Что такое УЗИ — от физики процесса до методов сканирования и расшифровки данных. Ультразвуковые методы исследования. Физические основы ультразвуковой диагностики

Ультразвуковое исследование (УЗИ) – диагностическая методика, основанная на визуализации структур организма с помощью ультразвуковых волн. При этом не нужно нарушать целостность кожи, вводить лишние химические вещества, терпеть боль и дискомфорт, что делает такой метод, как УЗИ, одним из самых распространенных в медицинской практике.

УЗИ или сонография – это такое исследование, которое основано на способности ультразвука по-разному отражаться от объектов с неодинаковой плотностью. Колебания ультразвуковой волны, генерируемой датчиком, передаются на ткани организма и таким образом распространяются на более глубокие структуры. В однородной среде волна распространяется только по прямой. При возникновении на ее пути преграды с иным сопротивлением волна частично отражается от нее и возвращается обратно, улавливаясь датчиком. От воздушных сред ультразвук отражается практически полностью, именно поэтому этот метод бесполезен при диагностике болезней легких. По этой же причине во время проведения УЗ-исследования необходимо наносить на кожу инертный гель. Этот гель убирает воздушный слой между кожей и сканером и улучшает параметры визуализации.

Виды датчиков и режимы сканирования

Основная особенность ультразвукового датчика – это его способность одновременно генерировать и улавливать ультразвук. В зависимости от методики, цели и техники проведения исследования в функциональной диагностике применяют следующие типы датчиков:

• Линейные, которые обеспечивают высокую четкость изображений, но небольшую глубину сканирования. Этот вид датчиков применяется для УЗИ более поверхностных структур: щитовидной, молочной железы, сосудов, объемных образований в подкожной жировой клетчатке.
• Секторные датчики применяют, когда необходимо проведение УЗИ глубинных структур из небольшой доступной площади: обычно это сканирование через межреберные промежутки.
• Конвексные датчики характеризуются значительной глубиной визуализации (около 25 см). Этот вариант широко используется в диагностике заболеваний тазобедренных суставов, органов брюшной полости, малого таза.

В зависимости от применяемых методик и исследуемой зоны датчики бывают следующих форм:

• трансабдоминальные – датчики, которые устанавливаются непосредственно на кожу;
• трансректальные – вводятся в прямую кишку;
• трансвагинальные – во влагалище;
• трансвезикальные – в мочеиспускательный канал.

Особенности визуализации отраженных УЗ-волн зависят от выбранного варианта сканирования. Выделяют 7 основных режимов работы аппаратов УЗИ:

• A-режим показывает одномерную амплитуду колебаний: чем выше амплитуда, тем выше коэффициент отражения. Этот режим применяется только при проведении эхоэнцефалографии (УЗИ головного мозга) и в офтальмологической практике для оценки состояния оболочек и структур глазного яблока.
• M-режим подобен режиму A, но он показывает результат по двум осям: по вертикальной – расстояние до исследуемой области, по горизонтальной – время. Этот режим позволяет провести оценку скорости и амплитуды движения сердечной мышцы.
• B-режим дает двухмерные изображения, на которых разные оттенки серого цвета соответствуют определенной степени отражения эхо-сигнала. С увеличением интенсивности эха изображение становится более светлым (гиперэхогенная структура). Жидкостные образования анэхогенны и визуализируются в черном цвете.
• D-режим есть не что иное, как спектральная доплерография. В основе этого метода лежит эффект Доплера – вариабельность частоты отражения УЗ-волны от движущихся объектов. При перемещении в направлении сканера частота усиливается, в обратном направлении – уменьшается. Этот режим применяется при исследовании кровотока по сосудам, за ориентир берется частота отражения волны от эритроцитов.
• СDК-режим, то есть цветовое доплеровское картирование, кодирует определенным оттенком разнонаправленные потоки. Поток, идущий по направлению к датчику, изображается красным цветом, в противоположную сторону – синим.
• 3D-режим позволяет получить трехмерное изображение. Современные аппараты фиксируют в памяти сразу несколько изображений и на их основании воспроизводят трехмерную картинку. Этот вариант чаще используется при УЗИ плода, а в сочетании с доплеровским картированием – при УЗИ сердца.
• 4D-режим дает возможность увидеть движущееся объемное изображение в режиме реального времени. Применяют этот метод также в кардиологии и акушерстве.

Плюсы и минусы

К плюсам УЗИ-диагностики относятся:

• безболезненность;
• отсутствие травматизации тканей;
• доступность;
• безопасность;
• отсутствие абсолютных противопоказаний;
• возможность переноски аппарата УЗИ, что важно для лежачих больных;
• невысокая стоимость;
• высокая информативность – процедура позволяет оценить размеры и структуру органов и своевременно выявить болезнь.

Тем не менее, УЗИ не лишено недостатков:

• высокая операторо- и аппаратозависимость – интерпретация эхогенной картины в достаточной степени субъективна и зависит от квалификации врача и разрешающей способности аппарата;
• отсутствие системы стандартизованной архивации – пересмотреть результаты УЗИ спустя определенное время после исследования невозможно; даже если остаются сохраненные файлы, не всегда понятно, в каком случае куда был смещен датчик, а это затрудняет интерпретацию результатов;
• недостаточная информативность статичных изображений и снимков, переносимых на пленку.

Области применения

В настоящее время УЗИ является самым распространенным диагностическим методом в медицине. При подозрении на заболевание внутренних органов, сосудов, суставов практически всегда в первую очередь назначают именно этот вариант обследования.

Также значимо применение УЗИ при беременности для определения ее точного срока, особенностей развития плода, количества и качества околоплодных вод, для оценки состояния женской репродуктивной системы.

УЗИ используют в качестве:

• планового обследования;
• экстренной диагностики;
• наблюдения в динамике;
• диагностики во время и после операции;
• контрольного метода при выполнении инвазивных процедур (пункция, биопсия);
• скрининга – профилактического обследования, необходимого для раннего выявления болезни.

Показания и противопоказания

Показанием для проведения УЗ-диагностики служит подозрение на следующие изменения в органах и тканях:

• воспалительный процесс;
• новообразования (опухоли, кисты);
• наличие камней и кальцинатов;
• смещение органа;
• травматические повреждения;
• нарушение функции органа.

Раннее выявление аномалий развития плода – главное, зачем делают УЗИ при беременности.

УЗИ назначают для обследования следующих органов и систем:

• пищеварительная система (поджелудочная железа, паренхима печени, желчевыводящие пути);
• мочеполовая система (патологии половых органов, почек, мочевого пузыря, мочеточников);
• головной мозг;
• глазное яблоко;
• железы внутренней секреции (щитовидная железа, надпочечники);
• костно-мышечный аппарат (суставы, позвоночник);
• сердечно-сосудистая система (при нарушении работы сердечной мышцы и заболеваниях сосудов).

