Точную диагностику методом ультразвукового исследования. Артефакты, встречающиеся во время процедуры

Доктора часто направляют пациента на проведение ультразвуковой диагностики. Это является рутинным и вспомогательным диагностическим методом исследования внутренних органов. Чтобы понять, как проводится УЗИ и для чего необходима процедура, стоит рассмотреть, что это такое и из чего состоит.

Как получается и проводится ультразвук

Пьезоэлектрический эффект – основа для создания уникального ультразвука. Благодаря воздействию электрического напряжения изменяется конфигурация кристаллов и керамики датчика. Образуются механические колебания, посылаемые внутреннему органу, тот отражает сигнал, который воспринимается пьезоэлектрическим материалом.

Для достижения высокой точности исследования необходима соединяющая среда, ею выступает УЗ-гель. Чтобы получить полную картину о состоянии внутреннего органа необходимо настроить длину волны. Чем меньше глубина проникновения, тем точнее результат. Волна должна охватывать весь исследуемый объект.

Для фокусирования УЗ-луча применяется «акустическая линза» — часть датчика, которая непосредственно контактирует с кожными покровами. Она создает правильную геометрию луча.

Что такое ультразвуковое исследование

УЗ-исследование – малоинвазивный метод обследования внутренних органов человека, состояния кровеносных сосудов и их проходимости. В медицинской практике широко используется ввиду своей доступности и информативности.

Виды УЗИ диагностики:

1. желчный пузырь и желчевыводящие протоки;
2. поджелудочная железа;
3. селезенка;

УЗИ забрюшинного пространства: , патологическое накопление жидкости.

УЗИ органов малого таза:

1. у женщин: матка, яичники, маточные трубы, шейка матки;
2. у мужчин: предстательная железа, ;
3. мочевой пузырь;
4. мочеточники;

УЗИ гемососудов конечностей и туловища (допплерография).

УЗИ суставов.

(Эхо-кардиоскопия).

УЗ в педиатрии: исследование головного мозга при незакрытом родничке и прочее.

В силу особенностей ультразвуковой волны можно исследовать органы для скрининга онкологических патологий, диффузных изменений в тканях, наличие конкрементов в желчном, мочевом пузыре, а также почках, врожденные и приобретенные аномалии строения, накопление патологической жидкости.

Ограничением для исследования служат органы с наличием газа внутри них, таких как желудок, кишечник.

Преимущества УЗ-диагностики

Главным плюсом обследования служит безопасность УЗ-луча. Преимущества:

• высокая точность и информативность;
• диагностика развития заболеваний в начальной стадии;
• нет ограничений по количеству манипуляций, поэтому появляется возможность отслеживать состояние органа в динамике после консервативного или оперативного лечения;
• отсутствие лучевой нагрузки, благодаря чему можно назначать новорожденным детям.

Как выполняется УЗИ

Больного укладывают на кушетку, просят освободить от одежды предполагаемое место исследования. В зависимости от того, какая область требует осмотра, существует несколько методик проведения процедуры:

1. Трансабдоминальная – пациенту на кожные покровы наносят специальный гель, подносят датчик, прикладывают к коже и водят по поверхности.
2. Трансвагинальная – удлиненный датчик погружают в презерватив, наносят немного геля и вводят женщине во влагалище. Такая методика наиболее информативна, поскольку наиболее плотно прилегает к исследуемым структурам.
3. Трансректальная – на удлиненный датчик одевается презерватив, наносится гель и вводится в прямую кишку. Обычно проводится мужчинам для детального осмотра предстательной железы.

Ультразвуковое исследование – информативный метод диагностики, однако не стоит самостоятельно интерпретировать полученный результат. Разобраться в этом может квалифицированный доктор.

Справка: Ультразвуковые волны – это звуковые волны с частотой свыше 20 килогерц. При помощи ультразвука ориентируются в пространстве летучие мыши и дельфины. Ультразвук нашел свое применение и во многих отраслях жизни человека: для анализа структуры металла и эхолокации морского дна, на воздушном транспорте и в рыболовстве, в ежедневной практике инспектора ГИБДД и т.д.. С 1956 г. ультразвуковые волны стали применяться для определения различных заболеваний.

Узи - это...

Ультразвуковое исследование (УЗИ) - это исследование состояния органов и тканей с помощью ультразвуковых волн. Ультразвуковое исследование основано на способности ультразвука отражаться от внутренних органов и тканей различной плотности, что проявляется в виде изображения на экране сканера. Этим методом осматривают те органы, которые не содержат воздуха.

Ультразвуковое исследование является одним из самых распространенных методов диагностики благодаря своей безопасности. Ультразвук, применяющийся в аппаратуре, совершенно безвреден. Он не вызывает никаких побочных явлений и тем более повреждений. Ультразвуковое исследование гораздо безопаснее рентгеновского и во многих случаях позволяет наиболее точно диагностировать заболевание.

Преимущества узи

Метод УЗИ имеет ряд преимуществ перед другими аналогичными методами. Это:

Безопасность и безболезненность

Многофункциональность

(с помощью ультразвуковых волн можно посмотреть почти все внутренние органы во время одного посещения врача).

Быстрота

(Вы получите ультразвуковое заключение через 5-10 минут после окончания обследования).

Как проходит ультразвуковое исследование

Все ультразвуковые исследования проводятся, как правило, когда пациент лежит на кушетке. На кожу исследуемого врач наносит прозрачный гель для создания наиболее близкого контакта, так как воздух не проводит ультразвук и гасит его еще до проникновения лучей в ткани пациента, что резко ухудшает изображение органов. После нанесения геля врач специальным датчиком, излучающим ультразвуковые волны и принимающим отраженные волны, проводит УЗИ.

Виды УЗИ. Их цели. Подготовка.

Ниже перечислены виды ультразвуковых исследований, цели их применения и подготовка в ним:

1. УЗИ органов брюшной полости (печени, желчного пузыря, поджелудочной железа, селезенки)

Производится для оценки размеров и структуры этих органов, позволяет выявить врожденные аномалии развития, диффузную и очаговую патологию паренхиматозных органов (печень, поджелудочная железа, селезенка), оценить состояние стенок желчного пузыря (наличие воспалительных изменений, изменений, связанных с нарушением обмена веществ, выявить наличие объемных образований (полипов и злокачественных образований), оценить состояние полости желчного пузыря (наличие конкрементов и т.п.), состояние желчевыводящих путей, сосудов брюшной полости и забрюшинных лимфоузлов, моторную функцию желчного пузыря, косвенно сделать вывод о заболеваниях желудка и кишечника.

Подготовка к УЗИ органов брюшной полости: перед осмотром органов брюшной полости нужно воздержаться от приема пищи, всякой жидкости, никотина, а также не жевать жевательную резинку за 6-8 часов до исследования. В идеале следует проводить это УЗИ строго натощак утром.

2. УЗИ мочевыводящей системы (почек, мочеточников, мочевого пузыря)

Позволяет оценить размеры органов, структуру паренхимы почек, состояние чашечно-лоханочной (выводящей мочу) системы почек, состояние стенок и полости мочевого пузыря, выявить диффузную и очаговую патологию почек, наличие конкрементов (камней) во всех отделах мочевыводящей системы и врожденных аномалий развития.

В качестве подготовки перед УЗИ мочевыводящей системыследует выпить 600-700 мл любой жидкости(негазированной) за 1 час до УЗИ и не мочиться в течение 1 часа. Кушать и пить можно.

3. УЗИ половой системы у женщин

Позволяет оценить размеры и структуру матки, маточных труб и яичников, выявить врожденные аномалии развития, кисты, очаговые, узловые и диффузные формы заболеваний, выявить гормональные нарушения, пронаблюдать процесс созревания и выделения яйцеклетки (фолликулогенез), сделать вывод о причинах бесплодия, диагностировать беременность в раннем сроке, а также патологию беременности, оценить развитие плода.

Взрослым женщинам УЗИ органов малого таза проводится как трансабдоминально (через живот), так и трансвагинально (внутриполостным датчиком через влагалище). Сочетание этих двух способов обследования позволяет дать максимально точную информацию о состоянии органов малого таза и не требует подготовки.

Подготовки для УЗИ органов малого таза у женщин не требуется.

4. УЗИ половой системы у мужчин

Производится для оценки размеров и структуры органов, выявления заболеваний воспалительной природы, их осложнений (кисты, конкременты, нарушения оттока мочи и т.д.) и объемных образований (аденом и злокачественных образований).

Для осмотра предстательной железы применяются два способа обследования - через живот (трансабдоминальный) и через прямую кишку (трансректальное УЗИ – ТРУЗИ).

Для подготовки к трансабдоминальному УЗИ (через живот) нужно накопить мочевой пузырь, т.е. за 1 час до УЗИ выпить примерно 600-700 мл негазированной жидкости и не мочиться в течение 1 часа. Перед трансректальным УЗИ (ТРУЗИ) нужно сделать две очистительные клизмы: вечером накануне обследований и утром перед обследованием), наполнять мочевой пузырь не нужно. Кушать можно перед обоими видами обследования.

5. Акушерское УЗИ (УЗИ плода)

Производится в сроке 10-14 недель, 20-24 недели и 30-34 недели. Цель обследования – это оценка правильности развития плода, исключение врожденных пороков развития.

Подготовки к этому исследованию не требуется.

6. УЗИ щитовидной железы

Позволяет оценить размеры и структуру железы, выявить диффузную, очаговую и узловую патологию щитовидной железы. Учитывая то, что наш регион является эндемичным по дефициту йода в воде, воздухе и пище, патологии щитовидной железы у нас много. Щитовидная железа управляет уровнем обмена веществ, поэтому является очень важным органом и требует внимания.

Подготовки для УЗИ щитовидной железы не требуется.

7. УЗИ молочных желез

Позволяет диагностировать предрасположенность к серьезным заболеваниям молочных желез (дисгормональные изменения), а также сами эти заболевания (мастопатии, кисты и объемные образования доброкачественные и злокачественные). В осмотр молочных желез входит осмотр подмышечных лимфоузлов.

Подготовки для УЗИ молочных желез не требуется.

8. УЗИ слюнных желез

Производится для оценки размеров и структуры их для диагностики воспалительных, диффузных и очаговых поражений этих органов, которые встречаются нередко.

Подготовки для УЗИ слюнных желез не требуется.

9. УЗИ периферических лимфоузлов

Производится для верификации того, что пальпируемое подкожное образование – это лимфоузлы, а также для дифференциации воспалительных и метастатических лимфоузлов, хотя наиболее точный метод дифференциации – это пункционная биопсия пальпируемых образований.

Подготовки для УЗИ периферических лимфоузлов не требуется.

