Как работает ультразвук Существует множество ситуаций, когда проводится ультразвуковое исследование. Возможно, вы беременны, и ваш акушер-гинеколог хочет, чтобы вы прошли ультразвуковое исследование для проверки развития плода или определения предполагаемой даты родов. Возможно, у вас проблемы с простатой.
Как работает ультразвук
Существует множество ситуаций, когда проводится ультразвуковое исследование. Возможно, вы беременны, и ваш акушер-гинеколог хочет, чтобы вы прошли УЗИ для проверки развития плода или определения предполагаемой даты родов. Возможно, у вас проблемы с кровообращением в конечности или сердце, и ваш врач назначил допплеровское УЗИ для оценки кровотока. Ультразвук уже много лет является популярным методом медицинской визуализации.
Что такое ультразвук?
Ультразвук или ультрасонография — это метод медицинской визуализации, использующий высокочастотные звуковые волны и их эхо. Этот метод аналогичен эхолокации, используемой летучими мышами, китами и дельфинами, а также SONAR, применяемому подводными лодками. При ультразвуковом исследовании происходят следующие события:
Ультразвуковой аппарат передает высокочастотные (от 1 до 5 мегагерц) звуковые импульсы в ваше тело с помощью датчика.
Звуковые волны проникают в ваше тело и достигают границы между тканями (например, между жидкостью и мягкой тканью, мягкой тканью и костью).
Часть звуковых волн отражается обратно к датчику, в то время как другие продолжают распространяться дальше, пока не достигнут другой границы и не отразятся.
Отраженные волны улавливаются датчиком и передаются в аппарат.
Аппарат вычисляет расстояние от датчика до ткани или органа (границ), используя скорость звука в ткани (5 005 футов/с или 1 540 м/с) и время возврата каждого эха (обычно порядка миллионных долей секунды).
Аппарат отображает расстояния и интенсивности эхо-сигналов на экране, формируя двухмерное изображение, подобное показанному ниже.
Ультразвуковое изображение растущего плода (примерно 12 недель) внутри матки матери. Это вид сбоку ребенка, показывающий (справа налево) голову, шею, туловище и ноги.
При типичном ультразвуковом исследовании каждую секунду отправляются и принимаются миллионы импульсов и эхо-сигналов. Датчик можно перемещать по поверхности тела и изменять его угол для получения различных видов.
Ультразвуковой аппарат
Базовый ультразвуковой аппарат состоит из следующих частей:
трансдьюсерный датчик — датчик, который отправляет и принимает звуковые волны
центральный процессор (CPU) — компьютер, который выполняет все расчеты и содержит источники электропитания для себя и трансдьюсерного датчика.
регуляторы импульсов трансдьюсера — изменяют амплитуду, частоту и длительность импульсов, излучаемых трансдьюсерным датчиком
дисплей — отображает изображение на основе данных ультразвука, обработанных CPU
клавиатура/курсор — ввод данных и выполнение измерений на дисплее
устройство хранения на диске (жесткий, гибкий, CD) — сохраняет полученные изображения
принтер — печатает изображение на основе отображаемых данных
Трансдьюсерный датчик
Датчик-преобразователь является основной частью ультразвукового аппарата. Датчик-преобразователь создает звуковые волны и принимает эхо-сигналы. Он, так сказать, является ртом и ушами ультразвукового аппарата. Датчик-преобразователь генерирует и принимает звуковые волны, используя принцип, называемый пьезоэлектрическим (пьезоэлектрическим) эффектом, который был открыт Пьером и Жаком Кюри в 1880 году. В датчике находится один или несколько кристаллов кварца, называемых пьезоэлектрическими кристаллами. Когда к этим кристаллам прикладывается электрический ток, они быстро меняют свою форму. Быстрые изменения формы или вибрации кристаллов создают звуковые волны, которые распространяются наружу. И наоборот, когда звуковые волны или волны давления ударяются о кристаллы, они излучают электрические токи. Таким образом, одни и те же кристаллы могут использоваться для отправки и приема звуковых волн. Датчик также содержит звукопоглощающее вещество для устранения обратных отражений от самого датчика и акустическую линзу, помогающую фокусировать излучаемые звуковые волны.
Датчики-преобразователи бывают самых разных форм и размеров, как показано на фото выше. Форма датчика определяет его поле зрения, а частота излучаемых звуковых волн определяет глубину проникновения звуковых волн и разрешение изображения. Датчики-преобразователи могут содержать один или несколько кристаллических элементов; в многолементных датчиках каждый кристалл имеет свою собственную электрическую цепь. Многолементные датчики имеют преимущество, заключающееся в том, что ультразвуковым лучом можно «управлять», изменяя время, в течение которого каждый элемент получает импульс; управление лучом особенно важно для эхокардиографии (см. «Основные принципы ультразвука» для получения подробной информации о датчиках). В дополнение к датчикам, которые можно перемещать по поверхности тела, некоторые датчики предназначены для введения через различные отверстия тела (влагалище, прямую кишку, пищевод), чтобы они могли приблизиться к исследуемому органу (матке, предстательной железе, желудку); приближение к органу позволяет получить более детальные изображения.
Составные части ультразвукового аппарата
Центральный процессор (CPU)
CPU является мозгом ультразвукового аппарата. CPU — это, по сути, компьютер, который содержит микропроцессор, память, усилители и источники питания для микропроцессора и датчика-преобразователя. CPU посылает электрические токи на датчик-преобразователь для излучения звуковых волн, а также принимает электрические импульсы от датчиков, созданные возвращающимся эхом. CPU выполняет все вычисления, связанные с обработкой данных. После обработки необработанных данных CPU формирует изображение на мониторе. CPU также может сохранять обработанные данные и/или изображение на диск.
Элементы управления импульсами датчика
Элементы управления импульсами датчика позволяют оператору, называемому специалистом по ультразвуковой диагностике, устанавливать и изменять частоту и продолжительность ультразвуковых импульсов, а также режим сканирования аппарата. Команды оператора преобразуются в изменяющиеся электрические токи, которые подаются на пьезоэлектрические кристаллы в датчике-преобразователе.
Дисплей
Дисплей — это компьютерный монитор, который отображает обработанные данные от CPU. Дисплеи могут быть черно-белыми или цветными, в зависимости от модели ультразвукового аппарата.
Клавиатура/Курсор
Ультразвуковые аппараты имеют встроенные клавиатуру и курсор, например, трекбол. Эти устройства позволяют оператору добавлять примечания к данным и выполнять измерения по данным.
Дисковое хранилище
Обработанные данные и/или изображения могут храниться на диске. Диски могут быть жесткими дисками, гибкими дисками, компакт-дисками (CD) или цифровыми видеодисками (DVD). Обычно ультразвуковые сканы пациента сохраняются на гибком диске и архивируются вместе с медицинской картой пациента.
Принтеры
Многие ультразвуковые аппараты имеют термопринтеры, которые можно использовать для получения твердой копии изображения с дисплея.
