Выбор УЗИ аппарата

Сегодня я хотел бы рассказать об устройстве и принципах работы современного УЗИ аппарата. Ультразвуковая диагностика давно и прочно вошла в нашу жизнь, и сегодня это одна из самых востребованных процедур как в государственных клиниках, так и на рынке медицинских услуг вцелом.

В одном из следующих постов я расскажу о том, как правильно выбрать УЗИ аппарат для частной практики. Но перед этим я хотел бы рассказать о том, как устроен УЗИ аппарат, и как он работает.

Устройство

Итак, стандартный аппарат ультразвуковой диагностики (или ультразвуковой сканер) состоит из следующих частей:

  • Ультразвуковой датчик – детектор (преобразователь), который получает и передает звуковые волны
  • Центральный процессор (CPU) — компьютер, который производит все расчеты и содержит электрические источники питания
  • Импульсный датчик управления —  изменяет амплитуду, частоту и длительность импульсов, излучаемых преобразователем
  • Дисплей — отображает изображение, сформированное процессором на основе ультразвуковых данных
  • Клавиатура и курсор – служат для ввода и обработки данных
  • Дисковое хранилище устройства (жесткий диск, либо CD/DVD) – служит для хранения полученных изображений
  • Принтер – используется для распечатки изображений

Ультразвуковой датчик является основной частью любого УЗИ аппарата. Он генерирует и воспринимает звуковые волны, используя принцип пьезоэлектрического эффекта, который был открыт Пьером и Жаком Кюри в далеком 1880 году. Датчик преобразователя содержит один или несколько кварцевых кристаллов, которые также называются пьезоэлектрическими кристаллами. Под действием электрического тока эти кристаллы быстро изменяют свою форму и начинают вибрировать, что приводит к возникновению и распространению наружу звуковой волны. И наоборот, когда звуковая волна достигает кварцевые кристаллы они способны испускать электрический ток. Таким образом, одни и те же кристаллы используются для приема и передачи звуковых волн. Также датчик имеет звукопоглощающий слой, которые фильтрует звуковые волны, и акустическую линзу, которая позволяет сфокусироваться на необходимой волне.

Врач УЗИ и пациент

Ультразвуковые датчики бывают самые разные по своей форме и размеру. Форма датчика определяет его поле зрения, а частота излучаемых звуковых волн определяет глубину их проникновения и разрешение получаемого изображения.

Как это все работает?

  1. Ультразвуковой аппарат передает высокочастотные (от 1 до 18 МГц) звуковые импульсы в тело человека с помощью ультразвукового датчика.
  2. Звуковые волны распространяются по тему и достигают границ между тканями  с разным акустическим сопротивлением (например, между жидкостью и мягкой тканью, мягкой тканью и костью). При этом, часть звуковых волн будет отражена обратно к преобразователю, а другая часть – продолжит свой ход  в новой среде. Отраженные волны воспринимаются датчиком.
  3. Данные от ультразвукового датчика передаются в центральный процессор, который является «головным мозгом» аппарата и служит для обработки полученных данных, формирования изображения и его вывода на монитор. Процессор вычисляет расстояние от датчика до ткани или органа используя известную скорость распространения звука в ткани и время, за которое к датчику вернулся отраженный эхо-сигнал (как правило – порядка миллионных долей секунды).

Ультразвуковой датчик передает и принимает миллионы импульсов и эхо-сигналов каждую секунду. Элементы управления датчиком позволяют врачу устанавливать и изменять частоту и длительность ультразвукового импульса, а также режим сканирования устройства.

Режимы работы аппарата УЗИ

Современные УЗИ-аппараты способны работать в нескольких режимах, основными из которых являются следующие:

A-режим (А-mode, от слова “amplitude”)

Амплитуда отраженного ультразвука отображается на экране осциллографа.  В настоящий момент этот режим имеет в основном историческое значение и используется преимущественно в офтальмологии. Естественно, работать в этом режиме способен любой современный УЗИ аппарат.

М-режим

M-режим (от слова «motion»)

Режим позволяет получать изображение структур сердца в движении. Благодаря высокой частоте дискретизации, М-режим является чрезвычайно ценным для точной оценки быстрых движений.

