Ultragarsinis principas

Kalbant apie techninę priežiūrą, remontą ar darbą su ultragarsine įranga, visų pirma būtina suprasti fizinius procesų, su kuriais turėsime susidoroti, pagrindus. Žinoma, kaip ir kiekvienu atveju, yra tiek daug niuansų ir subtilybių, bet mes siūlome pirmiausia apsvarstyti proceso esmę. Šiame straipsnyje aptarsime šiuos klausimus:

  1. Kas yra ultragarsas, kokios yra jo charakteristikos ir parametrai
  2. Ultragarso formavimas moderniose technologijose, pagrįstose pjezo keramika
  3. Ultragarsiniai principai: elektros energijos pavertimo ultragarso energija grandinė ir atvirkščiai.
  4. Vaizdo formavimo pagrindai ultragarso aparato ekrane.

Būtinai žiūrėkite mūsų vaizdo įrašą apie tai, kaip veikia ultragarsas

Mūsų pagrindinis uždavinys - suprasti, kas yra ultragarsas ir kokios jos savybės mums padeda šiuolaikiniame medicinos tyrime.

Apie garsą.

Žinome, kad dažniai nuo 16 Hz iki 18 000 Hz, kuriuos girdi žmogaus klausos aparatas, paprastai vadinami garsu. Tačiau pasaulyje taip pat yra daug garsų, kurių negalime išgirsti, nes jie yra žemesni ar didesni už mums prieinamą dažnių diapazoną: tai yra infraraudonieji ir ultra garsai.

Garsas turi bangų prigimtį, tai yra, visi garsai, esantys mūsų visatoje, yra bangos, kaip ir kitais atvejais, daugelis kitų gamtos reiškinių.

Fiziniu požiūriu banga - tai terpės, kuri skleidžia energiją, bet be masės perdavimo, sužadinimas. Kitaip tariant, bangos yra bet kokio fizinio kiekio maksimalių ir minimalių erdvinių erdvių, pvz., Medžiagos tankio arba jo temperatūros, erdvinis pakitimas.

Galima apibūdinti bangų parametrus (įskaitant garsą) per jo ilgį, dažnį, amplitudę ir virpesių periodą.

Apsvarstykite bangų parametrus išsamiau:

Fizinio kiekio maksimalus dydis ir minimumas gali būti sąlyginai pateikiami kaip bangos kojos ir lovelės.

Bangos ilgis yra atstumas tarp šių griovelių arba tarp įdubimų. Todėl kuo artimesnės keteros yra viena kitai - kuo trumpesnis bangos ilgis ir kuo didesnis jo dažnis, tuo toliau nuo vienas kito - kuo didesnis bangos ilgis ir atvirkščiai, tuo mažesnis jo dažnis.

Kitas svarbus parametras yra virpesių amplitudė arba fizinio kiekio nuokrypio nuo vidutinės vertės laipsnis.

Visi šie parametrai yra susiję vienas su kitu (kiekvienam santykiui yra tikslus matematinis aprašymas formulių pavidalu, tačiau čia jų neduosime, nes mūsų užduotis yra suprasti pagrindinį principą, ir visada galime jį apibūdinti fiziniu požiūriu). Kiekviena iš šių savybių yra svarbi, tačiau dažniau turėsite išgirsti apie ultragarso dažnį.

Ar jūsų ultragarso aparatas užtikrina prastą vaizdo kokybę? Palikite inžinieriaus užklausą tiesiogiai svetainėje ir jis atliks nemokamą diagnozę ir sukonfigūruos jūsų ultragarso skaitytuvą

Aukšto dažnio garsas: kaip sukelti kelias tūkstančius vibracijų per sekundę

Yra keletas būdų, kaip gauti ultragarso, tačiau dažniausiai technika naudoja pjezoelektrinių elementų kristalus ir pjezoelektrinį efektą, pagrįstą jų taikymu: pjezoelektrinių gaminių pobūdis leidžia generuoti aukšto dažnio garsą įtampos įtakoje, tuo didesnis įtampos dažnis, tuo greičiau (dažniau) kristalas pradeda vibruoti, jaudintis aukšto dažnio svyravimai aplinkoje.

Kai didelio dažnio garso vibracijų srityje, piezokristalys, priešingai, pradeda gaminti elektros energiją. Įtraukus tokį kristalą į elektros grandinę ir tam tikru būdu, apdorojant iš jo gautus signalus, galime suformuoti vaizdą ultragarso aparato ekrane.

Tačiau norint, kad šis procesas taptų įmanomas, reikia turėti brangią ir sudėtingai organizuotą įrangą.

Nepaisant dešimčių ir net šimtų tarpusavyje susijusių ultragarso skaitytuvo komponentų, juos galima suskirstyti į kelis pagrindinius blokus, susijusius su įvairių tipų energijos konvertavimu ir perdavimu.

Viskas prasideda nuo maitinimo šaltinio, galinčio išlaikyti aukštą iš anksto nustatytų verčių įtampą. Tada per daug pagalbinių blokų ir nuolat kontroliuojant specialią programinę įrangą, signalas perduodamas jutikliui, kurio pagrindinis elementas yra piezokristalinė galvutė. Ji transformuoja elektros energiją į ultragarso energiją.

Per akustinį lęšį, pagamintą iš specialių medžiagų ir atitinkamą gelį, ultragarso banga patenka į paciento kūną.

Kaip ir bet kuri banga, ultragarsas yra linkęs atsispindėti iš paviršiaus, susiduriančio jo keliu.

Toliau banga eina per atvirkštinį kelią per įvairius žmogaus kūno audinius, akustinis gelis ir lęšis patenka ant jutiklio piezokristalinio grotelės, kuri konvertuoja akustinės bangos energiją į elektros energiją.

Priimdami ir teisingai interpretuodami signalus iš jutiklio, galime imituoti objektus, kurie yra skirtinguose gyliuose ir yra neprieinami žmogaus akiai.

Vaizdo kūrimo principas, pagrįstas ultragarso nuskaitymo duomenimis

Apsvarstykite tiksliai, kaip gauta informacija padeda mums sukurti vaizdą ant ultragarso skaitytuvo. Šio principo pagrindas yra skirtinga akustinė varža arba dujinės, skystos ir kietos terpės atsparumas.

Kitaip tariant, mūsų kūno kaulai, minkštieji audiniai ir skysčiai perduoda ir atspindi ultragarsą įvairiais laipsniais, iš dalies sugeria ir išsklaido jį.

Tiesą sakant, visą mokslinių tyrimų procesą galima suskirstyti į mikrodiodus, o tik nedidelė dalis kiekvieno periodo perduoda jutiklį. Likęs laikas praleistas laukiant atsakymo. Tuo pačiu metu laikas tarp signalo perdavimo ir priėmimo tiesiogiai perkeliamas į atstumą nuo jutiklio iki „matomo“ objekto.

Informacija apie atstumą iki kiekvieno taško padeda sukurti tiriamo objekto modelį ir taip pat naudojama ultragarso diagnostikai reikalingiems matavimams. Duomenys yra spalvoti, todėl ultragarsiniame ekrane gauname reikiamą vaizdą.

Dažniausiai tai yra juodos ir baltos spalvos formatas, nes manoma, kad pilkos atspalvių akys yra jautresnės ir tikslesnės. matys skirtumą tarp rodmenų, nors šiuolaikiniuose įrenginiuose jie naudoja spalvotą vaizdą, pavyzdžiui, tiria kraujo tekėjimo greitį ir net garsų duomenų pateikimą. Pastarasis, kartu su vaizdo seka Doplerio režimu, padeda tiksliau diagnozuoti ir yra papildomas informacijos šaltinis.

Tačiau grįžkite prie paprasčiausio vaizdo kūrimo ir išsamiau apsvarstykite tris atvejus:

Paprasčiausių vaizdų pavyzdžiai bus tiriami B režimo pagrindu. Kaulų audinio ir kitų kietų formų vizualizacija susideda iš ryškių sričių (daugiausia baltos), nes garsas geriausiai atspindi kietus paviršius ir grįžta beveik iki galo jutikliui.

