wyjściowych poprzez przetwarzanie danych zgodnie z trasą. W ultradźwiękach procesor wysyła prąd elektryczny do czujnika i przetwarza informacje przesyłane przez procesor w obrazie 2D lub 3D. Te obrazy można zobaczyć na monitorze.

Czujnik

Przetwornik jest częścią badania USG. Termin „przetwornik” to urządzenie, które przekształca energię z jednej postaci w drugą. To urządzenie działa zarówno jako nadajnik, jak i odbiornik. Podczas ultradźwięków nałóż żel w określonej części ciała, aby zapobiec zniekształceniom fal dźwiękowych. Sonda porusza się tam i z powrotem przez tę część ciała. Wykorzystanie prądu elektrycznego w kryształach przetwornika prowadzi do generowania fal ultradźwiękowych. Odbicie fali ultradźwiękowej występuje na granicy różnych rodzajów tkanek. Przetwornik przetwarza echa energii mechanicznej lub fale ultradźwiękowe, które są odbijane od docelowego narządu lub tkanki, na prąd elektryczny. Procesor przetwarza następnie informacje o polu i amplitudzie dźwięku oraz czasie, jaki fale ultradźwiękowe odbijają na czujniku, aby tworzyć obrazy 2D lub 3D narządów wewnętrznych.

Inne elementy

Ian Technik Sonogram może używać klawiatury do dodawania notatek i mierzenia obrazów. Czujnik kontroli pulsu może być używany do zmiany czasu trwania i częstotliwości impulsów ultradźwiękowych lub zmiany trybu skanowania.

Processed Przetworzone dane z procesora są konwertowane na obraz widoczny na monitorze.

Processed Przetworzone dane i / lub obrazy można zapisać na dysku twardym wraz z dokumentacją medyczną pacjenta.

Ian Technik ultradźwięków może również wybrać obraz, który można wydrukować za pomocą drukarki termicznej podłączonej do ultradźwięków.

Ultradźwięki mają różne zastosowania w diagnostyce, ale stały się niezbędne do analizy rozwoju płodu. Podczas gdy konwencjonalne ultradźwięki zapewniają dwuwymiarowy obraz dla trójwymiarowej anatomii człowieka, można teraz tworzyć obrazy 3D i 4D. Podczas gdy skanowanie 3D zarodków odbywa się w trzech wymiarach, ruchome trójwymiarowe obrazy zarodka nazywane są skanowaniem 4D. Chociaż skutki uboczne nie były związane ze stosowaniem ultradźwięków, wyrażano obawy co do możliwego związku między nadużywaniem ultradźwięków a efektami termicznymi fal ultradźwiękowych. Na przykład, jeśli sonda pozostaje w jednym miejscu przez dłuższy czas, może to prowadzić do wzrostu temperatury w tym miejscu. Aby zmniejszyć to ryzyko, konieczne jest, aby urządzenie ultradźwiękowe było używane przez doświadczonego technika.

USG wątroby: pouczająca i nieinwazyjna metoda diagnostyczna

Na jakich prawach fizycznych metoda ultradźwiękowa opiera się na:

1. O zjawisku absorpcji i odbicia od różnych mediów fal ultradźwiękowych. Takie fale powstają w wyniku efektu piezoelektrycznego.
2. Główna fizyczna zasada działania urządzenia ultradźwiękowego jest następująca.
3. Każda fala jest określona przez zestaw cech fizycznych.
4. Mają okres, fazę, długość, częstotliwość i szybkość propagacji.

Zasada działania

Czy zwróciłeś kiedyś uwagę, że łyżeczka umieszczona w szklance wody na odcinku dwóch mediów (wody i powietrza) jest załamana? Wynika to z faktu, że fala świetlna, gdy przemieszcza się z powietrza do wody, jest częściowo odbijana, a reszta nadal rozprzestrzenia się w wodzie, ale z różnymi parametrami (częstotliwość, długość itp.).

Stąd efekt wizualny przerwy na łyżkę. W przypadku fali ultradźwiękowej podobna sytuacja występuje podczas przejścia z jednego medium na drugie. Różne środowiska żywego organizmu mają różną gęstość akustyczną (oporność), tj. Współczynnik absorpcji zmienia się. Fala ultradźwiękowa jest częściowo odbijana i częściowo pochłaniana, gdy dokonuje przejścia z jednego medium na drugie.

Każde medium ma swój własny wskaźnik odporności akustycznej, a także:

1. Jeśli w pierwszym środowisku wskaźnik ten jest mały, aw drugim jest wysoki, różnica będzie duża.
2. Różnica między wskaźnikami ma bezpośredni wpływ na współczynnik odbicia.
3. Im większa ta różnica, tym większa część fali odbita.
4. W rezultacie im mocniejszy będzie odbity sygnał. Tak więc prawie maksymalna różnica w odporności akustycznej powietrza i suchej skóry, wełny.

W tym przypadku 99,999% fali ultradźwiękowej zostanie odbite. Dlatego przed ultradźwiękami skóra jest rozmazana żelem, w którym współczynnik absorpcji akustycznej jest znacznie niższy niż skóry. Zatem żel służy jako medium przejściowe. Monitor urządzenia ultradźwiękowego rejestruje odbicie w postaci ciemnych i jasnych obszarów. Im większe odbicie, tym jaśniejszy obszar. I odwrotnie.

To cała podstawowa zasada. Każdy organ w organizmie zwierząt i ludzi ma swój własny współczynnik absorpcji akustycznej. Ponadto różne strefy w ciele różnią się tym wskaźnikiem. W ciągu wielu lat badań zidentyfikowano normalne współczynniki oporu akustycznego dla każdego narządu.

Anatomiczna lokalizacja trzustki powoduje, że większość nieinstrumentalnych technik badawczych stosowanych w innych narządach jamy brzusznej jest nieskuteczna. Możesz dowiedzieć się, jak wykonać USG trzustki i co pacjent musi zrobić przed diagnozą.

Zwiększone rozjaśnienie lub przyciemnienie ciała może mówić o wszelkich patologiach. Możesz również ocenić rozmiar ciała. Przecież czarno-białe strefy tworzą na monitorze obraz organu w czasie rzeczywistym. Na przykład ludzie, którzy mają problemy z alkoholem, wątroba jest prawie zawsze powiększona. Diabetycy mają rozproszone zmiany w strukturze trzustki.

