Применение ультразвука в медицине для диагностических целей

В ультразвуковой диагностике используют продольные ультразвуковые волны, которые обладают высокой проникающей способностью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимый свет. Они относятся к числу неионизирующих излучений и в применяемом в диагностике диапазоне не вызывают выраженных биологических эффектов. Средняя интенсивность их энергии не превышает при использовании коротких импульсов 0.01 Вт/см², поэтому противопоказаний нет. Процедура ультразвуковой диагностики непродолжительна, безболезненна, может быть многократно повторена. Ультразвуковой аппарат занимает мало места и может быть использован для обследования как стационарных, так и для амбулаторных больных.

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

Он позволяет зарегистрировать даже незначительные изменения плотности биологических сред. Благодаря перечисленным достоинствам ультразвуковой метод стал одним из наиболее популярных и доступных исследований в клинической медицине.

Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики:

- одномерное исследование (эхография);

- двухмерное исследование (сонография, сканирование);

- доплерография.

Все они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов.

Различают два варианта одномерного УЗ исследования: А- и М-методы.

При диагностике с помощью прибора типа А излучатель, испускающий короткие (длительностью порядка 10^-6 с) УЗ -импульсы, прикладывается к исследуемому участку тела через контактное вещество. В паузах между импульсами прибор принимает импульсы, отраженные от различных неоднородностей в тканях. После усиления эти импульсы наблюдаются на экране в виде отклонений луча от горизонтальной линии. Полная картина отраженных импульсов называется одномерной эхограммой типа А. Отсюда и название метода (от англ. аmplitude- амплитуда).

На рис. 1 показана эхограмма, полученная при эхоскопии глаза.

Слайд №1

Первый слева сигнал представляет собой возбуждающий импульс, совпадающий с отражением ультразвуковых колебаний от наружной поверхности роговицы. Второй и третий сигнал вызваны отражением ультразвуковой волны, соответственно, от передней и задней поверхности хрусталика. Четвертый сигнал обусловлен отражением от глазного дна и последующими уменьшающимися по амплитуде отражениями от слоев ретробульбарной ткани. Как следует их рисунка, камерная влага, хрусталик и стекловидное тело представляют собой акустически однородные ткани и не дают отражений.

В связи с прямой зависимостью между временем и соответствующим расстоянием, проходимым ультразвуковым импульсом, линия развертки является одновременно и осью расстояний и может быть прокалибрована в единицах длины. Измерения расстояний в пределах исследуемой структуры наиболее просто производить по миллиметровой шкале на экране монитора и электронно-лучевой трубки.

Эхограммы тканей различного типа отличаются друг от друга количеством импульсов и их амплитудой. Анализ эхограммы типа А во многих случаях позволяет получить дополнительные сведения о состоянии, глубине залегания и протяженности патологического участка.

Одномерный эхографический метод не дает привычной по рентгеновским снимкам картины внутренних тканей и органов, однако во многих случаях обеспечивает получение необходимой информации. Так, например, в офтальмологии одномерный эхографический метод применяют для измерения анатомо-оптических структур глаза, определения размера и формы глазного яблока, диагностики опухолей, отслойки сетчатки и сосудистой оболочки, обнаружения и локализации инородных тел и др.

Одномерные приборы с индикацией типа А применяются также в неврологии, нейрохирургии, онкологии, акушерстве и других областях медицины, так как его отличают простота, дешевизна и мобильность исследования.

М-метод (от англ. motion-движение) также относится к одномерным ультразвуковым исследованиям. Он предназначен для исследования движущегося объекта. Датчик находится в фиксированном положении. Частота посылки ультразвуковых импульсов очень высокая – около 1000 в 1 секунду, а продолжительность импульса очень небольшая, всего 1 мкс. Таким образом, датчик лишь 0,1% времени работает как излучатель, а 99,9% - как воспринимающее устройство. Отраженные от движущихся стенок сердца сигналы записываются на диаграммную бумагу. По форме и расположению зарегистрированных кривых можно составить представление о характере сокращений сердца. Данный метод ультразвуковой биолокации получил также название «эхокардиография».

Ультразвуковое сканирование позволяет получать двумерное изображение органов (сонография). Этот метод известен также под названием В-метод (от англ.bright-яркость). Сущность метода заключается в перемещении ультразвукового пучка по поверхности тела во время исследования.

Слайд №2

Различают простое и сложное сканирование. При простом сканировании пьезопреобразователь совершает простейшее движение, так что на каждую точку озвучиваемой плоскости ультразвуковая волна падает только один раз под определенным углом. Применяется перемещение пьезопреобразователя и луча по линейному закону (линейное сканирование), а также вращательное движение пьезопреобразователя, приводящее к угловому перемещению луча (секторное сканирование).

Этим обеспечивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от многих объектов. Получаемая серия сигналов служит для формирования изображения. Оно возникает на дисплее и может быть зафиксировано на бумаге. Это изображение можно подвергнуть математической обработке, определяя размеры (площадь, периметр, поверхность и объем) исследуемого органа.

При ультразвуковом сканировании яркость каждой светящейся точки на экране индикатора находится в прямой зависимости от интенсивности эхосигнала. Сигналы разной силы обуславливают на экране участка потемнения различной степени (от белого до черного цвета). На аппаратах с такими индикаторами плотные камни выглядят ярко-белыми, а образования, содержащие жидкость, - черными. Рис. 2

Слайд №3

Сонограмма желчного пузыря при холелитиазе. В полости пузыря определяется одиночный камень (++), за ним видна акустическая «дорожка».

Доплерография – одна из самых изящных инструментальных методик. Она основана на эффекте Доплера названном так по имени австрийского ученого – физика и астронома. Этот эффект состоит в изменении длины волны (или частоты) при движении источника волн относительно принимающего их устройства.

Если при покоящихся относительно друг друга источнике и приемнике некоторой волны (например, ультразвуковой) частота излучаемой волны и регистрируемая приемником частота волны будет больше той частоты, которую зафиксировал источник. При относительном удалении приемника и источника наоборот.

Специальная формула позволяет по сдвигу (разности) частот излучаемой и регистрируемой волн ∆ν = ν - ν₀ оценить скорость относительного движения приемника и источника υ:

ν = ν₀ ∙ ,

где ϲ - скорость ультразвука в среде; υ – относительная скорость движения приемника и источника ультразвука; ν₀ – частота излучаемой волны, ν – частота волны, зарегистрированной приемником.

Слайд № 4

На рисунке 3 видно, что если скорость относительного движения приемника и источника равна нулю, то частота излучаемой волны ν₀ равна частоте регистрируемой приемником волны ν; если источник и приемник сближаются друг с другом (υ ν ν₀; если же удаляются (υ ν ν₀.

Это обстоятельство используется тогда, когда по допплеровскому сдвигу частоты оценивают скорость кровотока в сосуде.

Слайд №5

На кровеносный сосуд направляется ультразвук с частотой ν_0, а затем приемником регистрируется отраженный от движущихся эритроцитов крови сигнал частоты ν. Специальное устройство сравнения находит разность частот ∆ν = ν - ν₀ . Эта разность оказывается пропорциональной скорости эритроцита, примерно равной скорости движения крови в сосуде. При этом можно оценить величину скорости и определить ее направление. На экране дисплея компьютера одно из возможных направлений окрашивается в красный цвет, а противоположное – в синий. Интенсивность окраски указывает на величину скорости кровотока.

На основе ультразвукового эффекта Доплера можно также определить параметры движения клапанов и стенок сердца. Этот метод назван доплеровской эхокардиографией.

Принципиальное отличие доплеровского метода от эхографического – непрерывный режим ультразвукового излучения. В связи с этим, помимо излучающего необходим отдельный приемный пьезоэлектрический преобразователь, который возбуждается отраженный от перемещающейся структуры ультразвуковой волны. Для удобства эксплуатации оба преобразователя размещаются в одной прикладываемой к поверхности тела ультразвуковой головке (зонде).

В результате сравнения частот излученной и отраженной ультразвуковых волн выделяется разностная частота, пропорциональная скорости движения объекта. Сигнал разностной частоты может быть преобразован в акустический (в случае контроля частоты сердцебиений) либо может быть непосредственно зарегистрирован.

Сопоставление ультразвукового и рентгеновского «просвечиваний».

В некоторых случаях ультразвуковое просвечивание имеет преимущество перед рентгеновским. Это связано с тем, что рентгеновские лучи дают четкое изображение «твердых» тканей на фоне «мягких». Так, например, на фоне мягких тканей хорошо видны кости. Для получения рентгеновского изображения мягких тканей на фоне других мягких тканей (например, кровеносный сосуд на фоне мышц) сосуд нужно заполнить веществом, хорошо поглощающем рентгеновское излучение (контрастное вещество). Ультразвуковое просвечивание, благодаря уже указанным особенностям, дает в этом случае изображение без применения контрастных веществ.

При рентгеновском обследовании дифференцируется разность плотностей до 10%, при ультразвуковом – до 1%.

Поиск по сайту: