Ультразвуковое исследование или сокращенно УЗИ представляет собой неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн специальной аппаратуры. Часто используется для выявления камней. Физическая основа УЗИ базируется на пьезоэлектрическом эффекте. При определенной деформации монокристаллов некоторых химических соединений, таких как кварц или титанат бария под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих самых кристаллов возникают противоположные по знаку электрические волны, заряды, которые получили название в науке прямой пьезоэлектрический эффект. После УЗИ Вам выдают протокол ультразвукового исследования.
Если Вы хотите после УЗИ избавить от камней в организме, то Вам нужно читать ЗДЕСЬ. Если Вы хотите убедиться в высокой эффективности инновационных приборов для реального удаления камней, то Вам нужно ознакомиться с материалом ЗДЕСЬ.
При подаче на данные монокристаллы переменного электрического заряда, в самих кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же специальный пьезоэлемент может быть использован попеременно то, как приёмник, то, как источник самих ультразвуковых волн. Эта часть в специальных ультразвуковых аппаратах называется так называемым акустическим преобразователем, а также трансдюсером или попросту датчиком. Подобные колебания заносятся в протокол и таким образом формируется визуальная картинка. Это называется ультразвуковое скрининговое исследование.
Ультразвук и такой метод исследования сам по себе распространяется во многих средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и собственно ультразвуковые, характеризуются прежде всего периодом колебания, то есть временем, за которое молекула, частица совершает одно полное законченное колебание. Ультразвук также характеризуется и частотой, то есть числом колебаний в одну единицу времени. УЗИ характеризуется также и длиной, самим расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения волны, которая зависит главным образом от упругости и плотности исследуемой среды. Длина волны ультразвукового исследования обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн УЗИ, тем выше разрешающая способность самого ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от двух до десяти мегагерц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает от одного до трех миллиметров.
Любая среда, в том числе и ткани человеческого организма, естественно препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным так называемым акустическим сопротивлением, величина которого зависит от плотности и скорости ультразвука. Чем выше данные параметры, тем больше само акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической исследуемой среды обозначается обычно малоизвестным термином импеданс.
Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, технологически созданный пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения. Дело в том, что одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени естественно поглощаясь ею, зато другая попросту отражается. Коэффициент этого отражения зависит от разности совокупности величин акустического сопротивления, которые граничат друг с другом. Необходимо отметить, что чем это различие больше, тем больше и отражение, а значит и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного необходимого сигнала. Таким образом, светлее и ярче такой сигнал будет выглядеть на экране специального аппарата. Полным отражателем и соответственно границей является область между тканями и воздухом.
В простейшем варианте реализации ультразвуковое исследование позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух внутренних тел, основываясь на времени прохождения ультразвуковой волны, отраженной от границы рассматриваемого раздела. Более сложные методы исследования такие, например, как основанные на эффекте Допплера, позволяют врачам определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих эту самую границу.
Такой метод исследования и ультразвуковые колебания при распространении волн подчиняются законам традиционной геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной неизменной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть ультразвуковых лучей отражается, а другая часть в свою очередь преломляется, продолжая прямолинейное распространение в среде. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных исследуемых сред, тем большая часть данных ультразвуковых колебаний отражается.
Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение практически 100 процентов колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента врачам необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль необходимой переходной среды. Отражение зависит от угла падения самого луча. Как известно оно будет наибольшим при перпендикулярном направлении. Также существует и связь частоты ультразвуковых колебаний, так как при более высокой частоте отражается соответственно большая часть.
Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства человека, а также полости малого таза пациента используется по практике частота 2,5-3,5 Мегагерц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 Мегагерц. Особый интерес у специалистов в диагностике вызывает использование эффекта Допплера. Суть данного эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника самого звука. То есть когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала соответственно также изменяется и происходит сдвиг частоты. При наложении первичных и отраженных сигналов возникают так называемые в среде профессионалов биения, которые отчетливо прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.
В связи с тем, что УЗИ представляет собой эффективный метод, с помощью него проводятся исследования органов малого таза, щетовидной железы, брюшной полости, сердца, суставов, почек, печени а также головного мозга. УЗИ применяется также у беременных для исследования матки и плода. При беременности также возможно ультразвуковое исследование молочных желез.
Метод и ультразвуковое исследование представляет собой аппарат с рядом технических компонентов, среди которых можно выделить:
Генератор ультразвуковых волн УЗИ
Генератором ультразвуковых волн является, как правило, передатчик, который одновременно играет роль приемника отраженных от внутренних поверхностей эхосигналов. Такой генератор работает в импульсном режиме, посылая около тысячи импульсов в одну секунду. В промежутках между генерированием подобных ультразвуковых волн так называемый пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.
Ультразвуковой датчик УЗИ
В качестве детектора или специального трансдюсора применяется сложный комбинированный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одном режиме. В данный датчик ультразвукового исследования вмонтирована специальная фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на нужной специалисту глубине.
Виды датчиков УЗИ
Все ультразвуковые датчики делятся по статистике на механические и более современные электронные. В механических датчиках сканирование осуществляется за счет движения самого излучателя и он или вращается или качается. В электронных датчиках развертка производится специальным электронным путем. Недостатками таких механических датчиков являются шум, вибрация, производимые при движении самого излучателя, а также достаточно низкое разрешение. Механические датчики можно сказать морально устарели и в современных сканерах не используются, но применяются все еще широко в устаревшем оборудовании в регионах. Используются в большинстве случаев три типа ультразвукового сканирования: линейное или параллельное, конвексное и так называемое секторное. Соответственно датчики или также трансдюсоры ультразвуковых аппаратов УЗИ называют линейными, конвексными и секторными. Выбор каждого датчика для отдельного исследования больного проводится с учетом глубины и характера положения органа человека.
Линейные датчики УЗИ
Линейные датчики используют частоту 5-15 Мегагерц. Преимуществом каждого линейного датчика является абсолютно полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдюсора на поверхности тела человека. Недостатком же таких датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдюсора к самой коже пациента, что часто приводит к искажениям получаемого изображения по краям картинки. Также данные линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображения именно исследуемой зоны с высокой разрешающей способностью, однако глубина сканирования достаточно мала и составляет, как правило, не более11 сантиметров. Используются они в основном для исследования поверхностно расположенных структур тела человека – щитовидной железы, молочных желез, небольших суставов и мышц, а также для исследования сосудов человека.
Конвексные датчики УЗИ
Конвексный датчик использует частоту 2,5-7,5 Мегагерц. Он имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто в сравнении с прежним экземпляром. Однако при использовании таких конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров, как правило, больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров при исследовании врач обязан учитывать данное несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает уже 20-25 сантиметров. Обычно это преимущество используется для исследования глубоко расположенных органов. Это обычно органы брюшной полости и забрюшинного пространства, а также мочеполовой системы и тазобедренные суставы.
Секторные датчики УЗИ
Секторный датчик работает на частоте 1,5-5 Мегагерц. Он имеет еще большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением при исследовании. Поэтому он используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела больного получить большой обзор на глубине тела. Наиболее целесообразно использование данного секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки скелета человека. Типичным же применением описываемого секторного датчика является эхокардиоскопия, то есть исследование сердца человека.
Метод и методики ультразвукового исследования человека
Отраженные ультразвуковые сигналы поступают в усилитель УЗИ и специальные системы реконструкции аппарата, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения своеобразных срезов тела пациента, имеющие различные оттенки черного и белого цвета. Оптимальным в данном случае является наличие не менее шестидесяти четырех градиентов цвета черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность ультразвуковых сигналов проявляется на экране белым цветом. Их называют эхопозитивные участки. В тоже время минимальная интенсивность появляется в черном цвете и это обычно эхонегативные участки. При негативной регистрации нередко наблюдается обратное положение. Значит, что выбор позитивной или негативной регистрации, в общем – то, не имеет значения. Изображение, получаемое при проведенном исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы самого сканера. Выделяются также некоторые режимы:
режим B УЗИ
Методика этого режима даёт информацию в виде двухмерных серошкальных томографических изображений анатомических структур тела человека в масштабе реального времени, что удобно, и это позволяет оценивать их морфологическое состояние.
режим M УЗИ
Методика данного вида даёт информацию в виде плоского одномерного изображения, где вторая координата заменена временной. По вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до лоцируемой структуры тела человека, а по горизонтальной указывается именно время. Используется режим в основном для исследования сердца больного. Такой режим дает информацию о виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур.
Допплерография при УЗИ
Данная методика основана на использовании именно эффекта Допплера. Сущность такого эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются именно с измененной частотой. Этот сдвиг частоты является пропорциональным скорости движения лоцируемых структур. Если в данном случае движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если же движение идет от данного датчика, то соответственно уменьшается.
Потоковая спектральная допплерография или сокращенно ПСД
ПСД предназначена для оценки кровотока в относительно крупных сосудах у человека и камерах сердца больного. Основным видом диагностической информации в данном случае является спектрографическая запись, представляющая собой своего рода развертку скорости кровотока во времени. На таком построенном графике по вертикальной оси откладывается скорость, а по горизонтальной соответственно время. Сигналы же, отображающиеся выше той самой описанной горизонтальной оси, идут от потока крови, направленного к датчику и ниже от этой оси, то есть от датчика. Помимо скорости и направления кровотока в теле человека, по виду допплеровской спектрограммы можно определить характер потока крови. Это может быть и ламинарный поток, который отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, а также турбулентный, который отображается широкой неоднородной кривой.
Непрерывная или постоянноволновая ПСД при УЗИ
Основана она на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн аппарата УЗИ. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала прибора определяется движением всех структур на пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Недостаток в данном случае выглядит как невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте. Достоинства же представляют собой допуски измерения больших скоростей потоков крови в теле человека.
Импульсная ПСД при УЗИ
Основана она на периодическом излучении серий специальных настроенных импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов крови, последовательно воспринимаются тем же датчиком. В этом режиме фиксируются те сигналы, отраженные только с определенного необходимого расстояния от датчика, которые устанавливаются по усмотрению лечащего врача. Место исследования кровотока в теле человека обычно называют специфически контрольным объемом. Достоинства здесь очевидны и заключаются в возможности оценки кровотока в любой заданной точке при исследовании.
Цветовое допплеровское картирование или сокращенно ЦДК
Основано картирование на кодирование в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты при ультразвуковом исследовании. Данная методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах тела человека. Красный цвет при этом соответствует потоку, идущему в сторону датчика, а синий соответственно от данного датчика. Темные оттенки данных цветов соответствуют низким скоростям, а соответственно светлые оттенки соответствуют высоким. Недостаток в данном случае заключается в невозможности получения изображения самих мелких кровеносных сосудов с маленькой скоростью кровотока тела. Достоинства метода позволяют оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока по ним.
Энергетическая допплерография ЭД при УЗИ
Основана данная методика на анализе амплитуд всех эхосигналов данного допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов крови в заданном объеме. Оттенки цвета здесь будут от темно-оранжевого к желтому. Они несут сведения об интенсивности эхосигнала аппарата. Диагностическое значение рассматриваемой энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации внутренних органов тела и патологических участков больного. Недостаток метода представляет собой невозможность суждения о направлении, характере и скорости кровотока в теле человека. Достоинства метода представляют собой отображение получаемое от всех сосудов, независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды тела очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью кровотока в них.
Трехмерное допплеровское картирование и трехмерная ЭД при УЗИ
Методики, дающие с легкостью новую возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения кровеносных сосудов в режиме реального времени в любом ракурсе. Это позволяет с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами тела человека и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями. В этом режиме используется возможность запоминания до нескольких кадров данного изображения.
После включения такого режима врач исследователь перемещает датчик или изменяет его угловое положение, ни в коем случае не нарушая контакта датчика с телом пациента. При этом в приборе запоминаются последовательно полученные кадры изображения, полученные в разных ракурсах. На основе данных кадров в устройстве обработки системы реконструируется псевдотрехмерное изображение только цветной части изображения, характеризующий кровоток в сосудах тела человека. Это ультразвуковое исследование дает трехмерное изображение сосудов тела человека можно поворачивать и наблюдать с различных сторон.
Недостатком такого способа получения трехмерного изображения при ультразвуковом исследовании является возможность получения больших геометрических искажений из-за того, что трудно обеспечить равномерное перемещение датчика только вручную с нужной скоростью при регистрации необходимой информации. Это метод, позволяющий получать трехмерные изображения необходимых участков без искажений. Называется данный метод методом трехмерной эхографии.
Эхоконтрастирование при УЗИ
Данная методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих химических веществ, содержащих свободные микропузырьки специального газа диаметром менее 5 микрон при их циркуляции не менее пяти минут. В клинической практике, как правило, данная методика используется в двух направлениях.
Динамическая эхоконтрастная ангиография при УЗИ
В данном первом случае существенно улучшается визуализация кровотока тела человека, особенно в мелких глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью кровотока. Также, значительно повышается чувствительность ЦДК и ЭД при использовании данного первого метода. Таким образом, обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов тела человека в режиме реального времени. Далее возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов человека.
Тканевое эхоконтрастирование при УЗИ
В данном втором случае обеспечивается избирательностью включения эхоконтрастных веществ в структуру определенных органов человека. Степень, скорость и накопление эхоконтраста в неизмененных и патологических тканях тела больного совершенно различны, но описаны в практике. Таким образом, появляется возможность оценки перфузии органов больного, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью в теле человека, что способствует повышению точности диагностики и различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей, которые сегодня в связи с неблагоприятной экологической ухудшающейся ситуации становятся нередкими даже у детей. Полученное с помощью аппарата изображение фиксируется на экране монитора УЗИ, а затем регистрируется с помощью принтера.
Терапевтическое применение ультразвука в медицине
Помимо современного и широкого использования в диагностических целях как ультразвуковое исследование, сам по себе ультразвук применяется еще и в медицине как непосредственно как ни странно лечебное средство. Ультразвук обладает рядом действий. Среди них отмечают противовоспалительное, рассасывающее, анальгезирующее, спазмолитическое, кавитационное усиление проницаемости кожных покровов человека.
Фонофорез представляет собой специфический метод, при котором на ткани тела человека действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью специальными лечебными веществами. Это могут быть как медикаменты, так и средства природного происхождения. Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно среди них можно выделить ионы различных минералов бишофита. Необходимо отметить однозначно, что по данным некоторых исследований, ультразвук вызывает изменения в клетках и является небезопасной медицинской процедурой, а его эффективность не превышает 25%.
Первая в истории попытка изготовить фонограммы человеческого тела относится еще к 1942 году. Немецкий ученый Дуссиле использовал ультразвук для освещения пучком человеческого тела и затем измерял интенсивность данного пучка, прошедшего через тело человека. Этот метод получил название методика работы с рентгеновскими лучами Мюльхаузера. В самом начале пятидесятых годов американские ученые Уилд и Хаури впервые и довольно успешно применили ультразвук в клинических условиях. Свои исследования они сосредоточили на мозге, так как диагностика с помощью рентгеновских лучей не только сложна, но и опасна. Получение такой информации с помощью рентгеновских лучей требует около часа времени, что весьма нежелательно при тяжелом состоянии больного.
Ультразвуковое исследование играет важнейшую роль в постановке врачом диагноза заболеваний внутренних органов. Среди таких заболеваний можно отметить заболевания: брюшной полости и забрюшинного пространства. Здесь может быть печень, желчный пузырь и желчевыводящие пути, поджелудочная железа, селезенка и почки. Также органы малого таза, такие как мочеточники, мочевой пузырь и предстательная железа могут быть успешно исследованы ультразвуком.
Ввиду относительно невысокой все же стоимости и достаточно высокой доступности ультразвуковое исследование является широко используемым методом обследования в принципе для любого пациента и позволяет врачу диагностировать достаточно большое количество заболеваний. Среди таких заболеваний есть онкологические заболевания, хронические диффузные изменения во внутренних органах человека. Здесь можно отметить диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, и опять же в почках, а также наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований во внутренних органах тела человека.
Ультразвуковое исследование печени
Ультразвуковое исследование печени по признанию врачей является достаточно высокоинформативным. Специалистом оцениваются размеры печени, её внутренняя структура и однородность, наличие очаговых изменений органа, а также состояние кровотока. Ультразвуковое исследование позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью качественно выявить как диффузные изменения печени, а среди них могут быть жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз, так и очаговые изменения. Ими являются различные жидкостные и опухолевые образования. Обязательно здесь следует добавить, что любые ультразвуковые заключения и исследования такие как исследования печени, так и других органов, необходимо оценивать только вместе с клиническими, анамнестическими полученными данными, а также данными различных дополнительных обследований.
Жёлчный пузырь и желчные протоки человека
Кроме самой печени у человека также оценивается состояние желчного пузыря и желчных протоков. При таком исследовании рассматриваются их размеры, толщина стенок, проходимость, наличие конкрементов, состояние окружающих тканей внутри тела человека. Ультразвуковое исследование позволяет в большинстве случаев определить наличие конкрементов в полости желчного пузыря, что позволяет с точностью определять проблему и выбирать пути ее устранения.
Поджелудочная железа человека
При исследовании поджелудочной железы у пациента врачами оцениваются её размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие различных образований. Качественное ультразвуковое исследование поджелудочной железы часто довольно затруднительно, так как она может частично или же полностью перекрываться газами, находящимися в желудке, в тонком и в толстом кишечнике человека. Наиболее часто выносимое врачами при использовании ультразвуковой диагностики заключение представляет собой диффузные изменения в поджелудочной железе человека. Это заключение может отражать как возрастные изменения, к которым следует относить склеротические изменения, жировую инфильтрацию, так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов по той или иной болезни.
Почки и надпочечники, забрюшинное пространство при использовании УЗИ
Исследование забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудным для любого особенно неопытного врача ввиду особенностей их расположения, сложности строения и многогранности и неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов человека. При исследовании почек всегда необходимо оценивать их количество, расположение, размер, форма, контуры, структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. Ультразвуковое исследование позволяет выявить различные аномалии почек, опять же наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов в самих почках.
Щитовидная железа, исследуемая ультразвуком
В исследовании щитовидной железы человека ультразвуковое исследование является на сегодня ведущим и позволяет определить наличие узлов, кист, изменения размера и структуры самой исследуемой железы.
В силу физических особенностей не все органы человека можно достоверно исследовать данным ультразвуковым методом. Здесь можно привести пример, в котором будут полые органы желудочно-кишечного тракта, которые труднодоступны для исследования из-за содержания в них газа. Тем не менее, такая ультразвуковая диагностика может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. При помощи такого ультразвукового исследования врачам можно обнаружить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если её достаточно много или даже избыток, то это может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.
Кардиология, сосудистая и кардиохирургия
Эхокардиография или еще ЭКГ, а также ЭхоКГ, как правило, представляет собой ультразвуковую диагностику заболеваний сердца человека. В этом исследовании специалистами оцениваются размеры сердца и его отдельных структур. К таким структурам обычно относятся желудочки, предсердия, межжелудочковая перегородка, толщина миокарда желудочков, предсердий и некоторые другие отделы. Также идет оценка наличия и объема жидкости в перикарде, которая представляет собой так называемую сердечную сорочку. Оцениваются, помимо этого, состояние клапанов сердца больного. С помощью специальных расчетов и измерений Эхокардиография позволяет определить массу сердца пациента, его сократительную способность, фракцию выброса и ряд других параметров. Существуют также специальные зонды, которые помогают во время операций на сердце следить за работой важнейшего в этом плане митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием.
Акушерство, гинекология и пренатальная диагностика при ультразвуковом исследовании
Ультразвуковое исследование используется помимо описанных случаев также для изучения внутренних половых органов женщины, состояния беременной матки, анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода при беременности. Этот эффект также широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки, легко регистрируются аппаратурой. На ранней стадии беременности у женщин звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка позднее наполняется жидкостью, она сама начинает проводить данный звук. Положение плаценты у женщины определяется по звукам протекающей через неё крови, а через десять недель с момента образования плода прослушивается биение сердца плода. С помощью ультразвукового исследования можно также помимо прочего определять количество зародышей или констатировать смерть плода.