Основное значение УЗИ для медицины заключается в раннем выявлении патологии и, соответственно, в своевременном лечении болезни.

Абсолютных противопоказаний к проведению УЗИ нет. Относительным противопоказанием можно считать кожные заболевания и повреждения в области, куда нужно ставить датчик. Решение о том, можно ли назначать этот метод, принимается в каждой ситуации индивидуально.

Подготовка и ход УЗ-исследования

Специальная подготовка необходима только при отдельных вариантах УЗ-диагностики:

• При трансабдоминальном УЗИ органов малого таза очень важно предварительно наполнить мочевой пузырь, выпив большой объем жидкости.
• Непосредственно перед проведением трансректального УЗИ простаты железы делают клизму.
• Исследование органов брюшной полости и малого таза проводится натощак. За день до него ограничивают употребление продуктов, вызывающих метеоризм. В некоторых случаях, по рекомендации врача, принимают специальные препараты, регулирующие газообразование: эспумизан, мезим, креон. УЗИ Проведение процедуры и расшифровка результатов

Как именно делают УЗИ, зависит от исследуемой области и техники проведения. Обычно обследование проводится лежа. УЗИ почек проводят в положении на боку, а затем стоя для оценки их смещаемости. На кожу наносится инертный гель, по которому скользит датчик. Врач перемещает этот датчик не хаотично, а в строгом порядке, чтобы рассмотреть орган под различными углами.

УЗИ простаты проводится с использованием специального датчика трансректально (через прямую кишку). УЗИ мочевого пузыря может выполняться через мочеиспускательный канал – трансвезикально, сонография органов малого таза – с помощью влагалищного датчика. Возможно также и трансабдоминальное УЗИ женских половых органов, но оно обязательно проводится с наполненным мочевым пузырем.

Структура органа визуализируется на экране монитора в черно-белом варианте, кровоток – в цветном. Результаты заносятся в специальную форму в письменном либо печатном виде. Обычно результат отдают на руки сразу после завершения процедуры, но это зависит от того, как быстро расшифровывается УЗИ.

При проведении УЗИ расшифровка результатов проводится по следующим показателям:

1. Размеры и объем органа. Увеличение или уменьшение обычно является признаком патологии.
2. Структура ткани органа: наличие уплотнений, кист, полостей, кальцинатов. Неоднородная структура может быть признаком воспалительного процесса.
3. Форма органа. Ее изменение может быть признаком воспаления, наличия объемного образования, травматического повреждения.
4. Контуры. В норме визуализируются ровные и четкие контуры органа. Бугристость указывает на наличие объемного образования, размытость контура – на воспалительный процесс.
5. Эхогенность. Поскольку УЗ-методика основана на принципе эхолокации, то это важный оценочный критерий. Гипоэхогенные участки являются признаком скопления жидкости в тканях, гиперэхогенные – плотных включений (кальцинаты, камни).
6. Функциональные показатели работы органа: скорость кровотока, сердечные сокращения.

Иногда назначают повторное УЗИ, чтобы оценить изображение в динамике и получить более полную информацию о течении заболевания.

Ультразвуковое исследование является первым «рубежом обороны» на пути многих заболеваний благодаря доступности и информативности. В ситуациях, когда нужно оценить не только структуру, но и функцию органа, УЗИ даже более предпочтительно, чем МРТ или МСКТ. И конечно, не стоит пренебрегать профилактическими УЗ-обследованиями, которые помогут выявить заболевание на ранней стадии и вовремя начать лечение.

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.

Ультразвуковой метод диагностики - это способ получения медицинского изображения на основе регистрации и компьютерного анализа отраженных от биологических структур ультразвуковых волн, т. е. на основе эффекта эха. Метод нередко называют эхографией. Современные аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ) представляют собой универсальные цифровые системы высокого разрешения с возможностью сканирования во всех режимах (рис. 3.1).

Ультразвук диагностических мощностей практически безвреден. УЗИ не имеет противопоказаний, безопасно, безболезненно, атравматично и необременительно. При необходимости его можно проводить без какой-либо подготовки больных. Ультразвуковую аппаратуру можно доставить в любое функциональное подразделение для обследования нетранспортабельных больных. Большим достоинством, особенно при неясной клинической картине, является возможность одномоментного исследования многих органов. Немаловажна также большая экономичность эхографии: стоимость УЗИ в несколько раз меньше, чем рентгенологических исследований, а тем более компьютерно-томографических и магнитно-резонансных.

Вместе с тем ультразвуковому методу присущи и некоторые недостатки:

Высокая аппарато- и операторозависимость;

Большая субъективность в интерпретации эхографических изображений;

Малая информативность и плохая демонстративность застывших изображений.

УЗИ в настоящее время стало одним из методов, наиболее часто используемых в клинической практике. В распознавании заболеваний многих органов УЗИ может рассматриваться как предпочтительный, первый и основной метод диагностики. В диагностически сложных случаях данные УЗИ позволяет наметить план дальнейшего обследования больных с использованием наиболее эффективных лучевых методов.

ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

Ультразвуком называются звуковые колебания, лежащие выше порога восприятия органом слуха человека, т. е. имеющие частоту более 20 кГц. Физической основой УЗИ является открытый в 1881 г. братьями Кюри пьезоэлектрический эффект. Его практическое применение связано с разработкой российским ученым С. Я. Соколовым ультразвуковой промышленной дефектоскопии (конец 20-х - начало 30-х гг. ХХ века). Первые попытки использования ультразвукового метода для диагностических целей в медицине относятся к концу 30-х гг. ХХ века. Широкое применение УЗИ в клинической практике началось в 1960-х гг.

Сущность пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что при деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварца, титана-та бария, сернистого кадмия и др.), в частности, под воздействием ультразвуковых волн, на поверхностях этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды. Это так называемый прямой пьезоэлектрический эффект (пьезо по-гречески означает давить). Наоборот, при подаче на эти монокристаллы переменного электрического заряда в них возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приемником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и разрежения молекул вещества, которые совершают колебательные движения. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания - временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой - числом колебаний в единицу времени; длиной - расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна ее частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.

Любая среда, в том числе и различные ткани организма, препятствует распространению ультразвука, т. е. обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости ультразвука. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая - отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

МЕТОДИКИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время в клинической практике используются УЗИ в В- и М-режиме и допплерография.

В-режим - это методика, дающая информацию в виде двухмерных серошкальных томографических изображений анатомических структур в масштабе реального времени, что позволяет оценивать их морфологическое состояние. Этот режим является основным, во всех случаях с его использования начинается УЗИ.

В современной ультразвуковой аппаратуре улавливаются самые незначительные различия уровней отраженных эхо-сигналов, которые отображаются множеством оттенков серого цвета. Это дает возможность разграничивать анатомические структуры, даже незначительно отличающиеся друг от друга по акустическому сопротивлению. Чем меньше интенсивность эха, тем темнее изображение, и, наоборот, - чем больше энергия отраженного сигнала, тем изображение светлее.

Биологические структуры могут быть анэхогенными, гипоэхогенныйми, средней эхогенности, гиперэхогенными (рис. 3.2). Анэхогенное изображение (черного цвета) свойственно образованиям, заполненным жидкостью, которая практически не отражает ультразвуковые волны; гипоэхогенное (темно-серого цвета) - тканям со значительной гидрофильностью. Эхопозитивное изображение (серого цвета) дают большинство тканевых структур. Повышенной эхогенностью (светло-серого цвета) обладают плотные биологические ткани. Если ультразвуковые волны полностью отражаются, то объекты выглядят гиперэхогенными (ярко-белыми), а за ними есть так называемая акустическая тень, имеющая вид темной дорожки (см. рис. 3.3).

а б в г д

Рис. 3.2. Шкала уровней эхогенности биологических структур: а - анэхогенный; б - гипоэхогенный; в - средней эхогенности (эхопозитивный); г - повышенной эхогенности; д - гиперэхогенный

Рис. 3.3. Эхограммы почек в продольном сечении с обозначением структур различной

эхогенности: а - анэхогенный дилатированный чашечно-лоханочный комплекс; б - гипоэхогенная паренхима почки; в - паренхима печени средней эхогенности (эхопозитивная); г - почечный синус повышенной эхогенности; д - гиперэхогенный конкремент в лоханочно-мочеточниковом сегменте

Режим реального времени обеспечивает получение на экране монитора «живого» изображения органов и анатомических структур, находящихся в своем естественном функциональном состоянии. Это достигается тем, что современные ультразвуковые аппараты дают множество изображений, следующих друг за другом с интервалом в сотые доли секунды, что в сумме создает постоянно меняющуюся картину, фиксирующую малейшие изменения. Строго говоря, эту методику и в целом ультразвуковой метод следовало бы называть не «эхография», а «эхоскопия».

М-режим - одномерный. В нем одна из двух пространственных координат заменена временной так что по вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до лоцируемой структуры, а по горизонтальной - время. Этот режим используется в основном для исследования сердца. Он дает информацию в виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур (см. рис. 3.4).

Допплерография - это методика, основанная на использовании физического эффекта Допплера (по имени австрийского физика). Сущность этого эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур, причем если их движение направлено в сторону датчика, частота отраженного сигнала увеличивается, и, наоборот, - частота волн, отраженных от удаляющегося объекта, уменьшается. С этим эффектом мы встречаемся постоянно, наблюдая, например, изменение частоты звука от проносящихся мимо машин, поездов, самолетов.

В настоящее время в клинической практике в той или иной степени используются потоковая спектральная допплерография, цветовое допплеровское картирование, энергетический допплер, конвергентный цветовой допплер, трехмерное цветовое допплеровское картирование, трехмерная энергетическая доппле-рография.

Потоковая спектральная допплерография предназначена для оценки кровотока в относительно крупных

Рис. 3.4. М - модальная кривая движения передней створки митрального клапана

сосудах и в камерах сердца. Основным видом диагностической информации является спектрографическая запись, представляющая собой развертку скорости кровотока во времени. На таком графике по вертикальной оси откладывается скорость, а по горизонтальной - время. Сигналы, отображающиеся выше горизонтальной оси, идут от потока крови, направленного к датчику, ниже этой оси - от датчика. Помимо скорости и направления кровотока по виду допплеровской спектрограммы, можно определить и характер потока крови: ламинарный поток отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, турбулентный - широкой неоднородной кривой (рис. 3.5).

Существует два варианта потоковой допплерографии: непрерывная (постоянноволновая) и импульсная.

Непрерывная допплерография основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на всем пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Получаемая информация оказывается, таким образом, суммарной. Невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте является недостатком непрерывной допплерографии. В то же время она обладает и важным достоинством: допускает измерение больших скоростей потоков крови.

Импульсная допплерография основана на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимают-

Рис. 3.5. Допплеровская спектрограмма трансмитрального потока крови

ся тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определенного расстояния от датчика, которое устанавливается по усмотрению врача. Место исследования кровотока называют контрольным объемом (КО). Возможность оценки кровотока в любой заданной точке является главным достоинством импульсной допплерографии.

Цветовое допплеровское картирование основано на кодировании в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах (см. рис. 3.6 на цв. вклейке). Красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий - от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки - высоким. Эта методика позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока. Ограничение методики - невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с малой скоростью кровотока.

Энергетическая допплерография основана на анализе не частотных допплеровских сдвигов, отражающих скорость движения эритроцитов, как при обычном допплеровском картировании, а амплитуд всех эхо-сигналов допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объеме. Результирующее изображение аналогично обычному цветовому допплеровскому картированию, но отличается тем, что отображение получают все сосуды независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью потока крови. Однако по энергетическим допплерограммам невозможно судить ни о направлении, ни о характере, ни о скорости кровотока. Информация ограничивается только самим фактом кровотока и числом сосудов. Оттенки цвета (как правило, с переходом от темно-оранжевого к светло-оранжевому и желтому) несут сведения не о скорости кровотока, а об интенсивности эхосигналов, отраженных движущимися элементами крови (см. рис. 3.7 на цв. вклейке). Диагностическое значение энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков.

Возможности цветового допплеровского картирования и энергетического допплера объединены в методике конвергентной цветовой допплерографии.

Сочетание В-режима с потоковым или энергетическим цветовым картированием обозначается как дуплексное исследование, дающее наибольший объем информации.

Трехмерное допплеровское картирование и трехмерная энергетическая допплерография - это методики, дающие возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения кровеносных сосудов в режиме реального времени в любом ракурсе, что позволяет с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями.

Эхоконтрастирование. Эта методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих веществ, содержащих свободные микропузырьки газа. Для достижения клинически эффективного контрастирования необходимы следующие обязательные условия. При внутривенном введении таких эхоконтрастных средств в артериальное русло могут попасть только те вещества, которые свободно проходят через капилляры малого круга кровообращения, т. е. газовые пузырьки должны быть менее 5 мкм. Вторым обязательным условием является стабильность микропузырьков газа при их циркуляции в общей сосудистой системе не менее 5 мин.

В клинической практике методика эхоконтрастирования используется в двух направлениях. Первое - динамическая эхоконтрастная ангиография. При этом существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью потока крови; значительно повышается чувствительность цветового допплеровского картирования и энергетической допплерографии; обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов в режиме реального времени; возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов. Второе направление - тканевое эхоконтрастирование. Оно обеспечивается тем, что некоторые эхоконтрастные вещества избирательно включаются в структуру определенных органов. При этом степень, скорость и время их накопления в неизмененных и в патологических тканях различны. Таким образом, в целом появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей.

Диагностические возможности ультразвукового метода расширились также благодаря появлению новых технологий получения и постпроцессорной обработки эхографических изображений. К ним, в частности, относятся мультичастотные датчики, технологии формирования широкоформатного, панорамного, трехмерного изображения. Перспективными направлениями дальнейшего развития ультразвукового метода диагностики являются использование матричной технологии сбора и анализа информации о строении биологических структур; создание ультразвуковых аппаратов, дающих изображения полных сечений анатомических областей; спектральный и фазовый анализ отраженных ультразвуковых волн.

КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

УЗИ в настоящее время используется во многих направлениях:

Плановые исследования;

Неотложная диагностика;

Мониторинг;

Интраоперационная диагностика;

Послеоперационные исследования;

Контроль за выполнением диагностических и лечебных инструментальных манипуляций (пункции, биопсии, дренирование и др.);

Скрининг.

Неотложное УЗИ следует считать первым и обязательным методом инструментального обследования больных с острыми хирургическими заболеваниями органов живота и таза. При этом точность диагностики достигает 80%, точность распознавания повреждений паренхиматозных органов - 92%, а выявления жидкости в полости живота (в том числе гемоперитонеу-ма) - 97%.

Мониторинговые УЗИ выполняются многократно с различной периодичностью в течение острого патологического процесса для оценки его динамики, эффективности проводимой терапии, ранней диагностики осложнений.

Целями интраоперационных исследований являются уточнение характера и распространенности патологического процесса, а также контроль за адекватностью и радикальностью оперативного вмешательства.

УЗИ в ранние сроки после операции направлены главным образом на установление причины неблагополучного течения послеоперационного периода.

Ультразвуковой контроль за выполнением инструментальных диагностических и лечебных манипуляций обеспечивает высокую точность проникновения к тем или иным анатомическим структурам или патологическим участкам, что значительно повышает эффективность этих процедур.

Скрининговые УЗИ, т. е. исследования без медицинских показаний, проводятся для раннего выявления заболеваний, которые еще не проявляются клинически. О целесообразности этих исследований свидетельствует, в частности, то, что частота впервые выявленных заболеваний органов живота при скрининговом УЗИ «здоровых» людей достигает 10%. Отличные результаты ранней диагностики злокачественных опухолей дают скрининговые УЗИ молочных желез у женщин старше 40 лет и простаты у мужчин старше 50 лет.

УЗИ могут выполняться путем как наружного, так и интракорпорального сканирования.

Наружное сканирование (с поверхности тела человека) наиболее доступно и совершенно необременительно. Противопоказаний к его проведению нет, имеется только одно общее ограничение - наличие в зоне сканирования раневой поверхности. Для улучшения контакта датчика с кожей, его свободного перемещения по коже и для обеспечения наилучшего проникновения ультразвуковых волн внутрь организма кожу в месте исследования следует обильно смазать специальным гелем. Сканирование объектов, находящихся на различной глубине, следует проводить с определенной частотой излучения. Так, при исследовании поверхностно расположенных органов (щитовидная железа, молочные железы, мягкотканные структуры суставов, яички и пр.) предпочтительна частота 7,5 МГц и выше. Для исследования глубоко расположенных органов используются датчики частотой 3,5 МГц.

Интракорпоральные УЗИ осуществляются путем введения специальных датчиков в организм человека через естественные отверстия (трансректально, трансвагинально, трансэзофагеально, трансуретрально), пункционно в сосуды, через операционные раны, а также эндоскопически. Датчик подводят максимально близко к тому или иному органу. В связи с этим оказывается возможным использование высокочастотных трансдюсеров, благодаря чему резко повышается разрешающая способность метода, появляется возможность высококачественной визуализации мельчайших структур, недоступных при наружном сканировании. Так, например, трансректальное УЗИ по сравнению с наружным сканированием дает важную дополнительную диагностическую информацию в 75% случаев. Выявляемость внутрисердечных тромбов при чреспищеводной эхокардиографии в 2 раза выше, чем при наружном исследовании.

Общие закономерности формирования эхографического серошкального изображения проявляются конкретными картинами, свойственными тому или иному органу, анатомической структуре, патологическому процессу. При этом подлежат оценке их форма, размеры и положение, характер контуров (ровные/неровные, четкие/нечеткие), внутренняя эхоструктура, смещаемость, а для полых органов (желчный и мочевой пузыри), кроме того, состояние стенки (толщина, эхоплотность, эластичность), присутствие в полости патологических включений, прежде всего камней; степень физиологического сокращения.

Кисты, заполненные серозной жидкостью, отображаются в виде округлых однородно анэхогенных (черных) зон, окруженных эхопозитивным (серого цвета) ободком капсулы с ровными четкими контурами. Специфическим эхографическим признаком кист служит эффект дорсального усиления: задняя стенка кисты и находящиеся за ней ткани выглядят более светлыми, чем на остальном протяжении (рис. 3.8).

Полостные образования с патологическим содержимым (абсцессы, туберкулезные каверны) отличаются от кист неровностью контуров и, самое главное, неоднородностью эхонегативной внутренней эхоструктуры.

Воспалительным инфильтратам свойственны неправильная округлая форма, нечеткие контуры, равномерно и умеренно сниженная эхогенность зоны патологического процесса.

Эхографическая картина гематомы паренхиматозных органов зависит от времени, прошедшего с момента травмы. В первые несколько суток она гомогенно эхонегативна. Затем в ней появляются эхопозитивные включения, являющиеся отображением кровяных сгустков, число которых постоянно нарастает. Через 7-8 сут начинается обратный процесс - лизис сгустков крови. Содержимое гематомы вновь становится однородно эхонегативным.

Эхоструктура злокачественных опухолей гетерогенная, с зонами всего спектра

Рис. 3.8. Эхографическое изображение солитарной кисты почки

эхогенности: анэхогенные (кровоизлияния), гипоэхогенные (некроз), эхопозитивные (опухолевая ткань), гиперэхогенные (обызвествления).

Эхографическая картина камней весьма демонстративна: гиперэхогенная (ярко-белая) структура с акустической эхонегативной темной тенью за ней (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Эхографическое изображение камней желчного пузыря

В настоящее время УЗИ доступны практически все анатомические области, органы и анатомические структуры человека, правда, в различной мере. Этот метод является приоритетным в оценке как морфологического, так и функционального состояния сердца. Также высока его информативность в диагностике очаговых заболеваний и повреждений паренхиматозных органов живота, заболеваний желчного пузыря, органов малого таза, наружных мужских половых органов, щитовидной и молочных желез, глаз.

ПОКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ УЗИ

Голова

1. Исследование головного мозга у детей раннего возраста, главным образом при подозрении на врожденное нарушение его развития.

2. Исследование сосудов головного мозга с целью установления причин нарушения мозгового кровообращения и для оценки эффективности выполненных операций на сосудах.

3. Исследование глаз для диагностики различных заболеваний и повреждений (опухоли, отслойка сетчатки, внутриглазные кровоизлияния, инородные тела).

4. Исследование слюнных желез для оценки их морфологического состояния.

5. Интраоперационный контроль тотальности удаления опухолей головного мозга.

Шея

1. Исследование сонных и позвоночных артерий:

Длительные, часто повторяющиеся сильные головные боли;

Часто повторяющиеся обмороки;

Клинические признаки нарушений мозгового кровообращения;

Клинический синдром подключичного обкрадывания (стеноз или окклюзия плечеголовного ствола и подключичной артерии);

Механическая травма (повреждения сосудов, гематомы).

2. Исследование щитовидной железы:

Любые подозрения на ее заболевания;

3. Исследование лимфатических узлов:

Подозрение на их метастатическое поражение при выявленной злокачественной опухоли любого органа;

Лимфомы любой локализации.

4. Неорганные новообразования шеи (опухоли, кисты).

Грудь

1. Исследование сердца:

Диагностика врожденных пороков сердца;

Диагностика приобретенных пороков сердца;

Количественная оценка функционального состояния сердца (глобальной и региональной систолической сократимости, диастолического наполнения);

Оценка морфологического состояния и функции интракардиальных структур;

Выявление и установление степени нарушений внутрисердечной гемодинамики (патологического шунтирования крови, регургитирующих потоков при недостаточности сердечных клапанов);

Диагностика гипертрофической миокардиопатии;

Диагностика внутрисердечных тромбов и опухолей;

Выявление ишемической болезни миокарда;

Определение жидкости в полости перикарда;

Количественная оценка легочной артериальной гипертензии;

Диагностика повреждений сердца при механической травме груди (ушибы, разрывы стенок, перегородок, хорд, створок);

Оценка радикальности и эффективности операций на сердце.

2. Исследование органов дыхания и средостения:

Определение жидкости в плевральных полостях;

Уточнение характера поражений грудной стенки и плевры;

Дифференциация тканевых и кистозных новообразований средостения;

Оценка состояния медиастинальных лимфатических узлов;

Диагностика тромбоэмболии ствола и главных ветвей легочной артерии.

3. Исследование молочных желез:

Уточнение неопределенных рентгенологических данных;

Дифференциация кист и тканевых образований, выявленных при пальпации или рентгеновской маммографии;

Оценка уплотнений в молочной железе неясной этиологии;

Оценка состояния молочных желез при увеличении подмышечных, под- и надключичных лимфатических узлов;

Оценка состояния силиконовых протезов молочных желез;

Пункционная биопсия образований под контролем УЗИ.

Живот

1. Исследование паренхиматозных органов пищеварительной системы (печень, поджелудочная железа):

Диагностика очаговых и диффузных заболеваний (опухоли, кисты, воспалительные процессы);

Диагностика повреждений при механической травме живота;

Выявление метастатического поражения печени при злокачественных опухолях любой локализации;

Диагностика портальной гипертензии.

2. Исследование желчных путей и желчного пузыря:

Диагностика желчнокаменной болезни с оценкой состояния желчных путей и определением в них конкрементов;

Уточнение характера и выраженности морфологических изменений при остром и хроническом холецистите;

Установление природы постхолецистэктомического синдрома.

Ультразвуковое исследование (УЗИ ), сонография - неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Ультразвуковое исследование

✪ Ультразвуковое исследование предстательной железы (эхосемиотика структурных изменений).

✪ Порядок выполнения: ультразвуковое исследование желчного пузыря, часть 1 - введение

✪ ультразвуковое исследование брюшной полости - исследование аорты на конкретном примере

✪ Эхографическая анатомия и техника проведения исследования печени

Субтитры

Физические основы

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая - отражается . Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше интенсивность зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей , а также разницу в плотностях, образующих границу.

Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики . В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).

Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 - 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.

Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Допплера . Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).

При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения , которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.

Составляющие системы ультразвуковой диагностики

Генератор ультразвуковых волн

Генератором ультразвуковых волн является датчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.

Ультразвуковой датчик

В качестве детектора или трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.

Виды датчиков

Все ультразвуковые датчики делятся на механические и электронные. В механических сканирование осуществляется за счет движения излучателя (он или вращается или качается). В электронных развертка производится электронным путём. Недостатками механических датчиков являются шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение. Механические датчики морально устарели и в современных сканерах не используются. Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа.

Линейные датчики

В клинической практике методика используется в двух направлениях.

Динамическая эхоконтрастная ангиография

Существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью кровотока; значительно повышается чувствительность ЦДК и ЭД; обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов в режиме реального времени; возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов.

Тканевое эхоконтрастирование

Обеспечивается избирательностью включения эхоконтрастных веществ в структуру определенных органов. Степень, скорость и накопление эхоконтраста в неизменённых и патологических тканях различны. Появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей.

Применение в медицине

Эхоэнцефалография

Эхоэнцефалография, как и допплерография, встречается в двух технических решениях: A-режим (в строгом смысле не считается ультразвуковым исследованием, а выполняется в составе функциональной диагностики) и B-режим, получивший неофициальное название «нейросонография». Так как ультразвук не может эффективно проникать сквозь костную ткань, в том числе кости черепа, нейросонография выполняется в основном грудным детям через большой родничок) и не применяется для диагностики головного мозга у взрослых. Однако уже разработаны материалы , которые помогут ультразвуку проникать через кости организма.

Применение ультразвука для диагноза при серьёзных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. При использовании переносного зонда можно установить положение срединной линии головного мозга примерно в течение одной минуты. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации ультразвукового эха от границы раздела полушарий.

Офтальмология

Также, как и эхоэнцефалография, существует в двух технических решениях(разные приборы): A-режим (обычно не считается УЗИ) и В-режим.

Ультразвуковые зонды применяются для измерения размеров глаза и определения положения хрусталика.

Внутренние болезни

Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких как:

• брюшная полость и забрюшинное пространство
  • жёлчный пузырь и желчевыводящие пути
• органы малого таза

Ввиду относительно невысокой стоимости и высокой доступности ультразвуковое исследование является широко используемым методом обследования пациента и позволяет диагностировать достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах (диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках и паренхиме почек, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, почках, наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований в органах.

В силу физических особенностей не все органы можно достоверно исследовать ультразвуковым методом, например, полые органы желудочно-кишечного тракта труднодоступны для исследования из-за содержания в них газа. Тем не менее, ультразвуковая диагностика может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. При помощи ультразвукового исследования можно обнаружить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если её достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.

Печень

Ультразвуковое исследование печени является достаточно высокоинформативным. Врачом оцениваются размеры печени, её структура и однородность, наличие очаговых изменений, а также состояние кровотока. УЗИ позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью выявить как диффузные изменения печени (жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз), так и очаговые (жидкостные и опухолевые образования). Обязательно следует добавить, что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать только вместе с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований.

Жёлчный пузырь и жёлчные протоки

Кроме самой печени оценивается состояние жёлчного пузыря и жёлчных протоков - исследуются их размеры, толщина стенок, проходимость, наличие конкрементов, состояние окружающих тканей. УЗИ позволяет в большинстве случаев определить наличие конкрементов в полости желчного пузыря.

Поджелудочная железа

Диагностическое ультразвуковое исследование плода так же в целом рассматривается как безопасный метод для применения в течение беременности. Эта диагностическая процедура должна применяться, только если есть веские медицинские показания, с таким наименьшим возможным сроком воздействия ультразвука, который позволит получить необходимую диагностическую информацию, то есть по принципу минимального допустимого или АЛАРА -принципу.

Отчёт 875 Всемирной организации здравоохранения за 1998 год поддерживает мнение, что ультразвук безвреден . Несмотря на отсутствие данных о вреде ультразвука для плода, Управление по контролю качества продуктов и лекарств (США) рассматривает рекламу, продажу или аренду ультразвукового оборудования для создания «видео плода на память», как нецелевое, несанкционированное использование медицинского оборудования.

Аппарат ультразвуковой диагностики

Аппарат ультразвуковой диагностики (УЗ-сканер) - прибор, предназначенный для получения информации о расположении, форме, размере, структуре, кровоснабжении органов и тканей человека и животных.

По форм-фактору УЗ-сканеры можно разделить на стационарные и портативные (переносные), к середине 2010-х годов получили распространение мобильные УЗ-сканеры на основе смартфонов и планшетов .

Устаревшая классификация аппаратов УЗИ

В зависимости от функционального назначения приборы подразделяются на следующие основные типы:

• ЭТС - эхотомоскопы (приборы, предназначенные, в основном, для исследования плода, органов брюшной полости и малого таза);
• ЭКС - эхокардиоскопы (приборы, предназначенные для исследования сердца);
• ЭЭС - эхоэнцелоскопы (приборы, предназначенные для исследования головного мозга);
• ЭОС - эхоофтальмоскопы (приборы, предназначенные для исследования глаза).

В зависимости от времени получения диагностической информации приборы подразделяют на следующие группы:

• С - статические;
• Д - динамические;
• К - комбинированные.

Классификации аппаратов

Официально аппараты для УЗИ можно разделить по наличию тех или иных режимов сканирования, программ измерений (пакеты, например, кардиопакет - программа для эхокардиографических измерений), высокоплотных датчиков (датчики с большим количеством пьезоэлементов, каналов и соответственно более высокой поперечной разрешающей способностью), дополнительных опций (3D, 4D, 5D, эластография и других).

Под термином «ультразвуковое исследование» в строгом смысле может подразумеваться исследование в B-режиме, в частности, в России это стандартизовано и исследование в A-режиме не считается УЗИ. Приборы старого поколения без B-режима считаются морально устаревшими, но пока используются в рамках функциональной диагностики.

Коммерческая классификация аппаратов УЗИ в основном не имеет чётких критериев и определяется фирмами-производителями и их дилерскими сетями самостоятельно, характерные классы оборудования:

• Начальный класс (В-режим)
• Средний класс (ЦДК)
• Высокий класс
• Премиум-класс
• Экспертный класс

Термины, понятия, сокращения

• Advanced 3D - расширенная программа трёхмерной реконструкции.
• ATO - автоматическая оптимизация изображения, оптимизирует качество изображения нажатием одной кнопки.
• B-Flow - визуализация кровотока непосредственно в В-режиме без использования допплеровских методов.
• Coded Contrast Imaging Option - режим кодированного контрастного изображения, используется при исследовании с контрастными веществами.
• CodeScan - технология усиления слабых эхосигналов и подавления нежелательных частот (шумов, артефактов) путём создания кодированной последовательности импульсов на передаче с возможностью их декодирования на приеме при помощи программируемого цифрового декодера. Эта технология позволяет добиться непревзойденного качества изображения и повышения качества диагностики за счет новых режимов сканирования.
• Color doppler (CFM или CFA) - цветовой допплер (Color Doppler) - выделение на эхограмме цветом (цветное картирование) характера кровотока в области интереса. Кровоток к датчику принято картировать красным цветом, от датчика - синим цветом. Турбулентный кровоток картируется сине-зелено-желтым цветом. Цветовой допплер применяется для исследования кровотока в сосудах, в эхокардиографии. Другие названия технологии - цветное допплеровское картирование (ЦДК), color flow mapping (CFM) и color flow angiography (CFA). Обычно с помощью цветового допплера, меняя положение датчика, находят область интереса (сосуд), затем для количественной оценки используют импульсный допплер. Цветовой и энергетический допплер помогают в дифференциации кист и опухолей, поскольку внутреннее содержимое кисты лишено сосудов и, следовательно, никогда не может иметь цветовых локусов.
• DICOM - возможность передачи «сырых» данных по сети для хранения на серверах и рабочих станциях, распечатки и дальнейшего анализа.
• Easy 3D - режим поверхностной трёхмерной реконструкции с возможностью задания уровня прозрачности.
• M-mode (M-режим) - одномерный режим ультразвукового сканирования (исторически первый ультразвуковой режим), при котором исследуются анатомические структуры в развертке по оси времени, в настоящий момент применяется в эхокардиографии. M-режим используется для оценки размеров и сократительной функции сердца, работы клапанного аппарата. С помощью этого режима можно рассчитать сократительную способность левого и правого желудочков, оценить кинетику их стенок.
• MPEGvue - быстрый доступ к сохранённым цифровым данным и упрощенная процедура переноса изображений и видеоклипов на CD в стандартном формате для последующего просмотра и анализа на компьютере.
• Power doppler - энергетический допплер - качественная оценка низкоскоростного кровотока, применяется при исследовании сети мелких сосудов (щитовидная железа, почки, яичник), вен (печень, яички) и др. Более чувствителен к наличию кровотока, чем цветовой допплер. На эхограмме обычно отображается в оранжевой палитре, более яркие оттенки свидетельствуют о большей скорости кровотока. Главный недостаток - отсутствие информации о направлении кровотока. Использование энергетического допплера в трёхмерном режиме позволяет судить о пространственной структуре кровотока в области сканирования. В эхокардиографии энергетический допплер применяется редко, иногда используется в сочетании с контрастными веществами для изучения перфузии миокарда. Цветовой и энергетический допплер помогают в дифференциации кист и опухолей, поскольку внутреннее содержимое кисты лишено сосудов и, следовательно, никогда не может иметь цветовых локусов.
• Smart Stress - расширенные возможности стресс-эхо исследований. Количественный анализ и возможность сохранения всех настроек сканирования для каждого этапа исследования при визуализации различных сегментов сердца.
• Tissue Harmonic Imaging (THI) - технология выделения гармонической составляющей колебаний внутренних органов, вызванных прохождением сквозь тело базового ультразвукового импульса. Полезным считается сигнал, полученный при вычитании базовой составляющей из отраженного сигнала. Применение 2-й гармоники целесообразно при ультразвуковом сканировании сквозь ткани, интенсивно поглощающие 1-ю (базовую) гармонику. Технология предполагает использование широкополосных датчиков и приемного тракта повышенной чувствительности, улучшается качество изображения, линейное и контрастное разрешение у пациентов с повышенным весом. * Tissue Synchronization Imaging (TSI) - специализированный инструмент для диагностики и оценки сердечных дисфункций.
• Tissue Velocity Imaging , Tissue Doppler Imaging (TDI) - тканевой допплер - картирование движения тканей, применяется в режимах ТСД и ТЦДК (тканевой спектральной и цветной допплерографии) в эхокардиографии для оценки сократительной способности миокарда. Изучая направления движения стенок левого и правого желудочков в систолу и диастолу тканевого допплера, можно обнаружить скрытые зоны нарушения локальной сократимости.
• TruAccess - подход к получению изображений, основанный на возможности доступа к «сырым» ультразвуковым данным.
• TruSpeed - уникальный набор программных и аппаратных компонентов для обработки ультразвуковых данных, обеспечивающий идеальное качество изображения и высочайшую скорость обработки данных во всех режимах сканирования.
• Virtual Convex - расширенное конвексное изображение при использовании линейных и секторных датчиков.
• VScan - визуализация и квантификация движения миокарда.
• Импульсный допплер (PW, HFPW) - импульсный допплер (Pulsed Wave или PW) применяется для количественной оценки кровотока в сосудах. На временной развертке по вертикали отображается скорость потока в исследуемой точке. Потоки, которые двигаются к датчику, отображаются выше базовой линии, обратный кровоток (от датчика) - ниже. Максимальная скорость потока зависит от глубины сканирования, частоты импульсов и имеет ограничение (около 2,5 м/с при диагностике сердца). Высокочастотный импульсный допплер (HFPW - high frequency pulsed wave) позволяет регистрировать скорости потока большей скорости, однако тоже имеет ограничение, связанное с искажением допплеровского спектра.
• Постоянно-волновой допплер - постоянно-волновой допплер (Continuous Wave Doppler или CW) применяется для количественной оценки кровотока в сосудах c высокоскоростными потоками. Недостаток метода состоит в том, что регистрируются потоки по всей глубине сканирования. В эхокардиографии с помощью постоянно-волнового допплера можно произвести расчеты давления в полостях сердца и магистральных сосудах в ту или иную фазу сердечного цикла, рассчитать степень значимости стеноза и т. д. Основным уравнением CW является уравнение Бернулли, позволяющее рассчитать разницу давления или градиент давления. С помощью уравнения можно измерить разницу давления между камерами в норме и при наличии патологического, высокоскоростного кровотока.

Ультразвук в медицине

Методы ультразвуковой диагностики

4.2.1. Эхография

4.2.2. Доплерография

4.2.3. Методы получения изображения

Использование ультразвуковых методов диагностики в практической медицине

4.3.1. Измерение скорости кровотока

4.3.2. Ультразвуковая диагностика нарушений мозгового кровообращения

4.3.3. Эхоэнцефалография

4.3.4. Ультразвуковая диагностика некоторых внутренних органов

4.3.5. Ультразвуковая диагностика в кардиологии

4.3.6. Ультразвуковая диагностика в педиатрии

4.3.7. Ультразвуковая диагностика в гинекологии и акушерстве

4.3.8. Ультразвуковая диагностика в эндокринологии

4.3.9. Ультразвуковая диагностика в офтальмологии

4.3.10. Преимущества и недостатки ультразвуковой диагностики

Ультразвук в медицине

Ультразвук в медицинской практике находит исключительно широкое применение. Он используется в диагностике (энцефалография, кардиография, остеоденситометрия и др.), лечении (дробление камней, фонофорез, акупунктура и др.), приготовлении лекарств, очистка и стерилизации инструмента и препаратов.

УЗ используется в кардиологии, хирургии, стоматологии, урологии, акушерстве, гинекологии, педиатрии, офтальмологии абдоминальной патологии и других областях медицинской практики.

Ультразвуковые методы диагностики.

В ультразвуковой диагностике используется как отражение волн (эхо) от неподвижных объектов (частота волны не изменяется), так и отражение от подвижных объектов (частота волны изменяется – эффект Доплера).

Поэтому ультразвуковые диагностические методы делятся на эхографические и доплерографические.

Ультразвуковое просвечивание основано на различном поглощении ультразвука разными тканями организма. При исследовании внутреннего органа в него направляют ультразвуковую волну определенной интенсивности и регистрируют интенсивность прошедшего сигнала датчиком, расположенным по другую сторону органа. По степени изменения интенсивности воспроизводится картина внутреннего строения органа.

Эхография

Эхография - это метод исследования структуры и функции органов и получения изображения среза органов, соответствующего их реальным размерам и состоянию.

В эхографии различают эхолокацию и ультразвуковое сканирование.

Эхолокация - это метод регистрации интенсивности отражённого сигнала (эхо) от границы раздела фаз.

Общие принципы формирования эхосигналов от границ исследуемых тканей и органов схожи с известными принципами радиолокации и гидролокации. Исследуемый объект облучается короткими УЗ импульсами, энергия которых сконцентрирована вдоль узкого луча.

Импульс, распространяясь в среде от источника УЗ, дойдя до границы раздела сред с разными волновыми сопротивлениями Z, отражается от границы и попадает на приёмник УЗ (датчик). Энергия отраженного импульса тем больше, чем больше разность волновых сопротивлений этих сред. Зная скорость распространения УЗ импульса (в биологических тканях, в среднем, 1540 м/с) и время, за которое импульс прошел расстояние до границы сред и обратно, можно вычислить расстояние d от источника УЗ до этой границы:

Это соотношение лежит в основе УЗ визуализации объектов при эхолокации.

Перемещение датчика позволяет выявить размеры, форму и расположение исследуемого объекта.

Фактически скорость УЗ варьируется для различных тканей в пределах +- 5%. Поэтому, с точностью 5% можно определять расстояния до границ объекта и с точностью 10% протяжённость исследуемого объекта вдоль луча.

При эхолокации излучаются только короткие импульсы. В медицинской УЗИ аппаратуре генератор УЗ работает в импульсном режиме с частотой 2,5 - 4,5 МГц.

Например, в эхокардиографии используют ультразвуковые импульсы длительностью около 1 микросекунды. Датчик работает в режиме излучения менее 0,1% времени, а остальное время (99,9%) в режиме приёма. При этом пациент получает минимальные дозы УЗ облучения, обеспечивающие безопасный уровень воздействия на ткани.

К важным преимуществам эхографии следует отнести ее неионизирующую природу и низкую интенсивность используемой энергии. Безопасность метода определяется также краткостью воздействия. Как уже отмечалось, ультразвуковые проебразователи работают в режиме излучения только 0,1 -0,14 времени цикла. В связи с этим при обычном обследовании фактически время облучения составляет около 1 с. К этому необходимо добавить, что до 50% энергии ультразвуковых волн, затухая, не достигает исследуемого объекта.

Ультразвуковое сканирование

Для получения изображения органов используется ультразвуковое сканирование .

Сканирование – перемещение ультразвукового пучка направленного на объект во время исследования. Сканирование обеспечивает регистрацию сигналов последовательно от разных точек объекта; изображение возникает на экране монитора и регистрируется в памяти прибора и может быть воспроизведено на фотобумаге или пленке. Изображение можно подвергать математической обработке, измеряя, в частности, величину разных элементов объекта. Яркость каждой точки на экране находится в прямой зависимости от интенсивности эхо-сигнала. Изображение на экране монитора представлено обычно 16-ю оттенками серого цвета или цветной палитрой, отражающими акустическую структуру тканей.

В ультразвуковой диагностике используется три типа сканирования: параллельное (параллельное распространение УЗ волн), секторное (распространение УЗ волн в виде расходящегося пучка) и сложное (при движении или покачивании датчика).

Параллельное сканирование

Параллельное сканирование осуществляется с использованием многокристаллических датчиков, обеспечивающих параллельное распространение УЗ колебаний. При исследовании органов брюшной полости быстрее осуществляется поиск необходимых анатомических ориентиров. Такой вид сканирования обеспечивает видение широкого обзорного поля в близкой зоне и высокой плотности акустических линий в дальней зоне.

Секторное сканирование

Секторное сканирование обеспечивает преимущество малой площади контакта с объектом, когда ограничен доступ в исследуемую зону (глаза, сердца, мозга через родничок). Секторное сканирование обеспечивает широкое обзорное поле в дальней зоне.

Выпукло секторное сканирование

Выпукло секторное сканирование, являющееся разновидностью секторного, отличается тем, что кристаллы датчика скомпонованы на выпуклой поверхности. Это обеспечивает широкое обзорное поле, при сохранении хорошего обзорного поля в ближней зоне.

Сложное сканирование

Сложное сканирование осуществляется при движении датчика в направлении, перпендикулярном линии распространения УЗ луча. Поскольку датчик находится в постоянном движении, а экран имеет длительное послесвечение, отражённые импульсы сливаются, формируя изображение сечения обследуемого органа на заданной глубине. При сложном сканировании датчик фиксируют на специальном штативе. Кроме движения датчика по поверхности, осуществляется его покачивание на определенный угол вокруг его оси. При этом обеспечивается увеличение количества воспринимаемой отражённой энергии.

ДОПЛЕРОГРАФИЯ

Доплерография представляет собой метод диагностики, основанный на эффекте Доплера.

Эффект Доплера

В 1842 г. ДОПЛЕР (Допплер - Doppler) Кристиан, австрийский физик и астроном, указал на существование эффекта, названного позже его именем.

Эффект Доплера представляет изменение частоты волны, излучённой источником, при движении источника или приёмника относительно среды в которой распространяется волна.

В доплерографии это выражается в изменении частоты УЗ волн излучённых неподвижным источником при отражении от движущихся объектов и принятых неподвижным приёмником.

Если генератор излучает ультразвук с частотой ע Г, а изучаемый объект движется со скоростью V, то, частота УЗ ע П зарегистрированная приёмником (датчиком) может быть найдена по формуле:

где V - скорость тела в среде,

С - скорость распространения УЗ волны в среде.

Разность частот волн, излучаемых генератором и воспринимаемых приёмником, עд называется доплеровским сдвигом частоты. В медицинских исследованиях доплеровский сдвиг частот рассчитывается по формуле:

где V - скорость движения объекта, С - скорость распространения УЗ в среде, ע Г - исходная частота генератора.

По сдвигу частоты определяется скорость движения исследуемого объекта.

При Доплеровских методах используют как непрерывное излучение, так и импульсные сигналы.

В непрерывном режиме одновременно работают источник и приёмник излучения. Полученный сигнал обрабатывается и определяется скорость движения объекта.

В импульсном режиме также используется один датчик на излучение и приём. Он периодически короткое время работает как излучатель, а в промежутках между излучением, как приемник. Пространственное разрешение достигается благодаря излучению коротких УЗ импульсов.

Доплерография эффективно используется в диагностике кровотока и сердца. При этом определяется зависимость изменения частоты пришедшего сигнала от скорости движения эритроцитов или подвижных тканей сердца.

Если скорость объекта v об много меньше скорости УЗ волны v уз, то доплеровский сдвиг частоты F относительно частоты исходной волны f запишется в виде:

F= 2fcosθ v об. /v уз.

Здесь θ – угол между направлением потока и направлением УЗ луча (Рис. 23).

Удвоение сдвига частоты получается из-за того, что объекты сперва играют роль движущихся приемников, а затем движущихся излучателей.

Из приведенной формулы также следует, что если объекты движутся навстречу датчикам, то F>0, если от датчиков, то F<0.

Если измерить F, то, зная угол θ, можно определить скорость движения объекта.

К примеру, если скорость УЗ в ткани равна 1540 м/с, а частота УЗ зондирующего сигнала 5-10 МГц, то скорость кровотока может составлять 1-100 см/с, а доплеровский сдвиг частоты будет составлять 10 2 -10 4 Гц, т.е. доплеровский сдвиг частот будет проявляться в звуковом диапазоне частот.

Метод доплерографии используются также для исследования магистральных сосудов головы (транскраниальная доплерография).