Współczynnik odbicia zależy nie tylko od charakterystyki środowiska. Zależy to również od kąta, pod jakim fala wchodzi w medium i od częstotliwości samej fali. Przy prostopadłym kącie padania odbicie będzie maksymalne. Oprócz zwiększenia częstotliwości fali prowadzi do zwiększenia współczynnika odbicia.

Efekt Dopplera

Zwiększenie współczynnika odbicia jest wygodne do badania struktur powierzchni. Są to powłoki skóry, ścięgna, tarczyca, naczynia. Szczególne miejsce w ultradźwiękowym efekcie Dopplera. Polega na tym, że jeśli badany obiekt i / lub odbiornik sygnałów odbitych poruszają się, to zmienia się częstotliwość odbijanych fal ultradźwiękowych.

Co więcej, wzrost lub spadek częstotliwości zależy od szybkości ruchu obiektów poddawanych monitorowaniu ultradźwiękiem:

• Jeśli badany obiekt porusza się w kierunku czujnika, częstotliwość wzrasta.
• A jeśli od niego, to maleje.

Efekt Dopplera umożliwia badanie i badanie ruchomych struktur biologicznych. Przede wszystkim jest to serce. Ponadto efekt Dopplera pozwala badać ruch płodu, skurcz macicy i duże naczynia krwionośne.

Czasami efekt Dopplera jest wykorzystywany w operacjach czaszki. Zwłaszcza te związane z eliminacją skutków obrażeń:

Maszyna ultradźwiękowa zawiera następujące elementy. Jest to generator fal ultradźwiękowych, czujnik, elektroniczne napełnianie i monitorowanie. Plus specjalny żel. Generator działa w trybie od 800 do 1200 impulsów na sekundę.

Generowanie fal ultradźwiękowych opiera się na fakcie, że piezoelementy (zwykle monokryształy) tworzą ładunek elektryczny na swojej powierzchni pod działaniem mechanicznym. Jeśli prąd zmienny jest wprowadzany przez naładowany kryształ, powstają drgania mechaniczne, które wytwarzają fale ultradźwiękowe. Również ładunek na powierzchni pojedynczych kryształów może również wystąpić w wyniku przejścia odbitych fal ultradźwiękowych.

Rodzaje czujników ultradźwiękowych i zakres

Zasada ta opiera się na działaniu czujnika lub przetwornika. Kwarc jest stosowany jako monokryształy. Znacznie mniej tytanianu baru. Czujniki w urządzeniach ultradźwiękowych są trzech typów:

Wcześniej istniała klasyfikacja, która dzieliła czujniki na dwa typy zgodnie z zasadą generowania fal. W pierwszym przeprowadzono mechanicznie, aw drugim - z pomocą elektroniki. W urządzeniach z czujnikami mechanicznymi emiter fal zawsze porusza się (skręcany lub obracany).

Z tego powodu były hałasy i wibracje, a rozdzielczość pozostawiała wiele do życzenia. Teraz używane są tylko czujniki elektroniczne, więc ta klasyfikacja została anulowana. Czujniki liniowe. Zewnętrznie są najszersze i najdłuższe. Ponieważ dają w czasie rzeczywistym dokładny obraz badanego organu. Jednocześnie do monitorowania bioobiektu konieczne jest, aby czujnik znajdował się dokładnie nad nim.

Wątroba jest jednym z największych organów jamy brzusznej, która wykonuje wiele różnych funkcji życiowych organizmu. Możesz dowiedzieć się, jak przygotować się do diagnozy wątroby za pomocą USG i jak rozszyfrować wyniki.

Czujniki tego typu wykorzystują częstotliwość od 5 do 15 MHz. Wysoka częstotliwość daje wysoką rozdzielczość, ale głębokość penetracji fali jest niewielka - do 9 cm. Takie przetworniki badają tarczycę, gruczoły sutkowe, naczynia, ścięgna. Czujniki wypukłe działają w zakresie częstotliwości od 1,8 do 7,5 MHz. Fizycznie czujnik jest mniejszy. Niska częstotliwość pozwala na eksplorację narządów znajdujących się na głębokości 25 cm. Przyrządy o średniej częstotliwości są wykorzystywane podczas kontroli narządów jamy brzusznej, jamy brzusznej, układu moczowego.

Jest jedna chwila. Obraz wyświetlany na monitorze jest o kilka centymetrów szerszy niż czujnik. Specjalista jest zobowiązany do zapamiętania tego błędu. Wreszcie czujniki kołowe są najmniejsze. I pracuj z najniższymi częstotliwościami - od 1,5 do 5 MHz. Tutaj różnica między wyświetlanym obrazem a czujnikiem jest jeszcze większa. Zazwyczaj sprzęt ten jest używany do badania małych obszarów głębokich stref. Najczęstszym zastosowaniem jest USG serca.

USG w praktyce

Ultradźwięki są wykorzystywane do badania praktycznie wszystkich narządów w organizmie człowieka i zwierząt. Na przykład USG wątroby pozwoli na sporządzenie szeregu ważnych raportów medycznych na podstawie danych, które zostaną uzyskane podczas tego badania. Obejmują one wszystkie podstawowe parametry:

• rozmiar;
• kontury;
• jednorodność struktury;
• rozproszone zmiany;
• stan przepływu krwi.

U osób nadużywających alkoholu i tłustych pokarmów wątroba jest powiększana w 9 przypadkach na 10. Kontury nie są wyraźne, obserwuje się rozproszone zmiany, zaburzona jest jednorodność (z powodu martwych hepatocytów i tkanki tłuszczowej). W marskości wątroby występują rozległe obszary o zmienionej echogeniczności. USG prowadzone w trzech trybach.

Tryby A i M dają jednowymiarowe obrazy. Ale tryb B jest dwuwymiarowym obrazem w czasie rzeczywistym, który pozwala ocenić morfologię narządu. Procedura skanowania USG jest w 100% bezpieczna. Zarówno światowa społeczność naukowa, jak i krajowa.

Stowarzyszenia medyczne na całym świecie nie zidentyfikowały pojedynczego przypadku, w którym USG spowodowałoby przynajmniej częściowe uszkodzenie ciała. Z tego powodu USG jest aktywnie wykorzystywane w diagnostyce okołoporodowej. Za pomocą ultradźwięków monitoruj rozwój płodu. Pozwala to na identyfikację różnych patologii ciąży na wczesnych etapach.

