Ультразвуковые диагностические приборы реферат

Обновлено: 30.06.2024

Современные успехи клинической диагностики во многом определяются совершенствованием методов исследования. Значительный скачек в этом вопросе был достигнут благодаря разработке и внедрению в практику принципиально новых способов получения медицинского изображения, в том числе ультразвукового метода.

Чрезвычайно ценным является способность эхографии визуализировать внутреннюю структуру паренхиматозных органов, что было недоступно традиционному рентгенологическому исследованию. Благодаря высокой информативности и достоверности ультразвукового метода диагностика многих заболеваний и повреждений поднялась на качественно новый уровень. В последние годы в связи с очень широким распространением ультразвуковой аппаратуры, ее доступностью для любых даже очень небольших медицинских учреждений назревает потребность в специалистах, в совершенстве владеющих методикой и техникой ультразвукового исследования.

Цель: изучить физические основы применения ультразвука в медицинской диагностике(эхография)

1) Рассмотреть физические основы ультразвуковой диагностики.

2) Изучить характеристики и свойства ультразвука.

3) Рассмотреть взаимодействие ультразвука с веществом.

4) Изучить один из методов ультразвуковой диагностики-эхография.

Физические основы ультразвуковой диагностики

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны в упругих средах в диапазоне частот 2*10 4 – 10 9 Гц [4].

Ультразвуковые колебания, не воспринимаются человеческим ухом. Частоты ультразвука условно подразделяют на три области:

УЗНЧ - ультразвук низких частот – (2*10 4 – 10 5 Гц),

УЗСЧ - ультразвук средних частот – (10 5 – 10 7 Гц),

УЗВЧ – ультразвук высоких частот – (10 7 – 10 10 Гц).

Рис.1 Частотна шкала звуковых(акустических) волн

УЗ волны бывают продольные и поперечные. В жидкостях и газах УЗ волна распространяется в направлении колебательного движения частиц, т.е. является продольной. При распространении продольной волны в среде возникают последовательно области сжатия и разрежения частиц среды
В твердых телах и плотных биотканях помимо продольных деформаций, возникают также и упругие деформации сдвига, обусловливающие появление поперечных волн. В этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны.

УЗ волны могут быть сферическими, плоскими и др., что определяется видом волновой поверхности. Поверхность с одинаковой фазой колебаний называется волновой поверхностью (один из видов волновой поверхности - волновой фронт).

Плоские волны имеют плоскую волновую поверхность. Такие волны возникают в случае возбуждения плоским источником звука, например плоской колеблющейся пластиной. Кроме плоских волн могут быть сферические волны, возбуждаемые точечным или сферическим источником. Идеальная сферическая волна возникает в случае точечного источника. Реальные источники всегда имеют пространственную протяжённость, поэтому на практике считают, что если радиус излучателя (r) мал по сравнению с длиной волны λ излучаемого им звука, т.е. r 8 Гц длина волны ультразвука составляет величину

3 мкм. В то же время длины волн электромагнитных колебаний, воспринимаемых человеческим глазом как свет, лежат в пределах 0,4-0,8·мкм. Поэтому УЗ пучок, во многих случаях, можно рассматривать как геометрический луч и применять к нему те же законы, которые применяются в геометрической оптике.

2) Скорость распространения волны

Скорость распространения звуковых и ультразвуковых волн в среде одинакова. Скорость распространения ультразвука в тканях человека и животных колеблется приблизительно от 1490 до 1610 м/с, т.е. почти не отличается от скорости распространения ультразвука в воде. При средней скорости ультразвука в мягких биологических тканях ʋ ≈ 1540м/с длина волны составляет: при ν= 3,5 МГц λ = 0,44 мм, при ν = 5,0 МГц λ = 0,31 мм, при ν = 7,5 МГц λ = 0,21 мм, при ν= 10,0 МГц λ = 0,15 мм. При малой длине волны ультразвука на характере его распространения сказывается молекулярная структура среды, поэтому, измеряя скорость ультразвука и коэффициент поглощения (см. ниже) можно судить о молекулярных свойствах вещества (эти вопросы рассматриваются в молекулярной акустике).

УЗ Скорость распространения ʋ продольных волн определяется двумя параметрами среды - плотностью ρ и модулем Юнга E

где Е- модуль Юнга;

Разрешающая способность – то минимальное расстояние между двумя объектами, при котором они регистрируются на экране прибора как отдельные структуры. Различают аксиальную (вдоль луча) и латеральную (перпендикулярно к нему) разрешающие способности [3].

Аксиальное разрешение зависит от длины волны: если расстояние между двумя точками объекта больше длины волны, то на экране они воспринимаются как отдельные объекты; если меньше, то их изображения сливаются.

Латеральное разрешение обусловлено шириной ультразвукового луча: если она превышает расстояние между двумя точками объекта, то их изображение на экране воспринимается слитно, а если меньше, то раздельно.

Существует физический предел разрешающей способности, т.е. значение, которое в принципе не может быть превзойдено в системе, использующей волны для получения информации. Этот предел близок по величине к ¼ длины волны. Таким образом, чем выше частота, тем лучше может быть разрешающая способность, т.е. тем мельче могут быть детали, отображаемые диагностической системой, и тем лучше качество изображения. Ультразвук с высокой частотой (5 МГц и выше) сильнее затухает при распространении в биологических тканях, что существенно снижает глубину исследований на высоких частотах. Для исследования структур, располагающихся глубоко, используется низкочастотный ультразвук (2,5 – 3,5 МГц). Между разрешающей и проникающей способностью есть обратно пропорциональная зависимость.

4) Интенсивность волны

Интенсивности УЗ волн, применяемых в медицине, подразделяются на три интервала: малая - 0,05 – 0,6 Вт/см 2 , средняя - 0,6 – 1,2 Вт/см 2 , большая - свыше 1,2 Вт/см 2 , а в биологических исследованиях до 1000 Вт/см 2 .

При распространении УЗ волны в среде возникают области сжатия и разрежения. Появляющееся при этом переменное давление (измеряется в Паскалях, Па = Н/м 2 ) называется звуковым и равно

где р₀- давление в среде в отсутствие волны;

P_max= Аρcω - амплитуда переменного звукового давления.

Существует связь между интенсивностью и звуковым давлением:

где ρ - плотность среды;

ʋ - скорость звука.

Взаимодействие ультразвука с веществом

Если в процессе прохождения УЗ через объект волны пересекаются, то в результате наложения волн друг на друга в различных участках среды наблюдается их усиление или ослабление - интерференция.

Результат интерференции будет зависеть от соотношения фаз колебаний в данном месте среды. Если ультразвуковые волны достигают определенного участка среды в одинаковых фазах (синфазно), то амплитуда ультразвуковых колебаний в этом месте увеличивается. Если в противофазе, то уменьшается. Интерференция играет важную роль при оценке явлений, возникающих в тканях вокруг ультразвукового излучателя, а также при отражении их от препятствия.

3. Рассеяние ультразвуковых волн

Если в среде имеются неоднородности, то происходит рассеяние УЗ, которое может существенно изменить простую картину распространения ультразвука и, в конечном счете, также вызвать затухание волны в первоначальном направлении распространения.

4. Волновое сопротивление

При рассмотрении распространения УЗ волн важнейшим свойством среды является ее волновое сопротивление (акустический импеданс):

где ρ - плотность среды;

ʋ - скорость УЗ в данной среде.

Скорость УЗ волны в мягких тканях практически постоянна, поэтому в эхографии волновое сопротивление является лишь функцией плотности ткани. Даже при незначительном различии плотностей между средами УЗ волна, достигшая границы двух сред, может и отразиться и пройти через границу раздела.

Отражённый от препятствия звук называется эхом. Характер отражения звуковой волны может быть разным. Он зависит от формы отражающей поверхности.

Отражением называют изменение направления звуковой волны на границе раздела двух разных сред. При отражении волна возвращается в среду, из которой она пришла.

Если поверхность плоская, звук отражается от неё подобно тому, как отражается луч света в зеркале

2. Отражённые от вогнутой поверхности звуковые лучи фокусируются в одной точке.

Р
ис.4

3.Выпуклая поверхность звука рассеивает.

Изменение направления распространения звука называется преломлением. Это явление возникает, когда звук переходит из одной среды в другую, и скорости его распространения в этих средах различны [1].

Отношение синуса угла падения к синусу угла отражения равно отношению скоростей распространения звука в средах.

где i – угол падения,

r – угол отражения,

ʋ₁ – скорость распространения звука в первой среде,

ʋ₂ – скорость распространения звука во второй среде,

n – показатель преломления.

Преломление звука называют рефракцией.

Если звуковая волна падает не перпендикулярно поверхности, а под углом, отличным от 90 о , то преломлённая волна отклонится от направления падающей волны.

Рефракция звука может наблюдаться не только на границе раздела сред. Звуковые волны могут менять своё направление в неоднородной среде – атмосфере, океане.

В атмосфере причиной рефракции служат изменения температуры воздуха, скорость и направление перемещения воздушных масс. А в океане она появляется из-за неоднородности свойств воды – разного гидростатического давления на разных глубинах, разной температуры и разной солёности.

Применение ультразвука в медицине.Эхография

Ультразвук в медицинской практике находит исключительно широкое применение. Он используется в диагностике (энцефалография, кардиография, и др.), лечении (дробление камней, фонофорез, акупунктура и др.), приготовлении лекарств, очистка и стерилизации инструмента и препаратов. УЗ используется в кардиологии, хирургии, стоматологии, урологии, акушерстве, гинекологии, педиатрии, офтальмологии абдоминальной патологии и других областях медицинской практики.

В ультразвуковой диагностике используется как отражение волн (эхо) от неподвижных объектов (частота волны не изменяется), так и отражение от подвижных объектов (частота волны изменяется – эффект Доплера). Поэтому ультразвуковые диагностические методы делятся на эхографические и доплерографические.

Эхография - это метод исследования структуры и функции органов и получения изображения среза органов, соответствующего их реальным размерам и состоянию [2].

В эхографии различают эхолокацию и ультразвуковое сканирование.

Эхолокация - это метод регистрации интенсивности отражённого сигнала (эхо) от границы раздела фаз.

Общие принципы формирования эхосигналов от границ исследуемых тканей и органов схожи с известными принципами радиолокации и гидролокации. Исследуемый объект облучается короткими УЗ импульсами, энергия которых сконцентрирована вдоль узкого луча.

Импульс, распространяясь в среде от источника УЗ, дойдя до границы раздела сред с разными волновыми сопротивлениями Z, отражается от границы и попадает на приёмник УЗ (датчик). Энергия отраженного импульса тем больше, чем больше разность волновых сопротивлений этих сред. Зная скорость распространения УЗ импульса (в биологических тканях, в среднем, 1540 м/с) и время, за которое импульс прошел расстояние до границы сред и обратно, можно вычислить расстояние d от источника УЗ до этой границы:

Это соотношение лежит в основе УЗ визуализации объектов при эхолокации. Перемещение датчика позволяет выявить размеры, форму и расположение исследуемого объекта.

Фактически скорость УЗ варьируется для различных тканей в пределах +- 5%. Поэтому, с точностью 5% можно определять расстояния до границ объекта и с точностью 10% протяжённость исследуемого объекта вдоль луча. При эхолокации излучаются только короткие импульсы.

К важным преимуществам эхографии следует отнести ее неионизирующую природу и низкую интенсивность используемой энергии. Безопасность метода определяется также краткостью воздействия. Как уже отмечалось, ультразвуковые преобразователи работают в режиме излучения только 0,1 -0,14 времени цикла. В связи с этим при обычном обследовании фактически время облучения составляет около 1 с. К этому необходимо добавить, что до 50% энергии ультразвуковых волн, затухая, не достигает исследуемого объекта.

Ультразвуковое сканирование

Для получения изображения органов используется ультразвуковое сканирование. Сканирование – перемещение ультразвукового пучка направленного на объект во время исследования. Сканирование обеспечивает регистрацию сигналов последовательно от разных точек объекта; изображение возникает на экране монитора и регистрируется в памяти прибора и может быть воспроизведено на фотобумаге или пленке. Изображение можно подвергать математической обработке, измеряя, в частности, величину разных элементов объекта. Яркость каждой точки на экране находится в прямой зависимости от интенсивности эхо-сигнала. Изображение на экране монитора представлено обычно 16-ю оттенками серого цвета или цветной палитрой, отражающими акустическую структуру тканей.

В ультразвуковой диагностике используется три типа сканирования: параллельное (параллельное распространение УЗ волн), секторное (распространение УЗ волн в виде расходящегося пучка) и сложное (при движении или покачивании датчика).

Параллельное сканирование

Параллельное сканирование осуществляется с использованием многокристаллических датчиков, обеспечивающих параллельное распространение УЗ колебаний. При исследовании органов брюшной полости быстрее осуществляется поиск необходимых анатомических ориентиров. Такой вид сканирования обеспечивает видение широкого обзорного поля в близкой зоне и высокой плотности акустических линий в дальней зоне [5].

Секторное сканирование

Секторное сканирование обеспечивает преимущество малой площади контакта с объектом, когда ограничен доступ в исследуемую зону (глаза, сердца, мозга через родничок). Секторное сканирование обеспечивает широкое обзорное поле в дальней зоне.

Выпукло секторное сканирование

Выпукло секторное сканирование, являющееся разновидностью секторного, отличается тем, что кристаллы датчика скомпонованы на выпуклой поверхности. Это обеспечивает широкое обзорное поле, при сохранении хорошего обзорного поля в ближней зоне.

Сложное сканирование

Сложное сканирование осуществляется при движении датчика в направлении, перпендикулярном линии распространения УЗ луча. Поскольку датчик находится в постоянном движении, а экран имеет длительное послесвечение, отражённые импульсы сливаются, формируя изображение сечения обследуемого органа на заданной глубине.

Заключение

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны в упругих средах в диапазоне частот 2*10 4 – 10 9 Гц.

Рассмотрев физические основы ультразвуковой диагностики, выявила, что ультразвук обладает следующими характеристиками:

2) Скорость распространения волны

3) Разрешающая способность

4) Интенсивность ультразвука

5) Ультразвуковое давление

Дифракция
Интерференция
Рассеяние ультразвуковых волн
Волновое сопротивление
Отражение
Преломление

Литература

1. Демидова А.К , Зубарев А.Р ,Резников И.И., Фёдорова В.Н., Фаустов Е.В.Физические основы использования ультразвука в медицине: учеб. пособие для вузов.– М. 2015 - 97 с.
2. С. С. Багненко, В. В. Рязанов, Г. Е. Труфанов и др. Ультразвуковая диагностика : Руководство для врачей: учеб. пособие. - СПб.: Фолиант, 2009. - 800 c.
3. Волков В.Н. Основы ультразвуковой диагностики: учеб.-метод. пособие для вузов.- М.:ГрГМУ, 2005 – 39 с.

Аппарат предназначен для лечения акушерско-гинекологических заболеваний, но применяется также в оториноларингологии, стоматологии, дерматологии и в других областях медицины.

Основные технические данные аппарата: частота ультразвуковых колебаний 2,64 МГц ±0,1%; интенсивность ультразвуковых колебаний регулируется четырьмя ступенями 0,05; 0,2; 0,5 и 1,0 Вт/см 2 ; эффективная площадь большого излучателя 2 см 2 , малого — 0,5 см 2 ; предусмотрен импульсный режим работы при длительности импульсов 2, 4 и 10 мс, частоте следования 50 Гц; питание от сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В ±10%; потребляемая мощность не более 50 ВА; по защите от поражения электрическим током аппарат выполнен по классу I; габаритные размеры 342×274×142 мм; масса (с комплектом) не более 10 кг.

Структурная схема аппарата УЗТ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема аппарата УЗТ

Генератор высокочастотный создает немодулированные электрические колебания с частотой 2,64 МГц. Усиление мощности этих колебаний происходит в выходном усилителе, к которому подключается один из ультразвуковых излучателей, преобразующий электрические колебания в механические. Модулятор предназначен для получения импульсного режима при трех длительностях импульсов — 2, 4 и 10 мс и постоянной частоте следования — 50 Гц. Блок питания обеспечивает питание постоянным напряжением цепей модулятора и генератора.

Принципиальная электрическая схема аппарата приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема аппарата УЗТ-31

Блоквысокочастотногогенератора (рисунок 3) включает в себя автогенератор, буферный каскад и усилитель.

Автогенератор (транзистор VT 1 ) собран по осцилляторной схеме с кварцевой стабилизацией. С выхода автогенератора высокочастотное напряжение подается на буферный каскад, представляющий собой эмиттерный повторитель (транзистор VT 3 ). В эмиттерной цепи повторителя включены контакты кнопочного переключателя S 1 , коммутирующие делитель на резисторе 9 и потенциометрах 10 — 13 . Кнопки переключателя выведены на панель управления аппарата ("Интенсивность, Вт/см 2 "). При нажатии одной из кнопок в эмиттерную цепь включается соответствующий потенциометр, с движка которого напряжение через разделительный конденсатор 11 подается на усилитель. С помощью потенциометров 10 — 13 производится регулировка интенсивности на каждой ступени при производстве аппарата или его ремонте.

Усилитель (транзистор VT 4 ) имеет на выходе четырехполюсник (конденсаторы 13 — 17 и катушка индуктивности 3 ), согласующий выходное сопротивление транзистора VT 4 со входным сопротивлением выходного усилителя.

В блоке генератора находится также оконечный каскад (транзистор VT 2 ) импульсного модулятора. Каскад работает в ключевом режиме по параллельной схеме. При подаче на его вход прямоугольного импульса (через контакты 11 — 12 вилки X 1 ) транзистор VT 2 открывается, шунтируя вход буферного усилителя и создавая тем самым паузу в генерации ультразвуковых колебаний.

Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема высокочастотного генератора аппарата УЗТ-31

Обобщенная структура аппарата для ультразвуковой терапии.

Для проведения УЗ-процедуры очевидными являются наличие высокочастотного генератора ч пьезоэлектрических преобразователей, формирующих соответствующие ультразвуковые волны.

Проведение УЗ-процедуры возможно двумя основными способами:

1. При непосредственном контакте УЗ-излучателя с облучаемымучастком тела.

2. Косвенным контактом через иммерсионную жидкость, осуществляемым с помощью водяной панны или водяной подушки (пузыря из тонкой резины, наполненного водой).

При использовании первого способа необходимо исключить наличие воздушной прослойки между излучателем и поверхностью тела, поскольку даже тончайший слой воздуха приведет, практически, к полному отражению УЗ-волны от поверхности тела. Поэтому, перед сеансом поверхность кожи облучаемого участка тщательно смазывается вазелиновым маслом или специальной смазкой на основе парафинов.

При использовании косвенного контакта может использоваться как непрерывный, так и импульсный режим излучения, при неподвижном и подвижном излучателях.

При использовании водяной ванны можно производить облучение как прямым, так и наклонным лучом, что удобно при облучении суставов и участков тела с неровной поверхностью.

Аппараты УЗ-терапии могут быть стационарными и портативными. универсальными и специализированными. Типовая структура терапевтического ультразвукового аппарата представлена на рисунке 4.

Автогенератор АГ генерирует в непрерывном режиме колебания УЗ-частоты. Через модулятор М (управляемый ключ) У3-колебания передаются на предварительный усилитель ПУ со ступенчатой регулировкой коэффициента усиления и далее. через выходной усилитель, на излучатель ИЗ и индикатор ИНД, показывающий наличие переменного сигнала УЗ-частоты на выходе усилителя. Модулятор управляется генератором импульсов регулируемой длительности ГИ. Все регулировки осуществляются с помощью пульта управления снабженного процедурными часами ПЧиПУ, которые отключают блок питания БП по истечении установленного времени длительности процедуры.

Рисунок 4 – Структурная схема аппарата ультразвуковой терапии

Перед сеансом УЗ-терапии производят проверку исправности аппарата. Простейший способ проверки наличия генерации ультразвука состоит в том. что излучатель окунают в стакан с водой и. при наличии колебаний, наблюдают эффект дегазации (выделения пузырьков воздуха). С повышением интенсивности излучения газовыделение возрастает.

Периодически проводят проверку градуировки шкалы интенсивности генерируемого ультразвука. Для этой цели Используются специальные измерители мощности ультразвука, например, типа ИМУ-2 (3).

Для предохранения рук оператора от воздействия ультразвука, он должен работать в тонких нитяных перчатках, поверх которых надеты резиновые. Сохраняемый пол слоем резины слой воздуха отражает УЗ-колебания. предохраняя руки от воздействия ультразвука.

В таблице 1 приведены некоторые основные характеристики отечественных терапевтических УЗ-аппаратов.

Таблица 1 Характеристики отечественных терапевтических УЗ – аппаратов.

Интересным представляется воздействие ультразвуковыми волнами на биологически активные точки (БАТ) с целью достижения определенных терапевтических эффектов, называемое фонотерапией. Фонотерапия осуществляется с помощью терапевтических УЗ-аппаратов, позволяющих генерировать ультразвук малой интенсивности (0,05Вт/см в кв) и снабженных излучателями с малой площадью активной, поверхности (от 0,2 до 1см в кв), например, "ЛОР-3", "УЗТ-102", "УЗ-Т10" и др.

Применение ультразвука в хирургии.

Метод ультразвуковой резки мягких тканей основан на том, что на лезвие режущего инструмента, которому хирургом сообщается поступательное движение, накладываются продольные ультразвуковые колебания с частотой, лежащей в пределах 22 - 44кГц. с амплитудой не более 45мкм. Под действием УЗ-колебаннй. налагаемых на инструмент, скорость относительных продольных перемещении увеличивается, относительно поступательного перемещения лезвия, в несколько раз. При этом, за счет разрушении под воздействием кавитации клеточной структуры прилегающих к лезвия слоев ткани, сухое трение переходит в полусухое или даже жидкостное. Это приводит к существенному уменьшению как нормального, так и тангенциального усилия резания. Ультразвуковые колебания возбуждаются магнитострикторрм и с помощью концентратора передаются к режущему инструменту. Магнитостриктор изготовляют либо из ферритового броневого цилиндрического магнптопровода, в полость которого закладывается обмотка, либо набирается из Ш - образных пластин из никелевого сплава, на центральный стержень которых наматывается обмотка. При перемагннчивании материала возникает явление магнитострикции, вследствие которого продольные размеры стержней колеблются с частотой перемагничивающего тока. Чтобы избежать удвоения частоты механических колебаний сердечник магнитостриктора подмагничивается постоянным током практически до насыщения.

К магнитостриктору приклеивается конически-цилиндрический концентратор. Длина концентратора выбирается равной половине длины волны ультразвука на рабочей частоте. К концентратору, с помощью резьбы, присоединяют сменный инструмент, также имеющий форму полуволнового концентратора, у которого сечение сужается к инструменту по экспоненте. Благодаря уменьшению сечения конической части концентратора и инструмента, и работе их в резонансном режиме происходит усиление амплитуды УЗ-колебаний в несколько раз, при их прохождении от магнитостриктора до режущей части инструмента.

Конструкция акустического узла приведена на рисунке 5. Магнитостриктор 1 с приклеенным к нему концентратором 2 образует акустическую головку, которая с помощью демпфирующих резиновых колец 6 закрепляется в цилиндрическом кожухе 4.

Рисунок 5 – Конструкция акустического узла для резки мягких тканей.

Наличие сменных инструментов - насадок 4 различной конфигурации приводит к тому, что их резонансные частоты отличаются друг от друга. Чтобы обеспечить резонансные эффекты используют генератор с подстройкой частоты в диапазоне +-2% от номинальной.

Ручная подстройка осуществляется при смене насадок, для чего с ответствующие приборы снабжаются индикаторами резонанса, которые фиксируют максимум тока нагрузки выходного каскада усилителя мощности генератора. При работе с инструментом, при изменении нагрузки, резонансная частота поддерживается автоматически, схемой автоматической подстройки частоты. На рисунке 6 приведена структурная схема хирургического УЗ-аппарата.

Рисунок 6 – Схема УЗ-аппарата с автоматической подстройкой частоты

При операциях ил внутренних органа для удлинения инструмента используют составные многозвеньевые концентраторы, свинчивающиеся между собой.

УЗ-аппараты со структурой рисунка 6 могут использоваться не только для резки мягких тканей, но и для их сварки, а также для резки сварки и наплавки костных тканей.

В качестве примера универсальных хирургических УЗ-аппаратов можно назвать аппараты УСКР-7Н УРСК-2Н. УРСК-18.

На основе использования универсальных аппаратов для ультразвуковой хирургии разработаны методики ультразвуковом обработки поверхности ран, включающих раны послеоперационные, обеспечивающие очистку поверхности ран от некротической и поврежденной ткани, быструю диффузию дезинфинирующих и лекарственных веществ, растворяемых в жидкостях и активизацию защитных регенерационных возможностей организма.

В таблице 2 приведены основные технические характеристики ряда отечественных ультразвуковых хирургических аппаратов.

Таблица 2 Характеристика отечественных УЗ хирургических аппаратов

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. – 376с.

2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с..

3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.

4. Катона З. Электроника в медицине: Пер. с венг. / Под ред. Н.К.Розмахина - Мн.: Медицина 2002. - 140с.

Ультразвуковое исследование, ультразвуковая диагностика (УЗИ, УЗД) — способ обследования организма с применением ультразвуковых волн. Суть работы УЗИ заключается в пьезоэлектрическом эффекте. Разрешающая способность ультразвуковых аппаратов варьируется. Так, сегодня наиболее распространение получили те, у которых ее уровень составляет от 1 до 3 мм. Ткани организма сопротивляются проникновению ультразвука. Акустическое сопротивление зависит от плотности тканей и скорости движения звуковых волн. Для исследования разных органов могут применяться различные частоты. Так, если для щитовидной железы необходимо 7,5 МГц, то для полости малого таза достаточно и 3,5. В последнее время все более актуальным становится применение эффекта Допплера, который состоит в том, что частота меняется из-за относительного движения приемника и источника звука. Когда звук отражается, частота меняется.

Содержание

Элементы системы для УЗИ

Генератор ультразвуковых волн

Этот датчик посылает порядка 1000 импульсов ежесекундно. Также его задача заключается в приеме эхосигналов между подачей импульсов.

Ультразвуковой датчик

Датчик выступает в роли трансдюсора или детектора. Он включает в себя сотни преобразователей и линзу, которая позволяет создать фокус на конкретной глубине. Датчики могут быть электронными или механическими. В первых развертка осуществляется электронным образом, во- вторых — посредством качания или вращения излучателя. Сегодня на смену механике пришла электроника, поэтому шумные механические датчики уже не применяются в современном медицинском оборудовании. Применяется несколько видов сканирования — секторное, конвексное, линейное (оно же параллельное). Для каждого из них выпускаются соответствующие датчики. Их выбор должен осуществляться в зависимости от органа, его положения и глубины.

Линейные датчики — работают на частоте от 5 до 15 МГц. Их основной плюс заключается в возможности расположения прямо над органом, который необходимо исследовать. Но картинку он дает недостаточно точную, искаженную с краев. Также стоит отметить низкую глубину сканирования при возможности осмотреть достаточно большую зону. Преимущественно такие датчики используются для обследования сосудов, мышц, суставов, молочных и щитовидной желез.
Конвексные датчики — работают на частоте от 1,8 до 7,5 МГц. Обладают небольшой длиной, поэтому гарантируют полное или практически полное прилегание. Минусом является то, что ширина изображения немного больше размеров датчика, поэтому врачу необходимо при обследовании учитывать данный факт. Глубина сканирования составляет максимум 25 см. Такой тип датчика нашел широкое использование в исследовании органов, расположенных глубоко.
Секторные датчики — работают на частоте от 1,5 до 5 МГц. Несоответствие размеров еще больше, чем у конвексных. Позволяют глубоко исследовать организм пациента через небольшой участок тел. Это полезно, например, для диагностики заболеваний сердца.

Методы

Поверхностный - датчик соприкасается с кожными покровами над исследуемой областью;
Трансректальный (ТРУЗИ) - датчик вводится в прямую кишку;
Вагинальный-датчк вводится во влагалище.

Допплерография

Методика обследования на основе эффекта Допплера. Суть его заключается в том, что волны отражаются от движущихся объектов с разной частотой. Сдвиг частоты пропорционален скорости объекта. Если движение происходит к датчику, частота вырастает, а если от датчика — снижается.

Используется для оценки кровотока в сердечных камерах и крупных сосудах. С помощью спектрографической записи эта методика позволяет получить развертку кровотока во времени. Также способ дает возможность узнать характер потока крови.

Непрерывная ПСД

Этот способ подразумевает постоянное излучение прием УЗ-волн. Благодаря этому, возможно измерить большую скорость потока крови, но при этом изолированное их исследование в конкретной области невозможно.

Импульсная ПСД

Способ основан на излучении серии импульсов, которые отражаются от эритроцитов и принимаются датчиком. Врач может установить конкретное расстояние и фиксировать только те сигналы, которые поступили с его пределов. Кровоток можно замерить в любой нужной области.

Цветовое допплеровское картирование

В цвете кодируется цвет частоты. Благодаря этому, можно визуализировать потоки крови в крупных сосудах и сердце, исследовать их скорость и морфологическое состояние. В зависимости от скорости и направления потока, цвет меняется. Методика не позволяет исследовать мелкие сосуды, в которых кровь перемещается медленно.

Энергетическая допплерография

Способ основан на анализе амплитуд каждого эхосигнала, который отражает плотность эритроцитов. Цвет может быть разным, в зависимости от силы сигнала. С помощью энергетической допплерографии медик может оценить васкуляризацию патологических участков и органов. Этот тип УЗИ не дает представления о типе, направлении и скорости кровотока, зато позволяет рассмотреть все сосуды.

Комбинированное УЗИ

Ультразвуковое исследование также может включать в себя сразу несколько методик, например, В-режим в сочетании с ЭД или ПСД.

3D ЭД и допплеровское картрирование

С помощью этих методик врач может получить объемную картину положения сосудов в любом нужном ракурсе, благодаря чему исследование становится значительно проще. Данные способы позволяют оценить соотношение с органами, патологиями, включая опухоли любого типа. Аппарат запоминает несколько кадров. При непрерывном движении он записывает серию двухмерных изображений, которые на экране становятся единым, трехмерным. Стоит отметить, что это не реальная 3D модель, поэтому если попытаться изменить угол, возможны искажения. Если необходимо получить максимально точную картину, придется обратиться к 3D эхографии.

Эхоконтрастирование

Эта методика требует введения специальных веществ в организм. Делится на два типа:

Динамическая эхоконтрастная ангиография

позволяет качественно визуализировать кровоток, в том числе, в небольших сосудах с медленной скоростью движения крови. ЭД и ЦДК показывают лучшие результаты. Можно оценить наличие стенотических поражений и пронаблюдать каждую стадию контрастирования сосудов.

Тканевое эхоконтрастирование

позволяет оценить перфузию органов, увидеть отличия нормальной и проблемной ткани. Хороший способ для диагностики опухолей.

Применение

Терапевтическое применение

Ультразвук имеет не только диагностические, но и терапевтические возможности:

Противовоспалительный эффект;
Смазмолитический, анальгезирующий эффект;
Кавитационное увеличение проницаемости кожи.

При фонофорезе на ткани тела воздействуют препаратами и ультразвуком, благодаря чему увеличивается повышение проницаемости тканей. Кроме того, препарат при таком типе введения не разрушается. Методика применяется при артрите, бурсите, остеохондрозе, остеоартрозе, эпикондилитах, травмах опорно-двигательного аппарата, пяточной шпоре, радикулите, а также невралгии, нервных травмах, нейропатии и невритах. На кожу наносится бишофит-гель, осуществляется микро-массаж, а затем производится ультрафонофорез.

Побочные эффекты

УЗИ — безопасный способ обследования. В частности, диагностическая процедура должна применяться во время беременности для обследования плода. При этом срок действия ультразвука минимален. Тем не менее, в США использование оборудования для создания видео плода в семейный архив, как несанкционированное и нецелевое.

Эхоэнцефалография

Ультразвук головы при серьезных травмах позволяет обнаружить кровоизлияния. С помощью переносного зонда можно сделать этот за одну минуту.

Офтальмология

В этом разделе медицины ультразвуковой зонд используется для оценки положения хрусталика и размера глаза пациента.

Заболевания внутренних органов

Особую роль УЗИ играет в постановке диагноза пациентам, имеющим проблемы со следующими внутренними органами:

Желчевыводящие пути и желчный пузырь;
Печень;
Поджелудочная железа;
Брюшная полость;
Забрюшинное пространство;
Почки
Селезенка;
Органы малого таза;
Мочевой пузырь;
Мочеточники; .

Данный способ исследования — доступный, недорогой и безопасный, поэтому он нашел очень широкое применение в диагностике самых разных заболеваний. Возможно использование аппарата УЗИ для выявления опухолей, а также хронических диффузных изменений. Некоторые органы исследовать с помощью ультразвукового аппарата не представляется возможным. Например, проблематично обследовать полые органы ЖКТ. В то же время, УЗИ может помочь в обнаружении спаек или кишечной непроходимости.

Печень

С помощью УЗИ печени можно определить однородность органа, его размер, кровоток, структуру, наличие изменений. Такой способ диагностики позволяет выявлять опухоли и жидкости, а также гепатит, цирроз, жировой гепатоз. При этом нельзя рассматривать УЗИ без других данных об исследовании состояния больного.

Желчный пузырь и протоки

Посредством УЗИ можно оценить размер, проходимость, присутствие конкрементов, проходимость, окружающие ткани желчного пузыря и желчевыводящих путей.

Поджелудочная железа

УЗИ позволяет проверить форму, размер, однородность паренхимы поджелудочной железы, а также контуры и присутствие опухолей. В данном случае ультразвуковое исследование затруднено и является дополнительным.

Забрюшинное пространство, почки, надпочечники

УЗИ не может дать полную картину при обследовании этих органов в силу их расположения и сложности. Тем не менее, с его помощью можно выявить некоторые аномалии, присутствие конкрементов, опухолей, а также наличие патологических или хронических процессов.

Щитовидная железа

УЗИ незаменимо для исследования щитовидной железы и является основным обследованием при определении размера, структуры и наличия опухолей данного органа.

Кардио- и сосудистая хирургия. Кардиология

УЗИ сердца или эхокардиография позволяет оценить размеры не только сердца, но и каждой его части в отдельности, массу сердца, фракцию выброса, а также присутствие жидкости в перикарде и изменения в клапанах сердца. В процессе операции зонд для УЗИ также может быть весьма полезен.

Пренатальная диагностика, акушерство и гинекология

УЗИ активно используется для обследования женских внутренних половых органов, а также исследования плода при беременности. В акушерстве востребованности ультразвукового исследования особенно высока, поскольку звуки из матки легко зарегистрировать, благодаря чему можно диагностировать нарушения в развитии плода.

Дополнительная информация

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие
От автора

1. Краткие сведения об ультразвуке и особенностях его распространения в биологических тканях
1.1. Ультразвуковые волны. Акустический сигнал и его спектр
1.2. Физические характеристики биологических сред
1.3. Скорость ультразвука в биологических средах, отражение и преломление
1.4. Акустическое сопротивление, его влияние на отражение ультразвука
1.5. Затухание ультразвука в биологических тканях

2. Разнообразный мир ультразвуковых диагностических приборов
2.1. Классификация ультразвуковых приборов
2.2. Основные режимы работы: режим В (2D), режим А и режим М
2.3. Ультразвуковые преобразователи
2.4. Типы датчиков
2.5. Способы сканирования
2.6. Рекомендации по выбору модели прибора

4. Ультразвуковые сканеры со спектральным допплером
4.1. Эффект Допплера
4.2. Оценка скорости движения по допплеровскому сдвигу частоты. Допплеровский угол
4.3. Понятие о спектре скоростей кровотока и спектре частот допплеровского сдвига
4.4. Непрерывноволновой допплер
4.5. Импульсноволновой допплер
4.6. Измерение спектра допплеровских частот. Неоднозначность измерения спектра
4.7. Практические рекомендации, измерения и вычисления в режиме спектрального допплера

5. Ультразвуковые системы с цветовым допплеровским картированием
5.1. Принципы получения цветового допплеровского изображения
5.2. Модификации цветового картирования: энергетический допплер, тканевый допплер
5.3. Практические рекомендации при работе в режиме цветового картирования

7. Перспективные направления развития ультразвуковых методов исследования
7.1. Получение трехмерных изображений
7.2. Контрастные вещества
7.3. Тканевая гармоника и контрастная гармоника
8. О безопасности ультразвуковых диагностических исследований
8.1. Отечественные стандарты безопасности
8.2. Биологические эффекты ультразвука
8.3. Физические характеристики акустического излучения
8.4. Требования зарубежных стандартов
8.5. Рекомендации врачу-диагносту

Словарь основных терминов
Список английских аббревиатур
Предметный указатель
Каталог ультразвуковых диагностических приборов

Содержит актуальную клиническую информацию по ультрасонографии и ориентирован на врачей ультразвуковой диагностики, выходит с 1996 года.

Основные принципы метода и физические характеристики

Ультразвук - высокочастотные колебания, лежащие в диапазоне выше полосы частот, воспринимаемых человеческим ухом (более 20 000 Гц). Излученные в тело пациента, ультразвуковые колебания отражаются от исследуемых тканей, крови, а также поверхностей, таких как границы между органами, и, возвращаясь в ультразвуковой сканер, обрабатываются и измеряются после их предварительной задержки для получения фокусированного изображения. Результирующие данные поступают на экран монитора, позволяя производить оценку состояния внутренних органов. Даже несмотря на то, что ультразвук не может эффективно проникать через такие среды как воздух или другие газы, а также кости, он находит широкое применение при исследовании мягких тканей. Использование ультразвуковых гелей и других жидкостей одновременно с улучшением характеристик датчиков, увеличивает области применения ультразвуковых сканеров для различных медицинских обследований.

Скорость ультразвуковых волн в мягких тканях тела человека в среднем составляет 1,540 м/сек и практически не зависит от частоты. Датчик является одним из основных компонентов диагностических систем, который конвертирует электрические сигналы в ультразвуковые колебания и производит электрические сигналы, получая отраженное эхо от внутренних тканей пациента. Идеальный датчик должен быть эффективен как излучатель и чувствителен как приемник, иметь хорошие характеристики излучаемых им импульсов со строго определенными показателями, а также принимать широкий диапазон частот, отраженных от исследуемых тканей.

В электронных датчиках ультразвуковые колебания возбуждаются благодаря подаче высоковольтных импульсов на пьезо-кристалы, из которых состоит датчик (пьезоэлектрический эффект был открыт Пьером и Марией Кьюри в 1880 году). Количество раз, сколько кристалл вибрирует за секунду, определяет частоту датчика. С увеличением частоты уменьшается длина волны генерируемых колебаний, что отражается на улучшении разрешения, однако, поглощение ультразвуковых колебаний тканями тела пропорционально возрастанию частоты, что влечет за собой уменьшение глубины проникновения. Поэтому датчики с высокой частотой колебаний обеспечивают лучшее разрешение изображения при исследовании не глубоко расположенных тканей, так же как низкочастотные датчики позволяют обследовать более глубоко расположенные органы, уступая высокочастотным качеством изображения. Это разногласие является основным определяющим фактором при использовании датчиков.

В ежедневной клинической практике применяются различные конструкции датчиков, представляющие собой диски с одним элементом, а также объединяющие несколько элементов, расположенных по окружности или вдоль длины датчика, производящие различные форматы изображения, которые необходимы или предпочтительны при проведении диагностики различных органов.

Читайте также: