Физика ультразвука

1953 год – кардиолог Эдлер и инженер Герц сконструировали первый эхокардиограф

1955 г. Йаффе обнаружил пьезоэлектрические свойства поляризованных твердых растворов свинца, цирконата,

Основы
ультразвуковой
диагностики

Звук – это механическая продольная волна, в которой колебания частиц

Период колебания – время, необходимое для получения одного полного цикла (сек,

Амплитуда УЗ волны – максимальное отклонение наблюдаемой физической переменной от среднего

Частота – число полных колебаний (циклов) за период времени (сек).
Единицами

Интенсивность – отношение мощности волны к площади, по которой распределяется ультразвуковой

Скорость распространения ультразвука – скорость, с которой волна перемещается в среде

Закономерности распространения ультразвука в биологических средах.
Распространение ультразвука зависит от плотности, структуры,

– это изменение направления распространения УЗ волны на границе раздела сред

Закономерности отражения
    1.Величина отражения ультразвука прямо пропорциональна разности акустических импедансов сред.

Отражатели

Зеркальные (диафрагма, стенка наполненного мочевого пузыря) – угол падения равен углу

Преломление

Это изменение направления распространения волн при переходе границы раздела сред, что

Закономерности преломления

    1.    На границе раздела двух сред, в случае если

Рассеяние – возникновение множественных изменений направления распространения ультразвука, обусловленное неоднородностью биологической

Затухание
    Затухание ультразвуковых колебаний происходит в результате расхождения, рассеивания и поглощения.

Глубина проникновения ультразвука (проникающая способность)
Зависит от плотности среды и частоты ультразвука

Глубина проникновения ультразвука (проникающая способность)
    D – расстояние от датчика до

Даже на современном уровне технического развития УЗ аппарат не в состоянии

Основные характеристики ультразвуковых сканеров

1. Пространственная разрешающая способность
Минимальное расстояние между объектами, при котором они воспринимаются

   Продольная (осевая) разрешающая способность – минимальное расстояние вдоль оси ультразвукового пучка между двумя

    Поперечная разрешающая способность – максимальное разделение двух линейных мишеней, расположенных

Разрешающая способность УЗ приборов среднего класса

2. Чувствительность

Способность обнаруживать малые элементы структуры на фоне мешающих сигналов (помех)

3. Динамический диапазон

Способность УЗ системы отображать одновременно малые и большие сигналы,

4. Временная разрешающая способность

Характеризует способность системы воспринимать и отображать с достаточной

Технический уровень УЗ приборов

Простые приборы
Приборы среднего класса
Приборы повышенного класса
Приборы высокого класса

Технический уровень УЗ приборов

Прямой и обратный пьезоэлектрический эффект

Основы ультразвуковой диагностики

Ультразвуковой датчик

Устройство, в котором происходит генерация УЗ колебаний и

Механические датчики
Один или несколько излучающих пьезокристаллов. Развертка луча достигается за

Линейный датчик

Применяется для исследования:
поверхностных органов
мягких тканей
сосудов шеи, верхних и нижних конечностей

Размер

Конвексный датчик

Применяется для исследования:
органов брюшной полости и забрюшинного пространства
органов малого таза

Радиус

Секторный датчик

Применяется:
для транскраниального сканирования сосудов головного мозга
трансторакальной ЭХО-КГ

Сектор сканирования – 90°
Количество

Способы фокусировки ультразвукового луча

Основы ультразвуковой диагностики

В современных приборах с многоэлементными электронными датчиками основой фокусировки является электронная

ВИДЫ ЭХОГЕННОСТИ ТКАНЕЙ

- Все органы человека отражают ультразвук по-своему.
- Цвет зависит от

- изоэхогенность – нормальная (ткани и органы на УЗИ отображаются в

Печень с нормальной эхогенностью (изоэхогенная)

Образование в печени (анэхогенное) – киста с

Гипоэхогенное образование в молочной железе (фиброаденома)

Гиперэхогенное образование в молочной железе (липома)

По структуре различают:
- гомогенность (однородный цвет ткани)
- гетерогенность (неоднородное

Режимы сканирования

В-режим (Brightness — яркость)
Основан на эффекте отражения УЗ от границы раздела

В-режим

Режимы сканирования

М-режим (Motion — движение)
Одномерное сканирование (через одну линию сечения) с получением

Режимы сканирования

М-режим

Трехмерный режим
Достигается путем компьютерного преобразования сигнала, полученного при помощи датчика с

Режимы сканирования

Режимы сканирования

КРИСТИАН ДОППЛЕР (CHRISTIAN DOPPLER),
1803 - 1853

Режимы сканирования

В 1842 Допплер теоретически

Эффект Допплера
Движение относительно среды источника или приемника звука или тела, рассеивающего

Эффект Допплера
 Допплеровский сдвиг может быть как положительным (если отражатель движется к

V – скорость движения элементов крови;
Δf – допплеровский сдвиг частот;
fo

Зависимость изображения от угла α

Углы менее 250 и более 1550 называются

• Импульсный допплер (PW - pulsed wave). • Импульсный высокочастотный допплер

Импульсный допплеровский режим
Излучателем и приемником является один и тот же

Предельная скорость кровотока, которая может быть измерена методом импульсной допплерографии,

Элайзинг-эффект
Искажение допплеровского спектра при измерении скорости кровотока, превосходящей предел Найквиста

Виды

Постоянно-волновой допплеровский режим

Виды допплеровского режима

Постоянно-волновой допплеровский режим

Виды допплеровского режима

Хорошая чувствительность
Возможность получить количественные характеристики кровотока
Высокая точность оценки спектра частот и

Получение суммарной информации во всем диапазоне глубин
Зависимость суммарной информации от угла

Цветное допплеровское картирование
Значение средней скорости кровотока кодируется определенным цветом. Красный цвет

Режим ЦДК

Достоинство: возможность в реальном времени наблюдать двухмерную картину, отображая информацию

Элайзинг-эффект в режиме ЦДК
Турбулентный кровоток картируется сине-зелено-желтым цветом

Виды допплеровского режима

Энергетическое допплеровское картирование
Кодируется не скорость, а величина площади под кривой интенсивность

Направленный энергетический допплер (конвергентный) Объединяет в себе возможности ЦДК и ЭДК

Виды

Триплексное сканирование с цветовым допплеровским картированием (ТС с ЦДК)
Это сочетание В-режима,

Основан на выделении допплеровского сигнала от миокарда

Тканевой допплер

Виды допплеровского режима

Тканевой допплер

Виды допплеровского режима

Импульсноволновой режим
тканевого допплера

Виды допплеровского режима

Режимы сканирования

Стресс-эхокардиография
Внутрисосудистый ультразвук
Контрастная эхография с применением таких контрастов как «Соновью», «Эховист»
Эластография

Артефакты

Артефакт в ультразвуковой диагностике — это появление на изображении несуществующих структур,

Артефакты, связанные с работой оборудования

Артефакты

Артефактный шум (Artefactial Noise).
Это

Артефакты в режиме серой шкалы

Вызывающие неправильное отображение эхогенности структур позади объектов

Артефакты, связанные с взаимодействием эхо с тканью
Акустическая тень
Возникает за сильно отражающими

Артефакты, связанные с взаимодействием эхо с тканью Акустическая тень

Акустическая тень за конкрементом

Дистальное псевдоусиление (Enhancement Effect)
Возникает в случае, когда эхо проходит через заполненную

Артефакты, связанные с взаимодействием эхо с тканью
Дистальное псевдоусиление (Enhancement Effect)

Артефакты

Артефакт боковых теней
Связан с преломлением ультразвуковых волн при их падении по

Артефакт боковых теней

Артефакты

Артефакт ослабления (поглощения) эхосигнала

При жировом гепатозе

Артефакты, обусловленные реверберацией УЗ луча:
реверберация
«хвост кометы»
артефакт «псевдомасс»
зеркальный артефакт

Реверберация (Reverberation Artefact)
Наблюдается, если ультразвуковой импульс попадает между двумя или

Реверберация (Reverberation Artefact)

В результате многократного переотражения ультразвука возникает эффект ложного

Реверберация (Reverberation Artefact)

Артефакты

Эффект кометы (Comet Effect)
Выявляется в том случае, когда ультразвук вызывает

Зеркальный артефакт (Mirror Artefact)
Это появление объекта, находящегося по одну сторону

Зеркальный артефакт (Mirror Artefact)

Артефакты

Зеркальный артефакт (Mirror Artefact)

Артефакты

3. Артефакты, обусловленные особенностями УЗ луча, которые не учитывает аппарат:
артефакт рефракции
артефакт

Артефакт рефракции (преломления)

Обусловлено изменением направлением УЗ луча при переходе через ткани

Артефакт толщины УЗ луча

Создается ложное впечатление о наличии неоднородности и пристеночных

Артефакты в допплеровских режимах

1. Связанные с некорректными параметрами сканирования
алайзинг
неправильное определение локации

Элайзинг-эффект

При стенозе общей сонной артерии

Артефакт мерцания (при сканировании объектов с высокой отражающей способностью)

Биологическое действие ультразвука

Механическое
Тепловое:
нагревание,
кавитация (образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных

Биологическое действие ультразвука

По данным ВОЗ ультразвук не вызывает повреждения хромосом и

«Никогда не сообщалось о подтвержденных биологических эффектах у пациентов или

Понимание принципа работы ультразвуковой диагностической установки, знание основ физики ультразвука и