Ультразвуковое исследование. Ультразвуковые методы исследования

Введение

Возрастающее значение визуализирующих диагностических методик в клинической практике следует объяснять сту­дентам-медикам уже на ранних этапах образования. Ши­рокое распространение и неинвазивный характер сонографии требуют уже сегодня знакомить завтрашних врачей с этой сравнительно безопасной методикой. Не секрет, что подавляющее число специалистов ультразву­ковой диагностики проходили и проходят первичную специа­лизацию на рабочем месте, т.е. за спиной врача, проводящего обычный прием больных. Если везет - удается увидеть дос­таточно широкий спектр патологии, нет — только наиболее распространенные заболевания. В результате подготовка врача, вер­нувшегося после такого обучения, страдает большими пробе­лами в специальном образовании. В практической работе пе­ред ним возникает огромное количество вопросов, которые тре­буют немедленного ответа.

В то же время следует подчеркнуть, что каждый сонографический диагноз хорош настолько, насколько хорош специ­алист по ультразвуковой диагностике. Неправильных диаг­нозов можно избежать за счет глубокого знания анатомии и ультразвуковой морфологии, неослабевающей скрупулез­ности и, когда это необходимо, сопоставления с результа­тами других визуализирующих исследований. Начальный успех («Я уже вижу все паренхиматозные органы») не дол­жен порождать самоуверенности во время обучения. Дей­ствительно глубокие знания могут быть получены только путем длительной самостоятельной работы в клинике, на­копления практического опыта, изучения анатомических особенностей нормы и патологии.

При этом, тщательно подготовленный дидактический ма­териал, отражающий многолетний клинический опыт будет, стимулировать и возмож­но даже вдохновит многих обучающихся.

Теоретические основы метода

Звук - это механическая продольная волна, в которой колебания частиц находится в той же плос­кости, что и направление распространения энер­гии. Волна переносит энергию, но не ма­терию. Верхняя граница слышимого звука - 20000 Гц. Звук с частотой, превышающей эту величину, называется ультразвуком. Частота - эго число полных колебаний (циклов) за период вре­мени в 1 секунду. Единицами измерения частоты являются герц (Гц) и мегагерц (МГц). Один герц - это одно колебание в секунду. Один мега­герц = 1000000 герц. В современных ультразвуковых при­борах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 МГц и выше.

Для получения ультразвука используются специ­альные преобразователи или трансдьюсеры, кото­рые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте, упражнения . Суть эф­фекта состоит в том, что если к определенным ма­териалам (пьезоэлектрикам) приложить электриче­ское напряжение, то произойдет изменение их формы. С этой целью в ультразвуковых приборах чаще всего применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. При отсутствии электрического тока пье­зоэлемент возвращается к исходной форме, а при изменении полярности вновь произойдет измене­ние формы, но уже в обратном направлении. Если к пьезоэлементу приложить быстропеременный ток, то элемент начнет с высокой частотой сжимать­ся и расширяться (т.е. колебаться), генерируя ульт­развуковое поле. Рабочая частота трансдьюсера (резонансная частота) определяется отношением скорости распространения ультразвука в пьезоэлементе к удвоенной толщине этого пьезоэлемента. Детектирование отраженных сигналов базируется на прямом пьезоэлектрическом эффекте. Возвращающиеся сигналы вызывают коле­бания пьезоэлемента и появление на его гранях переменного электрического тока. В этом случае пьезоэлемент функционирует как ультразвуковой датчик. Обычно в ультразвуковых приборах для из­лучения и приема ультразвука используются одни и те же элементы. Поэтому термины "преобразо­ватель", "трансдьюсер", "датчик" являются синони­мами.

В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения звука не­обходима среда - он не может распространяться в вакууме. Как и все волны, звук можно описать ря­дом параметров. Кроме частоты это, длина волны, скорость распространения в среде, период, амплиту­да и интенсивность. Частота, период, амплитуда и интенсивность определяются источником звука, скорость распространения - средой, а длина вол­ны - и источником звука, и средой.

Период - это время, необходимое для получения одного полно­го цикла колебаний. Единицами измере­ния периода являются секунда (с) и микросекунда (мкс). Одна микросекунда является одной милли­онной долей секунды. Период (мкс) = 1/частота (МГц).

Длина волны - это длина, которую занима­ет в пространстве одно колебание. Еди­ницы измерения - метр (м) и миллиметр (мм). Ско­рость распространения ультразвука - это ско­рость, с которой волна перемещается в среде. Еди­ницами скорости распространения ультразвука яв­ляются метр в секунду (м/с) и миллиметр в микро­секунду (мм/мкс). Скорость распространения ульт­развука определяется плотностью и упругостью среды. Скорость распространения ультразвука уве­личивается при увеличении упругости и уменьшении плотности среды.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела чело­века составляет 1540 м/с - на эту скорость запро­граммировано большинство ультразвуковых диаг­ностических приборов.

Эта величина, введенная в программу компьютера, основана на допущении, что скорость рас­пространения звука в тканях постоянна. Однако звук проходит через печень со скоростью около 1570 м/с, в то время как через жировую ткань идет с меньшей скорос­тью - около 1476 м/с. Предполагаемое среднее значение скорости, которое хранится в компьютере, приводит к некоторым отклонениям, но не вызывает больших иска­жений.

Скорость распространения ультразвука (С), частота (f) и длина волны () свя­заны между собой следующим уравнением: С= f х .

Так как в нашем случае скорость считается по­стоянной (1540 м/с), то оставшиеся две перемен­ные f и связаны между собой обратно пропор­циональной зависимостью. Чем выше частота, тем меньше длина волны и тем меньше размеры объ­ектов, которые мы можем увидеть.

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется не ультразвук, который излучается трансдьюсером непрерывно (посто­янной волной), а ультразвук, излучаемый в виде коротких импульсов (импульсный).

Эти колебания испускаются кристаллом (пьезоэлектрический эф­фект) как звуковая волна точно так же, как звуковые волны испускаются мембраной громкоговорителя, хотя частоты, используемые в сонографии, не слышны челове­ческим ухом.

В зависимости от цели применения, монографическая частота может быть от 2.0 до 15.0 МГц.

Для характеристики импульсного ультразвука используются дополни­тельные параметры. Частота повторения импуль­сов - это число импульсов, излучаемых в едини­цу времени (секунду). Частота повторения им­пульсов измеряется в герцах (Гц) и килогерцах (кГц).

Продолжительность импульса - это вре­менная протяженность одного импульса.

Измеряется в секундах (с) и микросекундах (мкс).

Фактор занятости - это часть времени, в которое происходит излучение (в форме импуль­сов) ультразвука.

Пространственная протяжен­ность импульса (ППИ) - это длина пространст­ва, в котором размещается один ультразвуковой импульс.

Для мягких тканей простран­ственная протяженность импульса (мм) равна произведению 1.54 (скорость распространения ультразвука в мм/мкс) и числа колебаний (циклов) в импульсе (n), отнесенному к частоте в МГц. Или, ППИ = 1,54хn/f.

Уменьшения пространственной протяженности импульса можно достичь (а это очень важно для улучшения осевой разрешающей способности) за счет уменьшения числа колеба­ний в импульсе или увеличения частоты.

Ампли­туда ультразвуковой волны - это максимальное отклонение наблюдаемой физической перемен­ной от среднего значения

Интенсив­ность ультразвука - эго отношение мощности волны к площади, по которой распределяется ультразвуковой поток. Измеряется в ваттах на квадратный сантиметр (Вт/кв.см).

При равной мощности излучения, чем меньше площадь пото­ка, тем выше интенсивность. Интенсивность так­же пропорциональна квадрату амплитуды. Так, если амплитуда удваивается, то интенсивность учетверяется. Интенсивность неоднородна как по площади потока, так и, в случае импульсного ульт­развука, во времени.

При прохождении через любую среду будет на­блюдаться уменьшение амплитуды и интенсивно­сти ультразвукового сигнала, которое называется затуханием. Затухание ультразвукового сигнала вы­зывается поглощением, отражением и рассеивани­ем. Единицей затухания является децибел (дБ). Ко­эффициент затухания - это ослабление ультразву­кового сигнала на единицу длины пути этого сиг­нала (дБ/см). Коэффициент затухания возрастает с увеличением частоты.

Звуковые волны от датчика, состоящего из множества кристаллов, проникают через ткани, отражаются и возвращаются как эхо к датчику. Вернувшиеся эхосигналы в обратном порядке преобразуются кристаллами в электрические импульсы и используются затем компьюте­ром для построения сонографического изображения.

Преломление - это изменение направления распространения ультразвукового луча при пересечении им грани­цы сред с различными скоростями приведения ультразвука. Синус угла преломления равен про­изведению синуса угла падения на величину, по­лученную от деления скорости распространения ультразвука во второй среде на скорость в первой. Синус угла преломления, а, следовательно, и сам угол преломления тем больше, чем больше раз­ность скоростей распространения ультразвука в двух средах. Преломление не наблюдается, если скорости распространения ультразвука в двух сре­дах равны или угол падения равен 0. Говоря об от­ражении, следует иметь в виду, что в том случае, когда длина волны много больше размеров неров­ностей отражающей поверхности, имеет место зер­кальное отражение.

Еще одним важ­ным параметром среды является акустическое со­противление.

Акустическое сопротивление - это произведение значения плотности среды и ско­рости распространения ультразвука. Сопротивле­ние (Z) = плотность () х скорость распростране­ния (С).

При прохождении ультразвука через ткани на границе сред с различным акустическим сопро­тивлением и скоростью проведения ультразву­ка возникают явления отражения, преломления, рассеивания и поглощения. В зависимости от угла говорят о перпендикулярном и наклонном (под уг­лом) падения ультразвукового луча. При наклонном паде­нии ультразвукового луча определяют угол паде­ния, угол отражения и угол преломления. Угол падения равен углу отражения. При перпенди­кулярном падении ультразвукового луча он может быть полностью отражен или частично отражен, частично проведен через границу двух сред; при этом направление ультразвука, перешедшего из одной среды в другую среду, не изменяется. Интенсивность отраженного ультразвука и ультразвука, прошедшего границу сред, зави­сит от исходной интенсивности и разности аку­стических сопротивлений сред. Отношение ин­тенсивности отраженной волны к интенсивности падающей волны называется коэффициентом от­ражения. Отношение интенсивности ультразвуко­вой волны, прошедшей через границу сред, к ин­тенсивности падающей волны называется коэффи­циентом проведения ультразвука. Таким образом, если ткани имеют различные плотности, но одина­ковое акустическое сопротивление - отражения ультразвука не будет. С другой стороны, при боль­шой разнице акустических сопротивлении интен­сивность отражения стремится к 100%. Примером этого служит страница воздух/мягкие ткани. На гра­нице этих сред происходит практически полное от­ражение ультразвука. Чтобы улучшить проведение ультразвука в ткани тела человека, используют соединительные среды (гель). Звуковые волны отражаются от границы раздела между средами с различной акустической плотностью (т.е. различным распространением звука). Отражение зву­ковых волн пропорционально разнице акустической плот­ности: умеренная разница будет отражать, и возвращать часть звукового луча к датчику, ос­тавшиеся звуковые волны будут передаваться и проникать дальше в слои тканей, лежащие глубже. Если разница в акустической плотности больше, интенсивность отраженного звука также увеличивается, а интенсивность проникающего дальше зву­ка пропорционально уменьшается. Если акустическая плот­ность существенно различается, зву­ковой луч полностью отражается, и в результате образуется тотальная акустическая тень (полное отражение). Аку­стическая тень наблюдается позади костей (ребра), камней (в почках или желчном пузыре) и газа (газ в кишечнике).

Эхосигналы не появляются, если нет различий в акустической плотности граничащих сред: гомогенные жидкости (кровь, желчь, моча и содержимое кист, а также асцитическая жидкость и плев­ральный выпот) выглядят как эхонегативные (черные) структуры, например, желчный пузырь и печеночные сосуды.

Процессор УЗ аппарата рассчитывает глубину, на которой возникло эхо, путем регистрации разницы времени между момента­ми излучения акустической волны и получения эхосигнала. Эхосигналы от тканей, лежащих рядом с датчиком, возвращаются раньше, чем от тканей, лежащих на глу­бине.

В случае если длина волны сопоставима с неровностями от­ражающей поверхности или имеется неоднород­ность самой среды, происходит рассеивание ульт­развука. При обратном рассеивании ультразвук отражается в том направлении, откуда пришел исходный луч. Интенсивность рассеянных сигналов увеличивается с увеличением неоднород­ности среды и увеличением частоты (т.е. уменьше­нием длины волны) ультразвука. Рассеивание от­носительно мало зависит от направления падающе­го луча и, следовательно, позволяет лучше визуа­лизировать отражающие поверхности, не говоря уже о паренхиме органов. Для того, чтобы отражен­ный сигнал был правильно расположен на экране, необходимо знать не только направление излучен­ного сигнала, но и расстояние до отражателя. Это расстояние равно 1/2 произведения скорость и ультразвука в среде на время между излучением и прие­мом отраженного сигнала. Произведе­ние скорости на время делится пополам, так как ультразвук проходит двойной путь (от излучателя до отражателя и назад), а нас интересует только расстояние от излучателя до отражателя.

В то же время, перед тем как вернуться к датчику, эхо может отражаться не­сколько раз назад и вперед, что занимает время движения, не соответствующее расстоянию до места его возникновения. Процессор УЗ аппарата ошибочно располагает эти реверберационные сигналы в более глубоком слое.

Применение в общемедицинской практике

Известно, что прохождение ультразвука через биологические объекты вызывает два вида эффектов: механические и тепловые. Поглощение энергии звуковой волны приводит к её затуханию, а высвободившаяся энергия трансформируется в тепловую. Причём выраженность разогрева взаимосвязана с интенсивностью УЗ - излучения. Частным случаем биологических эффектов ультразвука является кавитация. При этом в озвученной жидкости формируется множество пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью.

Рис. 1. Тест-объект Американского института ультразвука в медицине

Американ­ский институт ультразвука в медицине на основании анализа результатов исследований воздействия ультразвука, на клетки растений и животных в 1993 году сделал следую­щее заявления: “Никогда не сообщалось о подтвержденных био­логических эффектах у пациентов или лиц, рабо­тающих на приборе, вызванных облучением (ульт­развуком), интенсивность которого типична для со­временных ультразвуковых диагностических уста­новок. Хотя существует возможность, что такие биологические эффекты могут быть выявлены в будущем, современные данные указывают, что польза для больного при благоразумном использо­вании диагностического ультразвука перевешива­ет потенциальный риск, если таковой вообще су­ществует"’.

Происходит постоянное совершенствование ультра­звуковых диагностических приборов и бурное развитие ультразвуковой ди­агностики,.

Представляется перспективным дальнейшее совершенствование доп­плеровских методик, особенно таких, как энерге­тический допплер, допплеровская цветовая визуа­лизация тканей.

Вариант цветового допплеровского картирования получил название "энергетического допплера" (Power Doppler). При энергетическом допплере определяется не значение допплеровско­го сдвига в отраженном сигнале, а его энергия. Та­кой подход позволяет повысить чувствительность ме­тода к низким скоростям, сделать её почти угол независимой, правда, ценой потери возможности оп­ределения абсолютного значения скорости, и направ­ления потока.

В будущем может стать весьма важным направлением ультразвуковой ди­агностики трехмерная эхография. На сегодняшний день существуют не­сколько коммерчески доступных ультразвуковых диагностических установок, позволяющих прово­дить трехмерную реконструкцию изображений, од­нако, вопрос о клиническом значении этого направле­ние остается открытым.

В конце шестидесятых годов прошлого тысячелетия были впервые применены ультразвуковые контра­сты. Для визуализации правых отделов сердца в настоящее время существует ком­мерчески доступный контраст “Эховист" (Шеринг). Препарат следующего поколения, полученный путём умень­шения размеров частиц контраста, может рецир­кулировать в кровеносной системе человека (“Левовист”, Шеринг). Этот контраст существенно улуч­шает допплеровский сигнал, как спектральный, так и цветовой, что может оказаться существенным для оценки опухолевого кровотока.

Использование ультратонких датчиков при внутриполостной эхографии открывает новые возможно­сти для исследования полых органов и структур. В то же время, широкое применение этой методики ограничивается высокой стоимо­стью специализированных датчиков, которые к тому же могут применяться для исследования ог­раниченное число раз.

Весьма перспективным направлением объективизации получаемой информации при УЗИ является компьютерная обработка изображений. В этом случае появляется возможность улучшить точность диагностики незначи­тельных структурных изменений в паренхиматоз­ных органах. Однако, полученные к настояще­му времени результаты существенного клиническо­го значения не имеют.

Основные сведения об используемом оборудовании

В качестве типичного примера сонографического оборудования рассмотрим устройство аппарата среднего класса (рис. 2).

Рис. 2. Панель управления УЗ аппарата (Toshiba)

Прежде всего, необходимо правильно ввести имя пациента (А, В), чтобы в дальнейшем правильно идентифицировать изображение. Клавиши для изменения программы обработки изображе­ния (С) или Lsugopa датчика (D) находятся в верхней поло­вине панели управления. На большинстве панелей клавиша остановки изображе­ния (FREEZE) (Е) находится в правом нижнем углу. После ее нажатия ультразвуковое изображение в реальном масшта­бе времени застывает. Мы рекомендуем всегда держать палец левой руки наготове. Это сокращает какую-либо задержку при остановке желаемого изображения с целью измерения, изу­чения или вывода на принтер. Для общего усиления получа­емых эхосигналов используется регулятор GAIN (F). Для избирательно­го управления эхосигналами на разной глубине усиление можно выборочно изменять с помощью ползунковых ре­гуляторов (G), компенсируя потери сигнала, связанные с глубиной. С помощью «колобка» (I) изображение можно смещать вверх или вниз, увеличивать или уменьшать раз­мер поля зрения, а также размещать метки или маркеры для измерения в любом месте экрана. Режим работы «ко­лобка» (измерение или ввод комментариев) устанавлива­ется соответствующими клавишами. Чтобы облегчить пос­ледующее изучение сонограммы, рекомендуется до выведения изображения на принтер (М) выбрать соответ­ствующий маркер тела (L) и с помощью «колобка» (I) от­метить позицию датчика. Остальные функции не столь важ­ны и могут быть изучены позже в процессе работы с аппаратом.

Сердцем современных сонографических комплексов являет­ся главный генератор импульсов (в современных аппаратах - мощный процессор), который управ­ляет всеми системами ультразвукового прибора. Генератор импульсов посылает электри­ческие импульсы на трансдьюсер, который генери­рует ультразвуковой импульс и направляет его в ткани, принимает отраженные сигналы, преобразо­вывая их в электрические колебания. Эти электри­ческие колебания далее направляются на радио­частотный усилитель, к которому обычно подклю­чается временно-амплитудный peгулятop усиления (ВАРУ, регулятор компенсации тканевого поглоще­ния по глубине) Ввиду того, что затухание ультразвукового сигнала в тканях происходит по экспо­ненциальному закону, яркость объектов на экране с увеличением глубины прогрессивно падает. Использование линейного усилителя, т.е. усилителя, пропорционально усиливающего все сигналы, привело бы к переусилению сигналов в непосредственной близости от датчика при попытке улучшения визуализации глубоко расположенных объектов. Использование логарифмических усили­телей позволяет решить эту проблему. Ультразву­ковой сигнал усиливается пропорционально време­ни задержки его возвращения - чем позже вернул­ся, тем сильнее усиление. Таким образом, приме­нение ВАРУ позволяет получить на экране изобра­жение одинаковой яркости по глубине. Усиленный таким образом радиочастотный электрический сиг­нал подается затем на демодулятор, где он выпрям­ляется и фильтруется и еще раз усиленный на видеоусилителе подается на экран монитора.

Для сохранения изображения на экране мони­тора необходима видеопамять. Она может быть разделена на аналоговую и цифровую. Первые мо­ниторы позволяли представлять информацию в аналоговой бистабильной форме. Устройство, на­зываемое дискриминатором, позволяло изменять порог дискриминации - сигналы, интенсивность которых была ниже порога дискриминации, не про­ходили через него и соответствующие участки эк­рана оставались темными. Сигналы, интенсивность которых превышала порог дискриминации, пред­ставлялись на экране в виде белых точек. При этом яркость точек не зависела от абсолютного значе­ния интенсивности отраженного сигнала - все бе­лые точки имели одинаковую яркость. При таком способе представления изображения - он получил название "бистабильный" хорошо были видны границы органов и структуры с высокой отражаю­щей способностью (например, почечный синус), однако, оценить структуру паренхиматозных орга­нов не представлялось возможным. Появление в 70-х годах приборов, которые позволяли переда­вать на экране монитора оттенки серого цвета, зна­меновало начало эры серошкальных приборов. Эти приборы давали возможность получать информа­цию, которая была недостижима при использова­нии приборов с бистабильным изображением. Раз­витие компьютерной техники и микроэлектроники позволило вскоре перейти от аналоговых изобра­жений к цифровым. Цифровые изображения в ульт­развуковых установках формируются на больших матрицах (обычно 512x512 пикселей) с числом гра­даций серого 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 бит). При визуализации на глубину 20 см на матрице 512x512 пикселей один пиксель будет соответствовать линейным размерам в 0.4 мм. На современ­ных приборах имеется тенденция к увеличению раз­меров дисплеев без потери качества изображения и на приборах среднего класса (12 дюймовый <30 см по диагонали) экран становится обычным явле­нием.

Электронно-лучевая трубка ультразвукового при­бора (дисплей, монитор) использует остро сфоку­сированный пучок электронов для получения ярко­го пятна на экране, покрытом специальным фосфо­ром. С помощью отклоняющих пластин это пятно можно перемещать по экрану. При А-типе разверт­ки (А - вместо английского слова “амплитуда” (Аmplitude)) по одной оси откладывается расстояние от датчика, по другой - интенсивность отраженного сигнала. В современных приборах А-тип развертки практически не используется. В-тип раз­вертки (В - вместо английского слова “яркость" (Brightness)) позволяет вдоль линии сканирования получить информацию об интенсивности отражен­ных сигналов в виде различия яркости отдельных точек, составляющих эту линию. М-тип (иногда ТМ) развертки (М - вместо английского слова ‘"движе­ние" (Motion)) позволяет регистрировать движение (перемещение) отражающих структур во времени. При этом по вертикали регистрируются перемеще­ния отражающих структур в виде точек различной яркости, а по горизонтали - смещение положения этих точек во времени. Для получения двумерного томографического изображения необ­ходимо тем или иным образом произвести переме­щение линии сканирования вдоль плоскости скани­рования. В приборах медленного сканирования это достигалось перемещением датчика вдоль поверх­ности тела пациента вручную.

Используемые в настоящее время сонографические аппа­раты могут работать с различными типами датчиков, что позволяет их использовать как в кабинете ультразвуковой диагностики, так и в отделениях интенсивной терапии и неотложной помощи. Датчики обычно хранятся на удерживающей стойке с правой стороны аппарата.

Ультразвуковые датчики представляют собой сложные устройства и, в зависимости от способа развертки изображения, делятся на датчики для приборов медленного сканирования (одноэлемент­ные) и быстрого сканирования (сканирования в ре­альном времени) - механические и электронные. Механические датчики могут быть одно- и много­элементными (анулярные). Развертка ультразвуково­го луча может достигаться за счет качания элемента, вращения элемента или качания акустического зеркала. Изображение на экране в этом случае имеет форму сектора (секторные датчики) или окружности (круговые датчики). Электронные датчики являются многоэлементными и в зависи­мости от формы получаемого изображения могут быть секторными, линейными, конвексными (вы­пуклыми). Развертка изображения в сек­торном датчике достигается за счет качания ульт­развукового луча с его одновременной фокусировкой. Секторальные датчики дают веерообразное изображе­ние, узкое вблизи датчика и расширяющееся по мере уве­личения глубины. Такое расходящееся распространение звука может быть получено за счет механического движения пьезоэлементов. Датчики, исполь­зующие такой принцип, дешевле, но имеют слабую изно­состойкость. Электронный вариант (фазовое управление) более дорогой и используются преимущественно в кар­диологии. Их рабочая частота 2.5-3.0 МГц. Помех, связан­ных с отражением звука ребрами, можно избежать, при­кладывая датчик в межреберные промежутки и выбирая оптимальное расхождение луча в диапазоне 60-90° для уве­личения глубины проникновения. Недостатками этих типов датчиков являются низкая разрешающая спо­собность в ближнем поле, уменьшение количества линий сканирования с увеличением глубины (пространственная разрешающая способность), сложность обращения.

В линейных и конвексных датчиках развертка изображения достигается путем возбуждения группы элементов с пошаговым их переме­щением вдоль антенной решетки с одновременной фокусировкой.

Одноэлементный трансдьюсер в форме диска в режиме непрерывного излучения образует ультра­звуковое поле, форма которого меняется в зави­симости от расстояния. В ряде случаев могут на­блюдаться дополнительные ультразвуковые "пото­ки", получившие названия боковых лепестков. Рас­стояние от диска на длину протяженности ближне­го поля (зоны) называется ближней зоной. Зона за границей ближней называется дальней. Прожженность ближней зоны равна отношению квадрата диаметра трансдьюсера к 4 длинам волны. В даль­ней зоне диаметр ультразвукового поля увеличи­вается. Место наибольшего сужения ультразвуко­вого луча называется зоной фокуса, а расстояние между трансдьюсером и зоной фокуса - фокусным расстоянием. Существуют различные способы фокусировки ультразвукового луча. Наиболее про­стым способом фокусировки является акустиче­ская линза. С ее помощью можно сфо­кусировать ультразвуковой луч на определенной глубине, которая зависит от кривизны линзы. Дан­ный способ фокусировки не позволяет оперативно изменять фокусные расстояние, что неудобно в практической работе.

Другим способом фокусировки является использование акустического зер­кала. В этом случае, изменяя расстоя­ние между зеркалом и трансдьюсером, мы будем менять фокусное расстояние. В современных при­борах с многоэлементными электронными датчи­ками основой фокусировки является электронная фокусировка. Имея систему электрон­ной фокусировки, мы можем с панели прибора изменять фокусное расстояние, однако, для каждого изображения мы будем иметь только одну зону фо­куса.

Так как для получения изображения исполь­зуются очень короткие ультразвуковые импульсы, излучаемые 1000 раз в секунду (частота повторе­ния импульсов 1 кГц), то 99,9% времени прибор работает как приемник отраженных сигналов. Имея такой запас времени, возможно, запрограммировать прибор таким образом, чтобы при первом по­лучении изображения была выбрана ближняя зона фокуса и информация, полученная с этой зоны, была сохранена. Далее - выбор следующей зоны фокуса, получение информации, сохранение. И так далее. В результате получается комбиниро­ванное изображение, сфокусированное по всей глубине. Следует, правда, отметить, что такой спо­соб фокусировки требует значительных временных затрат на получение одного изображения (кадра), что вызывает уменьшение частоты кадров и мер­цание изображения. Почему же столько усилий при­кладывается для фокусировки ультразвукового луча? Дело в том, что чем уже луч, тем лучше боко­вая (латеральная) разрешающая способность. Боковая разрешающая способность - это минимальное расстояние между двумя объек­тами, расположенными перпендикулярно направ­лению распространения энергии, которые пред­ставляются на экране монитора в виде раздельных структур. Боковая разрешающая спо­собность равна диаметру ультразвукового луча. Осевая разрешающая способность - это мини­мальное расстояние между двумя объектами, рас­положенными вдоль направления распространения энергии, которые представляются на экране мони­тора в виде раздельных структур. Осе­вая разрешающая способность зависит от пространственной протяженности ультразвукового им­пульса - чем короче импульс, тем лучше разреше­ние. Для укорочения импульса используется как ме­ханическое, так и электронное гашение ультразву­ковых колебаний. Как правило, осевая разрешаю­щая способность лучше боковой.

В настоящее время приборы медленного (руч­ного, сложного) сканирования представляют лишь исторический интерес. Морально они умерли с по­явлением приборов быстрого сканирования (при­боров, работающих в реальном времени). Однако их основные компоненты сохраняются и в совре­менных приборах (естественно, с использованием современной элементной базы).

Приборы быстрого сканирования, или как их чаще называют, приборы, работающие в реальном времени, в настоящее время полностью заменили приборы медленного, или ручного, сканирования. Это связано с целым рядом преимуществ, которы­ми обладают эти приборы: возможность оценивать движение органов и структур в реальном времени (т.е. практически в тот же момент времени); резкое уменьшение затрат времени на исследование; воз­можность проводить исследования через неболь­шие акустические окна. Если приборы медленного сканирования можно сравнить с фотоаппаратом (получение неподвижных изображений), то прибо­ры, работающие в реальном времени, с кино, где неподвижные изображения (кадры) с большой частотой сменяют друг друга, создавая впечатление движения. В приборах быстрого сканирования ис­пользуются, как уже говорилось выше, механиче­ские и электронные секторные датчики, электрон­ные линейные датчики, электронные конвексные (выпуклые) датчики, механические радиальные датчики. Некоторое время назад на ряде приборов появились трапециевидные датчики, поле зрения которых имело трапециевидную форму, однако, они не показали преимуществ относительно конвексных датчиков, но сами имели целый ряд недостат­ков.

В настоящее время наилучшим датчиком для исследования органов брюшной полости, забрюшинного пространства и малого таза является конвексный. Он обладает относительно небольшой контактной поверхностью и очень большим полем зрения в средней и дальней зонах, что упрощает и ускоряет проведение исследования.

Рабочие частоты таких датчиков от 2.5 МГц (у пациентов с ожирением) до 5 МГц (у худощавых пациентов), в среднем - 3.5-3.75 МГц. Такую конструкцию можно рассматривать как компромисс между линейными и секторальными датчиками. Конвексный датчик дает широкую ближнюю и дальнюю зоны изоб­ражения и легче в обращении, чем секторальный датчик. Однако плотность линий сканирования с увеличением рас­стояния от датчика уменьшается. При сканировании органов верхней части живота необходимо аккуратно управлять датчиком, чтобы избежать появления акустической тени от нижних ребер.

При сканировании ультразвуковым лучом ре­зультат каждого полного прохода луча называется кадром. Кадр формируется из большого количест­ва вертикальных линий. Каждая пиния - это как минимум один ультразвуковой импульс.

Частота повторения импульсов для получения се­рошкального изображения в современных прибо­рах составляет 1 кГц (1000 импульсов в секунду). Существует взаимосвязь между частотой повторе­ния импульсов (ЧПИ), числом линий, формирующих кадр, и количеством кадров в единицу времени: ЧПИ = число линий х частота кадров. На экране мо­нитора качество получаемого изображения будет определяться, в частности, плотностью линий. Для линейного датчика плотность линий (линий/см) яв­ляется отношением числа линий, формирующих кадр, к ширине части монитора, на котором фор­мируется изображение. Линейные датчики испускают звуковые волны парал­лельно друг другу и создают прямоугольное изображение. Ширина изображения и количество линий сканирования постоянны по всей глубине. Достоинством линейных датчиков является хорошая разрешающая спо­собность в ближнем поле. Эти датчики используются преимущественно с высокой частотой (5.0-7.5 МГц и выше) для исследования мягких тканей и щитовидной железы. Недостатком их является большая площадь рабочей по­верхности, что ведет к появлению артефактов при прикла­дывании к искривленной поверхности тела из-за попадаю­щих между датчиком и кожей пузырьков газа. Кроме того, акустическая тень, которая образуется от ребер, мо­жет портить изображение. Как правило, линей­ные датчики не годятся для визуализации органов грудной клетки или верхней части живота. Для датчика секторного типа плотность линий (линий/градус) - отношение числа линий, формирующих кадр, к углу сектора. Чем выше частота кадров, установленная в прибо­ре, тем (при заданной частоте повторения импуль­сов) меньше число линий, формирующих кадр, тем меньше плотность линий на экране монитора, тем ниже качество получаемою изображения. Правда, при высокой частоте кадров мы имеем хорошее временное разрешение, что очень важно при эхокардиографических исследованиях.

Ультразвуковой метод исследования позволяет получать не только информацию о структурном со­стоянии органов и тканей, но и характеризовать потоки в сосудах. В основе этой способности ле­жит эффект Допплера - изменение частоты при­нимаемого звука при движении относительно сре­ды источника или приемника звука или тела, рас­сеивающего звук. Он наблюдается из-за того, что скорость распространения ультразвука в любой однородной среде является постоянной. Следова­тельно, если источник звука движется с постоян­ной скоростью, звуковые волны, излучаемые, в на­правлении движения как бы сжимаются, увеличи­вая частоту звука Волны, излучаемые в обратном направлении, как бы растягиваются, вызывая сни­жение частоты звука. Путем сопостав­ления исходной частоты ультразвука с измененной возможно определить допплеровский сдвиги рас­считать скорость. Не имеет значения, излучается ли звук движущимся объектом или этот объект отражает звуковые волны. Во втором случае источ­ник ультразвука может быть неподвижным (ультра­звуковой датчик), а в качестве отражателя ультра­звуковых волн могут выступать движущиеся эрит­роциты. Допплеровский сдвиг может быть как по­ложительным (если отражатель движется к источ­нику звука), так и отрицательным (если отражатель движется от источника звука) в том случае, если направление падения ультразвукового луча не па­раллельно направлению движения отражателя, необходимо скорректировать допплеровский сдвиг на косинус угла и между падающим лучом и направлением движения отражателя. Для получения допплеровской информации применяются два типа устройств - постоянноволновые и импульсные. В постоянноволновом доп­плеровском приборе датчик состоит из двух трансдьюсеров: один из них постоянно излучает ультразвук, другой постоянно принимает отражен­ные сигналы. Приемник определяет допплеров­ский сдвиг, который обычно составляет -1/1000 частоты источника ультразвука (слышимый диапа­зон) и передает сигнал на громкоговорители и. параллельно на монитор для качественной и количественной оценки кривой. Постоянноволновые приборы детектируют кровоток почти по всему ходу ультразвукового луча или. другими словами, имеют большой контрольный объем. Это может вызвать получение неадекватной информации при попадании в контрольный объем нескольких сосудов. Однако большой контрольный объем бывает, полезен при расчете падения давления при cтeнозе клапанов сердца. Для того чтобы оценить кровоток в какой-либо конкретной области, необходимо разместить кон­трольный объем в исследуемой области (например, внутри определенного сосуда) под визуальным кон­тролем на экране монитора. Это может быть дос­тигнуто при использовании импульсного прибора. Существует верхний предел допплеровского сдви­га, который может быть детектирован импульсны­ми приборами (иногда его называют пределом Найквиста). Он составляет примерно 1/2 частоты повто­рения импульсов. При его превышении происходит искажение допплеровского спектра (aliasing) Чем выше частота повторения импульсов, тем больший допплеровский сдвиг может быть определен без искажений, однако, тем ниже чувствительность прибора к низкоскоростным потокам.

Ввиду того, что ультразвуковые импульсы, на­правляемые в ткани, содержат большое количест­во частот помимо основной, а также из-за того, что скорости отдельных участков потока неодинаковы, отраженный импульс состоит из большого количе­ства различных частот. С помощью бы­строго преобразования Фурье частотный состав импульса может быть представлен в виде спектра, который может быть изображен на экране монито­ра в виде кривой, где по горизонтали откладыва­ются частоты допплеровскою сдвига, а по вертикали - амплитуда каждой составляющей. По доп­плеровскому спектру, возможно, определять боль­шое количество скоростных параметров кровото­ка (максимальная скорость, скорость в конце диа­столы, средняя скорость и т.д.), однако, эти показатели являются углозависимыми и их точность крайне зависит от точности коррекции угла. И если в крупных неизвитых сосудах коррекция угла не вы­зывает проблем, то в мелких извитых сосудах (со­суды опухоли) определить направление потока дос­таточно сложно. Для решения этой проблемы был предложен ряд почти уголнезависимым индексом наиболее распространенными из которых являют­ся индекс резистентности и пульсаторный индекс. Индекс резистентности является отношением раз­ности максимальной и минимальной скоростей к максимальной скорости потока. Пульсаторный индекс является отношением разности максимальной и минимальной скоростей к средней скорости потока.

Получение допплеровского спектра с одною кон­трольного объема позволяет оценивать кровоток в очень небольшом участке. Цветовая визуализация потоков (цветовое допплеровское картирование) по­зволяет получать двумерную информацию о крово­токах в реальном времени в дополнение к обычной серошкальной двумерной визуализации. Цветовая допплеровская визуализация расширяет возможно­сти импульсного принципа получения изображения Сигналы, отраженные от неподвижных структур, рас­познаются и представляются е серошкальном виде. Если отраженный сигнал имеет частоту, отличную от излученного, то это означает, что он отразился от дви­жущегося объекта. В этом случае производится оп­ределение допплеровского сдвига, его знак и вели­чина средней скорости. Эти параметры используют­ся для определения цвета, его насыщенности и яр­кости. Обычно направление потока к датчику кодиру­ется красным, а отдатчика - синим цветом. Яркость цвета определяется скоростью потока.

Для правильной интерпретации ультразвукового изображе­ния обязательно знание физических свойств звука, лежа­щих в основе образования артефактов.

Артефакт в ультразвуковой диагностике - это появ­ление на изображении несуществующих структур, отсут­ствие существующих структур, неправильное располо­жение структур неправильная яркость структур, непра­вильные очертания структур, неправильные размеры структур.

Реверберацию, один из наиболее часто встре­чающихся артефактов, наблюдается в том случае, если ультразвуковой импульс попадает между двумя или бо­лее отражающими поверхностями. При этом часть энергии ультразвукового импульса многократно отражается от этих поверхностей, каждый раз, частично возвраща­ясь к датчику через равные промежутки времени. Результатом этого будет появление на экране мо­нитора несуществующих отражающих поверхностей, ко­торые будут располагаться за вторым отражателем на расстоянии равном расстоянию между первым и вторым отражателями. Уменьшить реверберации иногда удает­ся изменением положения датчика.

Не менее важный артефакт - это так называемая дистальная акустическая тень. Артефакт акустической тени возникает за сильно отражающими или сильно поглощающими ультразвук структурами. Меха­низм образования акустической тени аналогичен фор­мированию оптической.

Акустическая тень проявляется как зона сниже­ния эхогенности (гипоэхогенная или анэхогеная = черная) и обнаруживается позади сильно отражающих структур, таких как содержащая кальций кость. Так, исследованию органов верхней части живота препятствуют нижние реб­ра, а нижней части таза - лонное сочленение. Этот эф­фект, однако, может быть использован для выявления кальцифицированных камней желчного пузыря, камней почек и атеросклеротических бляшек. Похожая тень может вызываться газом в легких или в кишечнике.

Артефакт эхогенного «хвоста кометы», ряд авторов рассматривают как проявление акустической тени. В свою очередь другие источники указывают, что данный артефакт наблюдается в том случае, когда ультразвук вызывает собственные колебания объекта и является вариантом реверберации. Он часто наблюдается позади мелких пузырьков газа или мелких металлических предметов. Артефакт эхогенного «хвоста кометы» может препят­ствовать выявлению структур, расположенных позади пе­тель кишечника, содержащих газ. Воздушный артефакт служит препятствием преимуще­ственно при выявлении органов, расположенных ретроперитонеально (поджелудочная железа, почки, лимфатичес­кие узлы), позади желудка или петель кишечника, содержащих газ.

Ввиду того, что далеко не всегда весь отраженный сигнал возвращает­ся к датчику, возникает артефакт эффектив­ной отражательной поверхности, которая меньше реаль­ной отражательной поверхности. Из-за этого артефакта определяемые с помощью ультразвука размеры конкрементов обычно немного меньше, чем истинные. Прелом­ление может вызывать неправильное положение объек­та на полученном изображении. В том случае, если путь ультразвука отдатчика к отражающей структу­ре и назад не является одним и тем же, возникает неправильное положение объекта на полученном изображе­нии.

Следующим характерным проявлением является так называемая краевая тень позади кист. Наблюда­ется, главным образом, позади всех округлых полостей, скрывающих звуковые волны по ходу касательной. Краевая тень вызывается рассеянием и преломлением зву­ковой волны, может наблюдаться позади желчного пузыря. Это требует тщательного анализа, чтобы объяс­нить происхождение акустической тени эффектом краевой тени, вызванной желчным пузырем, а не очагом жировой инфильтрации печени.

Артефакт боковых теней свя­зан с преломлением и, иногда, интерференцией ультра­звуковых волн при падении ультразвукового луча по ка­сательной на выпуклую поверхность (киста, шеечный отдел желчного пузыря) структуры, скорость прохожде­ния ультразвука в которой существенно отличается от ок­ружающих тканей.

Артефакты, связанные с неправильным определением скорости ультразвука возникают из-за того, что реальная скорость распростра­нения ультразвука в той или иной ткани больше или мень­ше усредненной (1,54 м/с) скорости, на которую запро­граммирован прибор.

Артефакты толщины ультразвукового луча - это появление, главным обра­зом в жидкость содержащих органах, пристеночных от­ражений, обусловленных тем, что ультразвуковой луч имеет конкретную толщину и часть этого луча может од­новременно формировать изображение органа и изо­бражение рядом расположенных структур.

Артефакт дистального псевдоусиления сигнала возникает позади слабо по­глощающих ультразвук структур (жидкостные, жидкость содержащие образования). Относительное дистальное акустическое усиление обнаруживается, когда часть звуковых волн проходит ка­кое-то расстояние через гомогенную жидкость. Из-за сни­женного уровня отражения в жидкости звуковые волны ос­лабляются меньше, по сравнению с проходящими через соседние ткани, и имеют большую амплитуду. Это дает в дистальных отделах повышенную эхогенность, которая проявляется как полоска повышенной яркости поза­ди желчного пузыря, мочевого пузыря или даже позади крупных сосудов, таких как аорта. Такое повышение эхогенности является физическим феноменом, не связанным с истин­ными свойствами нижележащих тканей. Акустическое усиление, тем не менее, может быть использовано для того, чтобы отличить почечные или печеночные кисты от гипоэхогенных опухолей.

Контроль качества ультразвукового оборудова­ния включает в себя определение относительной чувствительности системы, осевой и боковой раз­решающей способностей, мертвой зоны, правиль­ности работы измерителя расстояния, точности ре­гистрации, правильности работы ВАРУ, определе­ние динамическою диапазона серой шкалы и т.д. Для контроля качества работы ультразвуковых при­боров используются специальные тест-объекты или тканево-эквивалентные фантомы. Они являются коммерчески доступными, однако в нашей стране пока мало распространены, что делает практически невозможным провести поверку ультразвукового диагностического оборудовании на местах.

Прежде чем рассмотреть виды и направления ультразвукового обследования, необходимо понять и разобраться, на чем основывается диагностический эффект УЗИ. История ультразвука уходит своими корнями в далекий 1881 год, когда братья Кюри открыли «пьезоэффект». Ультразвуком называются звуковые колебания, лежащие выше порога восприятия органа слуха человека. «Пьезоэффект», благодаря которому получают ультразвуковые колебания, нашел первое применение во время первой мировой войны, когда впервые был разработан сонар, использовавшийся для навигации судов, определения расстояния до цели и поиска подводных лодок. В 1929 году ультразвук нашел свое применение в металлургии для определения качества получаемого продукта (дефектоскопия). Первые попытки применения ультразвука в целях медицинской диагностики привели к появлению в 1937 году одномерной эхоэнцефалографии. Только в начале пятидесятых годов девятнадцатого столетия удалось получить первое ультразвуковое изображение внутренних органов человека. С этого момента ультразвуковая диагностика стала широко применяться в лучевой диагностике многих патологий и повреждений внутренних органов. В дальнейшем, ультразвуковая диагностика постоянно совершенствовалась и расширяла сферу своего применения.

Виды ультразвукового обследования

Ультразвуковое обследование совершило определенный прорыв в медицине, позволив быстро и безопасно, а самое главное правильно диагностировать и проводить лечение множества патологий. В настоящее время ультразвуковое обследование используется практически во всех областях медицины. Например, с помощью УЗИ брюшной полости определяют состояние внутренних органов, УЗИ и Допплер сосудов применяется для диагностики множества сосудистых заболеваний. Различают следующие виды и направления ультразвукового обследования: А) Ультразвуковое исследование с компьютерной обработкой и цветным допплеровским картированием (УЗИ щитовидной железы, УЗИ печени УЗИ молочных желез, УЗИ желчного пузыря, УЗИ поджелудочной железы, УЗИ мочевого пузыря, УЗИ селезенки, УЗИ почек, исследования с вагинальным и ректальным датчиками, УЗИ органов малого таза у женщин, УЗИ простаты у мужчин); Б) Ультразвуковое исследование с допплерографией, цветным дуплексным сканированием (УЗИ сосудов головного мозга и шеи, нижних конечностей, суставы и позвоночник, УЗИ при беременности).

Ультразвуковое обследование позволяет создать изображения внутренних органов посредствам применения звуковых волн высокой частоты. УЗИ исследование безболезненно. Ультразвуковое обследование безопасно для беременных и детей, так как не связано с радиацией. Для получения УЗИ изображений на кожу пациента, в том месте, где будет проводиться обследование, наносится гель, далее специалист перемещает датчик УЗИ аппарата над данной областью. Компьютер обрабатывает полученный сигнал и выводит его на экран монитора в виде объемного изображения.

УЗИ щитовидной железы

В обследовании щитовидной железы ультразвуковое обследование является ведущим и позволяет определить наличие узлов, кист, изменения размера и структуры железы. Как показывает практика, в силу физических особенностей строения не все органы можно достоверно исследовать ультразвуковым методом. Например, полые органы желудочно-кишечного тракта труднодоступны для исследования из-за преобладающего содержания в них газа. Однако ультразвуковое обследование может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. При помощи УЗИ щитовидной железы можно выявить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если ее достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.

УЗИ печени

Ультразвуковое обследование печени является достаточно высокоинформативным методом диагностики. Применение данного вида обследования позволяет специалисту оценить размеры, структуру и однородность, а также наличие очаговых изменений и состояние кровотока. УЗИ печени позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью выявить как диффузные изменения печени (жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз), так и очаговые (жидкостные и опухолевые образования). Пациенту необходимо знать, что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать и рассматривать только в совокупности с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований. Только в этом случае специалист сможет воспроизвести полную картину и поставить правильный и адекватный диагноз.

УЗИ молочных желез (ультразвуковая маммография)

Главное применение ультразвукового обследования в маммологии заключается в уточнении природы образований в молочной железе. Ультразвуковая маммография относится к наиболее полному и эффективному обследованию молочных желез. Современное ультразвуковое обследование молочной железы позволяет с максимальной детализацией одинаково эффективно оценивать состояние как поверхностно, так и глубоко расположенных тканей молочной железы любых размеров и строения. За счет максимальной детализации тканей еще больше удается приблизить ультразвуковую анатомию молочных желез к их морфологическому строению.

УЗИ молочных желез является как самостоятельным методом выявления доброкачественных и злокачественных образований в молочной железе, так и дополнительным, применяемым в совокупности с маммографией. В ряде случаев, ультразвуковое обследование по своей результативности превосходит маммографию. Например, при исследовании плотных молочных желез у молодых женщин; у женщин, имеющих фиброзно-кистозную мастопатию; при выявлении кист. Кроме того, УЗИ молочных желез применяется для динамического наблюдения за уже выявленными доброкачественными образованиями молочной железы , что позволяет выявить динамику и вовремя принять адекватные меры. Современное развитие медицинских технологий привело к тому, что в протокол ультразвукового исследования включена не только оценка состояния молочных желез, но и регионарных лимфатических узлов (подмышечных, надключичных, подключичных, загрудинных, переднегрудных). Одной из составных частей ультразвукового исследования является оценка кровотока молочных желез с помощью специальной методики – допплерографии (спектральной и цветокодированной – цветовое допплеровское картирование (ЦДК) и энергетическая допплерография), что имеет решающее значение при выявлении злокачественных образований молочной железы на самых ранних стадиях развития.

УЗИ желчного пузыря

УЗИ желчного пузыря является информативным методом диагностики. Для выявления различных патологий желчного пузыря специалисты часто применяют ультразвуковое обследование. Желчный пузырь отвечает за хранение и выделение желчи, вырабатываемой печенью. Этот процесс может быть нарушен множеством заболеваний, которым подвержен орган: камни, полипы, холецистит и даже рак. Чаще всего встречается дискинезия желчного пузыря и желчевыводящих путей.

Целью ультразвукового обследования является определение размеров, положение, исследование стенок желчного пузыря и содержимого полости. Эхографию желчного пузыря и желчевыводящих протоков проводят обязательно натощак, не ранее чем через 8–12 часов после приема пищи. Это необходимо для достаточного заполнения пузыря желчью. Пациента обследуют в трех позициях – в положении на спине, на левом боку, стоя, на высоте глубокого вдоха. УЗИ желчного пузыря вполне безопасно и не вызывает осложнений. К показаниям для проведения УЗИ желчного пузыря можно отнести клиническое подозрение на заболевание желчного пузыря, в том числе острое, а также пальпируемое образование в проекции желчного пузыря, кардиалгии неясного характера, динамическое наблюдение при консервативном лечении хронического холецистита, желчнокаменной болезни, подозрение на опухоль желчного пузыря.

УЗИ поджелудочной железы

Ультразвуковое обследование поджелудочной железы позволяет получить врачу дополнительную информацию для постановки диагноза и назначения правильного лечения. При ультразвуковом обследовании поджелудочной железы оцениваются ее размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие образований. К сожалению, качественное УЗИ поджелудочной железы часто довольно затруднительно, так как она может частично, или полностью перекрываться газами, находящимися в желудке, тонком и толстом кишечнике. Наиболее часто выносимое врачами ультразвуковой диагностики заключение «диффузные изменения в поджелудочной железе» может отражать как возрастные изменения (склеротические, жировая инфильтрация), так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов. В любом случае, ультразвуковое обследование поджелудочной железы является неотъемлемым этапом проведения адекватного лечения.

УЗИ почек, надпочечников и забрюшинного пространства

Проведение ультразвукового обследования забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудной процедурой для врача-узиста. В первую очередь это обусловлено особенностями расположения данных органов, сложностью их строения и многогранности, а также неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов. При исследовании почек оценивается их размер, расположение, форма, контуры и структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. Ультразвуковое обследование позволяет выявить аномалии почек, наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов почек.

В последние годы получили широкое развитие методы УЗИ диагностики и лечения путем пункции под контролем ультразвука. Этот раздел ультразвуковой диагностики имеет большое будущее, поскольку позволяет поставить точный морфологический диагноз. Дополнительным плюсом проведения лечебных пункций под контролем УЗИ является значительно меньшая травматичность в сравнении с обычными медицинскими манипуляциями. Например, патологический участок, из которого берется материал на исследование, располагается в глубине организма, поэтому без контроля над ходом биопсии с помощью специальной визуализирующей аппаратуры нельзя быть уверенным в том, что материал для исследования взят из нужного места. Для контроля над ходом пункционной биопсии применяется УЗИ. Данный метод высокоинформативен и позволяет легко определить положение иглы в органе и быть уверенным в правильности биопсии. Без проведения такого контроля биопсия многих органов невозможна.

В заключении, необходимо отметить, что виды и направления ультразвукового обследования настолько многогранны, а также применимы в самых разных областях современной медицины, что не представляется возможным полностью охватить УЗИ диагностику в одном материале. На сегодняшний день, ультразвуковое обследование, благодаря относительно невысокой стоимости и широкой доступности является распространенным методом обследования пациента. УЗИ диагностика позволяет выявить достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах. Например, диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках и паренхиме почек, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, почках, наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований в органах и т. д. Следите за своим здоровьем, не забывайте про профилактическое обследование и Вы избавите себя от многих проблем в будущем.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) – диагностическая методика, основанная на визуализации структур организма с помощью ультразвуковых волн. При этом не нужно нарушать целостность кожи, вводить лишние химические вещества, терпеть боль и дискомфорт, что делает такой метод, как УЗИ, одним из самых распространенных в медицинской практике.

УЗИ или сонография – это такое исследование, которое основано на способности ультразвука по-разному отражаться от объектов с неодинаковой плотностью. Колебания ультразвуковой волны, генерируемой датчиком, передаются на ткани организма и таким образом распространяются на более глубокие структуры. В однородной среде волна распространяется только по прямой. При возникновении на ее пути преграды с иным сопротивлением волна частично отражается от нее и возвращается обратно, улавливаясь датчиком. От воздушных сред ультразвук отражается практически полностью, именно поэтому этот метод бесполезен при диагностике болезней легких. По этой же причине во время проведения УЗ-исследования необходимо наносить на кожу инертный гель. Этот гель убирает воздушный слой между кожей и сканером и улучшает параметры визуализации.

Виды датчиков и режимы сканирования

Основная особенность ультразвукового датчика – это его способность одновременно генерировать и улавливать ультразвук. В зависимости от методики, цели и техники проведения исследования в функциональной диагностике применяют следующие типы датчиков:

• Линейные, которые обеспечивают высокую четкость изображений, но небольшую глубину сканирования. Этот вид датчиков применяется для УЗИ более поверхностных структур: щитовидной, молочной железы, сосудов, объемных образований в подкожной жировой клетчатке.
• Секторные датчики применяют, когда необходимо проведение УЗИ глубинных структур из небольшой доступной площади: обычно это сканирование через межреберные промежутки.
• Конвексные датчики характеризуются значительной глубиной визуализации (около 25 см). Этот вариант широко используется в диагностике заболеваний тазобедренных суставов, органов брюшной полости, малого таза.

В зависимости от применяемых методик и исследуемой зоны датчики бывают следующих форм:

• трансабдоминальные – датчики, которые устанавливаются непосредственно на кожу;
• трансректальные – вводятся в прямую кишку;
• трансвагинальные – во влагалище;
• трансвезикальные – в мочеиспускательный канал.

Особенности визуализации отраженных УЗ-волн зависят от выбранного варианта сканирования. Выделяют 7 основных режимов работы аппаратов УЗИ:

• A-режим показывает одномерную амплитуду колебаний: чем выше амплитуда, тем выше коэффициент отражения. Этот режим применяется только при проведении эхоэнцефалографии (УЗИ головного мозга) и в офтальмологической практике для оценки состояния оболочек и структур глазного яблока.
• M-режим подобен режиму A, но он показывает результат по двум осям: по вертикальной – расстояние до исследуемой области, по горизонтальной – время. Этот режим позволяет провести оценку скорости и амплитуды движения сердечной мышцы.
• B-режим дает двухмерные изображения, на которых разные оттенки серого цвета соответствуют определенной степени отражения эхо-сигнала. С увеличением интенсивности эха изображение становится более светлым (гиперэхогенная структура). Жидкостные образования анэхогенны и визуализируются в черном цвете.
• D-режим есть не что иное, как спектральная доплерография. В основе этого метода лежит эффект Доплера – вариабельность частоты отражения УЗ-волны от движущихся объектов. При перемещении в направлении сканера частота усиливается, в обратном направлении – уменьшается. Этот режим применяется при исследовании кровотока по сосудам, за ориентир берется частота отражения волны от эритроцитов.
• СDК-режим, то есть цветовое доплеровское картирование, кодирует определенным оттенком разнонаправленные потоки. Поток, идущий по направлению к датчику, изображается красным цветом, в противоположную сторону – синим.
• 3D-режим позволяет получить трехмерное изображение. Современные аппараты фиксируют в памяти сразу несколько изображений и на их основании воспроизводят трехмерную картинку. Этот вариант чаще используется при УЗИ плода, а в сочетании с доплеровским картированием – при УЗИ сердца.
• 4D-режим дает возможность увидеть движущееся объемное изображение в режиме реального времени. Применяют этот метод также в кардиологии и акушерстве.

Плюсы и минусы

К плюсам УЗИ-диагностики относятся:

• безболезненность;
• отсутствие травматизации тканей;
• доступность;
• безопасность;
• отсутствие абсолютных противопоказаний;
• возможность переноски аппарата УЗИ, что важно для лежачих больных;
• невысокая стоимость;
• высокая информативность – процедура позволяет оценить размеры и структуру органов и своевременно выявить болезнь.

Тем не менее, УЗИ не лишено недостатков:

• высокая операторо- и аппаратозависимость – интерпретация эхогенной картины в достаточной степени субъективна и зависит от квалификации врача и разрешающей способности аппарата;
• отсутствие системы стандартизованной архивации – пересмотреть результаты УЗИ спустя определенное время после исследования невозможно; даже если остаются сохраненные файлы, не всегда понятно, в каком случае куда был смещен датчик, а это затрудняет интерпретацию результатов;
• недостаточная информативность статичных изображений и снимков, переносимых на пленку.

Области применения

В настоящее время УЗИ является самым распространенным диагностическим методом в медицине. При подозрении на заболевание внутренних органов, сосудов, суставов практически всегда в первую очередь назначают именно этот вариант обследования.

Также значимо применение УЗИ при беременности для определения ее точного срока, особенностей развития плода, количества и качества околоплодных вод, для оценки состояния женской репродуктивной системы.

УЗИ используют в качестве:

• планового обследования;
• экстренной диагностики;
• наблюдения в динамике;
• диагностики во время и после операции;
• контрольного метода при выполнении инвазивных процедур (пункция, биопсия);
• скрининга – профилактического обследования, необходимого для раннего выявления болезни.

Показания и противопоказания

Показанием для проведения УЗ-диагностики служит подозрение на следующие изменения в органах и тканях:

• воспалительный процесс;
• новообразования (опухоли, кисты);
• наличие камней и кальцинатов;
• смещение органа;
• травматические повреждения;
• нарушение функции органа.

Раннее выявление аномалий развития плода – главное, зачем делают УЗИ при беременности.

УЗИ назначают для обследования следующих органов и систем:

• пищеварительная система (поджелудочная железа, паренхима печени, желчевыводящие пути);
• мочеполовая система (патологии половых органов, почек, мочевого пузыря, мочеточников);
• головной мозг;
• глазное яблоко;
• железы внутренней секреции (щитовидная железа, надпочечники);
• костно-мышечный аппарат (суставы, позвоночник);
• сердечно-сосудистая система (при нарушении работы сердечной мышцы и заболеваниях сосудов).

Основное значение УЗИ для медицины заключается в раннем выявлении патологии и, соответственно, в своевременном лечении болезни.

Абсолютных противопоказаний к проведению УЗИ нет. Относительным противопоказанием можно считать кожные заболевания и повреждения в области, куда нужно ставить датчик. Решение о том, можно ли назначать этот метод, принимается в каждой ситуации индивидуально.

Подготовка и ход УЗ-исследования

Специальная подготовка необходима только при отдельных вариантах УЗ-диагностики:

• При трансабдоминальном УЗИ органов малого таза очень важно предварительно наполнить мочевой пузырь, выпив большой объем жидкости.
• Непосредственно перед проведением трансректального УЗИ простаты железы делают клизму.
• Исследование органов брюшной полости и малого таза проводится натощак. За день до него ограничивают употребление продуктов, вызывающих метеоризм. В некоторых случаях, по рекомендации врача, принимают специальные препараты, регулирующие газообразование: эспумизан, мезим, креон. УЗИ Проведение процедуры и расшифровка результатов

Как именно делают УЗИ, зависит от исследуемой области и техники проведения. Обычно обследование проводится лежа. УЗИ почек проводят в положении на боку, а затем стоя для оценки их смещаемости. На кожу наносится инертный гель, по которому скользит датчик. Врач перемещает этот датчик не хаотично, а в строгом порядке, чтобы рассмотреть орган под различными углами.

УЗИ простаты проводится с использованием специального датчика трансректально (через прямую кишку). УЗИ мочевого пузыря может выполняться через мочеиспускательный канал – трансвезикально, сонография органов малого таза – с помощью влагалищного датчика. Возможно также и трансабдоминальное УЗИ женских половых органов, но оно обязательно проводится с наполненным мочевым пузырем.

Структура органа визуализируется на экране монитора в черно-белом варианте, кровоток – в цветном. Результаты заносятся в специальную форму в письменном либо печатном виде. Обычно результат отдают на руки сразу после завершения процедуры, но это зависит от того, как быстро расшифровывается УЗИ.

При проведении УЗИ расшифровка результатов проводится по следующим показателям:

1. Размеры и объем органа. Увеличение или уменьшение обычно является признаком патологии.
2. Структура ткани органа: наличие уплотнений, кист, полостей, кальцинатов. Неоднородная структура может быть признаком воспалительного процесса.
3. Форма органа. Ее изменение может быть признаком воспаления, наличия объемного образования, травматического повреждения.
4. Контуры. В норме визуализируются ровные и четкие контуры органа. Бугристость указывает на наличие объемного образования, размытость контура – на воспалительный процесс.
5. Эхогенность. Поскольку УЗ-методика основана на принципе эхолокации, то это важный оценочный критерий. Гипоэхогенные участки являются признаком скопления жидкости в тканях, гиперэхогенные – плотных включений (кальцинаты, камни).
6. Функциональные показатели работы органа: скорость кровотока, сердечные сокращения.

Иногда назначают повторное УЗИ, чтобы оценить изображение в динамике и получить более полную информацию о течении заболевания.

Ультразвуковое исследование является первым «рубежом обороны» на пути многих заболеваний благодаря доступности и информативности. В ситуациях, когда нужно оценить не только структуру, но и функцию органа, УЗИ даже более предпочтительно, чем МРТ или МСКТ. И конечно, не стоит пренебрегать профилактическими УЗ-обследованиями, которые помогут выявить заболевание на ранней стадии и вовремя начать лечение.

В 1794-ом году Спалланцани заметил, что если у летучей мыши заткнуть уши, она теряет ориентировку, он и предположил, что ориентация в пространстве осуществляется посредством излучаемых и воспринимаемых невидимых лучей.

В лабораторных условиях ультразвук впервые получен в 1830-ом году братьями Кюрие. После второй мировой войны Холмэс на основании принципа сонара-прибора, применявшегося в подводном флоте, сконструировал диагностичеcкие установки, получившие распространение в акушерстве, нейрологии и офтальмологии. В последующем совершенствование УЗ- аппаратов привело к тому, что данный метод в настоящее время стал самым распространенным при визуализации паренхиматозных органов. Диагностическая процедура непродолжительна, безболезненна и может многократно повторяться, что позволяет осуществлять контроль за процессом лечения.

Что определяет УЗИ?

Ультразвуковой метод предназначен для дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движения органов и тканей организма, а также для выявления патологических очагов с помощью УЗ-излучения.

Ультразвуковые волны – это механические, продольные колебания среды , с частотой колебаний свыше 20 кГц.

В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения У- звука необходима среда – воздух, жидкость, ткань (он не распространяется в вакууме).

Как и все волны, У-звук характеризуется следующими параметрами:

• Частота — число полных колебаний (циклов) за период времени в 1 сек. Единицами измерения являются герц, килогерц, мегагерц (Гц, кГц, МГц). Один герц-это колебание в 1 сек.
• длина волны — это длина, которую занимает в пространстве одно колебание. Измеряется в метрах, см, мм, и тд.
• Период — это время, необходимое для получения одного полного цикла колебаний (сек, милисек., микросек.).
• Амплитуда (интенсивность – высота волны) – определяет энергетическое состояние.
• Скорость распространения — это скорость, с которой У-волна перемещается в среде.

Частота, период, амплитуда и интенсивность определяется источником звука, а скорость распространения – средой.

Скорость распространения ультразвука определяется плотностью среды. Например, в воздухе скорость составляет 343 м. в сек., в легких – более 400, в воде – 1480, в мягких тканях и паренхиматозных органах от 1540 до 1620 и в костной ткани ультразвук продвигается более 2500 м. в секунду.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях человека составляет 1540 м/с — на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов.

Основой метода является взаимодействие ультразвука с тканями человека, которое слагается из двух составляющих:

Первая — излучение коротких ультразвуковых импульсов, направленное в исследуемые ткани;

Вторая — формирование изображения на основе отраженных тканями сигналов.

Пьезоэлектрический эффект

Для получения ультразвука используются специальные преобразователи — датчики или трансдьюсеры, которые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте . Суть эффекта состоит в том, что подаче электрического напряжения на пьезоэлектрический элемент происходит изменение его формы. При отсутствии электрического тока пьезоэлемент возвращается к исходной форме, а при изменении полярности вновь произойдет изменение формы, но уже в обратном направлении. Если к пьезоэлементу приложить переменный ток, то элемент начнет с высокой частотой колебаться, генерируя ультразвуковые волны.

При прохождении через любую среду будет наблюдаться ослабление ультразвукового сигнала, которое называется импедансом (за счет поглощения энергии средой). Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения ультразвука в ней. Достигнув границы двух сред с различным импедансом происходят следующие изменения: часть УЗ-волн отражается и следует обратно в сторону датчика, а часть продолжает распространяться дальше, чем выше импеданс, тем больше отражается УЗ-волн. Коэффициент отражения также зависит от угла падения волн – прямой угол, дает наибольшее отражение.

(на границе воздух — мягкие ткани происходит практически полное отражение ультразвука, в связи с чем, для улучшения проведения ультразвука в ткани тела человека, используют соединительные среды — гель).

Возвращающиеся сигналы вызывают колебания пьезоэлемента и преобразуются в электрические сигналы – прямой пьезоэлектрический эффект .

В ультразвуковых датчиках применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. Они представляют собой сложные устройства и в зависимости от способа развертки изображения, делятся на датчики для приборов медленного сканирования, как правило одноэлементные и быстрого сканирования в режиме реального времени — механические (многоэлементные) и электронные. В зависимости от формы получаемого изображения различают секторные, линейные и конвексные (выпуклые) датчики. Кроме этого существуют внутриполостные (транспищеводный, трансвагинальный, трансректальный, лапароскопические и внутрипросветные) датчики.

Преимущества приборов быстрого сканирования: возможность оценивать движения органов и структур в реальном времени, значительное сокращение времени на проведение исследования.

Преимущества секторного сканирования:

• большая зона обзора на глубине, позволяющая охватывать весь орган, например, почку или зародыш ребенка;
• возможность сканирования через небольшие «окна прозрачности» для ультразвука, например, в межреберье при сканировании сердца, при обследовании женских половых органов.

Недостатки секторного сканирования:

• наличие «мертвой зоны» 3-4 см от поверхности тела.

Преимущества линейного сканирования:

• незначительная «мертвая зона», что дает возможность дает обследовать приповерхностные органы;
• наличие нескольких фокусов по всей длине луча (так называемая динамическая фокусировка), что обеспечивает высокую четкость и разрешающую способность по всей глубине сканирования.

Недостатки линейного сканирования:

• более узкое поле обзора на глубине по сравнению с секторным сканированием, что не позволяет «видеть» сразу весь орган;
• невозможность сканирования сердца и затрудненное сканирование женских половых органов.

По принципу действия УЗ-датчики делятся на две группы:

• Эхоимпульсные – для определения анатомических структур, их визуализации и измерения.
• Допплеровские – позволяют получать кинематическую характеристику (оценка скорости кровотока в сосудах и сердце).

В основе этой способности лежит эффект Допплера — изменение частоты принимаемого звука при движении крови относительно стенки сосуда. При этом звуковые волны, излучаемые в направлении движения как бы сжимаются, увеличивая частоту звука. Волны, излучаемые в обратном направлении, как бы растягиваются, вызывая уменьшение частоты звука. Сопоставление исходной частоты ультразвука с измененной, позволяет определить доплеровский сдвиг и рассчитать скорость движения крови в просвете сосуда.

Таким образом, импульс УЗ-волн, генерируемый датчиком, распространяется по ткани, и достигнув границы тканей с различной плотностью отражается в сторону трансдьюссера. Полученные электрические сигналы поступают на высокочастотный усилитель, обрабатываются в электронном блоке и отображаются в виде:

• одномерного (в форме кривой) – в виде пиков на прямой, который позволяет оценить расстояние между слоями тканей, например в офтальмологии (А-метод «амплитуда»), либо исследовать движущие объекты, например, сердце (М-метод).
• двухмерного (В-метод, в виде картинки) изображения, что позволяет визуализировать различные паренхиматозные органы и сердечно-сосудистую систему.

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется ультразвук, который излучается трансдьюсером в виде коротких ультразвуковых импульсов (импульсный).

Для характеристики импульсного ультразвука используются дополнительные параметры:

• Частота повторения импульсов (число импульсов, излучаемых в единицу времени — секунду), измеряется в Гц и кГц.
• Продолжительность импульса (временная протяженность одного импульса), измеряется в сек. и микросекундах.
• Интенсивность ультразвука — это отношение мощности волны к площади по которой распределяется ультразвуковой поток. Измеряется в ваттах на квадратный сантиметр и, как правило, не превышает 0,01 Вт/кв.см.

В современных ультразвуковых приборах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 до 15 МГц.

В ультразвуковой диагностике обычно применяют датчики с частотами 2,5; 3,0; 3,5; 5,0; 7,5 мегагерц. Чем ниже частота ультразвук, тем больше глубина его проникновения в ткани, ультразвук с частотой 2,5 МГц проникает до 24 см, 3-3,5 МГц – до 16-18 см; 5,0 МГц – до 9-12 см; 7,5 МГц до 4-5 см. Для исследования сердца применяют частоту – 2,2-5 МГц, в офтальмологии – 10-15 МГц.

Биологическое действие ультразвука

и его безопасность для больного постоянно дискутируется в литературе. Ультразвук может вызвать биологическое действие путем механических и тепловых воздействий. Затухание ультразвукового сигнала происходит из-за поглощения, т.е. превращения энергии ультразвуковой волны в тепло. Нагрев тканей увеличивается с увеличением интенсивности излучаемого ультразвука и его частоты. Ряд авторов отмечают т.н. кавитацию — это образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью. Одной из причин возникновения кавитации может являться ультразвуковая волна.

Исследования, связанные с воздействием ультразвука на клетки, экспериментальные работы на растениях и животных, а также эпидемиологические исследования позволили сделать Американскому институту ультразвука следующее заявление:

«Никогда не сообщалось о подтвержденных биологических эффектах у пациентах или лиц, работающих на приборе, вызванных облучением ультразвуком, интенсивность которого типична для современных ультразвуковых диагностических установок. Хотя существует возможность, что такие биологические эффекты могут быть выявлены в будущем, современные данные указывают, что польза для больного при благоразумном использовании диагностического ультразвука перевешивает потенциальный риск, если таковой вообще существует».

Для исследования каких органов и систем используется УЗ- метод?

• Паренхиматозные органы брюшной полости и забрюшинного пространства, включая и органы малого таза (зародыш и плод).
• Сердечно-сосудистая система.
• Щитовидная и молочные железы.
• Мягкие ткани.
• Мозг новорожденного.

Какие критерии используются при УЗ-исследованиях:

1. КОНТУРЫ – четкие, ровные, неровные.
2. ЭХОСТРУКТУРА:

• Жидкостная;
• Полужидкостная;
• Тканевая – большей или меньшей плотности.

Ультразвуковые методы исследований

1. Понятие УЗ

Ультразвуковые волны - это упругие колебания среды с частотой, лежащей выше диапазона слышимых человеком звуков - выше 20 кГц. Верхним пределом ультразвуковых частот можно считать 1 – 10 ГГц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяются ультразвуковые волны. Они обладают высокой проникающей способностью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимого света. Ультразвуковые волны относятся к числу неионизирующих излучений и в диапазоне, применяемом в диагностике, не вызывают существенных биологических эффектов. По средней интенсивности энергия их не превышает при использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см 2 . Поэтому противопоказаний к исследованию не имеется. Сама процедура ультразвуковой диагностики непродолжительна, безболезненна, может многократно повторяться. Ультразвуковая установка занимает мало места, не требует никакой защиты. Она может быть использована для обследования как стационарных, так и амбулаторных больных.

Таким образом, ультразвуковой метод - это способ дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движений органов и тканей, а также патологических очагов с помощью ультразвукового излучения. Он обеспечивает регистрацию даже незначительных изменений плотности биологических сред. В ближайшие годы он, по всей вероятности, станет основным способом визуализации в диагностической медицине. В силу своей простоты, безвредности и эффективности он, в большинстве случаев, должен применяться на ранних этапах диагностического процесса.

Для генерирования УЗ используются устройства, называемые УЗ-излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, керамический материал на основе титаната бария и др.). На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить, переменное электрическое напряжение от генератора, то пластина благодаря обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствующей частоты.

Наибольший эффект излучения механической волны возникает при выполнении условия резонанса. Так, для пластин толщиной 1 мм резонанс возникает для кварца на частое 2,87 МГц, сегнетовой соли - 1,5 МГц и титаната бария - 2,75 МГц.

Приемник УЗ можно создать на основе пьезоэлектрического эффекта (прямой пьезоэффект). В этом случае под действием механической волны (УЗ-волны) возникает деформация кристалла, которая приводит при пьезоэффекте к генерированию переменного электрического поля; соответствующее электрическое напряжение может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. Рассмотрим этот вопрос. По физической природе УЗ, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны УЗ существенно меньше длины звуковой волны. Дифракция волн существенно зависит от соотношения длины волн и размеров тел, на которых волна дифрагирует. "Непрозрачное" тело размером 1 м не будет препятстствием для звуковой волны с длиной 1,4 м, но станет преградой для УЗ-волны с длиной 1,4 мм, возникнет "УЗ-тень". Это позволяет в некоторых случаях не учитывать дифракцию УЗ-волн, рассматривая при преломлении и отражении эти волны как лучи аналогично преломлению и отражению световых лучей).

Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца - надкостница- кость, на поверхности полых органов и т. д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т. п.(УЗ-локация). При УЗ-локации используют как непрерывное, таки импульсное излучения. В первом-случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдают отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения ультразвука, определяют глубину залегания объекта.

Волновое сопротивление (импеданс) биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха. Поэтому если УЗ-излучатель приложить к телу человека, то УЗ не проникнет внутрь, а будет отражаться из-за тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ-излучателя покрывают слоем масла.

Скорость распространения ультразвуковых воли и их поглощение существенно зависят от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики.

2. Источник и приемник ультразвукового излучения

Ультразвуковую диагностику осуществляют с помощью ультразвуковой установки. Она представляет собой сложное и вместе с тем достаточно портативное устройство, выполняется в виде стационарного или передвижного аппарата. Для генерирования УЗ используют устройства, называемые УЗ-излучателями. Источник и приемник (датчик) ультразвуковых волн в такой установке - пьезокерамическая пластинка (кристалл), размещенная в антенне (звуковом зонде). Эта пластинка - ультразвуковой преобразователь. Переменный электрический ток меняет размеры пластинки, возбуждая тем самым ультразвуковые колебания. Применяемые для диагностики колебания обладают малой длиной волны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направляемый в исследуемую часть тела. Отраженные волны воспринимаются той же пластинкой и преобразуются в электрические сигналы. Последние поступают на высокочастотный усилитель и далее обрабатываются и выдаются пользователю в виде одномерного (в форме кривой) или двухмерного (в форме картинки) изображения. Первое называют эхограммой, а второе - ультрасонограммой (сонограммой) или ультразвуковой сканограммой.

Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели исследования. Для глубоких структур применяют более низкие частоты и наоборот. Например, для изучения сердца используют волны с частотой 2,25-5 МГц, в гинекологии - 3,5-5 МГц, для эхографии глаза - 10-15 МГц. На современных установках эхо- и сонограммы подвергают компьютерному анализу по стандартным программам. Распечатка информации производится в буквенной и цифровой форме, возможна запись на видеоленте, в том числе в цвете.

Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера, работают в режиме импульсной эхолокации: излучается короткий импульс и воспринимается отраженный сигнал. В зависимости от задач исследования употребляют различные виды датчиков. Часть из них предназначена для сканирования с поверхности тела. Другие датчики соединены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполостном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией (эндосонография). Эти датчики, а также зонды, созданные для ультразвуковой локации на операционном столе, допускают стерилизацию.

По принципу действия все ультразвуковые приборы делят на две группы: эхоимпульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для определения анатомических структур, их визуализации и измерения. Приборы второй группы позволяют получать кинематическую характеристику быстро протекающих процессов - кровотока в сосудах, сокращений сердца. Однако такое деление условно. Существуют установки, которые дают возможность одновременно изучать как анатомические, так и функциональные параметры.

3. Объект ультразвукового исследования

Благодаря своей безвредности и простоте ультразвуковой метод может широко применяться при обследовании населения во время диспансеризации. Он незаменим при исследовании детей и беременных. В клинике он используется для выявления патологических изменений у больных людей. Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной и слюнных желез, молочной железы, сердца, почек, беременных со сроком более 20 нед. специальной подготовки не требуется.

Больного исследуют при разном положении тела и разном положении ручного зонда (датчика). При этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями. Меняя положение датчика, он стремится получить возможно полную информацию о состоянии органов. Кожу над исследуемой частью тела смазывают хорошо пропускающим ультразвук средством для лучшего контакта (вазелином или специальным гелем).

Ослабление ультразвука определяется ультразвуковым сопротивлением. Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения в ней ультразвуковой волны. Достигнув границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпевает изменение: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть отражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса соприкасающихся сред. Чем выше различие в импедансе, тем больше отражается волн. Кроме того, степень отражения связана с углом падения волн на граничащую плоскость. Наибольшее отражение возникает при прямом угле падения. Из-за почти полного отражения ультразвуковых волн на границе некоторых сред, при ультразвуковом исследовании приходится сталкиваться со "слепыми" зонами: это - наполненные воздухом легкие, кишечник (при наличии в нем газа), участки тканей, расположенные за костями. На границе мышечной ткани и кости отражается до 40% волн, а на границе мягких тканей и газа - практически 100%, поскольку газ не проводит ультразвуковых волн.

Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики: одномерное исследование (эхография), двухмерное исследование (сканирование, сонография) и допплерография. Все они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов.

1) Эхография одномерная

В свое время термином "эхография" обозначали любое ультразвуковое исследование, но в последние годы им называют главным образом способ одномерного исследования. Различают два его варианта: А-метод и М-метод. При А-методе датчик находится в фиксированном положении для регистрации эхосигнала в направлении излучения. Эхосигналы представляются в одномерном виде, как амплитудные отметки на оси времени. Отсюда, кстати, и название метода. Оно происходит от английского слова amplitude. Иначе говоря, отраженный сигнал образует на экране индикатора фигуру в виде пика на прямой линии. Начальный пик на кривой соответствует моменту генерации ультразвукового импульса. Повторные пики соответствуют эхосигналам от внутренних анатомических структур. Амплитуда отображенного на экране сигнала характеризует величину отражения (зависящую от импеданса), а время задержки относительно начала развертки - глубину залегания неоднородности, т. е. расстояние от поверхности тела до отразивших сигнал тканей. Следовательно, одномерный метод дает информацию о расстояниях между слоями тканей на пути ультразвукового импульса.

А-метод завоевал прочные позиции в диагностике болезней головного мозга, органа зрения, сердца. В клинике нейрохирургии его используют под названием эхоэнцефалографии для определения размеров желудочков мозга и положения срединных диэнцефальных структур. Смещение или исчезновение пика, соответствующего срединным структурам, свидетельствует о наличии патологического очага внутри черепа (опухоль, гематома, абсцесс и др.). Тот же метод под названием "эхоофтальмография" применяют в клинике глазных болезней для изучения структуры глазного яблока, помутнения стекловидного тела, отслойки сетчатки или сосудистой оболочки, для локализации в орбите инородного тела или опухоли. В кардиологической клинике с помощью эхокардиографии оценивают структуру сердца. Но здесь используют разновидность А-метода - М-метод (от англ. motion - движение).

При М-методе датчик тоже находится в фиксированном положении. Амплитуда эхосигнала при регистрации движущегося объекта (сердца, сосуда) меняется. Если смещать эхограмму при каждом последующем зондирующем импульсе на малую величину, то получается изображение в виде кривой, называемое М-эхограммой. Частота посылки ультразвуковых импульсов большая - около 1000 в 1 с, а продолжительность импульса - очень короткая, всего 1 мкс. Таким образом, датчик лишь 0,1% времени работает как излучатель, а 99,9% - как воспринимающее устройство. Принцип М-метода состоит в том, что возникающие в датчике импульсы электрического тока передаются в электронный блок для усиления и обработки, а затем выдаются на электронно-лучевую трубку видеомонитора (эхокардиоскопия) или на регистрирующую систему - самописец (эхокардиография).

2) Ультразвуковое сканирование (сонография)

Ультразвуковое сканирование позволяет получать двухмерное изображение органов. Этот метод известен также под названием В-метод (от англ. bright -яркость). Сущность метода заключается в перемещении ультразвукового пучка по поверхности тела во время исследования. Этим обеспечивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от многих точек объекта. Получаемая серия сигналов служит для формирования изображения. Оно возникает на экране индикатора и может быть зафиксировано на поляроидной бумаге или пленке. Это изображение можно изучать глазом, а можно подвергнуть математической обработке, определяя размеры: площадь, периметр, поверхность и объем исследуемого органа.

При ультразвуковом сканировании яркость каждой светящейся точки на экране индикатора находится в прямой зависимости от интенсивности эхосигнала. Сильный эхосигнал обусловливает на экране яркое светлое пятно, а слабые сигналы - различные серые оттенки, вплоть до черного цвета (система "серой шкалы"). На аппаратах с таким индикатором камни выглядят ярко-белыми, а образования, содержащие жидкость,- черными.

Большинство ультразвуковых установок позволяет производить сканирование пучком волн относительно большого диаметра и с большой частотой кадров в секунду, когда время перемещения ультразвукового луча намного меньше периода движения внутренних органов. Это обеспечивает прямое наблюдение по экрану индикатора за движениями органов (сокращениями и расслаблениями сердца, дыхательными перемещениями органов и т. д.). Про такие исследования говорят, что их проводят в режиме реального времени (исследование "в реальном масштабе времени").

Важнейшим элементом ультразвукового сканера, обеспечивающим режим работы в реальном времени, является блок промежуточной цифровой памяти. В нем ультразвуковое изображение преобразуется в цифровое и накапливается по мере поступления сигналов от датчика. Одновременно осуществляется считывание изображения из памяти специальным устройством и представление его с необходимой скоростью на телеэкране. У промежуточной памяти есть еще одно назначение. Благодаря ей изображение имеет полутоновый характер, такой же как рентгенограмма. Но диапазон градаций серого цвета на рентгенограмме не превышает 15-20, а в ультразвуковой установке достигает 64 уровней. Промежуточная цифровая память позволяет остановить изображение движущегося органа, т. е. сделать "стоп-кадр" и внимательно изучить его на экране телемонитора. При необходимости это изображение можно отснять на фотопленку или поляроидную бумагу. Можно записать движения органа на магнитных носителях- диске или ленте.

3) Допплерография

Допплерография - одна из самых изящных инструментальных методик. Она основана на принципе Допплера. Он гласит: частота эхосигнала, отраженного от движущегося объекта, отличается от частоты излученного сигнала. Источником ультразвуковых волн, как в любой ультразвуковой установке, служит ультразвуковой преобразователь. Он неподвижен и формирует узкий пучок волн, направляемый на исследуемый орган. Если этот орган в процессе наблюдения перемещается, то частота ультразвуковых волн, возвращающихся в преобразователь, отличается от частоты первичных волн. Если объект движется навстречу неподвижному датчику, то он встречает больше ультразвуковых волн за тот же период времени. Если объект удаляется от датчика, то волн меньше.

Допплерография - метод ультразвукового диагностического исследования, основанный на эффекте Допплера. Эффект Допплера - это изменение частоты ультразвуковых волн, воспринимаемых датчиком, происходящее вследствие перемещения исследуемого объекта относительно датчика.

Существует два вида допплерографических исследований -непрерывный и импульсный. При первом генерация ультразвуковых волн осуществляется непрерывно одним пьезокристаллическим элементом, а регистрация отраженных волн выполняется другим. В электронном блоке прибора производится сравнение двух частот ультразвуковых колебаний: направленных на больного и отраженных от него. По сдвигу частот этих колебаний судят о скорости движения анатомических структур. Анализ сдвига частот может производиться акустическим способом или с помощью самописцев.

Непрерывная допплерография - простой и доступный метод исследования. Он наиболее эффективен при высоких скоростях кровотока, которые возникают, например, в местах сужения сосудов. Однако у этого метода имеется существенный недостаток. Изменение частоты отраженного сигнала происходит не только из-за движения крови в исследуемом сосуде, но и из-за любых других движущихся структур, которые встречаются на пути падающей ультразвуковой волны. Таким образом, при непрерывной допплерографии определяется суммарная скорость движения этих объектов.

От указанного недостатка свободна импульсная допплерография. Она позволяет измерять скорость в заданном врачом участке контрольного объема. Размеры этого объема невелики - всего несколько миллиметров в диаметре, а его положение может произвольно устанавливаться врачом в соответствии с конкретной задачей исследования. В некоторых аппаратах скорость кровотока можно определять одновременно в нескольких контрольных объемах - до 10. Такая информация отражает полную картину кровотока в исследуемой зоне тела пациента. Укажем, кстати, что изучение скорости кровотока иногда называют ультразвуковой флюориметрией.

Результаты импульсного допплерографического исследования могут быть представлены врачу тремя способами: в виде количественных показателей скорости кровотока, в виде кривых и аудиально, т. е. тональными сигналами на звуковом выходе. Звуковой выход позволяет на слух дифференцировать однородное, правильное, ламинарное течение крови и вихревой турбулентный кровоток в патологически измененном сосуде. При записи на бумаге ламинарный кровоток характеризуется тонкой кривой, тогда как вихревое течение крови отображается широкой и неоднородной кривой.

Наибольшими возможностями отличаются установки для двухмерной допплерографии в реальном времени. Они обеспечивают выполнение особой методики, которая получила название ангиодинографии. В этих установках путем сложных электронных преобразований добиваются визуализации кровотока в сосудах и в камерах сердца. При этом кровь, движущаяся к датчику, окрашена в красный цвет, а от датчика - в синий. Интенсивность цвета возрастает с увеличением скорости кровотока. Маркированные (кодированные) цветом двухмерные сканограммы получили название ангиодинограмм.

Допплерографию используют в клинике для изучения формы, контуров и просветов кровеносных сосудов. Фиброзная стенка сосуда является хорошим отражателем ультразвуковых волн и поэтому четко видна на сонограммах. Это позволяет обнаружить сужения и тромбоз сосудов, отдельные атеросклеротические бляшки в них, нарушения кровотока, определить состояние коллатерального кровообращения.

Особое значение в последние годы приобретает сочетание сонографии и допплерографии (так называемая дуплексная сонография). При ней получают как изображение сосудов (анатомическая информация), так и запись кривой кровотока в них (физиологическая информация). Возникает возможность прямого неинвазивного исследования для диагностики окклюзионных поражений различных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них. Таким образом следят за кровенаполнением плаценты, сокращениями сердца у плода, за направлением кровотока в камерах сердца, определяют обратный ток крови в системе воротной вены, вычисляют степень стеноза сосуда и т. д.