B-режим (от слова «brightness», в эхокардиографии этот режим называется 2D)

Наиболее информативный и интуитивно понятный режим в современном УЗИ аппарате. Амплитуда отраженного ультразвукового сигнала преобразуется в двухмерное полутоновое изображение. Большинство аппаратов используют 256 оттенков серого цвета, что позволяет визуализировать даже очень небольшие изменения в эхогенности.

Скорость обновления картинки на экране в В-режиме обычно составляет не менее 20 кадров в минуту, что создает иллюзию движения.

2D режим

2D-режим применяется для измерения камер сердца, оценки структуры и функции клапанов, глобальной и сегментарной систолической функции желудочков.

D-режим (Доплер-режим)

Этот режим визуализации основан на эффекте Доплера, то есть. изменение частоты (доплеровский сдвиг), вызванных движением источника звука относительно приемника.  В ультразвуковой диагностике используется изменение частоты отраженного сигнала от эритроцитов.  Частота отраженной волны ультразвука увеличивается или уменьшается в соответствии с направлением потока крови по отношению к датчику.

Цветной доплер (Colour flow Doppler imaging, CFI)

Режим позволяет локализовывать кровеносные сосуды (либо отдельные потоки крови, например внутри камер сердца) с определением направления и скорости кровотока.  Потоки крови, идущие по направлению к датчику, изображаются красным цветом. Идущие от датчики – синим. Потоки, идущие перпендикулярно плоскости исследования, будут окрашены в черный цвет. Зоны турбулентного кровотока – в зеленый или белый. Впрочем, большинство аппаратов позволяет  настраивать цвета того или иного потока по своему усмотрению.

Цветной Доплер - www.cardiovascularultrasound.com

Импульсно-волновой доплер (Pulsed Wave Doppler, PW)

Режим позволяет оценить характер кровотока на определенном участке сосуда и визуализировать области ламинарного и турбулентного кровотока. По сравнению с цветным доплером, позволяет точнее определить скорость и направление кровотока.

Основным недостатком метода является неточное определение потоков с высокой скоростью движения, что накладывает определенные ограничения на его применение.

Постоянно-волновой доплер (Continuous Wave Doppler, CWD)

В этом режиме часть одна часть датчика непрерывно передает, а вторая часть – непрерывно принимает допплеровский сигнал вдоль одной линии на 2D изображении. В отличие от импульсно-волнового доплера, этот метод точно определяет потоки с высокой скоростью. Недостаток метода – неспособность точной локализации сигнала.

CWD используется для измерения скорости потоков регургитации через трехстворчатый, легочный, митральный и аортальный клапаны, а также скорость систолического потока через аортальный клапан.

Импульсно-волновой доплер

Тканевый доплер (Tissue Doppler)

Этот режим похож на импульсно-волновой доплер, за исключением того, что используется для измерения скорости движения тканей (которая намного ниже, чем скорость потока крови).  Применяется, в частности, для определения сократительной способности миокарда.

Помимо вышеперечисленных режимов, в последнее время появились дополнительные алгоритмы, позволяющие существенно улучшить качество и разрешение картинки. К таким алгоритмам относятся 3D и 4D режимы, Tissue Harmonic Imaging (THI), а также энергетический доплер (power doppler).  Что ж, пару слов и об этих режимах:

3D режим – формирование объемных трехмерных изображений на основе полученных 2D картинок в разных плоскостях.

4D режим —  это еще более сложна обработка все той же 2D информации, когда процессор формирует изображение из уже готовых 3D картинок. Второе название — “real-time 3D ultrasound” – лучше всего описывает суть этого режима, который позволяет наблюдать за изменением 3D картинки во времени. Фактически, это уже видео изображение.

Tissue Harmonic Imaging (THI) – технология, позволяющая существенно улучшить качество получаемого изображения (актуально у пациентов с повышенным весом).

Энергетический доплер (power doppler) обладает более высокой чувствительностью, по сравнению с цветным доплером и используется для исследования мелких сосудов. Не позволяет определить направление кровотока.

Ну что ж, об устройстве УЗИ аппарата и его принципах работы на сегодня все. Читайте также:

Бизнес-план кабинета УЗИ

Как получить лицензию для частной медицинской практики?