Физические принципы УЗИ диагностики
Ультразвук - звуковые волны с частотами, находящимися за пределами восприятия слухового анализатора человека. Частота диагностического ультразвука составляет от 1 до 20 мГц.
Появление и регистрация ультразвуковых волн: метод эхо-сигнала
Использование свойств ультразвука в диагностике основано на принципе эхо-сигнала. Мельчайшей функциональной единицей ультразвукового датчика является пьезокристалл. Кристаллы способны переводить электрические колебания в механические и наоборот. Если поместить кристалл в переменное электрическое поле, то за счет изменения его формы создаются звуковые волны. И наоборот, если на кристалл воздействуют звуковые волны, то за счет изменения его формы образуется электрический импульс.
На первом этапе кристалл, помещенный в электрическое переменное поле, начинает колебаться. Датчик посылает интенсивный короткий волновой импульс. Сразу после этого датчик переключается в режим приема. Отраженные на границе сред эхо-сигналы снова приходят к кристаллу, и возникают его колебания. Эти колебания переводятся в электрические сигналы, которые и являются основой для реконструкции изображения.
Диагностический ультразвук: распространение ультразвука в биологических средах
При изучении особенностей распространения ультразвуковых волн в человеческом теле можно условно выделить три основные среды: газы, мягкие ткани и костные структуры.
Кристаллы датчика служат как источником звуковых волн, так и точкой восприятия эхо-сигналов.
Высокая разница в сопротивлении между воздушной средой и тканями организма приводит к полному отражению волн. Большая разница в сопротивлении между костными структурами и тканями также обусловливает высокий уровень отражения. Проходящая сквозь ткани часть ультразвуковой волны является недостаточной для диагностического обследования. Умеренная разница в сопротивлении между мягкими тканевыми структурами является основой диагностического ультразвука. Большая часть звуковых волн не отражается в первых слоях и доходит до структур, расположенных более глубоко.
Создание изображения при УЗИ
Регистрация поступивших эхо-сигналов характеризуется двумя диагностическими параметрами:
•временем, необходимым для достижения эхо-сигналом воспринимающего устройства; это позволяет определить локализацию на изображении отражающих пограничных поверхностей; •интенсивностью эхо-сигнала; этот параметр зависит от разницы плотности на границе между звукопроводящими средами.
А-режим
Буквой А обозначается амплитуда. Принцип А-режима заключается в следующем. Посыпается краткий звуковой импульс, который распространяется в тканях. Амплитуда отраженных эхо-сигналов регистрируется на оси, показывающей время. Высота амплитуды зависит от интенсивности эхо-сигнала.
Регистрация времени и интенсивности эхо-сигнала позволяет визуализировать акустические сигналы в А-, В-и М-режимах.
В-режим
Буква В означает яркость. В В-режиме эхо-сигнал визуализируется не как колебания амплитуды, а как вариант серого цвета. Высота амплитуды при этом соответствует степени яркости серого цвета. Подобная регистрация эхо-сигнала дает изображение в одном измерении. Отдельные изображения сохраняются в течение короткого времени. За счет перемещения акустической оси пьезоэлементов на экране отображается обобщенная картинка среза. Затем отдельные строчки суммируются на мониторе как двухмерное изображение.
М-режим
Буква М означает движение. М-режим используется для визуализации подвижных структур. Как и в В-режиме, получаются строчки, яркость серого цвета которых колеблется. Для получения двухмерного изображения в В-режиме используется большое число строк, возникающих за счет смещения акустической оси. В М-режиме акустическая ось остается постоянной, но при этом изменяется локализация подвижных структур. Изображение при М-режиме образуется за счет идущих друг за другом строчек В-режима с постоянной акустической осью.
|