Главная / Медицинская визуализация / Ультразвуковое исследование – УЗИ / Основы УЗИ

Основы УЗИ

Звуковые волны

В основе УЗИ лежит использование звуковых волн высокой частоты. Звуковая волна представляет собой попеременное изменение механического давления воздуха. Волна характеризуется длиной волны (λ), т.е. расстоянием между точками с одинаковым давлением. Время одного цикла волны называется периодом (Т). Количество периодов в секунду (1/T) известно как частота и измеряется в герцах (Гц). Диапазон частот звуковой волны слышимый человеком примерно 20 - 20 000 Гц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Частота звуковой волны, используемой в медицине для УЗИ, лежит в диапазоне 2 - 20 МГц.

Диагностика с использованием ультразвука основана на том, что излучатель посылает звуковую волну, которая проходит сквозь тело, отражается от внутренних органов и, возвращаясь обратно, улавливается приёмником. Зная разницу во времени между излучением и приёмом волны, а так же скорость её распространения можно посчитать расстояние до точки (органа), от которой отразилась волна.

Скорость распространения звуковой волны внутри организма неоднородна и зависит от типа ткани (плотности, эластичности и т.п.). В среднем скорость составляет 1540 м/с. Для костей скорость 4080 м/с, для крови 1570 м/с.

Отражение и преломление звуковых волн

Различные ткани обладают различным удельным акустическим сопротивлением (Z). Когда звуковая волна проходит через границу между двумя различными тканями, её поведение зависит от удельного акустического сопротивления каждой из них и угла между направлением распространения волны и границей тканей. Например, в простом случае, если волна распространяется под прямым углом к границе, то часть волн отразится и будет распространяться в противоположном направлении, а часть будет продолжать распространятся в том же направлении.

Если волна распространяется под углом отличным от прямого, то часть волн отразится под таким же углом относительно перпендикуляра к границе, а часть пройдёт сквозь границу, но будет преломляться.

Если испускаемый излучателем ультразвук распространяется не под прямым углом к органу, то часть его рассеивается (scatter) и не улавливается приёмником. В результате граница исследуемого органа может выглядеть не чётко.

Затухание

Затухание происходит по нескольким причинам:

Поглощение (absorption). Некоторая часть энергии волн остаётся в организме в виде тепла. В диагностическом ультразвуке тепла не достаточно, чтобы навредить организму.

Рассеивание (scatter). Некоторая часть волн отражается от органов не под прямым углом и рассеивается, не попадая при этом в приёмник.

Отражение (reflection).

Затухание зависит от частоты. При повышении частоты, затухание происходит быстрее.

Режимы УЗИ

Существует несколько режимов визуализации отраженного ультразвукового сигнала, улавливаемого приёмником. Наиболее распространённым является B-режим (B-mode, Brightness-mode). В таком режиме визуализируемая анатомическая структура состоит из дискретного набора вокселей. Значение яркости каждого вокселя зависит от интенсивности отраженного от соответствующей анатомической области сигнала.

Эхогенность (echogenicity) – это способность отражать звук. Для описания эхогенности ткани используются следующие термины:

  • Безэховый (Anechoic) – не отражает звук (на УЗИ-изображении будет чёрным).
  • Гипоэхогенный (Hypoechoic) – отражает немного звука (на изображении будет тёмным).
  • Гиперэхогенный (Hyperechoic) или эхогенный (echogenic) – отражает много звуковых волн (на изображении будет светлым).

Для описания текстуры обследуемой области используются термины:

  • Гомогенный (Homogenous), т.е. однородный.
  • Гетерогенный (Heterogeneous), т.е. неоднородный.

Одно из основных достоинств УЗИ заключается в том, что оно позволяет различать твёрдые и жидкие структуры. Жидкость является гипоэхогенной или безэховой. Если на пути звуковых волн встречается область с жидкостью, то волны проходят сквозь неё практически без потерь энергии, а более далёкие структуры т.о. будут выглядеть более ярко на изображении в b-режиме, поскольку будут отражать больше волн, чем такие же ткани, на такой же глубине, но не имеющие перед собой область с жидкостью. Это называется posterior enhancement.

Если на пути УЗ волны встречается область, являющаяся гиперэхогенной, то такая область затеняет нижележащие и, соответственно, они выглядят более тёмными в b-режиме. Гиперэхогенными являются кости.

В m-режиме (m-mode, motion mode) данные УЗИ представляются в виде графика, показывающего глубину ткани от времени. Такой режим используется, например, для обследования сердцебиения плода при беременности или для изучения динамики открытия и закрытия сердечного клапана. На изображении в b-режиме оператор должен задать область, для которой будут демонстрироваться данные в m-режиме.

Эффект Доплера

Эффект Доплера – изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Т.е. если источник излучает волну постоянной частоты и при этом двигается навстречу приёмнику, то приёмник будет регистрировать волну большей частоты. Этот эффект используется в УЗИ для определения объёма и направления тока крови.

Существует три способа показать оператору результат УЗИ с использованием эффекта Доплера. Первый способ заключается в закрашивании области, где течёт кровь, причём разные направления тока обозначаются разными цветами. Такой способ хорошо демонстрирует форму сосудов и наличие кальциевых бляшек (кальций хорошо отражает ультразвук). Причём этот способ более чувствительный к ранней стадии формирования бляшек, поскольку тогда бляшка плохо видна в b-режиме, но нарушение тока крови, уже будет заметно при использовании эффекта Доплера.

Второй способ заключается в демонстрации скорости течении крови в виде графика скорости от времени в определяемой оператором области изображения в b-режиме (ворота Доплера (Doppler gate)). Если известен угол, под которым ультразвук был отправлен в тело (угол Доплера), то можно рассчитать объём крови, проходящий через заданную область.

И третий способ – воспроизведение звука.

Исследование, использующее все три способа представления информации, называют тройным Доплеровским исследованием.

Ромашка
 
   Яндекс.Метрика