Pavyzdžiui, mes galime aiškiai matyti baltas sritis - akmenis paciento inkstuose.

Skysčio ar priešpriešinių dalių vizualizaciją vaizduoja juodos zonos, nes, susidūrus su kliūtimis, garsas toliau patenka į paciento kūną ir negavome jokio atsakymo.

Minkštieji audiniai, tokie kaip pačios inkstų struktūros, bus reprezentuojami skirtingų pilkos pakopų plotais. Diagnostikos tikslumas ir paciento sveikata labai priklausys nuo tokių objektų vizualizavimo kokybės.

Taigi šiandien mes sužinojome apie tai, kas yra ultragarsas ir kaip jis naudojamas ultragarso skaitytuvuose, norint ištirti žmogaus kūno organus.

Jei jūsų ultragarso įrenginys turi prastą vaizdo kokybę, kreipkitės į mūsų aptarnavimo centrą. ERSPlus inžinieriai, turintys didelę patirtį ir aukštą kvalifikaciją, visada pasiruošę jums padėti.

Ultragarsinio įrenginio veikimo principas

Ultragarsinis tyrimas (ultragarsas) yra neinvazinė diagnostinė procedūra, kuri naudoja aukšto dažnio garso bangas, kad gautų vaizdus iš vidaus organų. Šiame straipsnyje pateikiama informacija apie tai, kaip veikia ultragarso aparatas.

Terminas „ultragarsas“ reiškia dažnį, kuris viršija žmogaus klausos diapazoną. Ultragarsas, kuris taip pat žinomas kaip diagnostinė medicininė sonografija, nėra invazinė vaizdavimo procedūra, kuri apima aukšto dažnio garso bangų naudojimą diagnostikai ir terapiniams tikslams. Jis laikomas saugesniu nei rentgeno spinduliai ir CT, nes jame nenaudojama jonizuojančioji spinduliuotė.

Ultragarso aparatas

Ultragarsinis įrenginys yra kompiuteriu integruotas diagnostikos įrankis, kurį sudaro siųstuvas, procesorius, monitorius, klaviatūra su valdymo mygtukais, saugojimo įrenginys ir spausdintuvas. Jo sudedamosios dalys kartu sukuria vidinių organų vaizdus.

Ultragarsinis vizualizavimas ir atvirkštinis pjezoelektrinis efektas

Pjezoelektriniai kristalai yra kristalai, kurie generuoja įkrovą, kai jie patiria mechaninį stresą. Mechaninė energija paverčiama elektros energija vadinama pjezoelektriniu efektu. Kvarcas, bario titanatas, švino niobatas, švino cirkonato titanatas ir kiti yra kai kurios pjezoelektrinės medžiagos. Ultragarso atveju sukuriamos impulsinės ultragarsinės bangos, naudojant pjezoelektrinius kristalus, kurie yra patalpinti į rankinį zondą, vadinamą jutikliu. Kai pjezoelektriniam kristalui taikoma elektros srovė, tai sukelia mechaninį įtempimą. Tai vadinama atvirkštiniu pjezoelektriniu efektu. Šis atvirkštinis pjezoelektrinis efektas sukuria ultragarso bangas.

Kai šiems kristalams taikoma elektros srovė, tai lemia sparčius jų formos pokyčius. Dėl to kristalai gamina garso bangas, kurios sklinda į išorę. Kai šios garso bangos grįžta ir patenka į kristalus, jos skleidžia elektros srovę.

Ultragarsui naudojamas dažnis yra 2–15 MHz diapazone. Yra atvirkštinis ryšys tarp ultragarsinių bangų bangos ilgio ir dažnio. Aukšto dažnio ultragarso bangos turi trumpą bangos ilgį, o žemo dažnio ultragarso bangos turi didelį bangos ilgį. Aukšti dažniai naudojami skenuoti organus ar audinius, kurie yra arti paviršiaus. Aukšto dažnio bangos suteikia didelės skiriamosios gebos vaizdus. Nors žemos dalies bangos gali prasiskverbti į gilesnes struktūras, jos suteikia mažos skiriamosios gebos vaizdą.

Ultragarso komponentai

Šiandien ultragarso aparatai yra lengvai prieinami ir plačiai naudojami diagnostikos tikslais. Sužinokite, kaip sukuriamos ir transliuojamos ultragarso bangos per šias mašinas.

Centrinis procesorius (CPU)

Procesoriuje yra maitinimo šaltinis konverteriui, taip pat mikroprocesorius, susijęs su laidų rinkiniu, jungiančiu procesorių su likusiu kompiuteriu. Jos užduotis - gauti duomenis ir pateikti duomenis apdorojant duomenis pagal maršrutą. Ultragarsiniame procese procesorius siunčia jutikliui elektros srovę ir apdoroja procesoriaus perduotą informaciją 2D arba 3D vaizde. Šiuos vaizdus galima matyti monitoriuje.

Jutiklis

Keitiklis yra ultragarsinio nuskaitymo dalis. Terminas „keitiklis“ yra prietaisas, kuris transformuoja energiją iš vienos formos į kitą. Šis prietaisas veikia kaip siųstuvas ir imtuvas. Ultragarso metu gelį įdėkite į tam tikrą kūno dalį, kad išvengtumėte garso bangų iškraipymo. Zondas juda pirmyn ir atgal per šią kūno dalį. Elektros srovės panaudojimas keitiklių kristaluose sukelia ultragarsinių bangų susidarymą. Ultragarsinės bangos atspindys atsiranda dėl įvairių tipų audinių sienų. Keitiklis paverčia mechaninės energijos arba ultragarso bangų, kurios atsispindi nuo tikslinio organo arba audinio, aidus į elektros srovę. Tada procesorius apdoroja informaciją apie garso lauką ir amplitudę ir laiką, praleistą ant jutiklio atspindėtų ultragarsinių bangų, kad būtų sukurti 2D arba 3D vaizdai iš vidaus organų.

Kiti komponentai

➞ „Sonogram“ technikas gali naudoti klaviatūrą pridėti pastabų ir matuoti vaizdus. Impulsų valdymo jutiklis gali būti naudojamas ultragarsinių impulsų trukmei ir dažnumui pakeisti arba skenavimo režimo keitimui.

➞ Apdoroti duomenys iš procesoriaus konvertuojami į vaizdą, kuris matomas monitoriuje.

➞ Apdoroti duomenys ir (arba) vaizdai gali būti įrašyti į standųjį diską kartu su paciento medicininiais įrašais.

➞ Ultragarsinis technikas taip pat gali pasirinkti vaizdą, kuris gali būti spausdinamas naudojant terminį spausdintuvą, prijungtą prie ultragarso.

Ultragarso diagnostika yra įvairi, tačiau ji tapo būtina vaisiaus vystymuisi analizuoti. Nors tradicinis ultragarsas suteikia dvimatį vaizdą trimatėje žmogaus anatomijoje, dabar galite sukurti 3D ir 4D vaizdus. Nors 3D embriono nuotraukų nuskaitymas atliekamas trimis aspektais, judantys trijų dimensijų embriono vaizdai vadinami 4D nuskaitymu. Nors šalutinis poveikis nebuvo susijęs su ultragarso naudojimu, buvo išreikštas susirūpinimas dėl galimo ryšio tarp ultragarso piktnaudžiavimo ir ultragarsinių bangų terminio poveikio. Pavyzdžiui, jei zondas ilgą laiką išlieka vienoje vietoje, toje vietoje gali padidėti temperatūra. Siekiant sumažinti šią riziką, būtina, kad ultragarso mašiną naudotų patyręs technikas.

