Ультразвукові методи досліджень
1. Поняття УЗ
Ультразвукові хвилі - це пружні коливання середовища з частотою, лежить вище діапазону чутних людиною звуків - вище 20 кГц. Верхнім межею ультразвукових частот можна вважати 1 - 10 ГГц. Ця межа визначається міжмолекулярними відстанями і тому залежить від агрегатного стану речовини, в якому поширюються ультразвукові хвилі. Вони мають високу проникаючу здатність і проходять через тканини організму, не проникні видимого світла. Ультразвукові хвилі відносяться до числа неіонізуючих випромінювань і в діапазоні, вживаному в діагностиці, не викликають істотних біологічних ефектів. За середньої інтенсивності енергія їх не перевищує при використанні коротких імпульсів 0,01 Вт/см 2 . Тому протипоказань до дослідження не є. Сама процедура ультразвукової діагностики нетривала, безболісна, може багаторазово повторюватися. Ультразвукова установка займає мало місця, не вимагає ніякого захисту. Вона може бути використана для обстеження як стаціонарних, так і амбулаторних хворих.
Таким чином, ультразвуковий метод - це спосіб дистантного визначення положення, форми, величини, структури і рухів органів і тканин, а також патологічних вогнищ за допомогою ультразвукового випромінювання. Він забезпечує реєстрацію навіть незначних змін щільності біологічних середовищ. У найближчі роки він, по Цілком ймовірно, стане основним способом візуалізації в діагностичній медицині. В силу своєї простоти, нешкідливості та ефективності він, в більшості випадків, повинен застосовуватися на ранніх етапах діагностичного процесу.
Для генерування УЗ використовуються пристрої, звані УЗ-випромінювачами. Найбільше поширення набули електромеханічні випромінювачі, засновані на явищі зворотного п'єзоелектричного ефекту. Зворотний п'єзоефект полягає в механічної деформації тіл під дією електричного поля. Основною частиною такого випромінювача є пластина або стрижень з речовини з добре вираженими п'єзоелектричними властивостями (кварц, сегнетова сіль, керамічний матеріал на основі титанату барію та ін.) На поверхню пластини у вигляді провідних шарів нанесені електроди. Якщо до електродів прикласти, змінне електрична напруга від генератора, то пластина завдяки зворотному п'єзоефект почне вібрувати, випромінюючи механічну хвилю відповідної частоти.
Найбільший ефект випромінювання механічної хвилі виникає при виконанні умови резонансу. Так, для пластин товщиною 1 мм резонанс виникає для кварцу на часте 2,87 МГц, сегнетової солі - 1,5 МГц і титанату барію - 2,75 МГц.
Приймач УЗ можна створити на основі п'єзоелектричного ефекту (прямий п'єзоефект). В цьому випадку під дією механічної хвилі (УЗ-хвилі) виникає деформація кристала, яка приводить при п'єзоефекті до генерування змінного електричного поля; відповідне електрична напруга може бути виміряна.
Застосування УЗ в медицині пов'язано з особливостями його розповсюдження і характерними властивостями. Розглянемо це питання. За фізичну природу УЗ, як і звук, є механічною (пружною) хвилею. Однак довжина хвилі УЗ суттєво менше довжини звукової хвилі. Дифракція хвиль істотно залежить від співвідношення довжини хвиль і розмірів тіл, на яких хвиля дифрагує. "Непрозоре" тіло розміром 1 м не буде препятстствіем для звукової хвилі з довжиною 1,4 м, але стане перешкодою для УЗ-хвилі з довжиною 1,4 мм, виникне "УЗ-тінь". Це дозволяє в деяких випадках не враховувати дифракцію УЗ-хвиль, розглядаючи при ламанні і відображенні ці хвилі як промені аналогічно переломленню і відображенню світлових променів).
Відображення УЗ на межі двох середовищ залежить від співвідношення їх хвильових опорів. Так, УЗ добре відбивається на кордонах м'яз - окістя-кістка, на поверхні порожнистих органів і т. д. Тому можна визначити розташування і розмір неоднорідних включень, порожнин, внутрішніх органів і т. п. (УЗ-локація). При УЗ-локації використовують як безперервне, таки імпульсне випромінювання. У першому-випадку досліджується стояча хвиля, що виникає при інтерференції падаючої і відбитої хвиль від кордону розділу. У другому випадку спостерігають відбитий імпульс і вимірюють час поширення ультразвуку до досліджуваного об'єкта і назад. Знаючи швидкість поширення ультразвуку, визначають глибину залягання об'єкта.
Хвильовий опір (імпеданс) біологічних середовищ в 3000 разів більше хвильового опору повітря. Тому якщо УЗ-випромінювач прикласти до тіла людини, то УЗ не проникне всередину, а буде відбиватися за тонкого шару повітря між випромінювачем і біологічним об'єктом. Щоб виключити повітряний шар, поверхню УЗ-випромінювача покривають шаром масла.
Швидкість поширення ультразвукових волі і їх поглинання суттєво залежать від стану середовища; на цьому грунтується використання ультразвуку для вивчення молекулярних властивостей речовини. Дослідження такого роду є предметом молекулярної акустики.
2. Джерело і приймач ультразвукового випромінювання
Ультразвукову діагностику здійснюють за допомогою ультразвукової установки. Вона являє собою складне і разом з тим досить портативний пристрій, виконується у вигляді стаціонарного або пересувного апарату. Для генерування УЗ використовують пристрої, звані УЗ-випромінювачами. Джерело і приймач (датчик) ультразвукових хвиль в такій установці - п'єзокерамічних пластинка (кристал), розміщена в антені (звуковому зонді). Ця платівка - ультразвуковий перетворювач. Змінний електричний струм змінює розміри пластинки, збуджуючи тим самим ультразвукові коливання. Застосовувані для діагностики коливання володіють малою довжиною хвилі, що дозволяє формувати з них вузький пучок, що направляється в досліджувану частину тіла. Відбиті хвилі сприймаються тією ж платівкою і перетворюються в електричні сигнали. Останні надходять на високочастотний підсилювач і далі обробляються і видаються користувачеві у вигляді одновимірного (у формі кривої) або двомірного (в формі картинки) зображення. Перше називають ехограм, а друге - ультрасонограммой (сонограмма) або ультразвукових ськанограммах.
Частоту ультразвукових хвиль підбирають залежно від мети дослідження. Для глибоких структур застосовують більш низькі частоти і навпаки. Наприклад, для вивчення серця використовують хвилі з частотою 2,25-5 МГц, в гінекології - 3,5-5 МГц, для ехографії очі - 10-15 МГц. На сучасних установках луна-і сонограми піддають комп'ютерному аналізу за стандартними програмам. Роздруківка інформації проводиться у буквеної та цифрової формі, можливий запис на відеострічці, в тому числі в кольорі.
Всі ультразвукові установки, крім заснованих на ефекті Допплера, працюють в режимі імпульсної ехолокації: випромінюється короткий імпульс і сприймається відбитий сигнал. В залежності від завдань дослідження вживають різні види датчиків. Частина з них призначена для сканування з поверхні тіла. Інші датчики з'єднані з ендоскопічним зондом, їх використовують при внутрішньопорожнинний дослідженні, в тому числі в комбінації з ендоскопією (ендосонографія). Ці датчики, а також зонди, створені для ультразвукової локації на операційному столі, допускають стерилізацію.
За принципом дії всі ультразвукові прилади ділять на дві групи: ехоімпульсние і допплерівські. Прилади першої групи служать для визначення анатомічних структур, їх візуалізації та вимірювання. Прилади другого групи дозволяють отримувати кінематичну характеристику швидко протікають процесів - кровотоку в судинах, скорочень серця. Однак такий розподіл умовно. Існують установки, які дають можливість одночасно вивчати як анатомічні, так і функціональні параметри.
3. Об'єкт ультразвукового дослідження
Завдяки своїй нешкідливості і простоті ультразвуковий метод може широко застосовуватися при обстеженні населення під час диспансеризації. Він незамінний при дослідженні дітей і вагітних. У клініці він використовується для виявлення патологічних змін...