Możesz także dowiedzieć się o technicznej stronie ultradźwięków, oglądając ten film.

Zasada działania urządzenia ultradźwiękowego

Zasada ultradźwięków opiera się na efekcie piezoelektrycznym. Za każdym razem, gdy fala ultradźwiękowa spotyka się ze stałą powierzchnią, jest albo absorbowana, albo odpychana od niej. Ultradźwięki mogą łatwo przenikać przez skórę i płyny, co czyni ją tak powszechną w nowoczesnej medycynie.

Jak skaner ultradźwiękowy

Częstotliwość ultradźwięków wymagana do obrazowania medycznego mieści się w zakresie 1–20 MHz. Drgania te są uzyskiwane przy użyciu materiałów piezoelektrycznych. Kiedy pole elektryczne jest umieszczane przez plasterki, rozszerza się lub kurczy. Po odbiciu sygnał powraca, powodując przemienne pole elektryczne, które powoduje wibrację kryształu.

Aby uzyskać efekt piezoelektryczny w skanerach ultradźwiękowych, stosuje się specjalne elementy wykonane z kwarcu, cyrkonianu tytanu lub baru. Ich grubość jest tak dobrana, aby zapewnić lepszy rezonans. Na granicy dwóch mediów dźwięk jest transmitowany lub odbijany, zależy to od tego, jak różne są tkanki, które mają wspólną granicę. Im większa różnica, tym silniejszy sygnał będzie odbijany.

Wartości rezystancji podano poniżej:

Jak widać z tabeli, poziom oporu powietrza i wody jest różny, więc aby uzyskać obraz bardziej kontrastowy, skóra pacjenta jest rozmazana specjalnym żelem, w którym nie mogą tworzyć się pęcherzyki powietrza.

Powstały sygnał elektryczny jest wzmacniany i przetwarzany. W ten sposób odbija się ultradźwięki odbite od przeszkody. Zazwyczaj są dwa kryształy - transmitujące i odbierające, oba są wbudowane w generator, który jest urządzeniem przetwarzającym energię elektryczną.

Obraz jest przesyłany na ekran urządzenia w postaci plastrów, pomalowanych w postaci 64-tonowej czarno-białej skali. Jednocześnie obszary echopozytywne są ciemne, a obszary negatywne echo są białe. Podczas rejestracji odwrotnej odcienie obrazu mogą się różnić.

Z powodu małej różnicy w poziomie odporności, tkanki takie jak mięśnie i tłuszcz mają podobną odporność. Dlatego podczas badania część wiązki „przechodzi” do następnej warstwy i tylko niewielka jej część jest odbijana. W praktyce nie stanowi to jednak problemu, ponieważ różnica w stosunku 1-2% pozwala uzyskać wyraźny obraz.

Zalety i wady ultradźwięków

Ta metoda diagnostyczna ma wiele pozytywnych aspektów:

• Jest nieinwazyjny, tj. Nie wymaga naruszenia integralności narządów i tkanek oraz wprowadzenia sprzętu do organizmu. Daje to zalety ultradźwięków w porównaniu z endoskopią światłowodową lub laparoskopią sprzętową;
• Techniki ultradźwiękowe są stosunkowo tanie, szybkie i wygodne w porównaniu z drogim rezonansem magnetycznym;
• Fale ultradźwiękowe nie są szkodliwe dla organizmu, jak promienie rentgenowskie, więc tego typu diagnozę można podać kobietom w ciąży i dzieciom. Ultradźwięki można wykonywać nieograniczoną liczbę razy bez szkody dla ludzkiego ciała;
• Diagnostyka ultradźwiękowa doskonale nadaje się do wizualizacji tkanek miękkich, serca, wątroby, nerek i innych narządów wewnętrznych.

• Główną wadą tej diagnozy jest to, że jakość obrazu jest czasami gorsza od definicji MR, CT i X-ray, ale nowoczesne urządzenia coraz bardziej eliminują tę różnicę. Jeśli pójdziesz do kliniki, która ma nowoczesny sprzęt, taki jak Rainbow, zostaniesz zbadany przy użyciu najbardziej zaawansowanych technologii;
• Sygnał ultradźwiękowy jest bardzo silnie odbijany na granicy tkanki i gazu. Oznacza to, że takie badanie nie nadaje się do badania płuc;
• Ze względu na wysoką odporność tkanki kostnej ultradźwięki nie nadają się do diagnozowania złamań, aw badaniu mózgu preferowanym rozwiązaniem jest MRI.

Obecnie technika Dopplera stała się powszechna, rozszerzając możliwości diagnostyki ultradźwiękowej. Umożliwia badanie ruchomych tkanek.

USG naszych lekarzy

Erhan Karolina Pavlovna - USG lekarza, (USG, lekarz najwyższej kategorii)
Uvarova Elena Anatolyevna - lekarz położnik-ginekolog, USG (US)

Zasada działania urządzenia ultradźwiękowego. Czujnik ultradźwiękowy

Pod ultradźwiękami rozumiem fale dźwiękowe, których częstotliwość jest poza zakresem częstotliwości odbieranych przez ludzkie ucho.

Odkrycie ultradźwięków datuje się od obserwacji lotu nietoperzy. Naukowcy, zawiązując oczy nietoperzom, odkryli, że zwierzęta te nie tracą orientacji w locie i mogą unikać przeszkód. Ale kiedy zakryli uszy, orientacja w przestrzeni nietoperzy została złamana i napotkali przeszkody. Doprowadziło to do wniosku, że nietoperze w ciemnościach są kierowane przez fale dźwiękowe, które nie są chwytane przez ludzkie ucho. Obserwacje te poczyniono już w XVII wieku, jednocześnie zaproponowano określenie „USG”. Kij do orientacji w przestrzeni emituje krótkie impulsy fal ultradźwiękowych. Impulsy te, odbite od przeszkód, są po pewnym czasie odbierane przez ucho nietoperza (zjawisko echa). W zależności od czasu, jaki upływa od momentu promieniowania impulsu ultradźwiękowego do percepcji odbijanego sygnału, zwierzę określa odległość do obiektu. Ponadto nietoperz może również określić kierunek, w którym sygnał echa jest zwracany, lokalizację obiektu w przestrzeni. W ten sposób wysyła fale ultradźwiękowe, a następnie odbiera odbity obraz otaczającej przestrzeni.

Zasada lokalizacji ultradźwięków leży u podstaw działania wielu urządzeń technicznych. Zgodnie z tak zwaną zasadą impulsowego echa, działa sonar, który określa położenie statku względem ławic ryb lub dna morskiego (echosonda), a także urządzeń diagnostyki ultradźwiękowej stosowanych w medycynie: urządzenie emituje fale ultradźwiękowe, a następnie odbiera odbite sygnały, i w czasie, jaki upłynął od momentu promieniowania do momentu postrzegania sygnału echa, określ położenie przestrzenne struktury odbijającej.

Czym są fale dźwiękowe?

Fale dźwiękowe są mechanicznymi wibracjami, które rozprzestrzeniają się w przestrzeni jak fale, które pojawiają się po wrzuceniu kamienia do wody. Propagacja fal dźwiękowych w dużej mierze zależy od substancji, w której się rozprzestrzeniają. Tłumaczy to fakt, że fale dźwiękowe występują tylko wtedy, gdy cząstki materii oscylują.

Ponieważ dźwięk może być propagowany tylko z obiektów materialnych, żaden dźwięk nie jest wytwarzany w próżni (w egzaminach często zadawane jest pytanie „zasypywanie”: jak rozprowadza się dźwięk w próżni?).

Dźwięk w środowisku może rozprzestrzeniać się zarówno w kierunku wzdłużnym, jak i poprzecznym. Fale ultradźwiękowe w cieczach i gazach są podłużne, ponieważ pojedyncze cząstki medium oscylują wzdłuż kierunku propagacji fali dźwiękowej. Jeśli płaszczyzna, w której oscylują cząstki medium, znajduje się pod kątem prostym do kierunku propagacji fali, jak na przykład w przypadku fal morskich (oscylacje cząstek w kierunku pionowym i propagacja fali w poziomie) mówić o falach poprzecznych. Takie fale obserwuje się również w ciałach stałych (na przykład w kościach). W tkankach miękkich ultradźwięki propagują się głównie w postaci fal podłużnych.

Gdy poszczególne cząstki fali podłużnej są przemieszczane ku sobie, ich gęstość, a co za tym idzie, ciśnienie w substancji ośrodka w tym miejscu wzrasta. Jeśli cząstki różnią się od siebie, miejscowa gęstość substancji i ciśnienie w tym miejscu maleją. Fala ultradźwiękowa tworzy strefę niskiego i wysokiego ciśnienia. Po przejściu fali ultradźwiękowej przez tkankę to ciśnienie zmienia się bardzo szybko w punkcie ośrodka. Aby odróżnić ciśnienie wytwarzane przez falę ultradźwiękową od stałego ciśnienia medium, nazywane jest ono również zmiennym lub dźwiękowym ciśnieniem.

Parametry fali dźwiękowej

Parametry fali dźwiękowej obejmują:

Amplituda (A), na przykład maksymalne ciśnienie akustyczne („wysokość fali”).

Częstotliwość (v), tj. liczba oscylacji w 1 s. Jednostką częstotliwości jest herc (Hz). W urządzeniach diagnostycznych stosowanych w medycynie należy stosować zakres częstotliwości od 1 do 50 MG c (1 MHz = 106 Hz, zwykle w zakresie 2,5-15 MHz).

Długość fali (λ), tj. odległość do sąsiedniego grzbietu fali (dokładniej, minimalna odległość między punktami z tą samą fazą).

Szybkość propagacji lub prędkość dźwięku (dźwięków). Zależy to od medium, w którym rozchodzi się fala dźwiękowa, a także od częstotliwości.

Ciśnienie i temperatura mają znaczący wpływ, ale w zakresie temperatury fizjologicznej efekt ten można pominąć. W codziennej pracy warto pamiętać, że im gęstsze środowisko, tym większa jest prędkość dźwięku.

Prędkość dźwięku w tkankach miękkich wynosi około 1500 m / s i wzrasta wraz ze wzrostem gęstości tkanki.

Ta formuła jest kluczowa dla echografii medycznej. Z jego pomocą można obliczyć długość fali λ ultradźwięków, co pozwala określić minimalny rozmiar struktur anatomicznych, które są nadal widoczne za pomocą ultradźwięków. Te struktury anatomiczne, których rozmiar jest mniejszy niż długość fali ultradźwiękowej, z ultradźwiękami są nie do odróżnienia.

Długość fali pozwala uzyskać dość szorstki obraz i nie nadaje się do oceny małych struktur. Im wyższa częstotliwość ultradźwięków, tym mniejsza długość fali i rozmiar struktur anatomicznych, które można jeszcze rozróżnić.

Możliwość szczegółowości wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości ultradźwięków. Zmniejsza to głębokość przenikania ultradźwięków do tkanki, tj. jego zdolność penetracji maleje. Tak więc wraz ze wzrostem częstotliwości ultradźwięków zmniejsza się dostępna głębokość badań tkanek.

Długość fali ultradźwięków stosowanych w badaniu echograficznym do badania tkanek wynosi od 0,1 do 1 mm. Mniejsze struktury anatomiczne nie mogą być zidentyfikowane.

Jak uzyskać USG?

Efekt piezoelektryczny

Produkcja ultradźwięków stosowanych w diagnostyce medycznej opiera się na efekcie piezoelektrycznym - zdolności kryształów i ceramiki do odkształcania się pod wpływem przyłożonego napięcia. Pod działaniem zmiennego napięcia, kryształy i ceramika są okresowo deformowane, tj. powstają drgania mechaniczne i powstają fale ultradźwiękowe. Efekt piezoelektryczny jest odwracalny: fale ultradźwiękowe powodują deformację kryształu piezoelektrycznego, czemu towarzyszy pojawienie się mierzalnego napięcia elektrycznego. Zatem materiały piezoelektryczne służą jako generatory fal ultradźwiękowych i ich odbiorniki.

Gdy występuje fala ultradźwiękowa, rozchodzi się w medium łączącym. „Łączenie” oznacza bardzo dobrą przewodność dźwięku między generatorem ultradźwięków a środowiskiem, w którym jest ono dystrybuowane. Aby to zrobić, zazwyczaj używaj standardowego żelu ultradźwiękowego.

Aby ułatwić przejście fal ultradźwiękowych ze stałej ceramiki elementu piezoelektrycznego do tkanek miękkich, jest on pokryty specjalnym żelem ultradźwiękowym.

Należy zachować ostrożność podczas czyszczenia czujnika ultradźwiękowego! Dopasowana warstwa w większości czujników ultradźwiękowych pogarsza się po ponownym przetworzeniu alkoholem z powodów „higienicznych”. Dlatego podczas czyszczenia czujnika ultradźwiękowego konieczne jest ścisłe przestrzeganie instrukcji dołączonych do urządzenia.

Struktura czujnika ultradźwiękowego

Generator drgań ultradźwiękowych składa się z materiału piezoelektrycznego, głównie ceramicznego, z przodu iz tyłu, którego styki elektryczne. Dopasowana warstwa jest nakładana na przednią stronę zwróconą ku pacjentowi, która jest zaprojektowana dla optymalnego ultradźwięków w tkance. Z tyłu kryształy piezoelektryczne pokryte są warstwą, która silnie absorbuje ultradźwięki, co zapobiega odbiciu fal ultradźwiękowych w różnych kierunkach i ogranicza ruchliwość kryształu. To pozwala nam upewnić się, że czujnik ultradźwiękowy emituje możliwie najkrótsze impulsy ultradźwiękowe. Czas trwania impulsu jest czynnikiem decydującym w rozdzielczości osiowej.

Czujnik ultradźwięków w trybie b z reguły składa się z wielu małych, sąsiadujących ze sobą kryształów ceramicznych, które są konfigurowane indywidualnie lub w grupach.

Czujnik ultradźwiękowy jest bardzo czuły. Wyjaśnia to z jednej strony fakt, że w większości przypadków zawiera kryształy ceramiczne, które są bardzo delikatne, z drugiej strony, że elementy czujnika są umieszczone bardzo blisko siebie i mogą być przesuwane lub łamane przy mechanicznym wstrząsaniu lub wstrząsie. Koszt nowoczesnego czujnika ultradźwiękowego zależy od rodzaju sprzętu i jest w przybliżeniu równy kosztowi samochodu klasy średniej.

Przed transportem urządzenia ultradźwiękowego bezpiecznie przymocuj czujnik ultradźwiękowy do urządzenia i lepiej go odłącz. Czujnik łatwo pęka po upuszczeniu, a nawet drobne wstrząsy mogą spowodować poważne uszkodzenia.

W zakresie częstotliwości stosowanych w diagnostyce medycznej niemożliwe jest uzyskanie ostro skupionej wiązki, podobnej do lasera, za pomocą której można „sondować” tkanki. Aby jednak uzyskać optymalną rozdzielczość przestrzenną, należy dążyć do jak największego zmniejszenia średnicy wiązki ultradźwięków (jako synonim wiązki ultradźwiękowej, czasami używa się terminu „wiązka ultradźwiękowa”), co podkreśla, że ​​w przypadku pola ultradźwiękowego, średnica).

Im mniejsza wiązka ultradźwięków, tym lepiej widoczne są szczegóły struktur anatomicznych przy pomocy ultradźwięków.

Dlatego ultradźwięki koncentrują się w miarę możliwości na określonej głębokości (nieco głębiej niż badana struktura), tak że wiązka ultradźwiękowa tworzy „talię”. Skupiają ultradźwięki za pomocą „soczewek akustycznych” lub stosując sygnały impulsowe do różnych elementów piezoceramicznych przetwornika z różnymi przesunięciami w czasie. Jednocześnie ogniskowanie na większej głębokości wymaga zwiększenia powierzchni czynnej lub apertury przetwornika ultradźwiękowego.

Gdy czujnik jest skupiony, w polu ultradźwiękowym znajdują się trzy strefy:

Najczystszy obraz ultradźwiękowy uzyskuje się, gdy badany obiekt znajduje się w strefie ogniskowej wiązki ultradźwięków. Obiekt znajduje się w strefie ogniskowej, gdy wiązka ultradźwięków ma najmniejszą szerokość, co oznacza, że ​​jego rozdzielczość jest maksymalna.

Blisko obszaru USG

Bliska strefa sąsiaduje bezpośrednio z czujnikiem ultradźwiękowym. Tutaj fale ultradźwiękowe emitowane przez powierzchnię różnych elementów piezoceramicznych nakładają się na siebie (innymi słowy, dochodzi do interferencji fal ultradźwiękowych), dlatego powstaje ostro niejednorodne pole. Wyjaśnijmy to z jasnym przykładem: jeśli rzucisz garść kamyków do wody, wtedy okrągłe fale, rozbieżne z każdym z nich, nakładają się na siebie. W pobliżu miejsca, w którym spadają kamyki, odpowiadające strefie bliskiej, fale są nieregularne, ale w pewnej odległości stopniowo zbliżają się do okręgu. Spróbuj chociaż raz zrobić ten eksperyment z dziećmi podczas spaceru w pobliżu wody! Wyraźna niejednorodność strefy bliskiej ultradźwiękom tworzy rozmyte zdjęcie. Samo jednorodne medium w strefie bliskiej wygląda jak naprzemienne jasne i ciemne paski. Dlatego strefa ultradźwięków do oceny obrazu jest prawie w ogóle nieodpowiednia. Efekt ten jest najbardziej widoczny w czujnikach wypukłych i sektorowych, które emitują rozbieżną wiązkę ultradźwiękową; W przypadku czujnika liniowego niejednorodność strefy bliskiej jest najmniej wyraźna.

Można określić, jak daleko rozprzestrzenia się strefa ultradźwięków, jeśli obracając pokrętłem wzmocnisz sygnał, jednocześnie obserwując pole ultradźwiękowe sąsiadujące z czujnikiem. Strefa w pobliżu ultradźwięków może być rozpoznana przez białą kartkę w pobliżu czujnika. Spróbuj porównać bliską strefę czujników liniowych i sektorowych.

Ponieważ strefa ultradźwięków w pobliżu nie ma zastosowania do oceny obrazu obiektu, podczas badań USG starają się zminimalizować strefę bliską i wykorzystać ją na różne sposoby, aby usunąć ją z badanego obszaru. Można to zrobić, na przykład, wybierając optymalną pozycję czujnika lub elektronicznie wyrównując nierówności pola ultradźwiękowego. Ale w praktyce najłatwiej jest to osiągnąć za pomocą tak zwanego bufora wypełnionego wodą, który jest umieszczony między czujnikiem a obiektem badania. Umożliwia to wyświetlenie szumu bliskiej strefy z lokalizacji badanego obiektu. Zwykle jako bufor stosuje się specjalne dysze do poszczególnych czujników lub uniwersalną podkładkę żelową. Zamiast wody stosuje się obecnie dysze z tworzywa sztucznego na bazie silikonu.

Dzięki powierzchownemu rozmieszczeniu badanych struktur użycie bufora może znacząco poprawić jakość obrazu ultradźwiękowego.

Pole ostrości

Strefa ogniskowania charakteryzuje się tym, że z jednej strony średnica (szerokość) wiązki ultradźwięków jest tu najmniejsza, az drugiej strony, ze względu na efekt soczewki zbierającej, natężenie ultradźwięków jest największe. Pozwala to na wysoką rozdzielczość, tj. zdolność do wyraźnego odróżnienia szczegółów obiektu. Dlatego formacja anatomiczna lub obiekt, który ma być badany, musi znajdować się w polu ostrości.

Daleki obszar ultradźwięków

W dalekiej strefie ultradźwiękowej wiązka ultradźwięków rozbiega się. Ponieważ wiązka ultradźwięków jest osłabiona podczas przechodzenia przez tkankę, intensywność ultradźwięków, zwłaszcza jej składowej o wysokiej częstotliwości, maleje. Oba te procesy niekorzystnie wpływają na rozdzielczość, a tym samym jakość obrazu USG. Dlatego w badaniu w dalekiej strefie ultradźwiękowej traci się jasność obiektu - im więcej, tym dalej od czujnika.

Rozdzielczość urządzenia

Rozdzielczość wizualnego systemu badawczego, zarówno optycznego, jak i akustycznego, jest określona przez minimalną odległość, przy której dwa obiekty na obrazie są postrzegane jako oddzielne. Rozdzielczość jest ważnym wskaźnikiem jakościowym charakteryzującym skuteczność metody badań obrazowych.

W praktyce często pomija się fakt, że zwiększenie rozdzielczości ma znaczenie tylko wtedy, gdy badany obiekt różni się zasadniczo właściwościami akustycznymi od otaczających tkanek, tj. ma wystarczający kontrast. Zwiększenie rozdzielczości przy braku wystarczającego kontrastu nie poprawia możliwości diagnostycznych badania. Rozdzielczość osiowa (w kierunku propagacji wiązki ultradźwięków) leży w obszarze podwojonej wartości długości fali. Ściśle mówiąc, czas trwania poszczególnych impulsów promieniowanych ma kluczowe znaczenie. Zdarza się trochę więcej niż dwie kolejne fluktuacje. Oznacza to, że z czujnikiem o częstotliwości roboczej 3,5 MHz, 0,5 mm struktury tkanki powinny teoretycznie być postrzegane jako oddzielne struktury. W praktyce obserwuje się to tylko pod warunkiem, że struktury są wystarczająco kontrastowe.

Rozdzielczość boczna (boczna) zależy od szerokości wiązki ultradźwięków, a także od ostrości, a tym samym od głębokości badania. Pod tym względem rozdzielczość jest bardzo zróżnicowana. Najwyższa rozdzielczość jest obserwowana w strefie ogniskowej i wynosi w przybliżeniu 4-5 długości fal. Rozdzielczość boczna jest więc 2-3 razy słabsza niż rozdzielczość osiowa. Typowym przykładem jest ultradźwięk przewodu trzustkowego. Światło kanału może być wyraźnie widoczne tylko wtedy, gdy jest prostopadłe do kierunku wiązki ultradźwięków. Części kanału znajdujące się po lewej i prawej stronie pod innym kątem nie są już widoczne, ponieważ rozdzielczość osiowa jest silniejsza niż rozdzielczość boczna.

Rozdzielczość strzałkowa zależy od szerokości wiązki ultradźwiękowej w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny skanowania i charakteryzuje rozdzielczość w kierunku prostopadłym do kierunku propagacji, aw konsekwencji grubość warstwy obrazu. Rozdzielczość strzałkowa jest zwykle gorsza niż osiowa i boczna. W instrukcjach dołączonych do urządzenia ultradźwiękowego ten parametr jest rzadko wymieniany. Należy jednak założyć, że rozdzielczość strzałkowa nie może być lepsza niż rozdzielczość boczna i że te dwa parametry są porównywalne tylko w płaszczyźnie strzałkowej w strefie ogniskowej. W przypadku większości czujników ultradźwiękowych ostrość strzałkowa jest ustawiona na określoną głębokość i nie jest wyraźnie wyrażona. W praktyce, strzałkowe ogniskowanie wiązki ultradźwięków odbywa się za pomocą dopasowanej warstwy w czujniku jako soczewki akustycznej. Zmienne ogniskowanie prostopadłe do płaszczyzny obrazu, a tym samym zmniejszenie grubości tej warstwy jest możliwe tylko za pomocą matrycy piezoelementów.

W przypadkach, w których lekarz badawczy ma szczegółowy opis struktury anatomicznej, konieczne jest zbadanie go w dwóch wzajemnie prostopadłych płaszczyznach, jeśli pozwalają na to cechy anatomiczne badanego obszaru. Jednocześnie rozdzielczość zmniejsza się od kierunku osiowego do bocznego i od bocznego do strzałkowego.

Rodzaje czujników ultradźwiękowych

W zależności od lokalizacji elementów piezoelektrycznych istnieją trzy typy czujników ultradźwiękowych:

W czujnikach liniowych elementy piezoelektryczne są rozmieszczone wzdłuż linii prostej oddzielnie lub w grupach i równolegle emitują fale ultradźwiękowe w tkance. Po każdym przejściu przez tkaninę pojawia się prostokątny obraz (przez 1 s - około 20 obrazów lub więcej). Zaletą czujników liniowych jest możliwość uzyskania wysokiej rozdzielczości w pobliżu lokalizacji czujnika (tj. Stosunkowo wysoka jakość obrazu w strefie bliskiej), wadą jest małe pole przeglądu ultradźwięków na dużej głębokości (wynika to z faktu, że w przeciwieństwie do wypukłych i sektorowych czujniki, promienie ultradźwiękowe czujnika liniowego nie różnią się).