Kepenų ultragarsas: informacinis ir neinvazinis diagnostikos metodas

Kokie fiziniai įstatymai yra ultragarso metodas, pagrįstas:

  1. Apie absorbcijos ir atspindžio reiškinį iš įvairių ultragarsinių bangų terpių. Tokios bangos atsiranda dėl pjezoelektrinio poveikio.
  2. Pagrindinis fizinis ultragarso mašinos veikimo principas yra toks.
  3. Bet kurią bangą lemia fizinių savybių rinkinys.
  4. Jie turi periodą, etapą, ilgį, dažnį ir sklidimo greitį.

Veikimo principas

Ar jūs kada nors atkreipėte dėmesį, kad arbatinis šaukštelis, dedamas į stiklinę vandens, ant dviejų laikmenų (vandens ir oro) sekcijos, kaip jis buvo, yra suskaidytas? Taip yra dėl to, kad šviesos banga, persikėlusi iš oro į vandenį, iš dalies atsispindi, o likusi dalis toliau plinta vandenyje, tačiau su skirtingais parametrais (dažnis, ilgis ir kt.).

Iš čia yra vizualus šaukšto efektas. Su ultragarsine banga panaši situacija vyksta perėjus iš vienos terpės į kitą. Skirtingos gyvojo organizmo aplinkos akustinis tankis (atsparumas) yra skirtingas, t. Y. Absorbcijos koeficientas skiriasi. Ultragarsinė banga iš dalies atsispindi ir iš dalies absorbuojama, kai pereina nuo vienos terpės į kitą.

Kiekviena terpė turi savo akustinio atsparumo indeksą, taip pat:

  1. Jei pirmoje aplinkoje šis rodiklis yra mažas, o antrasis - didelis, skirtumas bus didelis.
  2. Skirtumas tarp rodiklių tiesiogiai veikia atspindžio koeficientą.
  3. Kuo didesnis šis skirtumas, tuo didesnė bangos dalis.
  4. Taigi, tuo galingesnis atspindėtas signalas. Taigi, beveik didžiausias akustinio atsparumo oro ir sausos odos, vilnos skirtumas.

Šiuo atveju atsispindės 99,999% ultragarsinės bangos. Štai kodėl, prieš ultragarsu, oda nudažoma geliu, kuriame akustinės absorbcijos koeficientas yra žymiai mažesnis nei odos. Taigi, gelis tarnauja kaip pereinamoji terpė. Ultragarsinio aparato monitorius atspindi atspindį tamsių ir šviesių plotų pavidalu. Kuo didesnis atspindys, tuo ryškesnė sritis. Ir atvirkščiai.

Tai yra pagrindinis principas. Kiekvienas gyvūnų kūno ir žmogaus organas turi savo akustinio sugerties koeficientą. Be to, skirtingos kūno zonos skiriasi šiuo rodikliu. Per daugelį metų buvo nustatyti normalūs kiekvieno organo akustinio atsparumo koeficientai.

Anatominė kasos vieta daro daugumą ne instrumentinių tyrimų metodų, naudojamų kitiems pilvo ertmės organams, kurie yra neveiksmingi. Galite sužinoti, kaip atlikti kasos ultragarsą, ir ką pacientas turi atlikti prieš diagnozuojant.

Padidėjęs kūno šviesumas ar tamsinimas gali kalbėti apie bet kokias patologijas. Taip pat galite įvertinti kūno dydį. Juk juodos ir baltos zonos ekrane vaizduoja organo vaizdą realiu laiku. Pavyzdžiui, žmonės, turintys problemų su alkoholiu, kepenys beveik visada padidėja. Diabetikai turi difuzinius pokyčius kasos struktūroje.

Atspindėjimo koeficientas priklauso ne tik nuo aplinkos charakteristikų. Tai taip pat priklauso nuo kampo, kuriuo banga patenka į terpę, ir nuo bangos dažnio. Perpendikuliniu kampu atspindys bus maksimalus. Taip pat padidinant bangos dažnį padidėja atspindžio koeficientas.

Doplerio efektas

Refleksijos koeficiento didinimas yra patogu tirti paviršiaus struktūras. Tai yra odos integriniai elementai, sausgyslės, skydliaukės, laivai. Ypatinga vieta ultragarso Doplerio efektui. Tai slypi tuo, kad jei tiriamasis objektas ir (arba) atspindėtų signalų imtuvas juda, pasikeičia atspindinčių ultragarsinių bangų dažnis.

Be to, dažnio padidėjimas ar sumažėjimas priklauso nuo ultragarsu stebimų objektų judėjimo greičio:

  • Jei tiriamas objektas juda jutiklio kryptimi, padidėja dažnis.
  • Ir jei iš jo, tada sumažėja.

Doplerio efektas leidžia ištirti ir ištirti judančias biologines struktūras. Pirmiausia tai yra širdis. Be to, Doplerio efektas leidžia ištirti vaisiaus judėjimą, gimdos susitraukimą ir didelius kraujagysles.

Kartais „Doppler“ efektas naudojamas kranų operacijose. Ypač tiems, kurie susiję su sužeidimų padarinių šalinimu:

Ultragarsiniame įrenginyje yra šie komponentai. Tai ultragarso bangų generatorius, jutiklis, elektroninis apdorojimo užpildas ir monitorius. Plius specialus gelis. Generatorius veikia režimu nuo 800 iki 1200 impulsų per sekundę.

Ultragarsinių bangų susidarymas grindžiamas tuo, kad pjezoelementai (dažniausiai pavieniai kristalai) sudaro elektrinį krūvį ant jų paviršiaus mechaniniu būdu. Jei per įkrautą kristalą įvedama kintamoji srovė, atsiranda mechaniniai svyravimai, sukeliantys ultragarso bangas. Be to, įkrovos ant atskirų kristalų paviršiaus taip pat gali atsirasti dėl atspindinčių ultragarsinių bangų.

Ultragarsinių jutiklių tipai ir apimtis

Šis principas grindžiamas jutiklio arba keitiklio veikimu. Kvarcas naudojamas kaip atskiri kristalai. Daug mažiau bario titanato. Jutikliai ultragarso mašinose yra trijų tipų:

Anksčiau buvo klasifikuojama, kad jutikliai suskirstyti į du tipus pagal bangos generavimo principą. Pirma, jis buvo atliktas mechaniškai, o antrasis - su elektronika. Prietaisuose su mechaniniais jutikliais bangų emitentas visada judėjo (susuktas arba sukamas).

Dėl šios priežasties buvo triukšmų ir vibracijų, o rezoliucija liko daug pageidavimų. Dabar naudojami tik elektroniniai jutikliai, todėl ši klasifikacija buvo atšaukta. Tiesiniai jutikliai. Iš išorės jie yra plačiausi ir ilgiausi. Kadangi jie realiu laiku suteikia tikslią tiriamo organo vaizdą. Tuo pačiu metu stebint bioobjektą būtina, kad jutiklis būtų tiksliai virš jo.

Kepenys yra vienas didžiausių pilvo ertmės organų, kuris atlieka daugybę gyvybiškai svarbių kūno funkcijų. Galite sužinoti, kaip pasiruošti kepenų diagnozei su ultragarso nuskaitymu ir kaip iššifruoti rezultatus.

Tokio tipo jutikliai naudoja dažnį nuo 5 iki 15 MHz. Aukštas dažnis suteikia didelę skiriamąją gebą, tačiau bangų skverbties gylis yra mažas - iki 9 cm, tokie keitikliai tiria skydliaukę, pieno liaukas, indus, sausgysles. Išgaubti jutikliai veikia dažnių diapazone nuo 1,8 iki 7,5 MHz. Fiziškai jutiklis yra mažesnis. Žemas dažnis leidžia ištirti 25 cm gylyje esančius organus. Apžiūrint pilvo organus, pilvo, šlapimo sistemą, naudojami vidutinio dažnio prietaisai.

Yra vienas momentas. Monitoriuje rodomas vaizdas yra keli centimetrai platesni už jutiklį. Specialistas privalo prisiminti šią klaidą. Galiausiai pyragų jutikliai yra mažiausi. Ir dirbti su mažiausiais dažniais - nuo 1,5 iki 5 MHz. Čia skirtumas tarp rodomo vaizdo ir jutiklio yra dar didesnis. Paprastai ši įranga naudojama tirti mažas giliųjų zonų vietas. Dažniausiai naudojamas širdies ultragarsas.

Ultragarsas praktikoje

Ultragarsas naudojamas tikrinti beveik visus žmogaus ir gyvūnų organus. Pavyzdžiui, kepenų ultragarsas leis jums atlikti keletą svarbių medicininių pranešimų, remiantis duomenimis, kurie bus gauti per šį tyrimą. Tai apima visus pagrindinius parametrus:

  • dydis;
  • kontūrus;
  • struktūros homogeniškumas;
  • difuziniai pokyčiai;
  • kraujotakos būklė.

Žmonėms, kurie piktnaudžiauja alkoholiu ir riebaus maisto produktais, kepenys padidėja 9 atvejais iš 10. Kontūrai nėra aiškūs, pastebimi difuziniai pokyčiai, sutrikdomas homogeniškumas (dėl negyvų hepatocitų ir riebalinio audinio). Kepenų ciroze yra plataus ploto, turinčio pakitusią echogeninį poveikį. Ultragarsas atliekamas trimis režimais.

A ir M režimai atvaizduoja vienpusius vaizdus. Tačiau B režimas yra dvimatis vaizdas realiu laiku, kuris leidžia įvertinti organo morfologiją. Ultragarsinio nuskaitymo procedūra yra 100% saugi. Tiek pasaulio mokslinė bendruomenė, tiek vidaus.

Medicinos asociacijos visame pasaulyje nenustatė vieno atvejo, kai ultragarsas sukeltų kūną bent šiek tiek pakenkti. Dėl šios priežasties ultragarsas aktyviai naudojamas perinatalinei diagnozei. Ultragarso pagalba stebėkite vaisiaus vystymąsi. Tai leidžia jums nustatyti įvairias nėštumo patologijas ankstyvosiose stadijose.

Taip pat galite sužinoti apie techninę ultragarso pusę žiūrėdami šį vaizdo įrašą.

Ultragarsinio įrenginio veikimo principas

Ultragarsinis principas pagrįstas pjezoelektriniu efektu. Kiekvieną kartą, kai ultragarso banga atitinka kietą paviršių, ji yra absorbuojama arba pašalinama iš jos. Ultragarsas gali lengvai prasiskverbti į odą ir skystį, todėl jo vartojimas yra toks dažnas.

Kaip veikia ultragarso skaitytuvas

Medicininiam vaizdavimui reikalingas ultragarsinis dažnis yra 1–20 MHz diapazone. Šios vibracijos gaunamos naudojant pjezoelektrines medžiagas. Kai elektrinis laukas dedamas per griežinėliais, jis plečiasi arba sutampa. Atspindėjęs signalas grįžta, sukeldamas kintamąjį elektrinį lauką, dėl kurio kristalas vibruoja.

Siekiant pasiekti pjezoelektrinį efektą ultragarso skaitytuvuose, naudojami specialūs kvarco, titano cirkonato arba bario elementai. Jų storis pasirenkamas taip, kad būtų užtikrintas geresnis rezonansas. Dviejų laikmenų ribose garsas perduodamas arba atsispindi, tai priklauso nuo to, kiek skirtingi yra audiniai, turintys bendrą sieną. Kuo didesnis skirtumas, tuo stipresnis bus signalas.

Atsparumo vertės pateiktos toliau:

Kaip matyti iš lentelės, oro ir vandens pasipriešinimo lygis yra skirtingas, todėl norint gauti didesnį kontrasto vaizdą, paciento oda yra išteptas specialiu gelu, kuriame negali susidaryti oro burbuliukai.

Gautas elektros signalas stiprinamas ir apdorojamas. Taigi, ultragarsas atsispindi nuo kliūties. Paprastai yra du kristalai - perdavimas ir priėmimas, jie abu yra įmontuoti į generatorių, kuris yra elektros energiją keičiantis įrenginys.

Vaizdas perduodamas į prietaiso ekraną griežinėliais, nudažytas 64 atspalvių juoda ir balta skalė. Tuo pat metu echopozitinės zonos yra tamsios, o echo-neigiamos sritys yra baltos. Atvirkštinės registracijos metu vaizdo atspalviai gali skirtis.

Dėl nedidelio atsparumo lygio skirtumo audiniai, tokie kaip raumenys ir riebalai, yra panašūs. Štai kodėl jų tyrimo metu dalis šviesos „pereina“ į kitą sluoksnį, ir atsispindi tik nedidelė dalis. Tačiau praktikoje tai nėra problema, nes 1-2% santykio skirtumas leidžia gauti aiškų vaizdą.

Ultragarso privalumai ir trūkumai

Šis diagnostikos metodas turi daug teigiamų aspektų:

  • Jis yra neinvazinis, t. Y. Nereikalauja pažeisti organų ir audinių vientisumo ir įrenginio patekimo į organizmą. Tai suteikia ultragarso pranašumus, palyginti su optinio pluošto endoskopija ar aparatūros laparoskopija;
  • Ultragarsiniai metodai yra palyginti nebrangūs, greiti ir patogūs, palyginti su brangiais MRT;
  • Ultragarsinės bangos nėra kenksmingos organizmui, pavyzdžiui, rentgeno spinduliai, todėl šios rūšies diagnozė gali būti skiriama nėščioms moterims ir vaikams. Ultragarsas gali būti atliekamas neribotą skaičių kartų, nekenkiant žmogaus organizmui;
  • Ultragarsinė diagnostika puikiai tinka minkštųjų audinių, širdies, kepenų, inkstų ir kitų vidaus organų vizualizavimui.
  • Pagrindinis šios diagnozės trūkumas yra tai, kad vaizdas kartais yra prastesnės kokybės nei MR, CT ir rentgeno, tačiau šiuolaikiniai prietaisai vis dažniau pašalina šį skirtumą. Jei einate į kliniką, kurioje yra šiuolaikinė įranga, pvz., „Rainbow“, jums bus išnagrinėta naudojant pažangiausias technologijas;
  • Ultragarsinis signalas labai stipriai atsispindi audinių ir dujų sąsajoje. Tai reiškia, kad toks tyrimas netinka plaučių tyrimui;
  • Dėl didelio kaulinio audinio atsparumo ultragarsas netinka lūžių diagnozei, o smegenų tyrime pageidaujamas MRT.

Šiuo metu Doplerio technika tapo plačiai paplitusi, dar labiau plečiant ultragarso diagnostikos galimybes. Tai leidžia tirti judančius audinius.

Mūsų gydytojai ultragarsu

Erhanas Karolina Pavlovna - ultragarso gydytojas (ultragarsas, aukščiausios kategorijos gydytojas)
Uvarova Elena Anatolyevna - gydytojo akušerio-ginekologo, ultragarso (JAV)

Ultragarsinio aparato principas. Ultragarsinis jutiklis

Pagal ultragarso suprasti garso bangas, kurių dažnis yra už dažnių, esančių žmogaus ausies, ribų.

Ultragarso atradimas grįžo prie šikšnosparnių skrydžio stebėjimo. Mokslininkai, apgaubę šikšnosparnius, nustatė, kad šie gyvūnai nepraranda savo orientacijos skrydžio metu ir gali išvengti kliūčių. Bet po to, kai jie uždengė ausis, šikšnosparnių erdvė nukrito ir susidūrė su kliūtimis. Tai leido daryti išvadą, kad šikšnosparniai tamsoje yra vedami pagal garso bangas, kurios nėra sugautos žmogaus ausies. Šie stebėjimai buvo atlikti jau XVII a., Tuo pačiu metu buvo pasiūlytas terminas „ultragarsas“. Nuotolinis orientyras erdvėje skleidžia trumpus ultragarsinių bangų impulsus. Šie impulsai, atsispindintys iš kliūčių, po kurio laiko pastebimi šikšnosparnio ausyje (aido reiškinys). Pagal laiką, kuris praeina nuo ultragarsinio impulso spinduliavimo momento iki atspindėto signalo suvokimo, gyvūnas nustato atstumą iki objekto. Be to, šikšnosparnis taip pat gali nustatyti, kokiu krypčiu grąžinamas aido signalas, objekto lokalizavimas erdvėje. Taigi jis siunčia ultragarso bangas ir suvokia atspindėtą aplinkinės erdvės vaizdą.

Ultragarsinės vietos principas yra daugelio techninių įrenginių veikimas. Pagal vadinamąjį impulsinio aido principą, sonaro darbai, kurie lemia laivo padėtį, palyginti su žuvų ar jūros dugnu (echo sounder), taip pat medicinoje naudojami ultragarso diagnostikos prietaisai: prietaisas skleidžia ultragarso bangas, o po to suvokia atspindėtus signalus, ir laiko, praėjusio nuo spinduliuotės momento iki aidėjimo signalo suvokimo momento, nustatykite atspindinčiosios struktūros erdvinę padėtį.

Kas yra garso bangos?

Garso bangos yra mechaninės vibracijos, kurios plinta erdvėje kaip bangos, atsirandančios po to, kai akmuo yra išmestas į vandenį. Garso bangų plitimas labai priklauso nuo medžiagos, kurioje jie skleidžiami. Tai paaiškinama tuo, kad garso bangos atsiranda tik tada, kai medžiagos dalelės virsta.

Kadangi garsas gali būti platinamas tik iš materialių objektų, vakuume nesukuriamas garsas (egzaminuose dažnai užduodamas klausimas „užpildymas“: kaip garsas paskirstomas vakuume?).

Garsas aplinkoje gali plisti tiek išilgine, tiek skersine kryptimi. Ultragarsinės bangos skysčiuose ir dujose yra išilginės, nes atskiros terpės dalelės svyruoja išilgai garso bangos. Jei plokštuma, kurioje yra vidutinės dalelės, yra stačiu kampu į bangų sklidimo kryptį, pavyzdžiui, jūros bangų atveju (dalelių svyravimai vertikalia kryptimi ir bangų sklidimas horizontalioje), kalbama apie skersines bangas. Tokios bangos taip pat pastebimos kietosiose medžiagose (pavyzdžiui, kauluose). Minkštuose audiniuose ultragarsu dauginama daugiausia išilginių bangų forma.

Kai atskiros išilginės bangos dalelės nukreipiamos viena į kitą, padidėja jų tankis, taigi padidėja slėgis terpės medžiagoje šioje vietoje. Jei dalelės skiriasi viena nuo kitos, sumažėja vietinis medžiagos tankis ir slėgis šioje vietoje. Ultragarsinė banga sudaro žemo ir aukšto slėgio zoną. Per ultragarso bangą per audinį šis slėgis labai greitai pasikeičia. Norint atskirti ultragarsinės bangos sukeltą spaudimą nuo nuolatinio terpės slėgio, jis taip pat vadinamas kintamu, arba garsiniu, slėgiu.

Garso bangų parametrai

Garso bangų parametrai apima:

Amplitudė (A), pavyzdžiui, maksimalus garso slėgis („bangos aukštis“).

Dažnis (v), t.y. svyravimų skaičius 1 s. Dažnio vienetas yra hercai (Hz). Diagnostikos prietaisuose, naudojamuose medicinoje, naudokite dažnių diapazoną nuo 1 iki 50 MG c (1 MHz = 106 Hz, dažniausiai 2,5–15 MHz).

Bangos ilgis (λ), t.y. atstumas iki gretimos bangos keteros (tiksliau, mažiausias atstumas tarp taškų su ta pačia faze).

Sklidimo greitis arba garso (-ių) greitis. Tai priklauso nuo terpės, kurioje skleidžiasi garso banga, taip pat nuo dažnio.

Slėgis ir temperatūra turi reikšmingą poveikį, tačiau fiziologinėje temperatūroje šis poveikis gali būti ignoruojamas. Kasdieniam darbui naudinga prisiminti, kad tankesnė aplinka, tuo didesnė garso sparta.

Garso greitis minkštuose audiniuose yra apie 1500 m / s ir didėja didėjant audinių tankiui.

Ši formulė yra pagrindinė medicinos echografijos dalis. Padedant galima apskaičiuoti ultragarso bangos ilgį λ, kuris leidžia nustatyti minimalų anatominių struktūrų, kurios vis dar matomos ultragarsu, dydį. Šios anatominės struktūros, kurių dydis yra mažesnis nei ultragarsinės bangos ilgis, su ultragarsu, nėra atskiriamos.

Bangos ilgis leidžia gauti gana šiurkštų vaizdą ir nėra tinkamas mažoms struktūroms įvertinti. Kuo didesnis ultragarso dažnis, tuo mažesnis yra anatominių struktūrų, kurios vis dar gali būti išskirtos, bangos ilgis ir dydis.

Galimybė detaliai didinti didėja ultragarso dažniu. Tai sumažina ultragarso įsiskverbimo į audinį gylį, t.y. mažėja jo prasiskverbimo gebėjimas. Taigi, didėjant ultragarso dažniui, mažėja audinių tyrimų gylis.

Ultragarsinio bangos ilgis, naudojamas echografijoje tiriant audinius, svyruoja nuo 0,1 iki 1 mm. Negalima nustatyti mažesnių anatominių struktūrų.

Kaip gauti ultragarsą?

Pjezoelektrinis poveikis

Medicininėje diagnostikoje naudojamo ultragarso gamyba yra pagrįsta pjezoelektriniu efektu - kristalų ir keramikos gebėjimu deformuotis veikiamos įtampos metu. Veikiant kintamajai įtampai, periodiškai deformuojami kristalai ir keramika, t.y. atsiranda mechaninės vibracijos ir susidaro ultragarso bangos. Pjezoelektrinis efektas yra grįžtamas: ultragarso bangos sukelia pjezoelektrinio kristalo deformaciją, kurią lydi išmatuojama elektros įtampa. Taigi, pjezoelektrinės medžiagos tarnauja kaip ultragarsinių bangų generatoriai ir jų imtuvai.

Kai atsiranda ultragarso banga, ji plinta jungiamojoje terpėje. „Jungimas“ reiškia, kad tarp ultragarso generatoriaus ir aplinkos, kurioje jis yra paskirstytas, yra labai geras garso laidumas. Norėdami tai padaryti, paprastai naudokite standartinį ultragarso gelį.

Siekiant palengvinti ultragarsinių bangų perėjimą iš kietos pjezoelektrinio elemento keramikos į minkštus audinius, jis padengtas specialiu ultragarsiniu gelu.

Valydami ultragarsinį jutiklį reikia atidžiai stebėti! Daugumoje ultragarsinių jutiklių tinkamas sluoksnis pablogėja, kai jis pakartotinai apdorojamas alkoholiu dėl „higienos“ priežasčių. Todėl, valant ultragarso jutiklį, būtina griežtai laikytis prie prietaiso pridedamų instrukcijų.

Ultragarsinio jutiklio struktūra

Ultragarsinės vibracijos generatorius susideda iš pjezoelektrinės medžiagos, daugiausia keramikos, kurios priekinėje ir galinėje pusėje yra elektros kontaktai. Atitinkamas sluoksnis yra nukreiptas į paciento priekinę pusę, kuri yra skirta optimaliam audinio ultragarsui. Galinėje pusėje pjezoelektriniai kristalai yra padengti sluoksniu, kuris stipriai sugeria ultragarsą, kuris neleidžia atspindėti ultragarsinių bangų skirtingomis kryptimis ir riboja kristalo judumą. Tai leidžia mums užtikrinti, kad ultragarsinis jutiklis skleidžia kuo trumpesnius ultragarsinius impulsus. Impulsų trukmė yra lemiamas veiksnys ašinės skiriamosios gebos atžvilgiu.

B-režimo ultragarso jutiklis paprastai susideda iš daugelio mažų, greta viena kitos keraminių kristalų, kurie yra sukonfigūruoti atskirai arba grupėse.

Ultragarsinis jutiklis yra labai jautrus. Tai, viena vertus, paaiškinama tuo, kad daugeliu atvejų jame yra keraminių kristalų, kurie yra labai pažeidžiami, kita vertus, dėl to, kad jutiklio sudedamosios dalys yra labai arti viena kitos ir gali būti perstumtos ar sugadintos mechaniniu drebuliu ar smūgiu. Šiuolaikinio ultragarsinio jutiklio kaina priklauso nuo įrangos tipo ir yra maždaug lygi vidutinės klasės automobilio kainai.

Prieš transportuodami ultragarso prietaisą, patikimai pritvirtinkite ultragarsinį jutiklį prie prietaiso ir geriau jį atjunkite. Jutiklis pertraukiamas lengvai, o netgi nedidelis purtymas gali sukelti rimtą žalą.

Medicininėje diagnostikoje naudojamų dažnių diapazone neįmanoma gauti ryškiai orientuotos spindulio, panašios į lazerį, su kuriuo galima „ištirti“ audinius. Tačiau norint pasiekti optimalią erdvinę skiriamąją gebą, būtina siekti kuo labiau sumažinti ultragarso spindulio skersmenį (kaip ultragarso spindulio sinonimą, kartais vartojamas terminas „ultragarsinis spindulys“). skersmuo).

Kuo mažesnis ultragarsinis spindulys, tuo geriau matomos anatominės konstrukcijos su ultragarsu.

Todėl ultragarsas kiek įmanoma sutelkiamas tam tikru gyliu (šiek tiek giliau nei tiriama konstrukcija), kad ultragarsinis spindulys sukurtų „juosmens“. Jie fokusuoja ultragarsą arba naudojant „akustinius lęšius“, arba impulsinius signalus į skirtingus daviklio pjezokeraminius elementus su skirtingais abipusiais poslinkiais laiku. Tuo pačiu metu, sutelkiant dėmesį į didesnį gylį, reikia padidinti ultragarso keitiklio aktyvų paviršių arba diafragmą.

Kai jutiklis yra fokusuotas, ultragarso lauke yra trys zonos:

Aiškiausias ultragarsinis vaizdas gaunamas, kai tiriamasis objektas yra ultragarsinės spindulio fokusinėje zonoje. Objektas yra židinio zonoje, kai ultragarso spindulys yra mažiausias, o tai reiškia, kad jos skiriamoji geba yra didžiausia.

Netoli ultragarso zonos

Netoliese esanti zona yra tiesiai prie ultragarso jutiklio. Čia, ultragarso bangos, kurias skleidžia įvairių pjezokeraminių elementų paviršius, yra viena ant kitos (kitaip tariant, atsiranda ultragarsinių bangų trukdžiai), todėl susidaro staigiai neherogeninis laukas. Paaiškinkime tai aiškiu pavyzdžiu: jei į vandenį išmestumėte sauja žvirgždas, tada apvalios bangos, kurios skiriasi nuo kiekvienos iš jų, sutampa. Netoli vietos, kur akmenukas nukrenta, atitinkantis artimiausią zoną, bangos yra nereguliarios, bet tam tikru atstumu palaipsniui artėja prie apskrito. Pabandykite bent kartą atlikti šį eksperimentą su vaikais vaikščiojant prie vandens! Ryškus artimo ultragarso zonos neformalumas sudaro fazinį vaizdą. Pati homogeninė terpė artimoje zonoje atrodo kaip besikeičiančios šviesios ir tamsios juostelės. Todėl beveik ultragarsinė zona, skirta vertinti vaizdą, yra beveik ar visai netinkama. Šis efektas yra ryškiausias išgaubtais ir sektorių jutikliais, kurie išskiria skirtingą ultragarsinę spindulį; Linijiniam jutikliui artimosios zonos heterogeniškumas yra mažiausias.

Galima nustatyti, kiek plinta artimoji ultragarsinė zona, jei, pasukant rankenėlę, sustiprinsite signalą, tuo pačiu metu žiūrėdami ultragarso lauką šalia jutiklio. Netoli ultragarso zonos galima atpažinti baltą lapą šalia jutiklio. Pabandykite palyginti linijinių ir sektorių jutiklių artimą zoną.

Kadangi artimoji ultragarso zona netaikoma objekto įvaizdžio vertinimui, ultragarso tyrimų metu jie siekia sumažinti artimiausią zoną ir naudoti ją įvairiais būdais, kad pašalintų ją iš tiriamos srities. Tai gali būti padaryta, pavyzdžiui, pasirinkus optimalią jutiklio padėtį arba elektroniniu būdu išlyginant ultragarso lauko netolygumus. Tačiau praktiškai tai lengviausia pasiekti naudojant vadinamąjį buferį, pripildytą vandeniu, kuris yra tarp jutiklio ir tyrimo objekto. Tai leidžia matyti artimosios zonos triukšmą iš tiriamo objekto vietos. Paprastai kaip buferis naudojami specialūs atskirų jutiklių purkštukai arba universalus gelio padėklas. Vietoj vandens šiuo metu naudojami silikono pagrindo plastikiniai purkštukai.

Išsamiai išnagrinėjus tiriamas struktūras, buferio naudojimas gali žymiai pagerinti ultragarsinio vaizdo kokybę.

Fokusavimo sritis

Fokusavimo zonai būdinga tai, kad, viena vertus, ultragarso spindulio skersmuo (plotis) čia yra mažiausias, ir, kita vertus, dėl surinkimo lęšio poveikio ultragarso intensyvumas yra didžiausias. Tai leidžia didelę skiriamąją gebą, t.y. gebėjimas aiškiai atskirti objekto detales. Todėl anatominė forma arba tiriamasis objektas turi būti fokusavimo zonoje.

Tolima ultragarso zona

Tolimoje ultragarso zonoje skiriasi ultragarso spindulys. Kadangi ultragarsinė spinduliuotė yra silpnėja per audinį, ultragarso intensyvumas, ypač jo aukšto dažnio komponentas, mažėja. Abu šie procesai neigiamai veikia rezoliuciją, taigi ir ultragarsinio vaizdo kokybę. Todėl tyrime toli ultragarso zonoje prarandamas objekto aiškumas, tuo daugiau, kuo toliau jis yra iš jutiklio.

Prietaiso skiriamoji geba

Vizualinių tyrimų sistemos, tiek optinės, tiek akustinės, skiriamąją gebą lemia mažiausias atstumas, kuriuo du vaizdai vaizdai suvokiami kaip atskiri. Sprendimas yra svarbus kokybinis rodiklis, apibūdinantis vaizdo tyrimo metodo efektyvumą.

Praktiškai dažnai neatsižvelgiama į tai, kad skiriamosios gebos didinimas yra reikšmingas tik tada, kai tiriamasis objektas iš esmės skiriasi akustinėmis savybėmis nuo aplinkinių audinių, t.y. turi pakankamai kontrasto. Padidėjus rezoliucijai, jei nėra pakankamai kontrasto, nepagerėja tyrimo diagnostiniai pajėgumai. Ašinė skiriamoji geba (ultragarso spindulio plitimo kryptimi) yra dvigubos bangos ilgio vertės regione. Griežtai kalbant, individualių spinduliuojamų impulsų trukmė yra labai svarbi. Tai vyksta šiek tiek daugiau nei du nuoseklūs svyravimai. Tai reiškia, kad su jutikliu, kurio darbinis dažnis yra 3,5 MHz, 0,5 mm audinių struktūros teoriškai turėtų būti suvokiamos kaip atskiros konstrukcijos. Praktiškai tai pastebima tik su sąlyga, kad konstrukcijos yra pakankamai kontrastingos.

Šoninė (šoninė) skiriamoji geba priklauso nuo ultragarso spindulio pločio, taip pat nuo fokusavimo ir atitinkamai gilinimo. Šiuo atžvilgiu rezoliucija labai skiriasi. Didžiausia skiriamoji geba pastebima židinio zonoje ir yra maždaug 4-5 bangos ilgiai. Taigi šoninė skiriamoji geba yra 2-3 kartus silpnesnė nei ašinė skiriamoji geba. Tipiškas pavyzdys yra kasos kanalo ultragarsas. Kanalo liumeną galima aiškiai vizualizuoti tik tada, kai ji yra statmena ultragarso spindulio krypčiai. Dalis kanalo, esančios kairėje ir dešinėje nuo kito kampo, nebėra matomos, nes ašinė skiriamoji geba yra stipresnė už šoninę.

Sagitinė skiriamoji geba priklauso nuo ultragarso spindulio pločio plokštumoje, statmenai skenavimo plokštumai, ir skiriasi skiriamoji geba kryptimi, kuri yra statmena sklidimo krypčiai, taigi ir vaizdo sluoksnio storiui. Sagitinė skiriamoji geba paprastai yra blogesnė nei ašinė ir šoninė. Prie ultragarso aparato pridedamose instrukcijose šis parametras yra retai paminėtas. Tačiau reikia daryti prielaidą, kad sagitinė skiriamoji geba negali būti geresnė už šoninę skiriamąją gebą ir kad šie du parametrai yra palyginami tik židinio plokštumoje židinio zonoje. Daugumai ultragarsinių jutiklių sagitinis fokusavimas nustatomas į tam tikrą gylį ir nėra aiškiai išreikštas. Praktikoje ultragarso spindulio sagitinis fokusavimas atliekamas naudojant atitinkamą sluoksnį jutiklyje kaip akustinį lęšį. Kintamas fokusavimas statmenai vaizdo plokštumai, todėl šio sluoksnio storio sumažinimas pasiekiamas tik naudojant pjezoelementų matricą.

Tais atvejais, kai mokslinio gydytojo užduotis yra išsamiai aprašyti anatominę struktūrą, būtina ją ištirti dviejose tarpusavyje statmenose plokštumose, jei tai leidžia tiriamosios srities anatominės savybės. Tuo pačiu metu skiriamoji geba sumažėja nuo ašinės krypties iki šoninės ir iš šoninės iki sagito.

Ultragarsinių jutiklių tipai

Priklausomai nuo pjezoelektrinių elementų vietos, yra trijų tipų ultragarsiniai jutikliai:

Linijiniuose jutikliuose pjezoelektriniai elementai atskirai arba grupėse išdėstyti tiesia linija ir lygiagrečiai skleidžia ultragarso bangas audinyje. Po kiekvieno perėjimo per audinį pasirodo stačiakampis vaizdas (1 s - apie 20 vaizdų ar daugiau). Linijinių jutiklių privalumas yra galimybė gauti didelę skiriamąją gebą netoli jutiklio vietos (t. Y. Santykinai didelė vaizdo kokybė artimoje zonoje), trūkumas yra labai mažame ultragarso peržiūros lauke (tai yra dėl to, kad, skirtingai nei išgaubtas ir sektorius) jutikliai, linijinio jutiklio ultragarsiniai spinduliai nesiskiria).

Fazinės matricos jutiklis primena linijinį jutiklį, bet yra mažesnis. Jį sudaro serijos kristalai su atskirais nustatymais. Šio tipo jutikliai sukuria vaizdo jutiklio vaizdą monitoriuje. Nors mechaninio sektoriaus jutiklio atveju ultragarsinio impulso kryptį lemia pjezoelektrinio elemento sukimasis, dirbant su jutikliu su fazine grupe, nukreipta orientuota ultragarsinė spindulys gaunamas per visų aktyvintų kristalų laiko keitimą (fazės poslinkį). Tai reiškia, kad atskiri pjezoelektriniai elementai suaktyvinami uždelsimu ir dėl to ultragarso spindulys skleidžiamas įstrižai. Tai leidžia jums sutelkti ultragarsinę spindulį pagal tyrimo užduotį (elektroninis fokusavimas) ir tuo pačiu metu žymiai pagerinti norimą ultragarsinio vaizdo dalį. Kitas privalumas yra gebėjimas dinamiškai fokusuoti gautą signalą. Tokiu atveju fokusavimas signalo priėmimo metu nustatomas pagal optimalų gylį, kuris taip pat gerina vaizdo kokybę.

Mechaninio sektoriaus jutiklyje dėl mechaninių keitiklių elementų virpesių ultragarsinės bangos yra spinduliuojamos skirtingomis kryptimis, todėl vaizdas formuojamas sektoriaus pavidalu. Po kiekvieno perėjimo per audinį susidaro vaizdas (10 ar daugiau iš 1 s). Sektoriaus jutiklio privalumas yra tai, kad jis leidžia jums gauti didelį matymo lauką dideliu gyliu, o trūkumas yra tas, kad neįmanoma studijuoti artimoje zonoje, nes jutiklio laukas yra per siauras.

Išgaubtoje jutiklyje pjezoelektriniai elementai yra išilgai vienas kito į lanką (išlenktas jutiklis). Vaizdo kokybė - tai linijinio ir sektorinio jutiklio gaunamo vaizdo kryžius. Išgaubtas jutiklis, kaip ir linijinis, pasižymi didele raiška artimoje zonoje (nors ji nepasiekia tiesinio jutiklio skiriamojo gebos) ir tuo pačiu metu platus matymo laukas audinio gylyje yra panašus į sektoriaus jutiklį.

Tik ultragarso keitiklio elementų išdėstymas matricos pavidalu, ultragarso spindulį galima fokusuoti vienu metu į šonines ir sagitines kryptis. Ši vadinamoji pjezoelementų matrica (arba dvimatė matrica) papildomai leidžia gauti duomenis apie tris matmenis, be kurių neįmanoma nuskaityti audinio kiekio prieš jutiklį. Pjezoelektrinių elementų matricos gamyba yra sunkus procesas, kuriam reikia naudoti naujausias technologijas, todėl tik neseniai gamintojai savo ultragarso prietaisus aprūpino išgaubtais jutikliais.

Kaip veikia ultragarso aparatas?

Šiandien norėčiau kalbėti apie modernios ultragarso mašinos struktūrą ir veikimo principus. Ultragarso diagnozė jau seniai įtvirtinta mūsų gyvenime, ir šiandien ji yra viena iš labiausiai pageidaujamų procedūrų tiek valstybinėse klinikose, tiek medicinos paslaugų rinkoje.

Viename iš šių pranešimų aš kalbėsiu apie tai, kaip pasirinkti tinkamą ultragarso aparatą privačiai praktikai. Bet prieš tai norėčiau kalbėti apie tai, kaip veikia ultragarso aparatas ir kaip jis veikia.

Įrenginys

Taigi, standartinis ultragarso aparatas (arba ultragarso skaitytuvas) susideda iš šių dalių:

  • Ultragarsinis jutiklis - detektorius (keitiklis), kuris priima ir perduoda garso bangas
  • Centrinis procesorius (CPU) yra kompiuteris, kuris atlieka visus skaičiavimus ir turi elektros maitinimo šaltinius.
  • Impulsų valdymo jutiklis - keičia konverterio skleidžiamų impulsų amplitudę, dažnį ir trukmę
  • Ekranas - rodo procesoriaus sukurtą vaizdą pagal ultragarso duomenis.
  • Klaviatūra ir žymeklis - naudojami įvesti ir apdoroti duomenis
  • Disko saugojimo įrenginys (standusis diskas arba CD / DVD) - naudojamas išsaugotiems vaizdams išsaugoti
  • Spausdintuvas - naudojamas spausdinti vaizdus

Ultragarsinis jutiklis yra pagrindinė bet kurios ultragarso mašinos dalis. Jis generuoja ir suvokia garso bangas, naudojant pjezoelektrinio poveikio principą, kurį Pierre ir Jacques Curie atrado dar 1880 m. Jutiklio jutiklyje yra vienas ar daugiau kvarco kristalų, dar vadinami pjezoelektriniais kristalais. Veikiant elektros srovei, šie kristalai greitai keičia savo formą ir pradeda vibruoti, todėl atsiranda ir sklinda iš garso bangos. Priešingai, kai garso banga pasiekia kvarco kristalus, jie gali skleisti elektros srovę. Taigi, tie patys kristalai naudojami garso bangoms priimti ir perduoti. Jutiklis taip pat turi garsą sugeriantį sluoksnį, kuris filtruoja garso bangas ir akustinį lęšį, kuris leidžia jums sutelkti dėmesį į norimą bangą.

Ultragarsiniai jutikliai labai skiriasi forma ir dydžiu. Jutiklio forma nustato jo regėjimo lauką, o skleidžiamų garso bangų dažnis lemia jų įsiskverbimo gylį ir gauto vaizdo skiriamąją gebą.

Kaip tai veikia?

  1. Ultragarsinis įrenginys perduoda aukšto dažnio (nuo 1 iki 18 MHz) garso impulsus į žmogaus kūną naudojant ultragarso jutiklį.
  2. Garso bangos skleidžia objektą ir pasiekia ribas tarp audinių su skirtingomis akustinėmis varžomis (pavyzdžiui, tarp skysčio ir minkštųjų audinių, minkštųjų audinių ir kaulų). Tuo pačiu metu dalis garso bangų atsispindės atgal į daviklį, o kita dalis tęs savo kelią naujoje aplinkoje. Jutiklis suvokia atspindėtas bangas.
  3. Duomenys iš ultragarso jutiklio perduodami centriniam procesoriui, kuris yra prietaiso „smegenys“, ir padeda apdoroti gautus duomenis, suformuoti vaizdą ir jį perduoti monitoriui. Procesorius apskaičiuoja atstumą nuo jutiklio iki audinio ar organo, naudojant žinomą garso greitį audinyje ir laiką, kurio reikia, kad aido signalas grįžtų į jutiklį (paprastai apie milijoninę sekundės dalį).

Ultragarsinis jutiklis persiunčia ir gauna milijonus impulsų ir atkartoja kiekvieną sekundę. Jutiklio valdikliai leidžia gydytojui nustatyti ir keisti ultragarsinio impulso dažnį ir trukmę, taip pat prietaiso nuskaitymo režimą.

Ultragarsinio įrenginio veikimo režimai

Šiuolaikinės ultragarso mašinos gali veikti keliais režimais, kurių pagrindinė yra tokia:

A režimas (A režimas, iš žodžio „amplitudė“)

Atspindėto ultragarso amplitudė rodoma osciloskopo ekrane. Šiuo metu šis režimas yra istoriškai reikšmingas ir dažniausiai naudojamas oftalmologijoje. Natūralu, kad bet kuris modernus ultragarso aparatas gali dirbti šiame režime.

M režimas (iš žodžio „judėjimas“)

Režimas leidžia gauti judančio širdies struktūrų vaizdą. Dėl didelio mėginių ėmimo dažnio M režimas yra ypač vertingas, kad būtų galima tiksliai įvertinti greitą judėjimą.

B režimas (iš žodžio "ryškumas", echokardiografijoje šis režimas vadinamas 2D)

Labiausiai informatyvus ir intuityvus būdas šiuolaikiniame ultragarso aparate. Atspindėjusio ultragarsinio signalo amplitudė paverčiama dvimatė pusiau spalva. Dauguma prietaisų naudoja 256 pilkos spalvos atspalvius, kurie leidžia vizualizuoti net labai nedidelius echogeniškumo pokyčius.

Vaizdo atnaujinimo sparta B režimu paprastai yra mažiausiai 20 kadrų per minutę, o tai sukuria judėjimo iliuziją.

2D režimas naudojamas širdies kameroms matuoti, vertinti vožtuvų struktūrą ir funkciją, pasaulinę ir segmentinę skilvelio sistolinę funkciją.

Šis vizualizavimo režimas yra pagrįstas Doplerio efektu, t.y. dažnio keitimas (Doplerio poslinkis), kurį sukelia garso šaltinio judėjimas, palyginti su imtuvu. Ultragarso diagnostika keičia atspindėto signalo dažnį iš raudonųjų kraujo kūnelių. Atspindėtos ultragarsinės bangos dažnis didėja arba mažėja pagal kraujo tekėjimo kryptį, palyginti su jutikliu.

Spalvotas doperis (spalvų srauto Doplerio vaizdavimas, CFI)

Režimas leidžia lokalizuoti kraujagysles (arba atskirti kraują, pavyzdžiui, širdies viduje), kad nustatytumėte kraujo tekėjimo kryptį ir greitį. Kraujo tekėjimas į jutiklį rodomas raudonai. Iš jutiklių yra mėlynos spalvos. Srautai, statomi statmenai tyrimo plokštumai, bus nudažyti juodai. Turbulentinio kraujo tekėjimo zonos yra žalios arba baltos. Vis dėlto dauguma įrenginių leidžia savo nuožiūra pritaikyti srauto spalvas.

Impulsinės bangos dopleris (impulsinis bangos Dopleris, PW)

Šis režimas leidžia įvertinti kraujotakos pobūdį konkrečioje laivo zonoje ir vizualizuoti laminarinio ir turbulentinio kraujo tekėjimo sritis. Palyginti su spalvų Dopleriu, leidžia tiksliau nustatyti kraujo tekėjimo greitį ir kryptį.

Pagrindinis šio metodo trūkumas yra netikslus didelės spartos srautų nustatymas, dėl kurio taikomi tam tikri apribojimai.

Nuolatinio bangos Dopleris (nuolatinis bangos Dopleris, CWD)

Šiuo režimu viena jutiklio dalis nuolat perduoda ir antroji dalis nuolat gauna Doplerio signalą iš vienos linijos į 2D vaizdą. Skirtingai nuo pulso bangų doplerio, šis metodas tiksliai aptinka srautus dideliu greičiu. Šio metodo trūkumas yra nesugebėjimas tiksliai lokalizuoti signalą.

CWD naudojamas regurgitacijos srautui matuoti per tricuspidinius, plaučių, mitralinius ir aortinius vožtuvus, taip pat sistolinio srauto per aortos vožtuvą greitį.

Audinių dopleris (audinių dopleris)

Šis režimas yra panašus į pulso bangų doplerį, išskyrus tai, kad jis naudojamas audinių judėjimo greičiui matuoti (kuris yra daug mažesnis nei kraujo tekėjimo greitis). Jis naudojamas, visų pirma, siekiant nustatyti miokardo kontraktilumą.

Be minėtų režimų, neseniai atsirado papildomų algoritmų, kurie gali gerokai pagerinti vaizdo kokybę ir skiriamąją gebą. Šie algoritmai apima 3D ir 4D režimus, Tissue Harmonic Imaging (THI), taip pat energijos doplerį (galios doplerį). Na, keletas žodžių apie šiuos režimus:

3D režimas - trimatių trimatių vaizdų formavimas, pagrįstas gautais 2D vaizdais skirtingose ​​plokštumose.

4D režimas - dar sunkiau apdoroti visą tą pačią 2D informaciją, kai procesorius formuoja vaizdą iš paruoštų 3D vaizdų. Antrasis pavadinimas - „realaus laiko 3D ultragarsas“ - geriausiai apibūdina šio režimo esmę, kuri leidžia jums stebėti 3D vaizdus laikui bėgant. Iš tikrųjų tai yra vaizdo atvaizdas.

Audinių harmoninis vaizdavimas (THI) - tai technologija, leidžianti žymiai pagerinti vaizdo kokybę (svarbu pacientams su antsvoriu).

Galios doplerio (galios doplerio) jautrumas yra didesnis nei spalvoto doplerio ir naudojamas mažiems laivams tirti. Neleidžia nustatyti kraujo tekėjimo krypties.

Na, apie prietaiso ultragarso aparatą ir jo veikimo principus šiandien. Taip pat žiūrėkite: