Устройството на ултразвуковата машина и принципите на нейното функциониране

Ултразвуковата диагностична система е търсена в съвременната медицина. Той се използва широко в институции от различни нива, дава точни и надеждни резултати..

В зависимост от качеството на получената информация устройствата могат да бъдат разделени на няколко основни групи:

• прости скенери. По правило това са мобилни устройства, които имат не повече от 16 канала за предаване и приемане;
• устройства от средния клас. Обикновено имат 32 канала;
• Ултразвуково оборудване с по-висок клас възможности. Повечето от тези скенери имат функция за цифрово доплерово картографиране и имат 64 предавателни и приемащи канала;
• експертни устройства. Те имат от 64 до 512 канала, оборудвани са с цветен доплер. Наричани още цифрови системи или платформи.

Горното оборудване има доста сложна структура, която се състои от сензор, централен процесор и дисплей, както и клавиатура и курсор, принтер и диск за съхранение. Включва и други елементи. И така, ултразвуковият сензор е специален детектор или преобразувател, с помощта на който се образуват и предават звукови вълни. Сензорът за контролен импулс променя амплитудата, продължителността и честотата на импулсите, излъчвани от преобразувателя. Централният компютър прави изчисления и се захранва с електричество, а на дисплея се показват всички данни. Информацията се въвежда с помощта на клавиатурата и дисплея. За отпечатване на получени изображения е необходим принтер.

Принципи на работа

С помощта на сензори устройствата предават звукови импулси на човешкото тяло, които се разпределят между тъканите, а някои от вълните се връщат обратно към преобразувателя. Получените данни се изпращат към централния процесор, който е основната част на системата. Компютърът обработва информацията, преобразува я в изображение и я показва на екрана. Процесорът определя разстоянието до орган или тъкан от скоростта на разпространение на звука.

Самият сензор може да приема и предава милиони сигнали в секунда. Използвайки контролите, диагностикът има възможност да задава и променя честотата и продължителността на импулсите, както и режимите на сканиране.

Принципът на работа на ултразвуковата машина

Принципът на действие на ултразвука се основава на пиезоелектричния ефект. Всеки път, когато ултразвукова вълна удари твърда повърхност, тя се абсорбира или отблъсква от нея. Ултразвукът може лесно да проникне през кожата и течностите, което го направи толкова широко разпространен в съвременната медицина..

Как работи ултразвуковият скенер?

Ултразвуковата честота, необходима за медицинско изобразяване, е в диапазона 1 - 20 MHz. Тези вибрации се получават с помощта на пиезоелектрични материали. Когато през резените се постави електрическо поле, то се разширява или свива. Когато се отрази, сигналът се връща, причинявайки променливо електрическо поле, което кара кристала да вибрира..

За да се постигне пиезоелектричен ефект, ултразвуковите скенери използват специални елементи, изработени от кварц, титаниеви цирконати или барий. Тяхната дебелина е избрана по такъв начин, че да осигури най-добрия резонанс. На границата на две среди звукът се предава или отразява, зависи от това колко различни са тъканите, които имат обща граница. Колкото по-голяма е разликата, толкова по-силен ще бъде отразеният сигнал.

Стойностите на съпротивлението са показани по-долу:

Както се вижда от таблицата, нивото на устойчивост на въздух и вода е различно, поради което, за да се получи по-контрастен образ, кожата на пациента се смазва със специален гел, в който не могат да се образуват въздушни мехурчета..

Полученият електрически сигнал се усилва и обработва. По този начин се записва ултразвукът, отразен от препятствието. Обикновено има два кристала - предаващ и приемащ, и двамата са вградени в генератора, който е устройство, което преобразува електрическата енергия.

Изображението се прехвърля на екрана на устройството под формата на секции, оцветени под формата на 64-нюансова черно-бяла скала. Ехо-положителните области са тъмни, а ехо-отрицателните зони са бели. Когато изображението се регистрира обратно, нюансите могат да се променят.

Поради малката разлика в нивата на резистентност, тъканите като мускули и мазнини имат сходна устойчивост. Ето защо при разглеждането им част от лъча „преминава“ в съседния слой и се отразява само малка част. На практика обаче това не е проблем, тъй като разликата в коефициента от 1-2% ви позволява да получите ясна картина..

Предимства и недостатъци на ултразвука

Този диагностичен метод има много положителни аспекти:

• Те са неинвазивни, т.е.не изискват нарушаване на целостта на органите и тъканите и въвеждане на оборудване в тялото. Това дава предимствата на ултразвука в сравнение с оптичната ендоскопия или хардуерната лапароскопия;
• Ултразвуковите техники са сравнително евтини, бързи и удобни в сравнение със скъпите ЯМР;
• Ултразвуковите вълни не са вредни за тялото, като рентгеновите лъчи, така че този тип диагноза може да се предписва на бременни жени и деца. Ултразвукът може да се извършва неограничен брой пъти, без да навреди на човешкото тяло;
• Ултразвуковата диагностика е отлична за изобразяване на меки тъкани, сърце, черен дроб, бъбреци и други вътрешни органи.

• Основният недостатък на тази диагноза е, че изображението понякога отстъпва по качество на MR, CT и рентгеновите лъчи, но съвременните устройства все повече изравняват тази разлика. Ако отидете в клиника с модерно оборудване, като "Радуга", ще бъдете прегледани с помощта на най-модерните технологии;
• Ултразвуковият сигнал се отразява много силно на интерфейса тъкан-газ. Това означава, че такъв преглед не е подходящ за изследване на белите дробове;
• Поради високата устойчивост на костната тъкан, ултразвукът не е подходящ за диагностика на фрактури; при изследване на мозъка ЯМР е предпочитаният вариант.

В момента техниката на Доплер стана широко разпространена, което допълнително разшири възможностите на ултразвуковата диагностика. Тя ви позволява да изучавате движещи се тъкани.

Нашите лекари по ултразвук

Ерхан Каролина Павловна - лекар по ултразвук, (ултразвук, лекар от най-висока категория)

Как работи ултразвукът

Когато става въпрос за поддръжка, ремонт или работа с ултразвуково оборудване, първата стъпка е да разберете физическите основи на процесите, с които ще трябва да се справите. Разбира се, както във всеки случай, тук има много нюанси и тънкости, но ние предлагаме първо да разгледате самата същност на процеса. В тази статия ще засегнем следните въпроси:

1. Какво е ултразвук, какви са неговите характеристики и параметри
2. Формиране на ултразвук в съвременна технология, базирана на пиезокерамика
3. Принципи на ултразвука: верига за преобразуване на електрическата енергия в ултразвукова енергия и обратно.
4. Основи на формирането на изображения на дисплея на ултразвукова машина.

Не забравяйте да гледате нашето видео за това как работи ултразвукът

Основната ни задача е да разберем какво е ултразвук и какви свойства му помагат в съвременните медицински изследвания..

Относно звука.

Знаем, че честотите от 16 Hz до 18 000 Hz, които човешкият слухов апарат е способен да възприема, обикновено се наричат ​​звук. Но има и много звуци по света, които не можем да чуем, тъй като те са под или над обхвата на честотите, достъпни за нас: това е съответно инфра- и ултра звук.

Звукът има вълнова природа, т.е. всички звуци, които съществуват в нашата Вселена, са вълни, както, наред с други неща, и много други природни явления.

От физическа гледна точка вълната е възбуждане на средата, която се разпространява с пренос на енергия, но без пренос на маса. С други думи, вълните са пространствено редуване на максимуми и минимуми на всяка физическа величина, например плътността на веществото или неговата температура.

