Як працює ультразвук. Існує багато ситуацій, коли виконується ультразвукове дослідження. Можливо, ви вагітні, і ваш акушер-гінеколог хоче, щоб ви зробили УЗД для перевірки розвитку дитини або визначення передбачуваної дати пологів. Можливо, у вас проблеми
Як працює ультразвук
Існує багато ситуацій, коли виконується ультразвукове дослідження. Можливо, ви вагітні, і ваш акушер-гінеколог хоче, щоб ви зробили УЗД для перевірки розвитку дитини або визначення передбачуваної дати пологів. Можливо, у вас проблеми з кровообігом у кінцівці чи серці, і лікар призначив доплерівське ультразвукове дослідження для огляду кровотоку. Ультразвук уже багато років є популярною методикою медичної візуалізації.
Що таке ультразвук?
Ультразвук або ультрасонографія — це метод медичної візуалізації, що використовує звукові хвилі високої частоти та їх відлуння. Метод подібний до ехолокації, яку використовують кажани, кити та дельфіни, а також SONAR, що використовується підводними човнами. Під час ультразвукового дослідження відбуваються такі події:
Ультразвуковий апарат передає імпульси звуку високої частоти (від 1 до 5 мегагерц) у ваше тіло за допомогою датчика.
Звукові хвилі проникають у ваше тіло і вдаряються об межу між тканинами (наприклад, між рідиною та м’якою тканиною, м’якою тканиною та кісткою).
Частина звукових хвиль відбивається назад до датчика, тоді як інші продовжують рухатися доти, доки не досягнуть іншої межі і не відіб’ються.
Відбиті хвилі сприймаються датчиком і передаються до апарата.
Апарат обчислює відстань від датчика до тканини або органу (меж) за допомогою швидкості звуку в тканині (5 005 фут/с або 1 540 м/с) та часу повернення кожного відлуння (зазвичай порядку мільйонних часток секунди).
Апарат відображає відстані та інтенсивності відлунь на екрані, формуючи двовимірне зображення, як показано нижче.
Ультразвукове зображення зростаючого плоду (приблизно 12 тижнів) у матці матері. Це бічний огляд дитини, на якому показано (справа ліворуч) голову, шию, тулуб і ноги.
Під час типового ультразвукового дослідження щосекунди надсилаються та приймаються мільйони імпульсів і відлунь. Датчик можна переміщати вздовж поверхні тіла та повертати для отримання різних зображень.
Ультразвуковий апарат
Базовий ультразвуковий апарат має такі частини:
датчик-зонд — зонд, що надсилає та приймає звукові хвилі
центральний процесор (CPU) — комп’ютер, що виконує всі обчислення та містить блоки живлення для себе та датчика-зонда.
керування імпульсами датчика — змінює амплітуду, частоту та тривалість імпульсів, що випромінюються датчиком-зондом
дисплей — відображає зображення з даних ультразвуку, оброблених CPU
клавіатура/курсор — вводить дані та знімає вимірювання з дисплея
пристрій зберігання на диску (жорсткий, дискета, CD) — зберігає отримані зображення
принтер — друкує зображення з відображених даних
Датчик-зонд
Датчик-зонд — це основна частина ультразвукового апарата. Датчик-зонд створює звукові хвилі та приймає відлуння. Він, можна сказати, є ротом і вухами ультразвукового апарата. Датчик-зонд генерує та приймає звукові хвилі за допомогою принципу, що називається п’єзоелектричним (тиск-електрика) ефектом, який відкрили П’єр і Жак Кюрі в 1880 році. У зонді є один або кілька кварцових кристалів, що називаються п’єзоелектричними кристалами. Коли через ці кристали пропускається електричний струм, вони швидко змінюють форму. Швидкі зміни форми, або вібрації, кристалів створюють звукові хвилі, що поширюються назовні. І навпаки, коли звукові або тискові хвилі вдаряються об кристали, вони випромінюють електричні струми. Тому ті самі кристали можна використовувати для передавання та приймання звукових хвиль. Зонд також має поглинач звуку для усунення зворотних відбиттів від самого зонда та акустичну лінзу для фокусування випромінюваного звуку.
Датчики-зонди випускаються різних форм і розмірів, як показано на фото вище. Форма зонда визначає його поле зору, а частота випромінюваних звукових хвиль визначає глибину проникнення звукових хвиль та роздільну здатність зображення. Датчики-зонди можуть містити один або кілька кристалічних елементів; у багатоелементних зондах кожен кристал має свій власний ланцюг. Багатоелементні зонди мають перевагу в тому, що ультразвуковий промінь можна «керувати», змінюючи час, у який кожен елемент отримує імпульс; керування променем особливо важливе для кардіологічного ультразвуку (див. Основні принципи ультразвуку для деталей про датчики). На додачу до зондів, які можна переміщати по поверхні тіла, деякі зонди розроблені для введення через різні отвори тіла (піхву, пряму кишку, стравохід), щоб наблизитися до досліджуваного органу (матки, передміхурової залози, шлунка); наближення до органу дозволяє отримати детальніші зображення.
Частини ультразвукового апарата
Центральний процесор (CPU)
CPU — це мозок ультразвукового апарата. CPU — це фактично комп’ютер, що містить мікропроцесор, пам’ять, підсилювачі та блоки живлення для мікропроцесора та датчика-зонда. CPU надсилає електричні струми до датчика-зонда для випромінювання звукових хвиль, а також приймає електричні імпульси від зондів, що виникли від повернених відлунь. CPU виконує всі обчислення, пов’язані з обробкою даних. Після обробки необроблених даних CPU формує зображення на моніторі. CPU також може зберігати оброблені дані та/або зображення на диску.
Керування імпульсами датчика
Керування імпульсами датчика дозволяє оператору, якого називають ультразвуковим оператором, встановлювати та змінювати частоту й тривалість ультразвукових імпульсів, а також режим сканування апарата. Команди оператора перетворюються на змінні електричні струми, що подаються на п’єзоелектричні кристали датчика-зонда.
Дисплей
Дисплей — це комп’ютерний монітор, що показує оброблені дані з CPU. Дисплеї можуть бути чорно-білими або кольоровими залежно від моделі ультразвукового апарата.
Клавіатура/курсор
ультразвукові апарати мають вбудовану клавіатуру та курсор, наприклад трекбол. Ці пристрої дозволяють оператору додавати примітки та знімати вимірювання з даних.
Зберігання на диску
Оброблені дані та/або зображення можна зберігати на диску. Диски можуть бути жорсткими дисками, дискетами, компакт-дисками (CD) або цифровими відеодисками (DVD). Як правило, ультразвукові скани пацієнта зберігаються на дискеті та архівуються разом з медичною карткою пацієнта.
Принтери
Багато ультразвукових апаратів мають термопринтери, які можна використовувати для отримання твердої копії зображення з дисплея.