10. УЗИ подкожных образований

Часто люди находят у себя под кожей уплотнения или образования и не знают, куда им обратиться и что делать. Они приходят на УЗИ, и мы выясняем природу образования.

Подготовки для УЗИ подкожных образований не требуется.

11. УЗИ послеоперационных швов

В случаях длительного незаживления послеоперационных швов УЗИ играет решающую роль для диагностики причины этого состояния.

Для этого вида УЗИ подготовки не требуется.

12. УЗИ суставов

Позволяет установить причину болей в области сустава. Дело в том, что болит не всегда сам сустав, а болят окружающие мягкие ткани. УЗИ позволяет оценить состояние мягких тканей суставов и контуры костей, образующих сустав. Рентгеновское исследование определяет состояние костных структур сустава, а УЗИ состояние хрящей, суставных поверхностей, синовиальной оболочки сустава, связок и менисков, наличие жидкости в полости сустава и окружающих его сумках, то есть УЗИ позволяет оценить воспалительные, травматические, дегенеративные и деструктивные изменения в суставах и окружающих суставы мягких тканей.

Подготовки для УЗИ суставов не требуется.

13. Для детей: УЗИ головного мозга (нейросонография)

Проводится для оценки правильности развития мозговых структур детей, наличия внутричерепной гипертензии, последствий родовых травм.

14. УЗИ тазобедренных суставов

Проводится для оценки правильности развития тазобедренного сустава. Для этих исследований подготовки также не требуется.

Методы УЗИ

Существует несколько видов ультразвуковых исследований, среди которых наиболее часто используется сканирование (то, что традиционно принято называть УЗИ). В последнее время с нему добавилась допплерография. В основу допплерографии положен эффект Доплера (это изменение длины волны, отраженной от движущихся предметов). Этот эффект позволяет изучать кровоток и состояние проходимости кровеносных сосудов.

В последние годы широко используются внутриполостные исследования как методика исследования ультразвуковыми волнами. Для них разработаны специальные датчики. Также проводятся гинекологические трансвагинальные и урологические трансректальные исследования. Это способы диагностики являются наиболее точными и современными и позволяют получить информацию практически о каждом миллиметре тканей половых женских внутренних половых органов и предстательной железы у мужчин, поэтому в современной медицине они рекомендуются к широкому использованию. При проведении внутриполостных исследований большое внимание уделяется их стерильности, для чего используются специальные насадки на ультразвуковые датчики и технологии обработки датчиков. Внутриполостные исследования являются также безболезненными и не доставляют каких либо значительных неудобств для пациента, хотя подготовка к этим обследованиям имеет серьезное значение.

Ультразвуковая диагностика – это быстрый, безболезненный и безопасный метод получения достоверной информации о Вашем здоровье. УЗИ помогает поставить точный диагноз в кратчайшие сроки и контролировать эффективность лечения.

В настоящее время в клинической практике применяют эхографический метод, основанный на регистрации волн, отраженных от границ раздела сред с различным акустическим сопротивлением, и метод, основанный на эффекте Допплера, т.е. регистрации изменения частоты ультразвуковой волны, отраженной от движущихся границ между средами. Последняя методика позволяет получить информацию о гемодинамике органов и систем и применяется в основном для исследования сердца и сосудов.

При исследовании органов мочеполовой системы используется главным образом эхографический метод регистрации ультразвука, который по характеру воспроизведения разделяется на:

1) одномерную эхографию (А-метод), который позволяет получить информацию об объекте лишь в одном направлении (одном измерении) и, таким образом, не дает полного представления о форме и величине исследуемого объекта;
2) двухмерную эхографию (ультразвуковое сканирование, В-метод), который в отличие от одномерной позволяет получить двухмерное плоскостное изображение объекта в виде эхотомографического среза (скан);
3) УЗИ в режиме «М» (motion - движение), при котором движение отраженных ультразвуковых волн разворачивается во времени, что дает ложное двухмерное изображение, когда по горизонтали регистрируется истинный размер органа по пути распространения ультразвуковой волны, а по вертикали — время. Скорость развертки во времени и масштаб изображения на экране меняются произвольно.

Количество и качество отраженных волн обусловлено физическими процессами, протекающими при прохождении ультразвука через среду. Чем больше разница в акустическом сопротивлении сред, тем больше ультразвуковых волн отражается на границе их раздела. Поскольку акустическое сопротивление среды является функцией плотности среды, количество и качество отраженных ультразвуковых волн объективно передают детали строения внутренних органов и тканей в зависимости от их плотности.

С одной стороны, ввиду чрезвычайно большой разности в акустическом сопротивлении тканей и воздуха на границе раздела этих сред ультразвук практически весь отражается обратно, и поэтому получить информацию о тканях, лежащих за прослойкой воздуха, часто не представляется возможным. С другой стороны, наилучшие условия распространения ультразвука создают жидкости любого химического состава, и образования, наполненные жидкостью, визуализируются особенно легко.

При проведении УЗИ необходимо помнить о реверберации — появлении добавочного изображения на расстоянии, вдвое больше от истинного. В основе этого феномена лежит повторное отражение части воспринимаемых волн от поверхности датчика иди от границы полого органа, в результате чего ультразвуковая волна повторно совершает свой путь, что вызывает мнимое отражение. Недооценка этого феномена может привести к серьезным диагностическим ошибкам.

Частота ультразвука, применяемого с диагностической целью, находится в пределах 0,8—7 МГц, причем существует следующая закономерность: чем выше частота ультразвука, тем больше разрешающая способность; усиливается поглощение ультразвука тканями и соответственно падает проникающая способность. С уменьшением частоты ультразвука наблюдается обратная закономерность, поэтому для исследования близко расположенных объектов применяют более высокочастотные датчики (5—7 МГц), а для глубоко расположенных и больших по размерам органов приходится использовать низкочастотные датчики (2,5—3,5 МГц).

УЗИ проводят в затемненной комнате, так как при ярком освещении глаз человека не воспринимает серые тона на телевизионном экране. В зависимости от задач исследования выбирается тот или иной режим работы прибора. Для исключения прослойки воздуха между датчиком и телом больного кожу в области исследования покрывают иммерсионной средой.

В 1794-ом году Спалланцани заметил, что если у летучей мыши заткнуть уши, она теряет ориентировку, он и предположил, что ориентация в пространстве осуществляется посредством излучаемых и воспринимаемых невидимых лучей.

В лабораторных условиях ультразвук впервые получен в 1830-ом году братьями Кюрие. После второй мировой войны Холмэс на основании принципа сонара-прибора, применявшегося в подводном флоте, сконструировал диагностичеcкие установки, получившие распространение в акушерстве, нейрологии и офтальмологии. В последующем совершенствование УЗ- аппаратов привело к тому, что данный метод в настоящее время стал самым распространенным при визуализации паренхиматозных органов. Диагностическая процедура непродолжительна, безболезненна и может многократно повторяться, что позволяет осуществлять контроль за процессом лечения.

Что определяет УЗИ?

Ультразвуковой метод предназначен для дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движения органов и тканей организма, а также для выявления патологических очагов с помощью УЗ-излучения.

Ультразвуковые волны – это механические, продольные колебания среды , с частотой колебаний свыше 20 кГц.

В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения У- звука необходима среда – воздух, жидкость, ткань (он не распространяется в вакууме).

Как и все волны, У-звук характеризуется следующими параметрами:

• Частота — число полных колебаний (циклов) за период времени в 1 сек. Единицами измерения являются герц, килогерц, мегагерц (Гц, кГц, МГц). Один герц-это колебание в 1 сек.
• длина волны — это длина, которую занимает в пространстве одно колебание. Измеряется в метрах, см, мм, и тд.
• Период — это время, необходимое для получения одного полного цикла колебаний (сек, милисек., микросек.).
• Амплитуда (интенсивность – высота волны) – определяет энергетическое состояние.
• Скорость распространения — это скорость, с которой У-волна перемещается в среде.

Частота, период, амплитуда и интенсивность определяется источником звука, а скорость распространения – средой.

Скорость распространения ультразвука определяется плотностью среды. Например, в воздухе скорость составляет 343 м. в сек., в легких – более 400, в воде – 1480, в мягких тканях и паренхиматозных органах от 1540 до 1620 и в костной ткани ультразвук продвигается более 2500 м. в секунду.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях человека составляет 1540 м/с — на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов.

Основой метода является взаимодействие ультразвука с тканями человека, которое слагается из двух составляющих:

Первая — излучение коротких ультразвуковых импульсов, направленное в исследуемые ткани;

Вторая — формирование изображения на основе отраженных тканями сигналов.

Пьезоэлектрический эффект

Для получения ультразвука используются специальные преобразователи — датчики или трансдьюсеры, которые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте . Суть эффекта состоит в том, что подаче электрического напряжения на пьезоэлектрический элемент происходит изменение его формы. При отсутствии электрического тока пьезоэлемент возвращается к исходной форме, а при изменении полярности вновь произойдет изменение формы, но уже в обратном направлении. Если к пьезоэлементу приложить переменный ток, то элемент начнет с высокой частотой колебаться, генерируя ультразвуковые волны.

При прохождении через любую среду будет наблюдаться ослабление ультразвукового сигнала, которое называется импедансом (за счет поглощения энергии средой). Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения ультразвука в ней. Достигнув границы двух сред с различным импедансом происходят следующие изменения: часть УЗ-волн отражается и следует обратно в сторону датчика, а часть продолжает распространяться дальше, чем выше импеданс, тем больше отражается УЗ-волн. Коэффициент отражения также зависит от угла падения волн – прямой угол, дает наибольшее отражение.

(на границе воздух — мягкие ткани происходит практически полное отражение ультразвука, в связи с чем, для улучшения проведения ультразвука в ткани тела человека, используют соединительные среды — гель).

Возвращающиеся сигналы вызывают колебания пьезоэлемента и преобразуются в электрические сигналы – прямой пьезоэлектрический эффект .

В ультразвуковых датчиках применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. Они представляют собой сложные устройства и в зависимости от способа развертки изображения, делятся на датчики для приборов медленного сканирования, как правило одноэлементные и быстрого сканирования в режиме реального времени — механические (многоэлементные) и электронные. В зависимости от формы получаемого изображения различают секторные, линейные и конвексные (выпуклые) датчики. Кроме этого существуют внутриполостные (транспищеводный, трансвагинальный, трансректальный, лапароскопические и внутрипросветные) датчики.

Преимущества приборов быстрого сканирования: возможность оценивать движения органов и структур в реальном времени, значительное сокращение времени на проведение исследования.

Преимущества секторного сканирования:

• большая зона обзора на глубине, позволяющая охватывать весь орган, например, почку или зародыш ребенка;
• возможность сканирования через небольшие «окна прозрачности» для ультразвука, например, в межреберье при сканировании сердца, при обследовании женских половых органов.

Недостатки секторного сканирования:

• наличие «мертвой зоны» 3-4 см от поверхности тела.

Преимущества линейного сканирования:

• незначительная «мертвая зона», что дает возможность дает обследовать приповерхностные органы;
• наличие нескольких фокусов по всей длине луча (так называемая динамическая фокусировка), что обеспечивает высокую четкость и разрешающую способность по всей глубине сканирования.

Недостатки линейного сканирования:

• более узкое поле обзора на глубине по сравнению с секторным сканированием, что не позволяет «видеть» сразу весь орган;
• невозможность сканирования сердца и затрудненное сканирование женских половых органов.

По принципу действия УЗ-датчики делятся на две группы:

• Эхоимпульсные – для определения анатомических структур, их визуализации и измерения.
• Допплеровские – позволяют получать кинематическую характеристику (оценка скорости кровотока в сосудах и сердце).

В основе этой способности лежит эффект Допплера — изменение частоты принимаемого звука при движении крови относительно стенки сосуда. При этом звуковые волны, излучаемые в направлении движения как бы сжимаются, увеличивая частоту звука. Волны, излучаемые в обратном направлении, как бы растягиваются, вызывая уменьшение частоты звука. Сопоставление исходной частоты ультразвука с измененной, позволяет определить доплеровский сдвиг и рассчитать скорость движения крови в просвете сосуда.

Таким образом, импульс УЗ-волн, генерируемый датчиком, распространяется по ткани, и достигнув границы тканей с различной плотностью отражается в сторону трансдьюссера. Полученные электрические сигналы поступают на высокочастотный усилитель, обрабатываются в электронном блоке и отображаются в виде:

• одномерного (в форме кривой) – в виде пиков на прямой, который позволяет оценить расстояние между слоями тканей, например в офтальмологии (А-метод «амплитуда»), либо исследовать движущие объекты, например, сердце (М-метод).
• двухмерного (В-метод, в виде картинки) изображения, что позволяет визуализировать различные паренхиматозные органы и сердечно-сосудистую систему.

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется ультразвук, который излучается трансдьюсером в виде коротких ультразвуковых импульсов (импульсный).

Для характеристики импульсного ультразвука используются дополнительные параметры:

• Частота повторения импульсов (число импульсов, излучаемых в единицу времени — секунду), измеряется в Гц и кГц.
• Продолжительность импульса (временная протяженность одного импульса), измеряется в сек. и микросекундах.
• Интенсивность ультразвука — это отношение мощности волны к площади по которой распределяется ультразвуковой поток. Измеряется в ваттах на квадратный сантиметр и, как правило, не превышает 0,01 Вт/кв.см.

В современных ультразвуковых приборах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 до 15 МГц.

В ультразвуковой диагностике обычно применяют датчики с частотами 2,5; 3,0; 3,5; 5,0; 7,5 мегагерц. Чем ниже частота ультразвук, тем больше глубина его проникновения в ткани, ультразвук с частотой 2,5 МГц проникает до 24 см, 3-3,5 МГц – до 16-18 см; 5,0 МГц – до 9-12 см; 7,5 МГц до 4-5 см. Для исследования сердца применяют частоту – 2,2-5 МГц, в офтальмологии – 10-15 МГц.

Биологическое действие ультразвука

и его безопасность для больного постоянно дискутируется в литературе. Ультразвук может вызвать биологическое действие путем механических и тепловых воздействий. Затухание ультразвукового сигнала происходит из-за поглощения, т.е. превращения энергии ультразвуковой волны в тепло. Нагрев тканей увеличивается с увеличением интенсивности излучаемого ультразвука и его частоты. Ряд авторов отмечают т.н. кавитацию — это образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью. Одной из причин возникновения кавитации может являться ультразвуковая волна.

Исследования, связанные с воздействием ультразвука на клетки, экспериментальные работы на растениях и животных, а также эпидемиологические исследования позволили сделать Американскому институту ультразвука следующее заявление:

«Никогда не сообщалось о подтвержденных биологических эффектах у пациентах или лиц, работающих на приборе, вызванных облучением ультразвуком, интенсивность которого типична для современных ультразвуковых диагностических установок. Хотя существует возможность, что такие биологические эффекты могут быть выявлены в будущем, современные данные указывают, что польза для больного при благоразумном использовании диагностического ультразвука перевешивает потенциальный риск, если таковой вообще существует».

Для исследования каких органов и систем используется УЗ- метод?

• Паренхиматозные органы брюшной полости и забрюшинного пространства, включая и органы малого таза (зародыш и плод).
• Сердечно-сосудистая система.
• Щитовидная и молочные железы.
• Мягкие ткани.
• Мозг новорожденного.

Какие критерии используются при УЗ-исследованиях:

1. КОНТУРЫ – четкие, ровные, неровные.
2. ЭХОСТРУКТУРА:

• Жидкостная;
• Полужидкостная;
• Тканевая – большей или меньшей плотности.

Ультразвуковые методы исследований

1. Понятие УЗ

Ультразвуковые волны - это упругие колебания среды с частотой, лежащей выше диапазона слышимых человеком звуков - выше 20 кГц. Верхним пределом ультразвуковых частот можно считать 1 – 10 ГГц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяются ультразвуковые волны. Они обладают высокой проникающей способностью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимого света. Ультразвуковые волны относятся к числу неионизирующих излучений и в диапазоне, применяемом в диагностике, не вызывают существенных биологических эффектов. По средней интенсивности энергия их не превышает при использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см 2 . Поэтому противопоказаний к исследованию не имеется. Сама процедура ультразвуковой диагностики непродолжительна, безболезненна, может многократно повторяться. Ультразвуковая установка занимает мало места, не требует никакой защиты. Она может быть использована для обследования как стационарных, так и амбулаторных больных.

Таким образом, ультразвуковой метод - это способ дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движений органов и тканей, а также патологических очагов с помощью ультразвукового излучения. Он обеспечивает регистрацию даже незначительных изменений плотности биологических сред. В ближайшие годы он, по всей вероятности, станет основным способом визуализации в диагностической медицине. В силу своей простоты, безвредности и эффективности он, в большинстве случаев, должен применяться на ранних этапах диагностического процесса.

Для генерирования УЗ используются устройства, называемые УЗ-излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, керамический материал на основе титаната бария и др.). На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить, переменное электрическое напряжение от генератора, то пластина благодаря обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствующей частоты.

Наибольший эффект излучения механической волны возникает при выполнении условия резонанса. Так, для пластин толщиной 1 мм резонанс возникает для кварца на частое 2,87 МГц, сегнетовой соли - 1,5 МГц и титаната бария - 2,75 МГц.

Приемник УЗ можно создать на основе пьезоэлектрического эффекта (прямой пьезоэффект). В этом случае под действием механической волны (УЗ-волны) возникает деформация кристалла, которая приводит при пьезоэффекте к генерированию переменного электрического поля; соответствующее электрическое напряжение может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. Рассмотрим этот вопрос. По физической природе УЗ, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны УЗ существенно меньше длины звуковой волны. Дифракция волн существенно зависит от соотношения длины волн и размеров тел, на которых волна дифрагирует. "Непрозрачное" тело размером 1 м не будет препятстствием для звуковой волны с длиной 1,4 м, но станет преградой для УЗ-волны с длиной 1,4 мм, возникнет "УЗ-тень". Это позволяет в некоторых случаях не учитывать дифракцию УЗ-волн, рассматривая при преломлении и отражении эти волны как лучи аналогично преломлению и отражению световых лучей).

Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца - надкостница- кость, на поверхности полых органов и т. д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т. п.(УЗ-локация). При УЗ-локации используют как непрерывное, таки импульсное излучения. В первом-случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдают отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения ультразвука, определяют глубину залегания объекта.

Волновое сопротивление (импеданс) биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха. Поэтому если УЗ-излучатель приложить к телу человека, то УЗ не проникнет внутрь, а будет отражаться из-за тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ-излучателя покрывают слоем масла.

Скорость распространения ультразвуковых воли и их поглощение существенно зависят от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики.

2. Источник и приемник ультразвукового излучения

Ультразвуковую диагностику осуществляют с помощью ультразвуковой установки. Она представляет собой сложное и вместе с тем достаточно портативное устройство, выполняется в виде стационарного или передвижного аппарата. Для генерирования УЗ используют устройства, называемые УЗ-излучателями. Источник и приемник (датчик) ультразвуковых волн в такой установке - пьезокерамическая пластинка (кристалл), размещенная в антенне (звуковом зонде). Эта пластинка - ультразвуковой преобразователь. Переменный электрический ток меняет размеры пластинки, возбуждая тем самым ультразвуковые колебания. Применяемые для диагностики колебания обладают малой длиной волны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направляемый в исследуемую часть тела. Отраженные волны воспринимаются той же пластинкой и преобразуются в электрические сигналы. Последние поступают на высокочастотный усилитель и далее обрабатываются и выдаются пользователю в виде одномерного (в форме кривой) или двухмерного (в форме картинки) изображения. Первое называют эхограммой, а второе - ультрасонограммой (сонограммой) или ультразвуковой сканограммой.

Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели исследования. Для глубоких структур применяют более низкие частоты и наоборот. Например, для изучения сердца используют волны с частотой 2,25-5 МГц, в гинекологии - 3,5-5 МГц, для эхографии глаза - 10-15 МГц. На современных установках эхо- и сонограммы подвергают компьютерному анализу по стандартным программам. Распечатка информации производится в буквенной и цифровой форме, возможна запись на видеоленте, в том числе в цвете.

Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера, работают в режиме импульсной эхолокации: излучается короткий импульс и воспринимается отраженный сигнал. В зависимости от задач исследования употребляют различные виды датчиков. Часть из них предназначена для сканирования с поверхности тела. Другие датчики соединены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполостном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией (эндосонография). Эти датчики, а также зонды, созданные для ультразвуковой локации на операционном столе, допускают стерилизацию.

По принципу действия все ультразвуковые приборы делят на две группы: эхоимпульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для определения анатомических структур, их визуализации и измерения. Приборы второй группы позволяют получать кинематическую характеристику быстро протекающих процессов - кровотока в сосудах, сокращений сердца. Однако такое деление условно. Существуют установки, которые дают возможность одновременно изучать как анатомические, так и функциональные параметры.

3. Объект ультразвукового исследования

Благодаря своей безвредности и простоте ультразвуковой метод может широко применяться при обследовании населения во время диспансеризации. Он незаменим при исследовании детей и беременных. В клинике он используется для выявления патологических изменений у больных людей. Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной и слюнных желез, молочной железы, сердца, почек, беременных со сроком более 20 нед. специальной подготовки не требуется.

Больного исследуют при разном положении тела и разном положении ручного зонда (датчика). При этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями. Меняя положение датчика, он стремится получить возможно полную информацию о состоянии органов. Кожу над исследуемой частью тела смазывают хорошо пропускающим ультразвук средством для лучшего контакта (вазелином или специальным гелем).

Ослабление ультразвука определяется ультразвуковым сопротивлением. Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения в ней ультразвуковой волны. Достигнув границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпевает изменение: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть отражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса соприкасающихся сред. Чем выше различие в импедансе, тем больше отражается волн. Кроме того, степень отражения связана с углом падения волн на граничащую плоскость. Наибольшее отражение возникает при прямом угле падения. Из-за почти полного отражения ультразвуковых волн на границе некоторых сред, при ультразвуковом исследовании приходится сталкиваться со "слепыми" зонами: это - наполненные воздухом легкие, кишечник (при наличии в нем газа), участки тканей, расположенные за костями. На границе мышечной ткани и кости отражается до 40% волн, а на границе мягких тканей и газа - практически 100%, поскольку газ не проводит ультразвуковых волн.

Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики: одномерное исследование (эхография), двухмерное исследование (сканирование, сонография) и допплерография. Все они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов.

1) Эхография одномерная

В свое время термином "эхография" обозначали любое ультразвуковое исследование, но в последние годы им называют главным образом способ одномерного исследования. Различают два его варианта: А-метод и М-метод. При А-методе датчик находится в фиксированном положении для регистрации эхосигнала в направлении излучения. Эхосигналы представляются в одномерном виде, как амплитудные отметки на оси времени. Отсюда, кстати, и название метода. Оно происходит от английского слова amplitude. Иначе говоря, отраженный сигнал образует на экране индикатора фигуру в виде пика на прямой линии. Начальный пик на кривой соответствует моменту генерации ультразвукового импульса. Повторные пики соответствуют эхосигналам от внутренних анатомических структур. Амплитуда отображенного на экране сигнала характеризует величину отражения (зависящую от импеданса), а время задержки относительно начала развертки - глубину залегания неоднородности, т. е. расстояние от поверхности тела до отразивших сигнал тканей. Следовательно, одномерный метод дает информацию о расстояниях между слоями тканей на пути ультразвукового импульса.

А-метод завоевал прочные позиции в диагностике болезней головного мозга, органа зрения, сердца. В клинике нейрохирургии его используют под названием эхоэнцефалографии для определения размеров желудочков мозга и положения срединных диэнцефальных структур. Смещение или исчезновение пика, соответствующего срединным структурам, свидетельствует о наличии патологического очага внутри черепа (опухоль, гематома, абсцесс и др.). Тот же метод под названием "эхоофтальмография" применяют в клинике глазных болезней для изучения структуры глазного яблока, помутнения стекловидного тела, отслойки сетчатки или сосудистой оболочки, для локализации в орбите инородного тела или опухоли. В кардиологической клинике с помощью эхокардиографии оценивают структуру сердца. Но здесь используют разновидность А-метода - М-метод (от англ. motion - движение).

При М-методе датчик тоже находится в фиксированном положении. Амплитуда эхосигнала при регистрации движущегося объекта (сердца, сосуда) меняется. Если смещать эхограмму при каждом последующем зондирующем импульсе на малую величину, то получается изображение в виде кривой, называемое М-эхограммой. Частота посылки ультразвуковых импульсов большая - около 1000 в 1 с, а продолжительность импульса - очень короткая, всего 1 мкс. Таким образом, датчик лишь 0,1% времени работает как излучатель, а 99,9% - как воспринимающее устройство. Принцип М-метода состоит в том, что возникающие в датчике импульсы электрического тока передаются в электронный блок для усиления и обработки, а затем выдаются на электронно-лучевую трубку видеомонитора (эхокардиоскопия) или на регистрирующую систему - самописец (эхокардиография).

2) Ультразвуковое сканирование (сонография)

Ультразвуковое сканирование позволяет получать двухмерное изображение органов. Этот метод известен также под названием В-метод (от англ. bright -яркость). Сущность метода заключается в перемещении ультразвукового пучка по поверхности тела во время исследования. Этим обеспечивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от многих точек объекта. Получаемая серия сигналов служит для формирования изображения. Оно возникает на экране индикатора и может быть зафиксировано на поляроидной бумаге или пленке. Это изображение можно изучать глазом, а можно подвергнуть математической обработке, определяя размеры: площадь, периметр, поверхность и объем исследуемого органа.

При ультразвуковом сканировании яркость каждой светящейся точки на экране индикатора находится в прямой зависимости от интенсивности эхосигнала. Сильный эхосигнал обусловливает на экране яркое светлое пятно, а слабые сигналы - различные серые оттенки, вплоть до черного цвета (система "серой шкалы"). На аппаратах с таким индикатором камни выглядят ярко-белыми, а образования, содержащие жидкость,- черными.

Большинство ультразвуковых установок позволяет производить сканирование пучком волн относительно большого диаметра и с большой частотой кадров в секунду, когда время перемещения ультразвукового луча намного меньше периода движения внутренних органов. Это обеспечивает прямое наблюдение по экрану индикатора за движениями органов (сокращениями и расслаблениями сердца, дыхательными перемещениями органов и т. д.). Про такие исследования говорят, что их проводят в режиме реального времени (исследование "в реальном масштабе времени").

Важнейшим элементом ультразвукового сканера, обеспечивающим режим работы в реальном времени, является блок промежуточной цифровой памяти. В нем ультразвуковое изображение преобразуется в цифровое и накапливается по мере поступления сигналов от датчика. Одновременно осуществляется считывание изображения из памяти специальным устройством и представление его с необходимой скоростью на телеэкране. У промежуточной памяти есть еще одно назначение. Благодаря ей изображение имеет полутоновый характер, такой же как рентгенограмма. Но диапазон градаций серого цвета на рентгенограмме не превышает 15-20, а в ультразвуковой установке достигает 64 уровней. Промежуточная цифровая память позволяет остановить изображение движущегося органа, т. е. сделать "стоп-кадр" и внимательно изучить его на экране телемонитора. При необходимости это изображение можно отснять на фотопленку или поляроидную бумагу. Можно записать движения органа на магнитных носителях- диске или ленте.

3) Допплерография

Допплерография - одна из самых изящных инструментальных методик. Она основана на принципе Допплера. Он гласит: частота эхосигнала, отраженного от движущегося объекта, отличается от частоты излученного сигнала. Источником ультразвуковых волн, как в любой ультразвуковой установке, служит ультразвуковой преобразователь. Он неподвижен и формирует узкий пучок волн, направляемый на исследуемый орган. Если этот орган в процессе наблюдения перемещается, то частота ультразвуковых волн, возвращающихся в преобразователь, отличается от частоты первичных волн. Если объект движется навстречу неподвижному датчику, то он встречает больше ультразвуковых волн за тот же период времени. Если объект удаляется от датчика, то волн меньше.

Допплерография - метод ультразвукового диагностического исследования, основанный на эффекте Допплера. Эффект Допплера - это изменение частоты ультразвуковых волн, воспринимаемых датчиком, происходящее вследствие перемещения исследуемого объекта относительно датчика.

Существует два вида допплерографических исследований -непрерывный и импульсный. При первом генерация ультразвуковых волн осуществляется непрерывно одним пьезокристаллическим элементом, а регистрация отраженных волн выполняется другим. В электронном блоке прибора производится сравнение двух частот ультразвуковых колебаний: направленных на больного и отраженных от него. По сдвигу частот этих колебаний судят о скорости движения анатомических структур. Анализ сдвига частот может производиться акустическим способом или с помощью самописцев.

Непрерывная допплерография - простой и доступный метод исследования. Он наиболее эффективен при высоких скоростях кровотока, которые возникают, например, в местах сужения сосудов. Однако у этого метода имеется существенный недостаток. Изменение частоты отраженного сигнала происходит не только из-за движения крови в исследуемом сосуде, но и из-за любых других движущихся структур, которые встречаются на пути падающей ультразвуковой волны. Таким образом, при непрерывной допплерографии определяется суммарная скорость движения этих объектов.

От указанного недостатка свободна импульсная допплерография. Она позволяет измерять скорость в заданном врачом участке контрольного объема. Размеры этого объема невелики - всего несколько миллиметров в диаметре, а его положение может произвольно устанавливаться врачом в соответствии с конкретной задачей исследования. В некоторых аппаратах скорость кровотока можно определять одновременно в нескольких контрольных объемах - до 10. Такая информация отражает полную картину кровотока в исследуемой зоне тела пациента. Укажем, кстати, что изучение скорости кровотока иногда называют ультразвуковой флюориметрией.

Результаты импульсного допплерографического исследования могут быть представлены врачу тремя способами: в виде количественных показателей скорости кровотока, в виде кривых и аудиально, т. е. тональными сигналами на звуковом выходе. Звуковой выход позволяет на слух дифференцировать однородное, правильное, ламинарное течение крови и вихревой турбулентный кровоток в патологически измененном сосуде. При записи на бумаге ламинарный кровоток характеризуется тонкой кривой, тогда как вихревое течение крови отображается широкой и неоднородной кривой.

Наибольшими возможностями отличаются установки для двухмерной допплерографии в реальном времени. Они обеспечивают выполнение особой методики, которая получила название ангиодинографии. В этих установках путем сложных электронных преобразований добиваются визуализации кровотока в сосудах и в камерах сердца. При этом кровь, движущаяся к датчику, окрашена в красный цвет, а от датчика - в синий. Интенсивность цвета возрастает с увеличением скорости кровотока. Маркированные (кодированные) цветом двухмерные сканограммы получили название ангиодинограмм.

Допплерографию используют в клинике для изучения формы, контуров и просветов кровеносных сосудов. Фиброзная стенка сосуда является хорошим отражателем ультразвуковых волн и поэтому четко видна на сонограммах. Это позволяет обнаружить сужения и тромбоз сосудов, отдельные атеросклеротические бляшки в них, нарушения кровотока, определить состояние коллатерального кровообращения.

Особое значение в последние годы приобретает сочетание сонографии и допплерографии (так называемая дуплексная сонография). При ней получают как изображение сосудов (анатомическая информация), так и запись кривой кровотока в них (физиологическая информация). Возникает возможность прямого неинвазивного исследования для диагностики окклюзионных поражений различных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них. Таким образом следят за кровенаполнением плаценты, сокращениями сердца у плода, за направлением кровотока в камерах сердца, определяют обратный ток крови в системе воротной вены, вычисляют степень стеноза сосуда и т. д.