УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Ультразвуковая диагностика (ультразвук, сонография, ультрасонография) - это метод лучевой диагностики, в котором используются высокочастотные звуковые (ультразвуковые) волны для получения изображения внутренних органов человеческого тела. Ультразвук широко используется в клинической практике. За последние несколько десятилетий этот метод стал одним из наиболее распространенных и важных, который обеспечивает диагностику многих заболеваний. Техника не имеет противопоказаний, безопасна и отличается достаточно высокой диагностической эффективностью (точность диагностики по ряду заболеваний по сравнению с патоанатомическими данными достигает более 80 %). Простота, отсутствие радиационной нагрузки (позволяют обследовать беременных и детей), неинвазивность, возможность нескольких исследований, а также то, что она проводится в режиме реального времени. [1]

Звук представляет собой механическую продольную волну, в которой колебания частиц находятся в одной плоскости с направлением распространения энергии. Частота от 16 Гц до 20 кГц является слышимой зоной для человека, частота звуковых волн менее 16 Гц относится к инфразвуку. Частоты в диапазоне 25-500 кГц используются живыми организмами в природе такими как летучие мыши, дельфины и некоторые виды китов. Ультразвук - это звуковые колебания с частотой более 20 кГц.

Рисунок 1. Схема распространения звуковой (ультразвуковой) волны, когда она генерируется источником.

Основными характеристиками ультразвуковых волн являются колебания периода (T) - время, в течение которого молекула или частица вещества совершают одно полное колебание, частота (v) - число колебаний в единицу времени, длина (λ) - расстояние между точки одной фазы и распределение  скорости.

Таблица 1.

Скорость распространения ультразвука определяется только свойствами среды (ткани).

Средняя скорость распространения ультразвука в тканях человеческого тела составляет 1540 м / с - большинство ультразвуковых диагностических устройств запрограммированы на эту скорость. В ультразвуковой диагностике используется диапазон 2-15 МГц. [5, 2]

Устройства для генерации и приема ультразвуковых волн.

Ультразвуковой датчик - преобразует одну форму энергии в другую - электрическую энергию в энергию ультразвуковых колебаний и наоборот. Существует несколько основных типов ультразвуковых датчиков в современных ультразвуковых устройствах, которые характеризуются рабочей частотой, а также размером и формой поверхности сканирования.

Основными типами ультразвуковых датчиков являются:

1. Линейный датчик представляет собой высокочастотный датчик с частотой 5-15 МГц, часто 7,5 МГц, используемый главным образом для исследования поверхностных органов (щитовидной железы, молочной железы, лимфатических узлов, поверхностных сосудов и т. д.). Он имеет минимальное искажение полученного изображения, поскольку положение датчика на поверхности тела полностью соответствует размеру изучаемого органа.

2. Выпуклый датчик - имеет выпуклую рабочую поверхность, которая обеспечивает лучший контакт с кожей в зоне исследования. Частота 1.8-7.5 МГц, чаще - 3.5 МГц. Из-за меньшей частоты, глубина сканирования достигает 25-30 см, она используется для изучения глубоких органов брюшной полости, забрюшинного пространства, малого таза и т.д.

3. Секторный датчик - имеет небольшую рабочую поверхность, генерируемые ультразвуковые волны имеют форму сектора, и существует большое несоответствие между размерами преобразователя и получаемого изображения. Работает на частоте 2-5 МГц. Он используется в тех случаях, когда необходимо получить от небольшой части поверхности тела в несколько раз большую видимость на глубине, например, при исследовании эхокардиографии сердца через межреберные промежутки. Часто секторный датчик также называют сердечным датчиком.

Рисунок 2. Основные типы датчиков (A - линейные, B - конвективные, C - секторные) и направление распространения генерируемых ими ультразвуковых волн. [5, 2]

Медицинское применение

Ультразвук широко используется для диагностики заболеваний различных органов и систем:

• Для диагностики травм головы. Это помогает врачу определить место кровоизлияния.
• В офтальмологии ультразвук используется для измерения размера глаз, определения положения линзы.
• Чтобы оценить размер печени, ее структуру и однородность, обнаружить любые изменения, а также состояние кровотока.
• Также с помощью ультразвука можно исследовать состояние желчного пузыря и желчных протоков: их размер, толщина стенки, проходимость и т.д.
• Аналогичным образом оцениваются размер, форма, контуры поджелудочной железы, наличие образований. Однако из-за газов в желудке, большом или тонком кишечнике, часто невозможно получить качественные изображения.
• УЗИ почек позволяет определить их состояние, структуру. Это также позволяет идентифицировать различные воспалительные процессы, наличие камней, образований и изменений после острых или хронических заболеваний почек.
• При исследовании щитовидной железы ультразвуковое обследование может определять наличие узлов, кисты, а также изменения размера и структуры железы. Специалисты рекомендуют проводить обследование щитовидной железы каждый год.
• С помощью ультразвука врачи определяют массу сердца, сократимость, патологии, опухоли, тромбы. Они используются в случаях боли в сердце, шума, расстройств, врожденных пороков сердца.
• Используется для определения продолжительности беременности, контроля плода на разных этапах. УЗИ проводится три-четыре раза в течение всего периода беременности, если процесс протекает без осложнений, но чаще 10 раз  не рекомендуется. Ультразвук сосудов, используемых для боли в ногах при ходьбе, ослаблении, нехватке пульса на артериях голени, сахарном диабете, после операции на артериях нижних конечностей и т.д.
• УЗИ органов малого таза подходит для своевременной идентификации различных заболеваний (например, миом), доброкачественных и злокачественных опухолей.
• УЗИ молочной железы выполняется с целью своевременного выявления доброкачественных и злокачественных новообразований. [1]

Ультразвук в кардиохирургии является, по сути, единственным методом диагностики, который позволяет вам в полной мере оценить состояние сердечно-сосудистой системы, а также ее основные и вспомогательные сосуды. Другим неоспоримым преимуществом этого диагностического метода является способность контролировать сокращение сердечной мышцы в реальном времени. В последующих процедурах лечения важно знать частоту фиксации и скорость сокращения сердечной мышцы.

Рисунок 3. Исследование скорости в профиле сосуда или в локальном участке сердца.

Ультразвук в гинекологии. Если мы говорим об ультразвуковых исследованиях в отношении диагностики в гинекологии, то условно все исследования можно разделить на несколько типов. Среди них:

• Общий диагноз. Это включает трансабдоминальные и трансвагинальные исследования. На ранних стадиях беременности используется трансвагинальное обследование. Он дает самую точную информацию о факте беременности в первые четыре недели после зачатия. Это связано с тем, что датчик расположен на самом близком расстоянии от матки, во влагалище, что гарантирует достоверную информацию. Трансабдоминальное исследование проводится путем приложения звуковых волн к передней поверхности брюшины. В этом случае выявляются заболевания органов таза у женщин, определяется состояние репродуктивных органов и степень их функционирования. Кроме того, этот тип исследований дает общую картину развития плода. Это обследование проводится во втором и третьем триместре беременности, когда плод достаточно взрослый или готовится к родам.

• Второй тип ультразвука - допплерометрия. С помощью этого метода изучаются особенности циркуляции крови в направлении: мать - плацента - ребенок. Это же исследование дает исчерпывающую картину состояния тазовых органов у женщин с гинекологическими заболеваниями.

• Третий тип исследований - кардиотокография. Для гинекологической диагностики это основной метод, который позволяет оценить, насколько хорошо функционируют гениталии, которые обеспечивают жизнедеятельность плода. [3]

Рисунок 4. Импульсный волновой допплер. Схема и основные устройства системы для изучения и обработки сигналов. [4]

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 интерфейсов среды в виде различных «эхо» сил;

- преобразование отраженных сигналов в электрический сигнал (прямой пьезоэлектрический эффект);

- запись электрического сигнала посредством различных типов регистрации отраженных сигналов или различных типов сканирования изображений. [5]

Список литературы:

1. Практический врач: специализированный медицинский журнал, №3-4(5-6) 2012. Жоламанова С.О., 18 с.
2. Приборы медицинские ультразвуковые диагностические сканирующие. Общие технические требования. ГОСТ 26831-86. Методы испытаний. М., 1986.
3. Ультразвуковая диагностика в гинекологии, Демидов B.H., Зыкин Б.И. М.: Медицина, 1990. 224 с.
4. Doppler ultrasound: principles and instruments. Kremkau F.W., 2-nd ed. Philadelphia; L: W.B.Saunders Co., 1995. 373 p.
5. Quality management of ultrasound diagnosis // Advances in ultrasound techniques and instrumentation. Insana M.F., Hall T.J. / Ed. by Wells P.N.T. N.Y.; Edinburg; L: Churchill Livingstone, 1993. 161-181 p.