Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
Ультразвуковóе иссле́дование (УЗИ), сонографи́я — неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн.
Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект[2]. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдьюсером (transducer) или датчиком (датчик преобразователя содержит один или множество кварцевых кристаллов, которые также называются пьезоэлементами). Одни и те же кристаллы используются для приема и передачи звуковых волн. Также датчик имеет звукопоглощающий слой, который фильтрует звуковые волны, и акустическую линзу, которая позволяет сфокусироваться на необходимой волне.
Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания — длительностью одного полного цикла упругого колебания среды; 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 её частоте. Чем выше частота волны, тем выше разрешающая способность ультразвукового датчика. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 29 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов может достигать долей мм.
Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости распространения звуковых волн. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «акустический 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 интенсивность зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом[3].
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 Доплера) 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 Доплера. 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.
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.
В качестве детектора или трансдьюсера применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен или тысяч[4][5] мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одинаковом или разных режимах, аналогично цифровым антенным решеткам. В классический датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определённой глубине. За счет цифрового формирования луча в современных датчиках возможна также реализация его динамической фокусировки по глубине с многомерной аподизацией[4][5].
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. Электронные датчики содержат решётки излучателей[4][5], например из 512 или 1024х4 элементов[4][5], обеспечивающих за счет цифрового формирования луча три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдьюсеры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учётом глубины и характера положения органа.
Линейные датчики используют частоту 5-15 МГц. Преимуществом линейного датчика является полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдьюсера на поверхности тела. Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдьюсера к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям. Также линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высокой разрешающей способностью, однако глубина сканирования достаточно мала (не более 11 см). Используются в основном для исследования поверхностно расположенных структур — щитовидной железы, молочных желёз, небольших суставов и мышц, а также для исследования сосудов.
Конвексный датчик использует частоту 1,8-7,5 МГц. Имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 20-25 см. Обычно используется для исследования глубоко расположенных органов: органов брюшной полости и забрюшинного пространства, мочеполовой системы, тазобедренных суставов.
Секторный датчик работает на частоте 1,5-5 МГц. Имеет ещё большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее целесообразно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки. Типичным применением секторного датчика является эхокардиография — исследование сердца.
В отличие от слышимого диапазона, ультразвук заметно ослабляется и искажается тонкими (доли мм) препятствиями, а высокое разрешение сканирования возможно только при минимальных искажениях амплитуды и времени прохождения звука. При простом прикладывании датчика образуется воздушная прослойка постоянно меняющейся толщины и геометрии. Ультразвук отражается от обеих границ прослойки, ослабевая и интерферируя с полезным отражением. Для устранения отражающих границ в месте контакта применяются специальные гели, заполняющие область между датчиком и кожей.
Обычный состав геля: глицерин, натрий тетраборнокислый, сополимер стирола с малеиновым ангидридом, вода очищенная. Например: Air polymer-type A[6].
Отраженные эхосигналы поступают в усилитель и специальные системы реконструкции, после чего появляются на экране монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки серого. При позитивной регистрации максимальная интенсивность эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная — чёрным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение. Выбор позитивной или негативной регистрации определяется личными предпочтениями оператора. Изображение, получаемое при исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы сканера. Выделяют следующие режимы:
Методика основана на использовании эффекта Доплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с изменённой частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур — если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика — уменьшается.
Различают слепую доплерографию (не считается ультразвуковым исследованием, выполняется в составе функциональной диагностики) и B-режимную (современная).
Первый устаревший вариант получил своё название из-за того, что выбор лоцируемого потока (сосуда) происходит на основании установки на приборе глубины сканирования вслепую, то есть прибор имеет только доплеровский режим, без B-режима, таким образом невозможно точно установить из какого именно сосуда получаются спектральные данные.
В современных ультразвуковых сканерах доплерография, как правило, производится в дуплексном или даже триплексном режиме, то есть сначала в В-режиме находится сосуд, потом на нём устанавливается область (контрольный объём) измерения данных соответствующая нужной глубине сканирования и получается спектр потока.
Предназначена для оценки движения подвижных сред. В частности, кровотока в относительно крупных сосудах и камерах сердца, стенок 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 доплеровской спектрограммы можно определить характер потока крови: ламинарный поток отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, турбулентный — широкой неоднородной кривой.
Методика основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Недостаток: невозможность изолированного анализа потоков в строго определённом месте. Достоинства: допускает измерение больших скоростей потоков крови.
Методика базируется на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимаются тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определённого расстояния от датчика, которые устанавливаются по усмотрению врача. Место исследования кровотока называют контрольным объёмом. Достоинства: возможность оценки кровотока в любой заданной точке.
Аналогична импульсной СД, только адаптирована не для кровотока, а для миокарда (стенки сердца).
Основано на кодировании в цвете значения доплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах. Красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий — от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки — высоким. Недостаток: невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с маленькой скоростью кровотока. Достоинства: позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока по ним.
Методика основана на анализе амплитуд всех эхосигналов доплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объёме. Оттенки цвета (от темно-оранжевого к жёлтому) несут сведения об интенсивности эхосигнала. Диагностическое значение энергетической доплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков. Недостаток: невозможно судить о направлении, характере и скорости кровотока. Достоинства: отображение получают все сосуды, независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью кровотока.
Применяются также и комбинированные варианты, в частности ЦДК+ЭД — конвергентная цветовая доплерография.
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. В этом режиме используется возможность запоминания нескольких кадров изображения. После включения режима исследователь перемещает датчик или изменяет его угловое положение, не нарушая контакта датчика с телом пациента. При этом записываются серии двухмерных эхограмм с небольшим шагом (малое расстояние между плоскостями сечения). На основе полученных кадров система реконструирует псевдотрёхмерное[неизвестный термин] изображение только цветной части изображения, характеризующее кровоток в сосудах. Поскольку при этом не строится реальная трехмерная модель объекта, при попытке изменения угла обзора появляются значительные геометрические искажения из-за того, что трудно обеспечить равномерное перемещение датчика вручную с нужной скоростью при регистрации информации. Метод, позволяющий получать трёхмерные изображения без искажений, называется методом трёхмерной эхографии (3D).
Методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих веществ, содержащих свободные микропузырьки газа (диаметром менее 5 мкм при их циркуляции не менее 5 минут). Полученное изображение фиксируется на экране монитора, а затем регистрируется с помощью принтера.
В клинической практике методика используется в двух направлениях.
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.
Обеспечивается избирательностью включения эхоконтрастных веществ в структуру определённых 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[7].
Эхоэнцефалография, как и доплерография, встречается в двух технических решениях: A-режим (в строгом смысле не считается ультразвуковым исследованием, входит в функциональную диагностику и в настоящее время практически не используется) и B-режим, получивший неофициальное название «нейросонография». Так как ультразвук не может эффективно проникать сквозь костную ткань, в том числе кости черепа, нейросонография выполняется только грудным детям через большой родничок.
Так же, 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.
Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких как:
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.
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.
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.
При исследовании поджелудочной железы оцениваются её размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие образований. Качественное УЗИ поджелудочной железы часто довольно затруднительно, так как она может частично или полностью перекрываться газами, находящимися в желудке, тонком и толстом кишечнике. Наиболее часто выносимое врачами ультразвуковой диагностики заключение «диффузные изменения в поджелудочной железе» может отражать как возрастные изменения (склеротические, жировая инфильтрация), так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов.
Исследование забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудным для врача ввиду особенностей их расположения, сложности строения и многогранности и неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов. При исследовании почек оценивается их количество, расположение, размер, форма, контуры, структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. УЗИ позволяет выявить аномалии почек, наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов почек.
В исследовании щитовидной железы ультразвуковое исследование является ведущим и позволяет определить наличие узлов, кист, изменения размера и структуры железы.
Эхокардиография (ЭхоКГ) — это ультразвуковая диагностика заболеваний сердца. В этом исследовании оцениваются размеры сердца и его отдельных структур (желудочки, предсердия, межжелудочковая перегородка, толщина миокарда желудочков, предсердий и т. д.), наличие и объём жидкости в полости перикарда, состояние клапанов сердца, а также, в доплеровском режиме, кровоток в сердце и магистральных сосудах. С помощью специальных расчетов и измерений эхокардиография позволяет определять массу миокарда, сократительную способность сердца (фракцию выброса, сердечный выброс и др.). Обычно ЭхоКГ проводится через грудную клетку (трансторакально), также существует чреспищеводная ЭхоКГ (ЧП-ЭхоКГ), когда специальный эндоскопический датчик помещается в пищевод. ЧП-ЭхоКГ позволяет лучше рассмотреть сердце, так как датчик располагается к сердцу ближе, чем при обычной ЭхоКГ и поэтому становится возможным использовать датчик с более высокой частотой ультразвука, что повышает разрешающую способность изображения. Также существуют специальные высокочастотные интраоперационные датчики, которые помогают во время операций на сердце.
4D-ЭхоКГ представленная на изображении, позволяет получать живое 3D-изображение сердца, то есть в реальном времени, что может быть также полезно, для проведения данной методики требуется специальный 4D-датчик.
Ультразвуковое исследование используется для изучения внутренних половых органов женщины, состояния беременной матки, анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.
Этот эффект широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки, легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты определяется по звукам протекающей через неё крови, а через 9 — 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвукового исследования можно также определять количество зародышей или констатировать смерть плода.
Уже с третьей недели от момента зачатия можно увидеть эхонегативное образование плодного яйца диаметром 5—6 мм в полости матки. С 4—5 недель возможна визуализация эмбриона в виде эхопозитивной полоски размером 6—7 мм. Головка эмбриона становится видимой как отдельное анатомическое образование средним диаметром 10—11 мм на 8—9 неделе[8].
Ультразвуковое исследование в целом считается безопасным способом получения информации[9].
Диагностическое ультразвуковое исследование плода также 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[10]. Несмотря на отсутствие данных о вреде ультразвука для плода, Управление по контролю качества продуктов и лекарств (США) рассматривает рекламу, продажу и аренду ультразвукового оборудования для создания «видео плода на память» как нецелевое, несанкционированное использование медицинского оборудования.
Аппарат ультразвуковой диагностики (УЗ-сканер) — прибор, предназначенный для получения информации о расположении, форме, размере, структуре, кровоснабжении органов и тканей человека и животных[2][4][5].
По форм-фактору УЗ-сканеры можно разделить на стационарные и портативные (переносные)[4][5], к середине 2010-х годов получили распространение мобильные УЗ-сканеры на основе смартфонов и планшетов.
Одним из таких инновационных решений от Philips Healthcare, является мобильный датчик Lumify, который совместим с устройствами на базе Android и iOS[11].
В зависимости от функционального назначения приборы подразделяются на следующие основные типы:
В зависимости от времени получения диагностической информации приборы подразделяют на следующие группы:
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[источник не указан 1014 дней]. 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:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.