Файл: Физические основы применения ультразвука в диагностических целях.docx

Рис.3. Схема обратного пьезоэлектрического эффекта.
Эти свойства пьезоэлементов нашли применение в ультразвуковых устройствах, так как один и тот же пьезокристалл может заменить и приемник, и ультразвуковые волны. Эта часть ультразвукового аппарата называется акустическим преобразователем или или трансдьюсером (англ. transducer - преобразователь), наиболее распространенным названием которого является – ультразвуковой датчик. Преобразователь переводит одну форму энергии в другую - электрическую энергию в энергию ультразвуковых колебаний и наоборот.

В современных ультразвуковых аппаратах существует несколько основных типов ультразвуковых датчиков, отличающихся рабочей частотой (соответственно глубиной сканирования и качеством получаемого изображения или разрешением), а также величиной и формой сканирующей поверхности. Основными типами ультразвуковых датчиков являются:

1. 
   Линейный датчик (Рис.4, А) – высокочастотный датчик, который используется, главным образом, для исследования поверхностно расположенных органов (щитовидной железы, молочной железы, лимфатических узлов, поверхностных сосудов и т.д.).
   
2. 
   Конвексный датчик (англ. convex – выпуклый) (Рис.4, В) – обладает выпуклой рабочей поверхностью, что обеспечивает лучший контакт с кожей в исследуемой области. Используется для исследования глубоко расположенных органов брюшной полости, забрюшинного пространства, малого таза и др.
   
3. 
   Секторный датчик (Рис.4, С) – обладает небольшой рабочей поверхностью, генерируемые ультразвуковые волны имеют форму сектора. Применяется в тех случаях, когда необходимо с небольшого участка поверхности тела получить в несколько раз больше обзор на глубине, например, когда через межреберные промежутки проводят исследование сердца при эхокардиографии. Часто секторный датчик еще называют кардиологическим. Кроме того, он применяется при исследовании головного мозга у детей до года – доступ через большой и малый роднички.
   

Рис. 4. Основные типы датчиков (А - линейный, В - конвексный, С - секторный) и направления распространения генерируемых ими ультразвуковых волн.

---

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется ультразвук, излучаемый в виде коротких импульсов (импульсный). Он генерируется при приложении к пьезоэлементам коротких электрических импульсов. Продолжительность импульса составляет 1 мкс. Этот же датчик в перерыве между генерацией волн воспринимает отраженные сигналы и трансформирует их обратно в электрические. То есть за время работы датчик только 0,001 часть времени генерирует УЗ-волны (1мкс), а оставшиеся 0,999 (999 мкс) – воспринимает отраженные волны (работает как приемник).

Итак, 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.

4. Способы регистрации отраженных эхосигналов (режимы работы УЗ-аппаратов)

Отраженный эхосигнал может быть представлен на экране в следующих режимах:

- А – режим;

- В – режим;

- М – режим;

- допплеровские режимы (режим D);

- комбинированные режимы (одновременное использование двух и более режимов)

- режимы с построением объемного изображения (3D и 4D)

- эластография
Режим А (от англ. Amplitude) - классический режим, присутствующий во всех современных аппаратах. Основан на фиксации амплитуды (т.е., пиков) отраженных сигналов, которая визуализируется на экране в виде осциллограммы.

Режим М (от англ. Motion - движение). Этот режим благодаря высокой частоте звуковых импульсов позволяет получить изображение тканей сердца в движении, т.е., непосредственно во время работы органа.

Режим В (от англ. Brightness - яркость), или 2D. На основании фиксации амплитуды отраженного сигнала создается и выводится на экран двухмерное изображение сканируемой области с частотой обновления от 20 кадров в минуту. Цветность - до 256 оттенков серого, где каждый оттенок соответствует определенной амплитуде волны. Данный режим наиболее простой, понятный и многоцелевой: он позволяет выполнить сканирование брюшной полости, почек, молочной и щитовидной желез, оценить состояние клапанов сердца, сегментарной и глобальной систолической функции желудочков.

---

Режим D (Доплер). Основан на доплеровском эффекте, когда частота отраженных волн меняется в зависимости от скорости движения сканируемого объекта, причем, при приближении к датчику частота растет, а при удалении - падает. Используется для диагностики кровеносной системы, где объектами, отражающими звуковые волны, являются эритроциты.

В настоящее время в клинической практике используются следующие виды допплеровского исследования: непрерывная и импульсная потоковая спектральная допплерография (ПСД), цветовое допплеровское картирование, энергетический допплер, конвергентный цветовой допплер.

И пара слов о новейших разработках в области визуализации. Для того, чтобы пациент без специальных знаний смог невооруженным глазом увидеть и понять результаты сканирования, в современных узи-аппаратах предусмотрен режим 3D. По сути, это не отдельный режим сканирования, а метод визуализации, во время которого компьютер собирает двухмерные изображения в одно трехмерное.

В последнее время происходит бурное развитие ультразвуковой диагностики, постоянное совершенствование ультразвуковых диагностических приборов – что приводит к появлению новых методов ультразвуковых исследований, в частности, совсем недавно появился еще один метод УЗИ – эластография.

Эластография (соноэластография) - метод ультразвуковых исследований, в основе которого лежит дифференциальная диагностика злокачественных новообразований на основании изменения их плотности и жесткости.

Заключение

Появление и развитие ультразвуковой диагностики претерпело огромный путь от использования в военных целях в периоды войн, до использования ультразвука в медицине по настоящее время. Методы исследования с помощью ультразвуковых аппаратов постоянно совершенствуются с целью улучшения качества диагностики.

В первом параграфе были рассмотрены основные понятия, способы применения, а также преимущества и недостатки диагностики при помощи ультразвука.

Второй параграф был посвящен физическим процессам, благодаря которым работает современная техника для диагностики. Были рассмотрены: механические колебания молекул вещества и волновые процессы в акустике.

В последующем параграфе, изучили устройства для генерации и приема ультразвуковых волн

---

, которые работают на основе пьезоэлектрического эффекта.

Заключающий параграф несет в себе информацию о способах регистрации отраженных эхосигналов, а также режимах работы ультразвуковых аппаратов.

Рассмотренные разделы реферата являются основами для понимания принципов работы сложной системы, вследствие которой специалисты прямо в данную секунду спасают множество жизней.
Список использованной литературы

1. 
   Атьков О.Ю. Основные тенденции развития УЗ методов диагностики. Визуализация в клинике. 2002г.
   
2. 
   Акопян В.Б. Физические основы УЗ терапии. Мед. Физика, 2001г.
   
3. 
   Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике. Под редакцией Митькова В.В., Садриковой В.А., М., Т.5., 1999г.
   
4. 
   Крылов П., Рокитянский В.И. Ультразвук и его лечебное применение. 1958г.
   
5. 
   Маков Ю.Н. Возможности ультразвукового воздействия на биоструктуры в различных режимах и их использование в медицине. Акустика неоднородных сред. Ежегодник 2002г.
   
6. 
   Применение ультразвука в медицине. Под редакцией Хилл К. М. Мир, 1989г.
   

---