Възможно е да се характеризират параметрите на една вълна (включително звук) чрез нейната дължина, честота, амплитуда и период на трептене.

Нека разгледаме параметрите на вълната по-подробно:

Максимумите и минимумите на физическа величина могат да бъдат представени конвенционално като вълнови гребени и корита.

Дължината на вълната е разстоянието между тези гребени или между коритата. Следователно, колкото по-близо са гребените един до друг - колкото по-къса е дължината на вълната и колкото по-висока е нейната честота, толкова по-далеч са гребените един от друг - толкова по-висока е дължината на вълната и обратно - толкова по-ниска е честотата.

Друг важен параметър е амплитудата на трептене или степента на отклонение на физическата величина от средната й стойност..

Всички тези параметри са свързани помежду си (за всяка връзка има точно математическо описание под формата на формули, но ние няма да ги даваме тук, тъй като нашата задача е да разберем основния принцип и винаги можете да го опишете от физическа гледна точка). Всяка от характеристиките е важна, но най-често ще трябва да чуете точно за честотата на ултразвук.

Вашата ултразвукова машина осигурява ли лошо представяне на изображенията? Оставете заявка да се обадите на инженер направо на уебсайта и той ще проведе безплатна диагностика и ще настрои вашия ултразвуков скенер

Високочестотен звук: Как да генерирате няколко хиляди вибрации в секунда

Има няколко начина за получаване на ултразвук, но най-често в технологията се използват кристали от пиезоелектрични елементи и пиезоелектричният ефект въз основа на тяхното използване: естеството на пиезоелектричните материали позволява генерирането на високочестотен звук под въздействието на електрическо напрежение, колкото по-висока е честотата на напрежението, толкова по-бързо (по-често) кристалът започва да вибрира, вълнуващо високочестотни вибрации в околната среда.

Попадайки в полето на високочестотни звукови вибрации, пиезоелектричният кристал, от друга страна, започва да генерира електричество. Включвайки такъв кристал в електрическата верига и по определен начин обработвайки получените сигнали от него, можем да формираме изображение на дисплея на ултразвуковата машина.

Но за да стане възможен този процес, е необходимо скъпо и сложно оборудване..

Въпреки десетки или дори стотици взаимосвързани компоненти, ултразвуковият скенер може условно да бъде разделен на няколко основни блока, участващи в трансформацията и предаването на различни видове енергия.

Всичко започва с захранване, способно да поддържа високо напрежение при предварително зададени стойности. След това, чрез много спомагателни модули и под постоянния контрол на специален софтуер, сигналът се предава към сензора, чийто основен елемент е пиезоелектрическа кристална глава. Той преобразува електрическата енергия в ултразвукова енергия.

Чрез акустична леща, изработена от специални материали и подходящ гел, ултразвуковата вълна навлиза в тялото на пациента.

Както всяка вълна, ултразвукът има тенденция да се отразява от повърхността, срещана по пътя му..

След това вълната пътува обратно през различни тъкани на човешкото тяло, акустичния гел и лещата, тя удря пиезоелектричната кристална решетка на сензора, която преобразува енергията на акустичната вълна в електрическа енергия.

Като приемаме и правилно интерпретираме сигнали от сензора, можем да симулираме обекти, разположени на различни дълбочини и недостъпни за човешкото око.

Принцип на изобразяване въз основа на данни от ултразвуково сканиране

Нека разгледаме как точно получената информация ни помага при изграждането на изображение на ултразвуков скенер. Този принцип се основава на различния акустичен импеданс или устойчивост на газообразни, течни и твърди среди..

С други думи, костите, меките тъкани и течностите на нашето тяло предават и отразяват ултразвук в различна степен, като частично го абсорбират и разпръскват..

Всъщност целият изследователски процес може да бъде разделен на микропериоди и само малка част от всеки период е сензорът, издаващ звук. Останалото време се изразходва в очакване на отговор. В този случай времето между предаването и приемането на сигнала се превежда директно в разстоянието от сензора до "видяния" обект.

Информацията за разстоянието до всяка точка ни помага да изградим модел на изследвания обект, а също така се използва за измервания, необходими за ултразвукова диагностика. Данните са кодирани с цвят - в резултат на това получаваме изображението, от което се нуждаем, на ултразвуковия екран.

Най-често това е черно и бяло, тъй като се смята, че очите ни са по-чувствителни към сивите нюанси и с по-голяма точност. ще види разликата в показанията, въпреки че съвременните устройства също използват цветно представяне, например за изследване на скоростта на кръвния поток и дори аудио представяне на данни. Последният, заедно с видео последователността в доплеров режими, помага за по-точно поставяне на диагнозата и служи като допълнителен източник на информация..

Но да се върнем към изграждането на най-простия образ и да разгледаме три случая по-подробно:

Ще проучим примери за най-простите изображения, базирани на B-режим. Визуализацията на костната тъкан и други твърди образувания е представена от светли области (предимно бели), тъй като звукът се отразява най-добре от твърдите повърхности и се връща почти напълно към сензора.

Като пример можем ясно да видим бели области - камъни в бъбреците на пациент.

Визуализирането на течности или кухини, напротив, е представено от черни области в изображението, тъй като без да среща препятствия звукът преминава по-нататък в тялото на пациента и ние не получаваме никакъв отговор

Меките тъкани, като структурата на самия бъбрек, ще бъдат представени от области с различни нюанси на сивото. Точно от качеството на визуализация на такива обекти до голяма степен ще зависи точността на диагнозата и здравето на пациента..

Така че днес научихме какво е ултразвук и как се използва в ултразвукови скенери за изследване на органи на човешкото тяло.

Ако вашата ултразвукова машина има лошо качество на изображението, моля, свържете се с нашия сервизен център. Инженерите на ERSPlus с богат опит и висока квалификация винаги са готови да ви помогнат

Принципът на работа на ултразвуковата машина

Ултразвукът е акустични вълни, чиято вибрация не може да бъде уловена и възприета от човешкото ухо.

Първите проучвания в тази област са проведени през 17-ти век и се основават на наблюдението на прилепите. Те бяха със завързани очи или със завързани очи и изучаваха своите методи за ориентиране в пространството. По време на полета тези представители на фауната излъчват малки импулси на ултразвукови вълни, които се отразяват от предмети и се връщат в ухото на животното (ехо явление). Този отражен сигнал позволява на мишките лесно да се ориентират в пространството, да определят разстоянието до препятствие и също така да открият точното му местоположение..

Всички тези наблюдения и проучвания доведоха до създаването на много съвременни технически устройства, като например:

апарат за ултразвукова диагностика.

Ултразвуковото оборудване, използвано за медицински цели, излъчва ултразвукови вълни и усеща сигнала за връщане. Локализирането на отразяващата структура се осъществява чрез измерване на времето между подаването на ултразвук и получаването на отговор.

Звукова вълна

Механичните промени, които съществуват в космоса, се наричат ​​звукови вълни. Излъчването им зависи най-вече от средата, в която се излъчват. Появата на вълни е възможна само при взаимодействие на материални обекти, следователно радиацията не се образува във вакуум.

Звуковите вълни са разделени на два основни типа:

В първия случай отделни частици от средата вибрират по посока на вълната (типично за газове, течности, меки тъкани на тялото). При втория тип отделни елементи са в равнина, перпендикулярна (90 °) по отношение на звуковата вълна (кости, други твърди частици).

Когато отделни части преминават по надлъжната вълна, се образуват различни налягания, свързани с плътността и разстоянието на елементите един от друг. Ултразвукът е способен да образува зони с високо и ниско налягане, което се нарича променливо.

Характеристики на звуковата вълна

Основните характеристики на звуковата вълна са:

амплитуда (A). Определя максималното звуково налягане;

честота (v). Броят на вибрациите в секунда. Измерено в херци (Hz). Съвременното ултразвуково оборудване има амплитуда 1-50 MHz;

скорост (и) на разпространение.

Основното влияние оказват налягането и температурните условия, но по време на физиологичното изследване те могат да бъдат пренебрегнати..

Скоростта на звуковото излъчване се определя от плътността на средата, например в меките тъкани тя е 1500 m / s.

Медицинските прегледи използват специална формула за изчисляване на дължината на вълната. Той помага да се открият минималните размери на анатомичните структури. Ако са по-малки, няма да е възможно да ги различим..

Дължината на вълната при ултразвукови изследвания дава възможност да се получи изображение, според което се оценява състоянието на изследвания обект. Детайлът на дисплея зависи от диапазона на дължината на вълната, колкото по-висок, толкова по-добре се вижда обектът на анализ. Но с увеличаване на параметъра "v" проникващата способност и наличната дълбочина за изследване намаляват..

Получаване на ултразвук

Ултразвукът, използван в медицината, е пиезоелектричен. Това е името на способността на кристалите и керамиката да се изкривяват, когато са изложени на електрическо напрежение. Когато това се случи, се генерират ултразвукови вълни. Този ефект има обратна връзка, когато пиезоелектричният кристал причинява напрежение, което може да бъде измерено..

Когато се образува ултразвукова вълна, тя започва своето движение в свързваща среда, което прави възможно увеличаването на пропускливостта между ултразвука и обекта на анализ. При медицински прегледи този ескорт е ултразвуков гел.

Структурата на ултразвуковия сензор

Източникът на ултразвукови промени е направен от пиезоелектрични компоненти, като правило, керамика и е оборудван с електрически контакти на предния и задния ръб. Лицето винаги е с лице към пациента и се свързва със свързващата среда, за да подобри предаването на сигнала. Противоположната страна е покрита със слой, който поглъща лъчението, което не му позволява да се разпространи в други посоки.

Благодарение на своя дизайн и повишен параметър на чувствителност, сензорът може лесно да се регулира към различни настройки, а също така позволява фокусиране до определена дълбочина. Има три основни области на фокус:

близо до. В непосредствена близост до сензора. Звуковите вълни се наслагват една върху друга и се създава неравномерно поле и изкривено изображение. Най-пълната среда се показва като засенчени или изсветлени ивици. Този метод не е подходящ за анализ на изображения, но може да бъде подобрен чрез регулиране на сензора или използване на воден буфер;

фокусно. Това дава възможност да се получи ясна картина на изследвания обект, тъй като той има най-малкия диаметър на ултразвуковия лъч и най-високата интензивност на вълната;

далечен. Характеризира се с разсейване на ултразвуковия лъч със затихване на интензивността и разделителната способност.

Разделителната способност (оптична или акустична) е една от основните характеристики, които демонстрират ефективността на анализа. Базира се на разстоянието между двата показани обекта..

Увеличаването на този параметър ще бъде полезно в случай на значителни акустични разлики между обекта на анализ и други тъкани. За изследване можете да използвате една (или няколко) опции за разделителна способност:

аксиален. Увеличава размера на дължината на вълната. Например, ако сензорът има ниво на честота 3,5 MHz, тогава тъканите с дебелина 0,5 mm ще се появят като отделни обекти с висока степен на контраст;

буквално. Въз основа на ултразвуковата ширина на лъча, фокуса и дълбочината на анализа. Разделителната способност в тази версия варира, но във фокалното пространство тя може да бъде равна на 4-5 дължини на вълната, което е 2 или 3 пъти по-слабо от аксиалната;

сагитален. Има пряка зависимост от ширината на потока в равнината, перпендикулярна на изследваното пространство.

Ако медицински специалист трябва да получи точен анализ на анатомичната структура, тогава е необходимо да се извърши анализът в няколко равнини (от аксиална до буквална и от буквална до сагитална) на свой ред. Можете да се запознаете с външния вид и характеристиките на ултразвуковите машини тук.

Принципът на работа на ултразвуковата машина

Ултразвуковата диагностика се използва успешно в медицинската практика и отдавна се е утвърдила като относително евтин и напълно безопасен метод за изследване. Най-търсената област на диагностика е изследването на бременни жени; изследват се и всички вътрешни органи, кръвоносни съдове и стави. Технологията за ултразвуково изобразяване се основава на принципа на ехолокация.

Как работи?

Ултразвукът е акустични вибрации с честота по-висока от 20 kHz, които са недостъпни за човешкия слух. Медицинските ултразвукови машини използват честотен диапазон от 2 до 10 MHz.

Съществуват така наречените пиезоелектрици - монокристали на някои химични съединения, които реагират на ултразвукови вълни с електрически заряд, а на електрически заряд - с ултразвук. Това означава, че кристалите (пиезоелектрични елементи) са едновременно приемник и предавател на ултразвукови вълни. Пиезоелектричните елементи са разположени в ултразвуков преобразувател, който изпраща високочестотни импулси към човешкото тяло. Сензорът е допълнително оборудван с акустично огледало и звукопоглъщащ слой. Отразената част от лъча от звукови вълни се връща към сензора, който ги преобразува в електрически сигнал и го предава на софтуерно-хардуерния комплекс - самата ултразвукова машина. Сигналът се обработва и показва на монитора. Най-често използваният формат на изображението е черно-бял. Областите, които отразяват вълни в една или друга степен, са обозначени на екрана чрез сива скала, бяло - напълно отразяващи тъкани, черно - течности и кухини.

Как работи ултразвуковата вълна??

Ултразвуковият сигнал, преминавайки през тъканите на човешкото тяло, се абсорбира и отразява от тях, в зависимост от тяхната плътност и скоростта на разпространение на звуковите вълни. Плътни среди като кости, камъни в бъбреците, пикочния мехур, отразяват звука почти изцяло. Разхлабените тъкани, течности и кухини поглъщат вълните частично или напълно.

Основните характеристики на ултразвуковото изображение са ехогенност и предаване на звук. Ехогенност - способността на тъканите да отразяват ултразвукови вълни, да правят разлика между хипо- и хиперехогенност. Звукопроводимостта е способността на тъканите да предават ултразвук през себе си. Анализът на обекта, неговото описание и заключение се основават на оценката на тези характеристики..

Ултразвуков преглед с ултразвукови скенери на експертно ниво

Нашата клиника е оборудвана с модерни стационарни ултразвукови апарати от Medison и Toshiba, способни да изпълняват всякакви диагностични задачи. Скенерите са оборудвани с допълнителни монитори за дублиране на изображението за пациента. Експертното ниво на технологията предполага подобрени методи за получаване на информация:

• потискане на зърното на изображението;
• многолъчево композитно сканиране;
• мощна доплер сонография;
• настройки, които подобряват изображението на труднодостъпни места;
• цифрови технологии;
• висока разделителна способност на екрана;
• 3D и 4D режими.

Данните от изследването, ако клиентът желае, могат да бъдат записани на DVD.

При ултразвуковото изследване е важен не само класът на оборудването, но и професионализмът на лекаря, провеждащ диагнозата. Специалистите на нашата клиника имат дългогодишен трудов опит и висока квалификация, което ви позволява правилно да дешифрирате резултатите от изследванията.

Как работи ултразвуковата машина за медицински изследвания?

Принципът на работа на ултразвуковата машина се основава на използването на характеристиките на разпространението на високочестотни звукови вълни, за да се получи образ на вътрешните органи. Тъй като ултразвукът е относително безопасен и неинвазивен, той се превърна в полезен диагностичен инструмент в медицината..

Знанието как работи ултразвукът е от съществено значение за основното разбиране на този инструмент: как се произвеждат звукови вълни и взаимодействат с тъканите, какви типове изображения могат да се получат, как да се получи най-доброто изображение и как да се идентифицират често срещаните артефакти.

Ултразвуковите изследвания допълват други образни техники, като рентгенови лъчи, и позволяват по-точни диагностични тестове (например биопсия, аспирация с фина игла). Освен това процедурата ви позволява да получите по-подробно състояние от традиционната мамография. Това неинвазивно проучване дава възможност да се изключи развитието на сериозни заболявания, включително млечните жлези на жените. Тъй като практически няма противопоказания, тогава къде да се направи ултразвук на млечните жлези е чисто индивидуално решение на пациента.
Процедурата с ултразвук обаче е ограничена, тъй като зависи от квалификацията на сонографа. Това означава, че качеството на получените изображения и тяхната точна интерпретация зависят от опита и знанията на сонографа..

Физически характеристики на ултразвука

Звукът е вълна от енергия, която за разлика от рентгеновите лъчи трябва да се предава през среда. Звуковите вълни могат да бъдат описани чрез тяхната честота, дължина на вълната и скорост.

Това съотношение влияе върху избора на честотата, използвана при всеки пациент, подложен на ултразвук..

Високочестотните ултразвукови вълни създават изображения с по-висока разделителна способност, но по-късите им дължини на вълната ги правят неспособни да проникнат в по-дълбоките тъкани. Нискочестотните вълни имат по-добро проникване, но поради по-дългите си дължини на вълната тяхната разделителна способност е по-ниска.

Претеглянето на необходимостта от по-висока разделителна способност в сравнение с по-голяма проникваща мощност винаги се взема предвид и се включва в принципа на работа на ултразвукова машина.

Скоростта на ултразвуковата вълна не зависи от честотата. Тя обаче се променя в зависимост от средата, през която преминава вълната. Например скоростта на звука е 331 m / s във въздуха и 4080 m / s в костите. В меките тъкани на тялото той се счита за стабилен при скорост от около 1540 m / s. Тази средно зависима промяна засяга полученото ултразвуково изображение.

Следното уравнение показва връзката между честотата, дължината на вълната и скоростта:
Скорост (m / sec) = честота (цикли / sec) x дължина на вълната (m)

Принципът на получаване на изображения на вътрешни органи

Трябва да се разберат два основни принципа по отношение на начина, по който се генерира и изобразява ултразвук.

• Първият е пиезоелектричният ефект, който обяснява как ултразвукът се генерира от керамични кристали в датчик. Електрическият ток преминава през кабела към преобразувателя и се прилага към кристалите, което ги кара да се деформират и вибрират. Тази вибрация произвежда ултразвуков лъч. Честотата на генерираните ултразвукови вълни се определя от кристалите в преобразувателя.
• Вторият ключов принцип е импулсният ехо принцип, който обяснява как се генерира изображение. Ултразвуковите вълни се произвеждат в импулси, а не непрекъснато, тъй като едни и същи кристали се използват за генериране и приемане на звукови вълни и те не могат да правят и двете едновременно. В интервала между импулсите ултразвуковият лъч влиза в пациента и се отразява обратно в преобразувателя. Тези отразени звукови вълни, или ехото, карат кристалите в преобразувателя да се деформират отново и произвеждат електрически сигнал, който след това се преобразува в изображение, показвано на монитор. Преобразувателят обикновено излъчва ултразвук само 1% от времето; през останалото време, в съответствие с принципа на работа на ултразвуковата машина, той получава върнати отзвуци.

Взаимодействие с тъкан

Ултразвукът, произведен от преобразувателя, взаимодейства с различни тъкани по различни начини, които могат да помогнат или да попречат на формирането на изображението. Затихването и пречупването са двата основни типа тъканни взаимодействия.

Затихване

Наблюдава се постепенно отслабване на ултразвуковия лъч при преминаването му през тъканите. Затихването може да бъде причинено от отражение, разсейване или абсорбиране на звукови вълни и се компенсира с помощта на специални електронни усилватели.

Отражение

Отражението се получава, когато ултразвуковите вълни се отразяват обратно към преобразувателя, за да образуват изображение. Отразената част на ултразвуковия лъч се определя от разликата в акустичния импеданс между съседни структури.

Акустичният импеданс е продукт на плътността на тъканите и скоростта на преминаващите през него звукови вълни; следователно, колкото по-плътна е тъканта, толкова по-голям е акустичният импеданс. Големите разлики в плътността и скоростта на звука между въздуха, костите и меките тъкани създават съответно големи разлики в акустичния импеданс, което кара почти всички звукови вълни да се отразяват на интерфейсите мека тъкан-кост и мека тъкан-въздух. От друга страна, има малка разлика в акустичния импеданс между структурите на меките тъкани. От тези области се отразяват относително малки ехо. Принципът на работа на ултразвуковата машина благодарение на алгоритъма е в състояние да различи тези явления.

Разпръскване

Разсейването се отнася до пренасочването на ултразвукови вълни, тъй като те взаимодействат с малки, груби или неравни структури. Това тъканно взаимодействие се осъществява в паренхима на органа, където има малка разлика в акустичния импеданс и е отговорно за създаването на текстурата на органа, видима на монитора. Разсейването се увеличава от високочестотни преобразуватели, което води до по-добри детайли или разделителна способност.

Абсорбция

Абсорбцията възниква, когато енергията на ултразвуковия лъч се преобразува в топлина. Това се случва на молекулярно ниво, когато лъчът преминава през тъканите..

Пречупване

Пречупването се получава, когато ултразвуков лъч удря конструкция под наклонен ъгъл. Промяната в плътността на тъканите води до промяна в скоростта и тази промяна в скоростта кара лъча да се огъва или пречупва. Този тип тъканно взаимодействие може също да причини артефакти, които трябва да бъдат разпознати от сонограф..

Режим на показване

Информацията за ултразвук може да се показва по различни начини. Режимът, използван за показване, зависи от вида на използваното ултразвуково устройство, получената информация и изследвания орган..
Връщащите се ехо се показват на монитора, за да формират основата на 2D изображението.

Принципът на работа на ултразвуковата машина е предназначен за получаване на цялостно двуизмерно изображение в реално време.
Има много сензори или сонди, от които можете да изберете подходящия, който зависи от местоположението на структурите, които трябва да бъдат изобразени и размера на пациента.

Контролен блок

По време на прегледа сонографът трябва да знае как да манипулира контролите на ултразвуковата машина, за да получи полезно изображение. Ултразвуковите машини се доставят с различни контроли.
Контролът, който променя интензитета на ултразвуковия лъч, генериран от преобразувателя, често се нарича контрол на мощността. Различните производители обаче могат да имат малко различни имена за един и същ артикул. За да увеличите ехото, без да създавате нежелани артефакти, се препоръчва да поддържате мощността възможно най-ниска и вместо това да регулирате усилването на ехото. Това може да стане чрез регулиране на усилването или контролиране на компенсацията на усилването във времето..
Контролът за усилване равномерно променя яркостта на всички ехо на монитора, независимо от местоположението им. Контролът за компенсация на печалбата във времето позволява на сонографа да регулира нивото на връщащите ехото на различни дълбочини.
Контролирането на този параметър позволява на техника да контролира дълбочината на изображението. Може да се наложи плъзгачът за дълбочина да бъде променен, за да постави интересуващата го структура в средата на монитора, за да оптимизира нейното изобразяване. Ако плъзгачът за дълбочина е зададен на своя максимум, полученото изображение ще бъде малко в определена част от екрана.

Артефакти

Артефактите са характеристики на генерираното с ултразвук изображение, което всъщност не представлява интересуващата област. Важно е сонографът да може да разпознае често срещаните артефакти и да разбере как и защо се появяват, за да могат, ако е необходимо, да бъдат елиминирани чрез настройване на техниката на изобразяване. Няколко артефакта могат да бъдат полезни за подпомагане на диагностичния потенциал на ултразвука.

Акустично засенчване

Акустично засенчване възниква, когато ултразвуков лъч удари зона на газ или минерализация. Газ или минерализирана структура блокира преминаването на лъча, който или се отскача обратно към сензора, или се абсорбира. Тъй като ултразвуковият лъч не може да проникне в тази област, на монитора се появява анехогенна сянка на тази област. Акустично засенчване често се наблюдава при пикочни камъни или газове в стомашно-чревния тракт. Този артефакт помага при идентифицирането на камъни, но също така пречи на изследването на по-дълбоки структури..
По този начин принципът на работа на ултразвуковата машина позволява, с достатъчна квалификация на сонографа, да се получи точна интерпретация на вътрешните органи..

Ултразвук на черния дроб: информативен и неинвазивен диагностичен метод

На какви физически закони се основава ултразвуковият метод:

1. За феномена на поглъщане и отражение от различни среди на ултразвукови вълни. Такива вълни възникват в резултат на пиезоелектричния ефект.
2. Основният физически принцип на ултразвуковата машина е както следва.
3. Всяка вълна се определя от набор от физически характеристики.
4. Те имат период, фаза, дължина, честота и скорост на разпространение..

Принцип на действие

Забелязали ли сте, че чаена лъжичка, поставена в чаша вода, се пречупва при отделянето на две среди (вода и въздух)? Това е резултат от факта, че светлинната вълна, преминавайки от въздух към вода, се отразява частично, а останалата част продължава да се разпространява във вода, но с различни параметри (честота, дължина и т.н.).

Тук се появява визуалният ефект от счупването на лъжицата. Подобна ситуация се случва с ултразвукова вълна при преминаване от една среда в друга. Различните среди на живия организъм имат различна акустична плътност (устойчивост), т.е. коефициентът на абсорбция варира. Ултразвуковата вълна се отразява частично и частично се абсорбира, когато преминава от една среда в друга.

Всяка среда има свой собствен индекс на акустичен импеданс, както и:

1. Ако в първата среда този показател е малък, а във втората е висок, тогава разликата ще бъде голяма..
2. Разликата между показателите влияе пряко върху коефициента на отражение.
3. Колкото по-голяма е тази разлика, толкова по-голяма част от вълната ще бъде отразена.
4. Следователно, колкото по-мощен ще бъде отразеният сигнал. Така че, почти максималната разлика в акустичното съпротивление между въздуха и сухата кожа, вълна.

В този случай ще бъдат отразени 99,999% от ултразвуковата вълна. Ето защо преди ултразвук кожата се смазва с гел, в който коефициентът на акустична абсорбция е значително по-нисък от този на кожата. По този начин гелът служи като преходна среда. Мониторът на ултразвуковата машина регистрира отражението под формата на тъмни и светли области. Колкото повече е отражението, толкова по-ярка е зоната. И обратно.

Това е целият основен принцип. Всеки орган в тялото на животните и хората има свой коефициент на звуково поглъщане. Освен това различните зони в органа се различават по този показател. В продължение на много години изследвания са установени нормални коефициенти на акустичен импеданс за всеки орган.

Анатомичното разположение на панкреаса прави повечето неинструментални методи за изследване, използвани за други коремни органи, неефективни по отношение на него. Можете да разберете как се извършва ултразвуково сканиране на панкреаса, както и какво трябва да направи пациентът преди поставяне на диагнозата.

Повишеното изсветляване или потъмняване на органа може да показва някаква патология. Можете също така да прецените размера на органа. В крайна сметка, черно-белите зони формират изображение на органа в реално време на монитора. Например при хора, които имат проблеми с алкохола, черният дроб почти винаги е увеличен. Диабетиците имат дифузни промени в структурата на панкреаса.

Коефициентът на отражение зависи не само от характеристиките на средата. Това също зависи от ъгъла на навлизане на вълната в средата и от честотата на самата вълна. При перпендикулярен ъгъл на падане отражението ще бъде максимално. Както и увеличаването на честотата на вълната води до увеличаване на коефициента на отражение.

Доплер ефект

Увеличаването на отражателната способност е полезно за изследване на повърхностни структури. Това са кожата, сухожилията, щитовидната жлеза, кръвоносните съдове. Доплеровият ефект заема специално място в ултразвука. Състои се в това, че ако проверяваният обект и / или приемникът на отразени сигнали се движат, тогава честотата на отразените ултразвукови вълни се променя.

Освен това увеличаването или намаляването на честотата зависи от скоростта на движение на обекти, които са подложени на ултразвуков мониторинг:

• Ако изследваният обект се придвижи към сензора, тогава честотата се увеличава.
• И ако от него, то намалява.

Доплеровият ефект ви позволява да изследвате и инспектирате движещи се биологични структури. На първо място, това е сърцето. Също така, доплеровият ефект ви позволява да изучавате движенията на плода, контракциите на матката и големите кръвоносни съдове.

Понякога ефектът на Доплер се използва при черепно-мозъчни операции. Особено с тези, които са свързани с елиминирането на последствията от наранявания:

1. синини по главата;
2. разклащане;
3. кръвоизлив.

Ултразвуковата машина включва следните компоненти. Това е генератор на ултразвукова вълна, сензор, пълнеж за електронна обработка и монитор. Плюс специален гел. Генераторът работи в режим от 800 до 1200 импулса в секунда.

Генерирането на ултразвукови вълни се основава на факта, че пиезоелектрическите елементи (обикновено монокристали) под механично въздействие образуват електрически заряд на повърхността си. Ако през зареден кристал се премине променлив ток, тогава в него ще възникнат механични вибрации, които произвеждат ултразвукови вълни. Също така, заряд на повърхността на монокристалите може да възникне в резултат на преминаването на отразени ултразвукови вълни.

Видове ултразвукови сензори и обхват

Работата на датчик или преобразувател се основава на този принцип. Кварцът се използва като монокристали. Бариев титанат е много по-рядко срещан. Има три вида сензори в ултразвуковите машини:

• линейна;
• изпъкнал;
• сектор.

Преди това имаше класификация, която разделя сензорите на два типа въз основа на принципа на генериране на вълни. В първата тя се извършва механично, а във втората - с помощта на електроника. В устройства с механични сензори излъчвателят на вълната винаги се движеше (въртящ се или люлеещ се).

Поради това се появиха шум и вибрации и разделителната способност остави много да се желае. Сега се използват само електронни сензори, така че тази класификация беше отменена. Линейни сензори. Външно те са най-широки и най-дълги. Тъй като те издават в реално време точно изображение на изследвания орган. В същото време за наблюдение на биологичен обект е необходимо сензорът да е разположен точно над него..

Черният дроб е един от най-големите органи на коремната кухина, който изпълнява много различни жизнени функции на тялото. Можете да научите как да се подготвите за ултразвукова диагностика на черния дроб и как да декодирате резултатите.

Този тип сензор използва честота от 5 до 15 MHz. Високата честота дава висока разделителна способност, но дълбочината на проникване на вълната е малка - до 9 см. Такива преобразуватели се използват за изследване на щитовидната жлеза, млечните жлези, съдовете и сухожилията. Изпъкналите сензори работят в честотния диапазон от 1,8 до 7,5 MHz. Физически сензорът е по-малък. Ниската честота позволява изследване на органи, разположени на дълбочина 25 см. Средночестотни инструменти се използват при изследване на органите на коремната кухина, ретроперитонеума и пикочно-половата система.

Тук има една точка. Картината, показана на монитора, е с няколко сантиметра по-широка от сензора. Специалистът трябва да запомни тази грешка. И накрая, секторните сензори са най-малките. И те работят с най-ниските честоти - от 1,5 до 5 MHz. Тук разликата между показаното изображение и сензора е още по-голяма. Обикновено това оборудване се използва за изследване на малки дълбоки зони. Най-честата употреба е сърдечната ехография.

Ултразвук на практика

Ултразвукът се използва за изследване на почти всички органи в човешкото и животинското тяло. Например ултразвукът на черния дроб ще позволи да се направят редица важни медицински заключения въз основа на данните, които ще бъдат получени по време на това проучване. Те включват всички основни параметри:

• размерът;
• контури;
• еднородност на структурата;
• дифузни промени;
• състояние на кръвния поток.

При хора, които злоупотребяват с алкохолни напитки и мазни храни, черният дроб се увеличава в 9 случая от 10. Контурите са неясни, наблюдават се дифузни изменения, нарушава се хомогенността (поради мъртвите хепатоцити и мастната тъкан). При цироза в черния дроб има големи области с променена ехогенност. Ултразвукът се извършва в три режима.

Режимите A и M осигуряват едномерни изображения. Но режим B е двуизмерно изображение в реално време, което ви позволява да оцените морфологията на органа. Процедурата за ултразвуково сканиране е призната за 100% безопасна. Както световната научна общност, така и местната.

Медицинските асоциации по света не са установили нито един случай, в който ултразвукът да причини вреда на тялото. По тази причина ултразвукът се използва активно в перинаталната диагностика. С помощта на ултразвук се наблюдава развитието на плода. Това ви позволява да идентифицирате различни патологии на бременността в ранните етапи..

Можете също така да научите за техническата страна на ултразвука, като гледате това видео.

Принципът на работа на ултразвуковата машина. Ултразвуков сензор

Под ултразвук се разбира звукови вълни, чиято честота е извън обхвата на честотите, възприемани от човешкото ухо..

Откритието на ултразвук се връща към наблюденията на полета на прилепите. С привързани очи прилепи, учените са установили, че тези животни не губят ориентация в полет и могат да избегнат препятствия. Но след като те също затвориха ушите си, ориентацията в пространството при прилепите беше нарушена и те се сблъскаха с препятствия. Това доведе до извода, че прилепите се придвижват в тъмното с помощта на звукови вълни, които не се улавят от човешкото ухо. Тези наблюдения са направени още през 17 век, като в същото време е предложен терминът "ултразвук". Прилеп излъчва къси импулси на ултразвукови вълни за ориентация в пространството. Тези импулси, отразени от препятствия, се възприемат след известно време от ухото на прилепа (ехо явление). Според времето, което изтича от момента на излъчване на ултразвуковия импулс до възприемането на отразения сигнал, животното определя разстоянието до обекта. В допълнение, прилепът може също да определи посоката, в която се връща ехото, локализацията на обекта в пространството. По този начин тя изпраща ултразвукови вълни и след това възприема отразената картина на пространството около себе си..

Принципът на ултразвуковото разположение е в основата на работата на много технически устройства. Така нареченият импулсен ехосигнален принцип се използва от сонара, който определя позицията на плавателния съд спрямо ята риби или морското дъно (ехолот), както и ултразвукови диагностични устройства (UZD), използвани в медицината: апаратът излъчва ултразвукови вълни, след това възприема отразените сигнали и от времето, изминало от момента на излъчване до момента на възприемане на ехо сигнала, се определя пространственото положение на отразяващата структура.

Какво представляват звуковите вълни?

Звуковите вълни са механични вибрации, които се разпространяват в пространството като вълни, които се появяват след хвърляне на камък във водата. Разпространението на звуковите вълни зависи до голяма степен от веществото, в което се разпространяват. Това се обяснява с факта, че звуковите вълни възникват само когато частиците на материята вибрират.

Тъй като разпространението на звука е възможно само от материални обекти, във вакуум не се образува звук (на изпитите често се задава въпрос „за пълнене“: как звукът се разпространява във вакуум?).

Звукът в среда може да се разпространява както надлъжно, така и напречно. Ултразвуковите вълни в течности и газове са надлъжни, тъй като отделни частици от средата вибрират по посоката на разпространение на звуковата вълна. Ако равнината, в която частиците на средата вибрират, е под прав ъгъл спрямо посоката на разпространение на вълната, както например при морските вълни (вибрации на частици във вертикална посока и разпространение на вълната в хоризонтална посока), ние говорим за напречни вълни. Такива вълни се наблюдават и в твърди вещества (например в кости). В меките тъкани ултразвукът се разпространява главно под формата на надлъжни вълни.

Когато отделни частици от надлъжна вълна се изместят една към друга, тяхната плътност и, следователно, налягането в средата на това място се увеличава. Ако частиците се отклоняват една от друга, локалната плътност на веществото и налягането на това място намаляват. Ултразвуковата вълна образува зони с ниско и високо налягане. Когато ултразвуковата вълна преминава през тъканта, това налягане се променя много бързо в точката на средата. За да се разграничи налягането, генерирано от ултразвуковата вълна, от постоянното налягане на средата, то се нарича още променливо или звуково налягане.

Параметри на звуковата вълна

Параметрите на звуковата вълна включват:

Амплитуда (A), напр. Максимално звуково налягане ("височина на вълната").

Честота (v), т.е. броят на трептенията за 1 s. Мерната единица за честота е херц (Hz). В диагностичните устройства, използвани в медицината, се използва честотният диапазон от 1 до 50 MHz (1 MHz = 106 Hz, обикновено диапазонът е 2,5-15 MHz).

Дължина на вълната (λ), т.е. разстояние до съседен гребен на вълната (по-точно минималното разстояние между точките със същата фаза).

Скоростта на разпространение или скоростта на звука (звуците). Зависи от средата, в която се разпространява звуковата вълна, както и от честотата.

Налягането и температурата имат значителен ефект, но във физиологичния температурен диапазон този ефект може да бъде пренебрегнат. За ежедневната работа е полезно да се помни, че колкото по-плътна е средата, толкова по-голяма е скоростта на разпространение на звука в нея..

Скоростта на разпространение на звука в меките тъкани е приблизително 1500 m / s и се увеличава с увеличаване на плътността на тъканите.

Тази формула е от основно значение за медицинското ултразвуково изобразяване. Може да се използва за изчисляване на ултразвуковата дължина на вълната λ, което прави възможно определянето на минималния размер на анатомичните структури, които все още се виждат при ултразвук. Тези анатомични структури, които са по-малки от дължината на вълната на ултразвука, вече не се различават от ултразвук.

Дължината на вълната създава доста грубо изображение и не е подходяща за оценка на малки структури. Колкото по-висока е ултразвуковата честота, толкова по-къса е дължината на вълната и размерът на анатомичните структури, които все още могат да бъдат разпознати.

Гранулираността се увеличава с увеличаване на ултразвуковата честота. В същото време дълбочината на проникване на ултразвук в тъканите намалява, т.е. проникващата му способност намалява. По този начин, с увеличаване на честотата на ултразвук, наличната дълбочина на изследване на тъканите намалява..

Дължината на вълната на ултразвук, използван в ехографията за изследване на тъкани, варира от 0,1 до 1 mm. По-малки анатомични структури не могат да бъдат идентифицирани.

Как се получава ултразвук?

Пиезоелектричен ефект

Производството на ултразвук, използван в медицинската диагностика, се основава на пиезоелектричния ефект - способността на кристалите и керамиката да се деформират под действието на приложено електрическо напрежение. Кристалите и керамиката периодично се деформират под действието на променливо напрежение; възникват механични вибрации и се образуват ултразвукови вълни. Пиезоелектричният ефект е обратим: ултразвуковите вълни причиняват деформация на пиезоелектричния кристал, която е придружена от измеримо електрическо напрежение. По този начин пиезоелектричните материали служат както като генератори на ултразвукови вълни, така и като техните приемници..

Когато възникне ултразвукова вълна, тя се разпространява в свързващата среда. „Свързване“ означава, че има много добра акустична проводимост между ултразвуковия генератор и средата, в която той се разпространява. За това обикновено се използва стандартен ултразвуков гел..

За да се улесни прехода на ултразвуковите вълни от твърдата керамика на пиезоелектричния елемент към меките тъкани, тя се покрива със специален ултразвуков гел.

Трябва да се внимава при почистване на ултразвуковия сензор! Съответстващият слой в повечето ултразвукови сензори се влошава, когато се преработи с алкохол по "хигиенни" причини. Ето защо, когато почиствате ултразвуковия сензор, трябва стриктно да следвате инструкциите, приложени към устройството..

Ултразвукова структура на сензора

Генераторът на ултразвукови вибрации се състои от пиезоелектричен материал, предимно керамика, на предната и задната страна на която има електрически контакти. На предната страна, обърната към пациента, се нанася съответстващ слой, който е проектиран за оптимално провеждане на ултразвук в тъканта. От задната страна пиезоелектричните кристали са покрити със слой, който силно абсорбира ултразвука, който предотвратява отражението на ултразвуковите вълни в различни посоки и ограничава подвижността на кристала. Това дава възможност да се гарантира, че ултразвуковият сензор излъчва възможно най-кратките ултразвукови импулси. Продължителността на импулса е определящ фактор в аксиалната разделителна способност.

Ултразвуковата сонда в режим B обикновено се състои от множество малки съседни керамични кристали, които са настроени индивидуално или в групи.

Ултразвуковият сензор е много чувствителен. Това се обяснява, от една страна, с факта, че в повечето случаи съдържа керамични кристали, които са много крехки, от друга страна, с факта, че съставните елементи на сензора са разположени с голяма точност един до друг и могат да се изместят или счупят при механично разклащане или удари. Цената на модерен ултразвуков сензор зависи от вида на оборудването и е приблизително равна на цената на автомобил от среден клас.

Преди да транспортирате ултразвуковото устройство, здраво фиксирайте ултразвуковия сензор върху устройството или по-скоро го изключете. Сензорът лесно се счупва, ако падне, и дори леки удари могат да причинят сериозни щети.

В честотния диапазон, използван в медицинската диагностика, е невъзможно да се получи рязко фокусиран лъч, подобен на лазер, който може да се използва за „сондиране“ на тъкани. Въпреки това, за да се получи оптимална пространствена разделителна способност, е необходимо да се стремим да сведем до минимум диаметъра на ултразвуковия лъч (понятието „ултразвуков лъч“ понякога се използва като синоним на ултразвуковия лъч - това подчертава, че в случай на ултразвуково поле говорим за пространствена структура, която в идеалния случай има минимум диаметър).

Колкото по-малък е ултразвуковият лъч, толкова по-добре се виждат детайлите на анатомичните структури по време на ултразвук..

Следователно, доколкото е възможно, ултразвукът е фокусиран до определена дълбочина (малко по-дълбоко от изследваната структура), така че ултразвуковият лъч да образува „талия“. Ултразвукът е фокусиран или с помощта на "акустични лещи", или чрез подаване на импулсни сигнали с различни взаимни времеви отмествания към отделни пиезокерамични елементи на преобразувателя. В този случай фокусирането на по-голяма дълбочина изисква увеличаване на активната повърхност или отвора на ултразвуковия преобразувател.

С фокусиран сензор в ултразвуковото поле се разграничават три зони:

Най-ясното ултразвуково изображение се получава, когато изследваният обект е във фокалната зона на ултразвуковия лъч. Обектът се намира във фокалната зона, когато ултразвуковият лъч има най-малката ширина, което означава, че разделителната му способност е максимална..

Близо до ултразвукова зона

Близката зона е в непосредствена близост до ултразвуковия сензор. Тук ултразвукови вълни, излъчвани от повърхността на различни пиезокерамични елементи, се наслагват една върху друга (с други думи, възниква интерференцията на ултразвуковите вълни), поради което се образува рязко нехомогенно поле. Нека обясним това с нагледен пример: ако хвърлите шепа камъчета във водата, тогава кръгови вълни, излъчващи се от всеки от тях, се наслагват една върху друга. В близост до мястото, където камъкът пада, съответстващ на близката зона, вълните са неправилни, но на известно разстояние те постепенно се приближават до кръгови. Опитайте този експеримент с децата си поне веднъж, когато се разхождате близо до водата! Изразената нехомогенност на близката ултразвукова зона образува неясно изображение. Много хомогенната среда в близкото поле изглежда като редуващи се светли и тъмни ивици. Следователно близката зона на САЩ за оценка на изображението е почти или изобщо не е подходяща. Този ефект е най-изразен за изпъкнали и секторни сензори, които излъчват разминаващ се ултразвуков лъч; за линеен сензор нехомогенността в близко поле се изразява в най-малка степен.

Можете да определите до каква степен се разпространява близката ултразвукова зона, ако, като завъртите копчето, усилите сигнала, като едновременно наблюдавате ултразвуковото поле, съседно на сензора. Близостта на ултразвуковата зона може да бъде разпозната по бяло одеяло близо до сензора. Опитайте се да сравните близкото поле на линейни и секторни сензори.

Тъй като близката ултразвукова зона е неприложима за оценка на изображението на обект, при провеждане на ултразвук те са склонни да минимизират близката зона и използват различни методи, за да я премахнат от изследваната зона. Това може да се направи например чрез избор на оптимално положение на сензора или чрез електронно изравняване на неравномерността на ултразвуковото поле. Но на практика това се постига най-лесно с помощта на така наречения буфер, напълнен с вода, който се поставя между сензора и тестовия обект. Това ви позволява да извеждате шума от близкото поле извън зоната на изследвания обект Обикновено като буфер се използва специална приставка за сонда или универсална подложка с гел. Сега вместо вода се използват пластмасови накрайници на силиконова основа.

При повърхностно разположение на изследваните структури използването на буфер може значително да подобри качеството на ултразвуковото изображение..

Фокална зона

Фокалната зона се характеризира с факта, че, от една страна, диаметърът (ширината) на ултразвуковия лъч е най-малък, а от друга, поради ефекта на събиращата леща, интензивността на ултразвука е най-голяма. Това позволява висока разделителна способност, т.е. способността ясно да се разграничат детайлите на изследвания обект. Следователно анатомичната формация или обектът, който трябва да се изследва, трябва да се намира във фокалната зона..

Далечна ултразвукова зона

В далечната ултразвукова зона ултразвуковият лъч се разминава. Тъй като ултразвуковият лъч е отслабен при преминаване през тъканите, интензивността на ултразвука, особено неговия високочестотен компонент, намалява. И двата процеса влияят отрицателно на разделителната способност, а оттам и на качеството на ултразвуковото изображение. Следователно, при изследване в далечната ултразвукова зона, яснотата на обекта се губи - колкото повече, толкова по-далеч от сензора е той.

Разделителна способност на апарата

Разделителната способност на системата за визуална проверка, както оптична, така и акустична, се определя от минималното разстояние, на което два обекта в изображението се възприемат като отделни. Разделителната способност е важен качествен показател, характеризиращ ефективността на визуализационния метод за изследване..

На практика често се пренебрегва, че увеличаването на разделителната способност има смисъл само когато изследваният обект се различава значително от околните тъкани по своите акустични свойства, т.е. има достатъчен контраст. Увеличаването на разделителната способност при липса на достатъчен контраст не подобрява диагностичните възможности на изследването. Аксиалната разделителна способност (в посока на разпространение на ултразвуковия лъч) лежи в областта на двойната дължина на вълната. Строго погледнато, продължителността на отделните излъчвани импулси е от решаващо значение. Това може да са малко повече от две последователни трептения. Това означава, че при сензор, работещ на 3,5 MHz, тъканните структури от 0,5 mm теоретично трябва да се възприемат като отделни структури. На практика това се наблюдава само ако структурите са достатъчно контрастни..

Страничната (странична) резолюция зависи от ширината на ултразвуковия лъч, както и от фокусирането и съответно от дълбочината на изследване. В това отношение резолюцията варира значително. Най-високата резолюция се наблюдава във фокалната зона и е равна на около 4-5 дължини на вълната. По този начин страничната резолюция е 2-3 пъти по-слаба от аксиалната. Типичен пример е ултразвуково сканиране на панкреатичния канал. Луменът на канала може да бъде ясно визуализиран само когато е разположен перпендикулярно на посоката на ултразвуковия лъч. Части от канала, разположени отляво и отдясно под различен ъгъл, вече не се виждат, тъй като аксиалната разделителна способност е по-силна от страничната.

Сагиталната резолюция зависи от ширината на ултразвуковия лъч в равнината, перпендикулярна на равнината на сканиране, и характеризира резолюцията в посоката, перпендикулярна на посоката на разпространение, и следователно, дебелината на слоя на изображението. Сагиталната резолюция обикновено е по-лоша от аксиалната и страничната. В инструкциите, приложени към ултразвуковата машина, този параметър се споменава рядко. Трябва обаче да се приеме, че сагиталната резолюция не може да бъде по-добра от страничната и че тези два параметъра са сравними само в сагиталната равнина във фокалната зона. В повечето ултразвукови преобразуватели сагиталният фокус е настроен на определена дълбочина и не е много ясно изразен. На практика сагиталното фокусиране на ултразвуковия лъч се извършва чрез използване на съвпадащ слой в сензора като акустична леща. Променливо фокусиране перпендикулярно на равнината на изображението, като по този начин намаляването на дебелината на този слой е постижимо само с матрица от пиезоелектрични елементи.

В онези случаи, когато лекарят, провеждащ изследването, има за задача подробно описание на анатомичната структура, е необходимо да се изследва в две взаимно перпендикулярни равнини, ако е възможно, ако анатомичните особености на изследваната област го позволяват. В този случай разделителната способност намалява от аксиалната посока към страничната посока и от страничната към сагиталната посока..

Видове ултразвукови сензори

В зависимост от местоположението на пиезоелектрическите елементи се разграничават три вида ултразвукови сензори:

В линейните сензори пиезоелектрическите елементи са разположени по права линия, отделно или на групи, и паралелно излъчват ултразвукови вълни в тъканта. След всяко преминаване през тъканите се появява правоъгълно изображение (за 1 s - около 20 или повече изображения). Предимството на линейните сензори е възможността за получаване на висока разделителна способност в близост до местоположението на сензора (т.е. относително високо качество на изображението в близката зона), недостатъкът е в малкото зрително поле на ултразвук на голяма дълбочина (това се обяснява с факта, че за разлика от изпъкналия и секторния сензори, ултразвуковите лъчи на линейния сензор не се разминават).

Преобразувателят с фазирана решетка наподобява линеен преобразувател, но е по-малък. Състои се от поредица кристали с отделна настройка. Сензорите от този тип създават изображение на секторен сензор на монитора. Докато в случай на механичен секторен преобразувател, посоката на ултразвуковия импулс се определя чрез завъртане на пиезоелектрическия елемент, при работа с преобразувател с фазирана решетка се получава насочен ултразвуков лъч, фокусиран по време чрез изместване във времето (фазово отместване) на всички активирани кристали. Това означава, че отделни пиезоелектрични елементи се активират със забавяне във времето и в резултат на това ултразвуковият лъч се излъчва в наклонена посока. Това дава възможност за фокусиране на ултразвуковия лъч в съответствие с поставената изследователска задача (електронно фокусиране) и същевременно значително подобряване на разделителната способност в необходимата част от ултразвуковото изображение. Друго предимство е възможността за динамично фокусиране на получения сигнал. В този случай фокусът по време на приемане на сигнала е настроен на оптималната дълбочина, което също значително подобрява качеството на изображението..

В механичен секторен сензор, в резултат на механични вибрации на преобразувателните елементи, ултразвуковите вълни се излъчват в различни посоки, поради което се образува изображение под формата на сектор. След всяко преминаване през тъканта се формира изображение (10 или повече за 1 s). Предимството на секторния сензор е, че ви позволява да получите широко зрително поле на голяма дълбочина, а недостатъкът е, че е невъзможно да се изучава в близкото поле, тъй като зрителното поле в близост до сензора е твърде тясно.

В изпъкнал сензор пиезоелектрическите елементи са разположени един до друг в дъга (извит сензор). Качеството на изображението е нещо между изображението, получено от линейни и секторни сензори. Изпъкналият сензор, подобно на линеен сензор, се характеризира с висока разделителна способност в близката зона (въпреки че не достига разделителната способност на линеен сензор) и в същото време с широко зрително поле в дълбочината на тъканите - подобно на секторния сензор.

Само при двумерно разположение на елементите на ултразвуковия преобразувател под формата на матрица е възможно да се фокусира ултразвуковият лъч едновременно в страничната и сагиталната посоки. Тази така наречена матрица от пиезоелектрични елементи (или двумерна матрица) допълнително позволява получаване на данни за три измерения, без които сканирането на обема на тъканта пред сензора е невъзможно. Производството на матрица от пиезоелектрически елементи е трудоемък процес, който изисква използването на най-новите технологии, поради което едва наскоро производителите започнаха да оборудват своите ултразвукови устройства с изпъкнали сензори..