Звуковые волны являются одним из видов механической энергии. Число колебаний в секунду источника звука называется частотой, обычно выражаемой в герцах, сокращенно Гц. Звуковые волны с частотой 2000 Гц и более называются ультразвуком. Ультразвуковые волны в процессе распространения подвергаются отражению, преломлению и эффекту Доплера. При распространении ультразвуковых волн в среде происходит затухание звуковой энергии. Поэтому при прохождении ультразвука через некоторые существенные органы возникают отражения различной формы и интенсивности. Поглощение и ослабление акустической энергии проявляется и при прохождении луча через опухолевую ткань. В связи с различным физиологическим, патологическим и анатомическим состоянием тканей и органов человека отражение, преломление и поглощение затухание ультразвука происходит по-разному. Ультразвуковая диагностика основана на количестве этих отраженных сигналов, силе, характере распределения для определения различных заболеваний. В 40-х годах прошлого века было начато изучение применения ультразвукового исследования организма человека, в 50-х годах было начато изучение, использование ультразвука таким образом, чтобы органы составляли изображение на ультразвуковом уровне, в начале 70-х годов и при развитии технологии УЗИ в реальном времени, можно было наблюдать за работой сердца и внутриутробной деятельностью плода. Ультразвуковое диагностическое оборудование не такое дорогое, как КТ или МРТ, позволяет получить изображение любого сечения органа, а также наблюдать за деятельностью движущихся органов, визуализация быстрая, диагностика своевременная, без боли и опасности, относится к неинвазивным исследованиям, поэтому применение в клинике получило широкое распространение, является важной частью медицинской визуализации. Недостатком является то, что контрастное разрешение и пространственное разрешение изображения не такие высокие, как у КТ и МРТ. Во-первых, физические свойства ультразвука Ультразвук — это механическая волна, генерируемая механическими колебаниями объекта. Она имеет длину волны, частоту, скорость распространения и другие физические величины. Для медицинского ультразвука используется частота 2,5 ~ 10 МГц, обычно 2,5 ~ 5 МГц. Ультразвук должен распространяться в среде, его скорость зависит от среды, быстрее всего в твердом теле, затем в жидкости, медленнее всего в газе. В мягких тканях человеческого тела она составляет около 150 м/с. Среда обладает определенным акустическим сопротивлением, акустическое сопротивление равно плотности среды и произведению скорости ультразвука. Ультразвук распространяется прямолинейно в среде с хорошей направленностью. На этом основано обнаружение органов человека с помощью ультразвука. При прохождении ультразвука через границу раздела двух различных по акустическому сопротивлению соседних сред, когда разница в акустическом сопротивлении превышает 0,1%, а граница раздела значительно больше длины волны, то есть большая граница раздела, происходит отражение, часть акустической энергии на границе раздела за соседними средами при преломлении ультразвука продолжает распространяться, встречает другую границу раздела и затем отражается до полного исчерпания акустической энергии. Отраженный ультразвук является эхом. Чем больше разница в акустическом сопротивлении, тем сильнее отражение, а если граница раздела меньше длины волны, т.е. граница мала, то происходит рассеяние. Ультразвук, распространяющийся в среде, также испытывает затухание, т.е. амплитуда и интенсивность уменьшаются. Затухание пропорционально коэффициенту затухания среды, обратно пропорционально квадрату расстояния, а также связано с поглощением и рассеянием среды. Ультразвук также обладает допплеровским эффектом (эффект Доплера), активность интерфейса с источником относительного движения может изменять скорость отраженного эха. Этот эффект позволяет с помощью ультразвука определять сердечную и фетальную деятельность, а также кровоток. Во-вторых, основные принципы ультразвуковой визуализации Структура человека для ультразвука является сложной средой, разнообразные органы и ткани, в том числе и патологические, имеют свои специфические акустические импедансы (табл. 1-4-1) и характеристики затухания. Таким образом, существуют различия в акустическом импедансе и различия в затухании. При введении ультразвука в организм от поверхности до глубины он будет проходить через органы и ткани с различным акустическим импедансом и различными характеристиками затухания, что приводит к различным отражениям и затуханиям. Эта разница в отражении и затухании и является основой ультразвукового изображения. Полученные эхосигналы, в соответствии с силой эхосигнала, с различными светлыми и темными точками последовательно выводятся на экран, тело человека может быть показано на поперечном срезе ультразвукового изображения, которое называется сонограммой. Поверхность органа человека окружена мембраной, а разница в акустическом сопротивлении между мембраной и находящейся под ней тканью настолько велика, что образуется хорошее межфазное отражение, и на акустическом изображении появляется полное и четкое периферийное эхо, что позволяет выявить контур органа. По периферическим эхосигналам можно определить форму и размеры органа. При прохождении ультразвука через внутреннюю поверхность различных нормальных органов или поражений внутренние эхосигналы могут быть неэхогенными, слабоэхогенными или с различной степенью выраженности сильных эхосигналов. Отсутствие эха: область, через которую проходит ультразвук, не отражается и становится темной областью без эха (черная тень), что может быть вызвано следующими ситуациями: ① жидкая темная область: однородная жидкость без разницы или с очень малой разницей в акустическом сопротивлении не образует отражающей границы раздела, формируя жидкую темную область, например, кровь, желчь, моча, амниотическая жидкость и т.д. Это касается кровеносных сосудов, желчного пузыря, мочи и амниотической жидкости. Таким образом, кровеносные сосуды, желчный пузырь, мочевой пузырь и амниотическая полость и т.д. представляют собой жидкие темные области. Такие патологические состояния, как плевральный выпот, перикардиальный выпот, асцит, гной, пиелонефроз, а также содержащие жидкость кистозные образования и инкапсулированные кисты также представляют собой жидкостные темные зоны, которые хорошо поддаются визуализации. В темной зоне под общим эхогенным усилением появляется яркая светлая полоса (белая тень). (ii) Атенуированная темная зона: опухоль, например гигантский рак, вследствие поглощения ультразвука опухолью, приводит к явному ослаблению и отсутствию эхосигнала, выглядящему как атенуированная темная зона. (iii) Паренхимальная темная область: однородная паренхима с небольшой разницей в акустическом импедансе может выглядеть как темная область без эхосигнала. Нормальные ткани, такие как почечная паренхима, селезенка и т.д., и больные ткани, такие как почечная карцинома и гиалиновая дегенерация, могут проявляться как паренхимальная темная зона. Гипоэхогенная: в паренхиматозных органах, таких как печень, внутреннее эхо равномерно распределено в виде точечных эхосигналов, при остром воспалении и экссудации ее акустический импеданс меньше, чем у нормальных тканей, а коэффициент пропускания увеличивается, что приводит к появлению гипоэхогенной зоны (серой тени). Сильные эхосигналы: могут быть усиленные эхосигналы, сильные эхосигналы и очень сильные эхосигналы. ① Сильное эхо: опухоли с плотной тканью или повышенной сосудистостью в паренхиматозных органах имеют большую разницу акустического импеданса и увеличенные отражающие поверхности, что приводит к усилению локального эха и образованию плотных светлых пятен или светлых скоплений (серая тень), например, карцинома, лейомиосаркома, гемангиома. ② Сильные эхосигналы: внутренняя структура среды плотная, а соседние мягкие ткани или жидкости имеют явную разницу акустического импеданса, что приводит к сильным отражениям. Например, кость, камень, кальцификация могут создавать полосу или блок сильных эхо-сигналов (белая тень), что связано с плохой звукопередачей, ослаблением звуковой энергии ниже и появлением неэхо-темной области, т.е. акустической тени (акустическая тень). ③ очень сильное эхо: газосодержащие органы, такие как легкие, надувной желудочно-кишечный тракт, из-за разницы акустического импеданса с соседними мягкими тканями, акустическая энергия практически полностью отражается назад, не может быть передана, и возникает очень сильная светлая полоса. В-третьих, виды ультразвукового оборудования УЗИ. На ранних этапах применяется амплитудная модуляция (амплитудный режим), то есть А-тип ультразвука, амплитуда волны изменяется для отражения эха. Тип модуляции серого, то есть B-тип ультразвука, система отражает эхосигнал, изменяя различные светлые точки, на теневом экране отображается от 9 до 64 уровней серошкального изображения, сильное эхо светлые точки яркие, слабое эхо светлые точки темные. M-тип ультразвуковой диагностики и эхокардиографии для определения функции сердца человека, ультразвуковой допплеровской диагностики (также называемой D-типом ультразвуковой диагностики) и так далее. Ультразвуковая допплеровская диагностика заключается в подаче ультразвуковых волн определенной частоты на исследуемую часть с помощью датчика, при движении границы раздела к датчику частота эхосигнала увеличивается, при удалении границы раздела от датчика частота эхосигнала уменьшается. Разница между ними называется разностной частотой, а величина разностной частоты пропорциональна скорости перемещения границы раздела. Обнаруженный доплеровский сигнал анализируется и обрабатывается, усиливается или детектируется, выводится на экран осциллографа и может быть превращен в различные доплеровские ультразвуковые диагностические приборы. Например, допплеровский диагностический прибор типа аускультации, ультразвуковой допплеровский пульсометр, ультразвуковой допплеровский прибор для измерения кровотока и т.д. Это неинвазивный метод исследования сердца плода, фетального и плацентарного кровообращения, сердечно-сосудистых, черепных, мозговых, гепатобилиарных, панкреатических, селезеночных, почечных, глазных, абдоминальных и тазовых образований, а также плазмафереза, заболеваний молочной железы, щитовидной железы, надпочечников и мочевого пузыря, периферических сосудов. В зависимости от метода визуализации различают два вида сонографии: статическую и динамическую, или real timeimagimg. В первом случае получают статические сонограммы, изображение отображается в более широком диапазоне, изображение более четкое, но время исследования длительное, меньше возможностей применения, во втором можно получить за короткий промежуток времени многокадровые изображения (20-40 кадров/с), что позволяет наблюдать динамические изменения в органе, но диапазон отображения изображения небольшой, изображение несколько менее четкое. Ультразвуковое оборудование в основном состоит из ультразвукового датчика, т.е. зонда (датчика) и устройств передачи и приема, отображения и записи, а также блока питания и других компонентов. Датчик представляет собой электроакустический преобразователь, состоящий из пьезоэлектрических кристаллов, для завершения генерации ультразвука и приема эха, и его характеристики влияют на чувствительность, разрешение и артефакты, такие как интерференция и т.д. Ультразвуковое оборудование типа B, в основном, импульсно-эхоскопического типа. Электронная линейная решетка с несколькими зондами линейного квадратного сканирования, электронная фазированная решетка зондов линейного веерного сканирования. Для наведения перфорации с помощью акустического изображения имеются также перфорированные датчики. Рабочие точки зонда 3,0, 3,5, 5,8 МГц и т.д.. Чем больше МГц, тем меньше проницаемость. В зависимости от исследуемой части выбирается соответствующий зонд. Например, для сканирования глаз используется датчик 8 МГц, а для сканирования органов малого таза — 3,0 МГц. Ультразвуковой аппарат может быть оснащен несколькими датчиками с различными характеристиками. В качестве монитора используется катодно-лучевая трубка, а для записи — многокадровые камеры и видеомагнитофоны. В-четвертых, характеристики акустического изображения при УЗИ — светлое (белое) и темное (черное) между различными оттенками серого, отражающими наличие или отсутствие эха и силу эха, отсутствие эха — темная область (черная тень), сильное эхо — светлая область (белая тень). Акустическое изображение — это изображение уровня. Изменяя положение зонда, можно получить акустическое изображение в любом направлении и наблюдать за движением подвижных органов. Однако масштаб отображаемого изображения не такой большой и четкий, как у рентгеновских, компьютерных или магнитно-резонансных снимков. В-пятых, методика ультразвукового исследования УЗИ чаще всего используется в положении лежа, но может применяться и в боковом и других положениях. Положение может быть изменено в процессе исследования. Ориентация сечения может быть поперечной, продольной или косой. Пациент принимает соответствующее положение, обнажает кожу, покрытую сцепляющим веществом, с целью разряжения воздуха между зондом и кожей, зонд приближают к коже, сканируют для наблюдения изображения, замораживают при необходимости, то есть останавливают кадр, линию детального наблюдения, делают хорошую запись, а также фото- или видеосъемку. Следует обращать внимание на размеры и форму органа, периферические эхосигналы, особенно эхосигналы задней стенки, внутренние эхосигналы, состояние активности, взаимоотношение органа с соседними органами и степень активности. В международном масштабе с бурным развитием компьютерных, коммуникационных, микроэлектронных, изобразительных и других соответствующих технологий ультразвуковые диагностические приборы становятся все более совершенными. В последние годы значительное развитие получили следующие аспекты: 1, ультразвуковые датчики: a. композитные материалы, b микроультразвуковой датчик, c тонколучевой датчик, d датчик высокой плотности, e различные внутриполостные датчики и хирургические датчики. 2, полностью цифровые ультразвуковые диагностические приборы: с начала 1990-х годов компания ATL возглавила выпуск первого полностью цифрового ультразвукового прибора B, и к настоящему времени несколько крупнейших мировых производителей медицинских ультразвуковых диагностических приборов практически запустили свою собственную полностью цифровую технологию формирования луча как представителя полностью цифрового цветного ультразвука. Тенденция ее развития — многолучевость и высокая пропускная способность каналов, повышение скорости и разрешения визуализации. 3, звуковой луч выше, 128 каналов до 512 каналов продуктов были массового производства. 4, несколько новых методов визуализации: a допплеровская энергетическая визуализация, b допплеровская визуализация тканей, c визуализация второй гармоники и акустического контраста 5, трехмерная визуализация 5, удаленная и сетевая рабочая станция ультразвуковых изображений.