Fazowy czujnik matrycowy przypomina czujnik liniowy, ale jest mniejszy. Składa się z serii kryształów z oddzielnymi ustawieniami. Czujniki tego typu tworzą obraz czujnika sektorowego na monitorze. Podczas gdy w przypadku mechanicznego czujnika sektorowego, kierunek impulsu ultradźwiękowego jest określony przez obrót elementu piezoelektrycznego, podczas pracy z czujnikiem z układem fazowanym, ukierunkowana skupiona wiązka ultradźwięków jest uzyskiwana przez przesunięcie czasowe (przesunięcie fazowe) wszystkich aktywowanych kryształów. Oznacza to, że poszczególne elementy piezoelektryczne są aktywowane z opóźnieniem czasowym, w wyniku czego wiązka ultradźwięków jest emitowana w kierunku ukośnym. Pozwala to na skupienie wiązki ultradźwięków zgodnie z zadaniem badania (ogniskowanie elektroniczne) i jednocześnie znacząco poprawia rozdzielczość w żądanej części obrazu USG. Kolejną zaletą jest możliwość dynamicznego ogniskowania odbieranego sygnału. W tym przypadku ostrość podczas odbioru sygnału jest ustawiana na optymalną głębokość, co również znacznie poprawia jakość obrazu.

W mechanicznym czujniku sektorowym, w wyniku mechanicznych oscylacji elementów przetwornika, fale ultradźwiękowe są wypromieniowywane w różnych kierunkach, więc obraz powstaje w postaci sektora. Po każdym przejściu przez tkaninę tworzy się obraz (10 lub więcej w ciągu 1 s). Zaletą czujnika sektorowego jest to, że pozwala uzyskać szerokie pole widzenia na dużej głębokości, a wadą jest to, że nie jest możliwe badanie w strefie bliskiej, ponieważ pole widzenia w pobliżu czujnika jest zbyt wąskie.

W czujniku wypukłym elementy piezoelektryczne są umieszczone wzdłuż siebie w łuku (zakrzywiony czujnik). Jakość obrazu to skrzyżowanie obrazu uzyskanego przez czujniki liniowe i sektorowe. Czujnik wypukły, podobnie jak czujnik liniowy, charakteryzuje się wysoką rozdzielczością w strefie bliskiej (chociaż nie osiąga rozdzielczości czujnika liniowego), a jednocześnie szerokie pole widzenia w głębokości tkanki jest podobne do czujnika sektorowego.

Jedynie dzięki dwuwymiarowemu rozmieszczeniu elementów przetwornika ultradźwiękowego w postaci matrycy możliwe jest jednoczesne ogniskowanie wiązki ultradźwięków w kierunkach bocznym i strzałkowym. Ta tak zwana matryca piezoelementów (lub dwuwymiarowa matryca) dodatkowo umożliwia uzyskanie danych w trzech wymiarach, bez których niemożliwe jest zeskanowanie ilości tkanki przed czujnikiem. Wytwarzanie matrycy elementów piezoelektrycznych jest pracochłonnym procesem, który wymaga zastosowania najnowszych technologii, dlatego dopiero niedawno producenci zaczęli wyposażać swoje urządzenia ultradźwiękowe w czujniki wypukłe.

Jak działa maszyna ultradźwiękowa?

Dzisiaj chciałbym porozmawiać o strukturze i zasadach działania nowoczesnego urządzenia ultradźwiękowego. Diagnostyka ultradźwiękowa od dawna jest mocno zakorzeniona w naszym życiu, a dziś jest jedną z najbardziej poszukiwanych procedur zarówno w klinikach stanowych, jak i na całym rynku usług medycznych.

W jednym z poniższych postów opowiem o tym, jak wybrać odpowiednią maszynę ultradźwiękową do prywatnej praktyki. Ale wcześniej chciałbym porozmawiać o tym, jak działa maszyna ultradźwiękowa i jak działa.

Urządzenie

Standardowa maszyna ultradźwiękowa (lub skaner ultradźwiękowy) składa się z następujących części:

• Czujnik ultradźwiękowy - detektor (przetwornik), który odbiera i transmituje fale dźwiękowe
• Jednostka centralna (CPU) to komputer, który wykonuje wszystkie obliczenia i zawiera zasilanie elektryczne.
• Czujnik kontroli impulsu - zmienia amplitudę, częstotliwość i czas trwania impulsów emitowanych przez konwerter
• Wyświetlacz - wyświetla obraz utworzony przez procesor na podstawie danych ultradźwiękowych.
• Klawiatura i kursor - używane do wprowadzania i przetwarzania danych
• Urządzenie do przechowywania dysków (dysk twardy lub CD / DVD) - służy do przechowywania odebranych obrazów
• Drukarka - służy do drukowania obrazów

Czujnik ultradźwiękowy jest główną częścią każdego urządzenia ultradźwiękowego. Generuje i odbiera fale dźwiękowe, stosując zasadę efektu piezoelektrycznego, którą odkryli Pierre i Jacques Curie w 1880 roku. Czujnik przetwornika zawiera jeden lub więcej kryształów kwarcu, zwanych również kryształami piezoelektrycznymi. Pod wpływem prądu elektrycznego kryształy te szybko zmieniają swój kształt i zaczynają wibrować, co prowadzi do powstania i rozprzestrzeniania się na zewnątrz fali dźwiękowej. I odwrotnie, gdy fala dźwiękowa dociera do kryształów kwarcu, są one zdolne do emitowania prądu elektrycznego. Tak więc te same kryształy są wykorzystywane do odbierania i przesyłania fal dźwiękowych. Czujnik posiada również warstwę dźwiękochłonną, która filtruje fale dźwiękowe, oraz soczewkę akustyczną, która pozwala skupić się na żądanej fali.

Czujniki ultradźwiękowe różnią się kształtem i wielkością. Kształt czujnika określa jego pole widzenia, a częstotliwość emitowanych fal dźwiękowych określa głębokość ich penetracji i rozdzielczość uzyskanego obrazu.

Jak to wszystko działa?

1. Urządzenie ultradźwiękowe przesyła impulsy dźwiękowe o wysokiej częstotliwości (od 1 do 18 MHz) do ciała ludzkiego za pomocą czujnika ultradźwiękowego.
2. Fale dźwiękowe propagują się wzdłuż obiektu i docierają do granic między tkankami o różnych impedancjach akustycznych (na przykład między płynem a tkanką miękką, tkanką miękką i kością). W tym samym czasie część fal dźwiękowych zostanie odbita z powrotem do przetwornika, a druga część będzie kontynuować swój bieg w nowym środowisku. Odbite fale są wykrywane przez czujnik.
3. Dane z czujnika ultradźwiękowego są przekazywane do centralnego procesora, który jest „mózgiem” urządzenia i służy do przetwarzania otrzymanych danych, utworzenia obrazu i przesłania go do monitora. Procesor oblicza odległość od czujnika do tkanki lub narządu, wykorzystując znaną prędkość dźwięku w tkance i czas potrzebny na powrót sygnału echa do czujnika (z reguły około milionowych części sekundy).

Czujnik ultradźwiękowy przesyła i odbiera miliony impulsów i echa co sekundę. Sterowanie czujnikiem pozwala lekarzowi ustawić i zmienić częstotliwość i czas trwania impulsu ultradźwiękowego, a także tryb skanowania urządzenia.

Tryby działania urządzenia ultradźwiękowego

Nowoczesne urządzenia ultradźwiękowe mogą działać w kilku trybach, z których główne są następujące:

Tryb A (tryb A, od słowa „amplituda”)

Amplituda odbijanego ultradźwięku jest wyświetlana na ekranie oscyloskopu. Obecnie tryb ten ma głównie znaczenie historyczne i jest stosowany głównie w okulistyce. Oczywiście każdy nowoczesny aparat ultradźwiękowy może pracować w tym trybie.

Tryb M (od słowa „ruch”)

Tryb ten pozwala uzyskać obraz struktur serca w ruchu. Ze względu na wysoką częstotliwość próbkowania tryb M jest niezwykle cenny dla dokładnej oceny szybkich ruchów.

Tryb B (od słowa „jasność”, w echokardiografii tryb ten nazywa się 2D)

Najbardziej informacyjny i intuicyjny tryb we współczesnej maszynie ultradźwiękowej. Amplituda odbijanego sygnału ultradźwiękowego jest przekształcana w dwuwymiarowy obraz półtonowy. Większość urządzeń korzysta z 256 odcieni szarości, co umożliwia wizualizację nawet bardzo małych zmian echogeniczności.

Szybkość aktualizacji obrazu na ekranie w trybie B wynosi zwykle co najmniej 20 klatek na minutę, co powoduje złudzenie ruchu.

Tryb 2D służy do pomiaru komór serca, oceny struktury i funkcji zastawek, globalnej i segmentowej funkcji skurczowej komory.

Ten tryb wizualizacji opiera się na efekcie Dopplera, tj. zmiana częstotliwości (przesunięcie Dopplera) spowodowana ruchem źródła dźwięku względem odbiornika. Diagnostyka USG wykorzystuje zmianę częstotliwości odbijanego sygnału z czerwonych krwinek. Częstotliwość odbijanej fali ultradźwiękowej zwiększa się lub zmniejsza zgodnie z kierunkiem przepływu krwi względem czujnika.

Dopler kolorowy (obrazowanie dopplerowskie z przepływem kolorów, CFI)

Tryb ten umożliwia zlokalizowanie naczyń krwionośnych (lub oddzielenie przepływów krwi, na przykład wewnątrz komór serca) w celu określenia kierunku i prędkości przepływu krwi. Przepływy krwi w kierunku czujnika są zaznaczone na czerwono. Pochodzące z niego czujniki są niebieskie. Przepływy biegnące prostopadle do płaszczyzny badania będą pomalowane na czarno. Strefy burzliwego przepływu krwi są zielone lub białe. Jednak większość urządzeń pozwala dostosować kolory strumienia według własnego uznania.

Dopler fali pulsacyjnej (Doppler fali pulsacyjnej, PW)

Tryb ten pozwala ocenić charakter przepływu krwi w określonym obszarze naczynia i zwizualizować obszary laminarnego i turbulentnego przepływu krwi. W porównaniu z kolorowym Dopplerem, pozwala dokładniej określić prędkość i kierunek przepływu krwi.

Główną wadą tej metody jest niedokładne określenie przepływów o dużej prędkości, co nakłada pewne ograniczenia na jej wykorzystanie.

Doppler falowy ciągły (Doppler fali ciągłej, CWD)

W tym trybie jedna część czujnika w sposób ciągły transmituje, a druga część w sposób ciągły odbiera sygnał Dopplera wzdłuż jednej linii w obrazie 2D. W przeciwieństwie do dopplera fali pulsacyjnej, metoda ta dokładnie wykrywa przepływy z dużą prędkością. Wadą tej metody jest niemożność dokładnego zlokalizowania sygnału.

CWD stosuje się do pomiaru natężenia przepływu zwrotnego przez zastawki trójdzielne, płucne, mitralne i aortalne, jak również prędkość skurczowego przepływu przez zastawkę aortalną.

Dopler tkankowy (Doppler tkankowy)

Ten tryb jest podobny do doplera fali pulsacyjnej, z tym wyjątkiem, że jest używany do pomiaru prędkości ruchu tkanek (która jest znacznie niższa niż prędkość przepływu krwi). Jest on stosowany w szczególności do określenia kurczliwości mięśnia sercowego.

Oprócz powyższych trybów pojawiły się ostatnio dodatkowe algorytmy, które mogą znacząco poprawić jakość i rozdzielczość obrazu. Algorytmy te obejmują tryby 3D i 4D, Tissue Harmonic Imaging (THI), a także dopler energii (doppler mocy). Cóż, kilka słów o tych trybach:

Tryb 3D - tworzenie trójwymiarowych obrazów trójwymiarowych na podstawie uzyskanych obrazów 2D w różnych płaszczyznach.

Tryb 4D - jeszcze trudniej jest przetwarzać wszystkie te same informacje 2D, gdy procesor tworzy obraz z gotowych obrazów 3D. Druga nazwa - „ultradźwięk 3D w czasie rzeczywistym” - najlepiej opisuje istotę tego trybu, który pozwala oglądać obrazy 3D zmieniające się w czasie. W rzeczywistości jest to obraz wideo.

Tissue Harmonic Imaging (THI) to technologia, która pozwala znacząco poprawić jakość obrazu (ważne dla pacjentów z nadwagą).

Doppler mocy (doppler mocy) ma wyższą czułość w porównaniu do dopplera kolorowego i jest używany do badania małych naczyń. Nie pozwala określić kierunku przepływu krwi.

Otóż ​​o urządzeniu ultradźwiękowym i jego zasadach działania na dziś wszystko. Zobacz także: