Ультразвуковая диагностика

Сущность и физические основы ультразвуковой диагностики

Суть физических явлений, на которых основана ультразвуковая диагностика, можно выразить в следующих моментах:

1. Основным в ультразвуковой диагностике является принцип эхолокации, заключающийся в испускании зондирующего импульса ультразвуковой волны и приеме обратных сигналов, отраженных от границы раздела тканевых сред, которые отличаются по своим акустическим свойствам.
2. Как и все звуковые волны, ультразвуковые колебания имеют следующие основные характеристики: период колебания (время, за которое совершается один полный цикл упругого колебания среды); частота (число колебаний, совершаемых за единицу времени); длина (расстояние между точками одной фазы); скорость распространения (время, необходимое для прохождения волной определенного расстояния в какой-либо среде, в основном оно зависит от плотности и упругости среды).
3. Длина волны находится в обратной зависимости от её частоты. Чем большая частота волны применяется при исследовании, тем выше будет разрешающая способность датчика. В медицинских ультразвуковых диагностических системах обычно используются волны с частотой 2-29 МГц. При этом у современных ультразвуковых аппаратов разрешающая способность может составлять доли миллиметра.
4. Ультразвуковые волны распространяются в средах в виде чередования зон расширения и сжатия вещества.
5. Любые среды, которыми в том числе являются и ткани организма, оказывают сопротивление распространению ультразвуковых волн, причем это акустическое сопротивление у всех тканей различно. Величина его будет зависеть от плотности среды и от скорости распространения ультразвуковых волн. Здесь отмечается прямая зависимость - чем эти параметры будут выше, тем больше будет акустическое сопротивление. Это явление является общей характеристикой всех эластических сред и называется «акустическим импедансом».
6. Когда пучок ультразвуковых волн достигает границы двух сред, обладающих различным акустическим сопротивлением, он существенно изменяется: одна его часть, в той или иной мере поглощаясь новой средой, продолжает в ней распространяться, в то время как другая часть пучка отражается о границы сред.
7. Коэффициент отражения будет зависеть от разности акустического сопротивления тканей, от границы которых происходит отражение. Чем эта разница больше, тем больше будет коэффициент отражения и, следовательно, больше интенсивность отраженного регистрируемого сигнала. На экране аппарата зоны с высоким коэффициентом отражения выглядят ярче и светлее. Наибольшим (полным) отражением характеризуется граница между воздухом и тканями.

Методики ультразвукового исследования

В зависимости от того, какой тип изображения получается во время исследования, выделяют несколько режимов (методик) работы сканера.

Различают следующие основные режимы ультразвукового сканирования:

1. A-режим (от английского «amplitude» - амплитуда). Иначе этот метод еще называют одномерным. Такое название данная методика получила потому, что информация (отраженный сигнал) в таком режиме передается на экран осциллографа как одномерное изображение в виде пика на изолинии (прямой линии), где первая координата обозначает амплитуду отраженного сигнала от границы двух сред, обладающих разным акустическим сопротивлением, а вторая координата отражает расстояние до этой границы. При этом амплитуда (высота) пика прямо пропорциональна интенсивности отраженного сигнала, а, следовательно, и разнице между акустическими сопротивлениями двух сред. Таким образом, при установленной скорости распространения ультразвуковой волны в тканях человека можно рассчитать расстояние до границы сред путем деления пополам (так как ультразвуковая волна проходит это расстояние дважды) произведения скорости ультразвука на время возврата импульса. При одномерном режиме исследования ультразвуковой датчик устанавливается в одном положении на поверхности тела, а по характеристикам получаемых эхосигналов можно определить расстояние до объектов, отражающих ультразвук, только в одном установленном направлении зондирования.
2. B-режим (от английского «brightness»- яркость), или двумерный метод. При использовании данной методики информация поступает в виде двухмерных томографических серошкальных изображений исследуемых анатомических структур в реальном масштабе времени, что позволяет дать оценку их морфологическому состоянию. В основе двумерного режима лежит принцип сканирования ультразвуковым лучом объекта (ультразвуковая эхотомография, томография), в процессе которого ультразвуковой луч движется по анатомической проекции области тела, которую необходимо исследовать. Сигналы, отраженные от неоднородных по акустическим показателям структур, затем на экране преобразуются в светящиеся точки, которые и формируют двухмерное пространственное изображение. Сканирующий луч может перемещаться над исследуемым объектом несколькими способами: линейным (параллельное перемещение), секторным (с изменением угла наклона сканирующего луча), конвергентным (когда луч перемещают по дуге). Также выделяют сложное сканирование, когда прибегают к комбинации нескольких из этих способов исследования.
3. M-режим (от английского «motion» - движение). Данный режим применяется в основном в кардиологии для исследования сердца и является вариантом A-метода. Информация при таком исследовании также передается в виде одномерного изображения с той лишь разницей, что вторая координата замещается на временную. То есть по вертикальной оси, как и при А-методе, отражается расстояние от лоцируемой структуры до датчика, а горизонтальная координата отражает время. Получаемые кривые передают информацию о скорости и амплитуде движения кардиальных структур.