Физика ультразвука. Лекция 1_Физика ультразвука. Физические основы ультразвуковой диагностики
 Скачать 1.98 Mb.
|
|
НАО «МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕМЕЙ» @ssmukz semeymedicaluniversity SSMUofficial ssmukz SemeyStateMedicalUni www.ssmu.kz Тема лекции: «Физические основы ультразвуковой диагностики» Определение Физические основы УЗД Устройства для генерации и приема ультразвуковых волн Способы регистрации отраженных сигналов (режимы работы УЗ-аппаратов) ОпределениеВведите текст Ультразвуковая диагностика (УЗД, сонография, ультрасонография) – метод лучевой диагностики, при котором используются высокочастотные звуковые (ультразвуковые) волны для получения изображения внутренних органов человеческого тела. В основе метода лежит регистрация отраженных от внутренних структур ультразвуковых волн – эхо (по аналогии с отражением обычным отражением волн звукового диапазона). Преимущества метода:Преимущества метода: не имеет противопоказаний, безопасна, достаточно высокая диагностическая эффективность простота, отсутствие лучевой нагрузки (позволяет исследовать беременных и детей) неинвазивность, возможность многократного исследования, а также то, что она проводится в режиме реального времени. Ультразвуковую аппаратуру можно доставить в любое лечебное учреждение для обследования тяжелых, нетранспортабельных больных. Преимущества метода:Преимущества метода: Еще одним достоинством является одномоментное исследование многих органов и систем, что особенно важно при сложной клинической картине. Существенным преимуществом по сравнению с другими методами лучевой диагностики является экономичность метода. Так, стоимость ультразвукового исследования в несколько раз меньше, чем традиционного рентгеновского метода, и в десятки раз меньше, чем КТ и МРТ. Поэтому УЗИ может применяться в качестве скринингового метода для исследования многих органов и систем. Недостатки метода:Недостатки метода: существенные ограничения в исследовании ряда органов и систем (легкие, внутренняя костная структура, головной мозг у взрослых, кишечник, заполненный газом); зависимость качества получаемого изображения от класса аппарата; субъективность в интерпретации получаемых изображений, т.е. зависимость точности диагностики от квалификации врача; плохая демонстративность застывших изображений, и, соответственно, относительно низкие возможности в документировании изображений. Задачи, которые решает врач при проведении УЗ-исследования: оценить положение органа, его отношение к другим органам и системам; оценить его размеры, форму, контуры; оценить структуру органа (эхогенность), поиск очагов, зон патологической эхогенности (нарушений структуры); оценить функцию органа или системы; оценить кровоток исследуемого органа, области; сопоставить полученную ультразвуковую картину с клиническими, лабораторными и др. данными для составления ультразвукового заключения. Звук - механическая продольная волна, в которой колебания частиц находятся в той же плоскости, что и направление распространения энергии. Частота от 16 Гц до 20 кГц – зона слышимости для человека, частота звуковых волн менее 16 Гц относится к инфразвуку. Ультразвук – звуковые колебания с частотой более 20 кГц. Частоту в диапазоне 25 – 500 кГц используют живые организмы в природе. Основными характеристиками ультразвуковых волн являются период колебания (Т) – время, за которое молекула или частица вещества совершает одно полное колебание, частота (ν) – число колебаний в единицу времени, длина (λ) – расстояние между точками одной фазы и скорость распространения (с), которая зависит, главным образом, от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна ее частоте.
Скорость распространения ультразвука (с)– скорость, с которой волна перемещается в среде. Ед. измерения - м/с. Скорость распространения ультразвука определяется только свойствами среды (ткани), главным образом, плотностью. Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела человека составляет 1540 м/с – на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов. При распространении ультразвуковой волны происходит передача энергии (интенсивность волны I). Интенсивность передаваемого ультразвука постепенно уменьшается с прохождением через ткани тела. Общая потеря интенсивности (или мощности) называется ослаблением и происходит за счет затухания, поглощения и рассеяния. Непоглощенная часть ультразвука может быть рассеяна или отражена тканями назад к датчику в виде эха. Легкость прохождения ультразвука через ткани частично зависит от массы частиц (которая определяет плотность ткани) и частично – от сил эластичности, притягивающих частицы друг к другу. Скорость прохождения ультразвука через ткань в значительной мере определяется ее эластичностью. Плотность и эластичность ткани вместе определяют ее так называемое акустическое сопротивление или импеданс (Z = ρc, где Z – акустическое сопротивление, ρ – плотность, c – скорость распространения ультразвука в ткани). Чем больше разница акустических сопротивлений, тем больше отражение ультразвука. Крайне большое различие в акустическом сопротивлении существует на границе мягкая ткань – газ, и почти весь ультразвук от нее отражается. Существует также и относительно большое различие в акустическом сопротивлении между мягкой тканью и кортикальной костью. Костные структуры создают помехи или полностью исключают возможность проведение ультразвукового исследования (ребра - при исследовании сердца, правой доли печени, селезенки, почек, кости черепа не дают возможность исследовать головной мозг у взрослых и т.д.). При этом, чем выше частота (соответственно меньше длина волны), тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата, т.е. способность увидеть более мелкие детали на изображении. С другой стороны – чем выше частота, тем меньше проникающая способность или глубинна сканирования. В ультразвуковой диагностике используют диапазон 2 – 15 МГц. Данный диапазон обусловлен физическими особенностями ультразвука (зависимостью глубины сканирования от частоты) и диагностическими задачами УЗД (получением изображения по возможности с бόльшим разрешением). Так, при внешнем механическом воздействии, которое вызывает деформацию монокристаллов, на их гранях возникают противоположные по знаку электрические заряды. Это - прямой пьезоэлектический эффект. Кроме того, имеется еще одно (обратное) свойство пьезоэлементов - при подаче на эти монокристаллы переменного электрического заряда происходит их механические колебания, которые могут при определенных параметрах электрического тока генерировать ультразвуковые волны. Это – обратный пьезоэлектрический эффект Основные типы датчиков –А) линейный Б) конвексный С) секторныйЛинейный датчик – высокочастотный датчик с частотой 5-15 Мгц, чаще 7,5.МГц Конвексный датчик (англ. convex – выпуклый)– обладает выпуклой рабочей поверхностью, что обеспечивает лучший контакт с кожей в исследуемой области; частота 1,8-7,5 МГц, чаще – 3,5 МГц. Секторный датчик работает на частоте 2-5 МГц. Весь процесс ультразвукового сканирования можно разделить на следующие этапы: генерация ультразвуковых волн (обратный пьезоэлектрический эффект); проникновение ультразвуковых волн в ткани; взаимодействие ультразвука с тканями, отражение от границ раздела сред в виде различной силы «эха»; преобразование отраженных сигналов в электрический сигнал (прямой пьезоэлектрический эффект); регистрация электрического сигнала с помощью различных видов регистрации отраженных сигналов или различных видов развертки изображения. Отраженный эхосигнал может быть представлен на экране в следующих режимах: А – режим; - В – режим; - М – режим; допплеровские режимы; комбинированные режимы (одновременное использование двух и более режимов); режимы с построением объемного изображения (3D и 4D); эластография А – режим (амплитудный режим) А – режимный формат дает только одномерное изображение акустического сопротивления вдоль линии прохождения ультразвукового луча и в настоящее время редко используется для диагностики, так как точность метода невысока. М – режима, M-mode (М – англ. motion – движение, двигаться). На таком изображении ось глубины на мониторе ориентируется вертикально, а временная развертка – в горизонтальном направлении. Таким образом получают кривые, которые предоставляют детальную информацию о перемещениях расположенных вдоль ультразвукового луча отражающих структур. В-режим (от англ. brightness – яркость) - данный термин означает, что эхо изображается на экране в виде ярких точек, и яркость определяется силой эха. Формирование изображения определяется тем, что различные ткани по-разному проводят УЗ-волны: некоторые ткани полностью отражают их, другие – рассеивают. Если УЗ-волна свободно проходит через ткань, не отражаясь от нее, на экране это место будет черным, «эхопрозрачным» (рис. а). Если ткань умеренно поглощает УЗ-волны, а часть их отражает, то эта ткань «средней эхогенности», на экране она выглядит серой (рис. б). Если же ткань полностью отражает УЗ-волны, то на экране визуализируется только граница такого объекта в виде линии «высокой эхогенности» белого цвета, глубжележащие органы и ткани рассмотреть нельзя (рис. с). Основные термины, используемые при описании исследования в В режиме: эхонегативная (анэхогенная, гипоэхогенная) структура эхопозитивная структура (эхогенная, гиперэхогенная) акустическая тень Эффект Допплера-изменение частоты принимаемого звука при движении относительно среды источника или приемника звука или тела, рассеивающего звук. Он наблюдается из-за того, что скорость распространения звука (ультразвука) в любой однородной среде является постоянной. Следовательно, если источник звука движется с постоянной скоростью, звуковые волны, излучаемые в направлении движения, как бы «догоняют» предыдущие, увеличивая частоту звука. Эффект Допплера - Волны, излучаемые в обратном направлении, соответственно, как бы «отстают», вызывая снижение частоты звука. С этим эффектом мы встречаемся постоянно, наблюдая изменение частоты (или высоты звука, помимо изменения громкости!) от проносящихся мимо машин, поездов и т.д. Допплеровские режимы позволяют оценивать основные параметры кровотока – скорость, направление, ламинарность, а также степень васкуляризации исследуемой области. Виды допплеровского исследования: непрерывная и импульсная потоковая спектральная допплерография (ПСД), цветовое допплеровское картирование, энергетический допплер, конвергентный цветовой допплер. Существует и комбинированный вариант допплеровского исследования – сочетание ЦДК и ЭД – конвергентная цветовая допплерография. Методика позволяет оценивать одновременно как высокоскоростные потоки крови, так и низкоскоростные. Эластография (соноэластография) - метод ультразвуковых исследований, в основе которого лежит дифференциальная диагностика злокачественных новообразований на основании изменения их плотности и жесткости. Компьютеризированная цветовая шкала: степень жесткости соответствует определѐнному цвету (синий цвет – жѐсткие структуры, красный и зелѐный – мягкие ткани). Коэффициент жесткости (strain ratio) определяется с помощью сравнительного анализа эластичности узла и эластичности прилежащей жировой ткани. Параметры эластографии: степень сжимаемости тканей, наличие стабильных при сканировании в режиме реального времени участков высокой или низкой плотности. Карты, определяющие основные типы жесткости: Первый тип: трехцветные карты при простых кистах. Второй тип – все эластичные структуры, картирующиеся, преимущественно, зеленым цветом Третий – мозаичная картина образований Четвертый – структуры, в которых в равной степени встречались и плотные, и эластичные участки, картирующиеся синим и зеленым цветом Пятый – структуры высокой плотности или жесткие – синего цвета. Основными исследуемыми органами являются: предстательная железа, мочевой пузырь, матка, яичники, печень, молочная железа, лимфатические узлы, мягкие ткани Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание |