Какие приемники и источники ультразвука вы знаете. Ультразвук: источники, приемники и применение в современной медицине и технике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое ультразвук и как он генерируется. Какие бывают источники и приемники ультразвуковых волн. Каковы основные свойства и характеристики ультразвука. Где и как применяется ультразвук в медицине, промышленности и других областях.

Содержание

Что такое ультразвук и его основные характеристики

Ультразвук представляет собой упругие механические колебания с частотой свыше 20 кГц, которые не воспринимаются человеческим ухом. Основные характеристики ультразвуковых волн включают:

Частота — от 20 кГц до 1 ГГц и выше
Длина волны — от нескольких сантиметров до долей микрона
Скорость распространения — зависит от среды, в среднем около 1500 м/с
Интенсивность — может достигать сотен Вт/см²
Направленность — возможность формирования узконаправленных пучков

Ультразвук обладает рядом важных свойств, которые определяют его широкое применение:

Высокая проникающая способность в различные среды
Малая длина волны, позволяющая обнаруживать мелкие неоднородности

Способность переносить значительную энергию
Возможность фокусировки в малые объемы

Источники ультразвуковых колебаний

Для генерации ультразвуковых волн используются различные физические принципы и устройства:

Механические источники

К механическим источникам ультразвука относятся:

Свистки и сирены — создают ультразвук за счет периодического прерывания струи газа или жидкости
Гидродинамические излучатели — генерируют ультразвук при обтекании жидкостью препятствий
Механические вибраторы — используют механический резонанс упругих тел

Пьезоэлектрические преобразователи

Основаны на обратном пьезоэлектрическом эффекте — деформации кристалла под действием электрического поля. Наиболее распространенные источники ультразвука в современной технике.

Магнитострикционные преобразователи

Используют явление магнитострикции — изменения размеров ферромагнетика при намагничивании. Применяются для генерации мощного низкочастотного ультразвука.

Приемники ультразвуковых колебаний

Для регистрации и измерения параметров ультразвуковых волн применяются следующие типы приемников:

Пьезоэлектрические преобразователи — работают на прямом пьезоэффекте
Емкостные приемники — основаны на изменении емкости конденсатора
Тепловые приемники — регистрируют тепловой эффект ультразвука
Оптические методы — используют дифракцию света на ультразвуковой волне

Выбор типа приемника зависит от частоты, интенсивности ультразвука и условий измерений.

Применение ультразвука в медицине

Ультразвук нашел широкое применение в различных областях медицины:

Ультразвуковая диагностика

Ультразвуковое исследование (УЗИ) позволяет неинвазивно визуализировать внутренние органы и ткани. Используется для:

Исследования органов брюшной полости и малого таза

Эхокардиографии сердца
Диагностики сосудистых заболеваний
Акушерства и гинекологии

Ультразвуковая хирургия

Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук применяется для:

Разрушения опухолей и новообразований
Дробления камней в почках и желчном пузыре
Остановки кровотечений

Ультразвуковая терапия

Лечебное воздействие ультразвука используется при:

Заболеваниях опорно-двигательного аппарата
Неврологических расстройствах
Гинекологических заболеваниях

Промышленное применение ультразвука

В промышленности ультразвук применяется для решения различных технологических задач:

Ультразвуковая дефектоскопия

Метод неразрушающего контроля качества материалов и изделий, основанный на регистрации отражений ультразвука от дефектов. Позволяет выявлять:

Трещины и раковины в металлах
Расслоения в композитных материалах

Дефекты сварных швов

Ультразвуковая очистка

Эффективный способ очистки поверхностей и изделий сложной формы за счет кавитации в жидкости. Применяется для:

Очистки деталей от загрязнений
Стерилизации медицинских инструментов
Обезжиривания поверхностей

Ультразвуковая сварка

Технология соединения материалов с помощью ультразвуковых колебаний. Используется для сварки:

Пластмасс
Цветных металлов
Разнородных материалов

Применение ультразвука в других областях

Ультразвуковые технологии находят применение во многих сферах:

Эхолокация и гидролокация
Измерение расстояний и уровней жидкостей
Обработка и гомогенизация материалов
Ускорение химических реакций
Отпугивание животных и насекомых

Перспективы развития ультразвуковых технологий

Основные направления совершенствования ультразвуковой техники включают:

Повышение частоты и мощности излучателей

Улучшение качества и разрешения ультразвуковой визуализации
Создание новых типов преобразователей
Разработку методов фокусировки и управления ультразвуковыми пучками
Расширение областей применения ультразвука

Дальнейшее развитие ультразвуковых технологий открывает широкие перспективы для создания новых эффективных методов диагностики, терапии и промышленной обработки материалов.

Вопрос 5. Ультразвук. Источники и приемники ультразвуковых волн. Применение ультразвука.

Ультразвук – упругие волны с частотами от 20 кГц до 1 ГГц. Ультразвук (УЗ) подразделяют на три диапазона: УЗ низких частот

(до 10⁵Гц), УЗ средних частот (10⁵ – 10⁷) Гц, УЗ высоких частот (10⁷ – 10⁹) Гц. Каждый из этих диапазонов характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приема, распространения и применения. Длина волны УЗ высокой частоты в воздухе составляет (3,4·10

-5 — 3,4·10^-7) м, что значительно меньше длины волны звуковых волн. Из-за малых длин волн УЗ, как и свет, может распространяться в виде строго направленных пучков большой интенсивности.

УЗ в газах, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуханием. Жидкости и твердые тела (в особенности монокристаллы) представляют собой хорошие проводники УЗ, затухание в них значительно меньше. В воздухе и газах применяют только УЗ низких частот, для которых затухание меньше.

Устройства для генерации УЗ разделяют на две группы – механические и электромеханические.

Механические излучатели УЗ – воздушные и жидкостные свистки и сирены, они отличаются простотой устройства и эксплуатации, не требуют электрической энергии высокой частоты. Их недостаток – широкий спектр излучаемых частот и нестабильность частоты и амплитуды, что не позволяет использовать их для контрольно-измерительных целей; они применяются главным образом в промышленной ультрозвуковой технологии и частично – как средства сигнализации.

Основными излучателями УЗ являются электромеханические системы, преобразующие электрические колебания в механические, которые используют в основном два явления: пьезоэлектрический эффект и магнитострикцию.

Обратный пьезоэлектрический эффект – это возникновение деформации под действием электрического поля. Он может быть реализован в вырезанной определенным образом кварцевой пластине или пластине титаната бария. Если такую пластину поместить в высокочастотное переменное электрическое поле, то можно вызвать ее вынужденные колебания. Для увеличения амплитуды колебаний и излучаемой в среду мощности, как правило, применяются резонансные колебания пьезоэлектрических элементов (пластин) на их собственной частоте. Предельные интенсивности излучения УЗ определяются прочностными свойствами материала излучателей. Для получения очень больших интенсивностей ультразвука используют его фокусировку с помощью параболоида.

Магнитострикция – это возникновение деформации в ферромагнетиках под действием магнитного поля. В ферромагнитном стержне (никель, железо и др.), помещенном в быстропеременное магнитное поле возбуждаются механические колебания, амплитуда которых максимальна в случае резонанса.

Приемники УЗ. Вследствие обратимости пьезоэффекта пьезоэлектрические преобразователи используются и для приема УЗ. Ультразвуковые колебания, воздействуя на кварц, вызывают в нем упругие колебания, в результате чего на противоположных поверхностях кварцевой пластины возникают электрические заряды, которые измеряются электроизмерительными приборами.

Применение УЗ. УЗ широко используется в технике, например для направленной подводной сигнализации, обнаружения подводных предметов и определения глубин (гидролокатор, эхолот). Принцип локации: посылается импульс УЗ и регистрируется время t до его возвращения после отражения от предмета, тогда расстояние L до предмета определяется выражением:

L = Vt/2.

По данным измерения поглощения УЗ можно осуществлять контроль за протеканием технологических процессов (контроль состава жидкостей, концентрации газов и т.д.). Используя отражение УЗ на границе различных сред, с помощью ультразвуковых приборов измеряют размеры изделий (ультразвуковые толщиномеры), определяют уровни жидкостей в емкостях, недоступных для прямого измерения.

УЗ используется в дефектоскопии для неразрушающего контроля изделий из твердых материалов (рельс, крупных отливок, качества проката и т.д.). Отдельно следует отметить, что при помощи УЗ осуществляется звуковое видение: преобразуя ультразвуковые колебания в электрические, а последние в световые, оказывается возможным увидеть те или иные предметы в непрозрачной для света среде (например, УЗИ брюшной полости, сердца, глаза и т.д.). УЗ применяют для воздействия на различные процессы (кристаллизацию, диффузию, тепло- и массообмен в металлургии и т.д.), для воздействия на биологические объекты, для изучения физических свойств веществ (поглощения, структуры вещества и т.д.). УЗ широко применяют в медицине: ультразвуковая хирургия, микромассаж тканей, диагностика.

Контрольные вопросы:

Как объяснить распространение колебаний в упругой среде? Что такое упругая волна?

2. Что называется поперечной волной? продольной? Когда они возникают?

3. Что такое волновой фронт? волновая поверхность?

4. Что называется длиной волны? Какова связь между длиной волны, скоростью и периодом?

5. Какая волна является бегущей, гармонической, плоской, Каковы их уравнения?

6. Что такое волновое число, фазовая и групповая скорости?

7. В чем заключается физический смысл вектора Умова?

8. Всегда ли сохраняется энергия при интерференции двух волн?

9. Две когерентные волны, распространяющиеся навстречу друг

другу, отличаются амплитудами. Образуют ли они стоячую волну?

10. Чем стоячая волна отличается от бегущей?

11. Какое расстояние между двумя соседними узлами стоячей волны? двумя соседними пучностями? соседними пучностью и узлом?

12. Что такое звуковые волны? Звуковые волны в воздухе – продольные или поперечные?

13. Может ли звук распространяться в вакууме?

14. Что такое эффект Доплера? Чему будет равна частота колебаний, воспринимаемых покоящимся приемником, если источник колебаний от него удаляется?

15. Как определить частоту звука, воспринимаемую приемником,

если источник звука и приемник движутся?

16. Что такое двойной эффект Доплера?

23) Ультразвук. Источники и приемники ультразвука, его основные свойства. Ультразвуковая эхолокация.

Ультразвуком (УЗ)называют механические колебания и волны с частотами более 16-20 кГц.

Нижняя граница области ультразвуковых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной, поскольку верхняя граница слухового восприятия человека имеет значительный разброс для различных индивидуумов. Верхняя граница ультразвуковых частот обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь в материальной среде, т. е. при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. В газах граничная частота~10⁹ Гц, в жидкостях и твердых телах~ 10¹²-10¹³ Гц.

Физическая природа ультразвука такая же, что для звуковых волн любого диапазона частот, однако он обладает рядом специфических особенностей, которые определяют его большое значение в науке и технике. Эти особенности обусловлены относительно высокими частотами и соответственно малостью длин волн.

Малость длины волны обусловливает лучевой характер распространения ультразвуковых волн. Вблизи излучателя ультразвуковые волны распространяются в виде пучков, поперечный размер которых сохраняется близким к размеру излучателя. Попадая на крупные препятствия или неоднородности в среде, такой ультразвуковой луч испытываетотражение ипреломление. При попадании луча на малые препятствия или дефекты возникаетрассеянная волна.

Это позволяет обнаруживать в среде весьма малые неоднородности, порядка десятых и сотых долей мм.

В природе ультразвук встречается как в качестве компоненты многих естественных шумов, так и среди звуков животного мира

Искусственные излучатели ультразвука основаны на явлении магнитострикции(при более низких частотах) иобратного пьезоэлектрического эффекта (при более высоких). Магнитострикция заключается в незаметных для глаза колебаниях (удлинении и укорочении) длины ферромагнитного сердечника под действием переменного магнитного поля в соответствии с частотой изменения знака поля.

Из искусственных излучателей ультразвука наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьзоэлектрического эффекта, который заключается в механической деформации тел под действием электрического поля.

Наибольший эффект излучения механической волны возникает при выполнении условия резонанса

На явлении отражения УЗ от границы раздела сред основана эхолокация – метод локализации неоднородностей в средах.Использование УЗ для этих целей обусловлено его относительно малой длиной волны, что дает возможность получить направленный отраженный сигнал от неоднородностей.

Источник УЗ посылает ультразвуковой сигнал в импульсном режиме. После нескольких импульсов наступает пауза, в течение которой источник «ожидает» прихода отраженной волны. На экране локатора фактически представлена временная зависимость электрического напряжения, соответствующего посланному и зарегистрированному после отражения УЗ-сигналу.Зная интервал времени между импульсом посылки и отраженным импульсом (рис.6, б), а также скорость волны, можно найти расстояние от источника до границы отражения:

Ультразвуковая физика и приборы — StatPearls

Основные принципы физики ультразвука

Важнейшие физические принципы, необходимые для понимания и оптимизации клинического ультразвука, включают частоту, скорость распространения, импульсный ультразвук, взаимодействие волн с тканью, угол падения и затухание[3]. Звук — это механическая энергия, которая движется через чередующиеся волны высокого и низкого давления в среде. Источник звука производит колебания продольных волн, позволяя распространять энергию и критические формы волны для клинического ультразвука. Фаза высокого давления звуковой волны — это фаза сжатия, а фаза низкого давления — фаза разрежения. В клиническом УЗИ задействованными средами являются воздух, вода, жидкости организма, мягкие ткани, кровь и кости.

Частота относится к количеству циклов в секунду, излучаемых зондом в течение одной секунды, и выражается в герцах (Гц). Период — это время, в течение которого происходит полный цикл волны (разрежение и сжатие), и он обратно пропорционален частоте. Точно так же описанная длина волны представляет собой расстояние между двумя соседними волновыми пиками. Важно различать разницу между периодом и длиной волны; первое — это расстояние, а второе — продолжительность времени.[4] Ультразвуковые волны передаются с частотой более 20 МГц, что выше верхнего предела человеческого слуха. Частота зависит от источника излучения и совершенно не зависит от ткани, с которой взаимодействуют волны.[3] Частоты, используемые в клиническом УЗИ, находятся в диапазоне от 1 МГц до 20 МГц, в зависимости от используемого датчика и желаемого применения. Частота имеет соответствующую связь с разрешением и обратную зависимость с глубиной. Чем выше используемая частота, тем ниже проникновение, но выше разрешение изображения.[5]

Амплитуда — это высота или сила волны, определяемая расстоянием между пиком и средним значением самой высокой и самой низкой точек волны. Мощность в ультразвуке относится к квадрату амплитуды волны или разнице между максимальным и средним значениями распространяющихся волн.[6] И мощность, и амплитуда могут контролироваться сонографистом и регулироваться с помощью регулировки усиления. Мощность измеряется в ваттах или милливаттах, но может отображаться на ультразвуковом аппарате либо в децибелах (дБ), либо в процентах от общей акустической мощности.[4]

Интенсивность относится к мощности, подаваемой на определенную площадь, выраженной в ваттах/см2 или милливаттах/см2. [4] Пространственный пик — это место, где интенсивность максимальна (наибольшая мощность на наименьшей площади), и представляет фокус ультразвуковых лучей.

Децибелы (дБ) представляют собой логарифмическое выражение отношения двух интенсивностей звука. дБ можно определить, рассчитав соотношение интенсивности источника звука и наименьшей слышимой интенсивности, рассчитав LOG и умножив его на 10. Существует упрощенное правило 3 дБ, которое утверждает усиление на каждые 3 дБ. Должно быть дополнительное удвоение подаваемой мощности. Таким образом, для усиления 3 дБ требуется удвоенная мощность, для усиления 6 дБ требуется четырехкратная мощность, а для усиления 9Для усиления дБ требуется восьмикратная мощность.

Скорость распространения — это скорость, с которой волны проходят через среду. Скорость ультразвуковых волн принята равной 1540 м/с в мягких тканях, известной как акустический импеданс. Скорость распространения зависит от характеристик среды, через которую распространяются волны, и не зависит от частоты. По мере увеличения плотности ткани скорость распространения уменьшается. Напротив, чем жестче ткань, тем выше скорость распространения.[4]

Для достижения желаемой глубины и разрешения для клинического ультразвука датчик излучает волны в виде импульсов, обычно длительностью в миллисекунды и повторяющихся до нескольких тысяч раз в секунду. Этот принцип называется импульсным ультразвуком.

Ультразвуковые волны проникают в ткань и отражаются обратно к датчику со скоростью, определяемой консистенцией ткани-мишени. Отражения звука, которые возвращаются к зонду, называются эхом и определяются поверхностью раздела двух разных материалов.[3] Изображения, полученные на основе эхосигналов, придают структурам и средам разную плотность на экране, называемую эхогенностью. Чем значительнее разница в плотности двух материалов (тканей), тем сильнее будет создаваемое эхо.[3] Структуры с более высокой плотностью отражают больше звука и считаются более эхогенными (белыми). Таким образом, кости и плотные инородные тела полностью отражают звук и кажутся яркими на экране, тогда как жидкости, такие как вода или моча, не отражают звук на датчик и кажутся анэхогенными (черными). [6] Слабые эхо-сигналы выглядят серыми. Когда волны возвращаются к датчику от таких материалов, как кость и воздух, которые не могут распространять звук, звуковые волны не могут проходить в более глубокие ткани, и возникает тень за границей раздела.

Угол, под которым ультразвуковые волны воздействуют на любую структуру, называется углом падения. Структуры идеально отображаются с углом падения, перпендикулярным излучаемым волнам, потому что отраженные волны возвращаются к зонду в наибольшей концентрации. Когда волны взаимодействуют со структурой под углом, меньшее количество волн отражается обратно к зонду, что снижает как яркость структуры, так и разрешение. Волны, падающие на структуру, возвращаются к зонду под углом, равным углу, первоначально падающему на границу конструкции.[3] Если угол не перпендикулярен углу падения, волна будет отражаться от источника.[4]

Точно так же волны отклоняются от прямой линии, когда скорость волн различается между двумя структурами, что приводит к преломлению. [3] Исходный угол падения и разница в скорости распространения двух сред определяют конечный угол преломления. Преломление является источником артефактов в ультразвуке, учитывая, что все ультразвуковые аппараты работают исходя из предположения, что волны всегда будут распространяться и возвращаться по прямой линии.[3]

Различные поверхности раздела тканей отражают по-разному и влияют на качество изображения. Гладкие границы раздела считаются зеркальными отражателями и возвращают большую часть волн к преобразователю. Зеркальные отражатели контрастируют с нерегулярными границами раздела, называемыми диффузными отражателями, которые заставляют звуковые волны отражаться от преобразователя и снижать качество изображения. Важный тип рассеяния, называемый рассеянием Рэлея, возникает, когда объект меньше длины волны ультразвукового луча. Красные кровяные тельца демонстрируют этот тип рассеяния, в результате чего волны рассеиваются во всех направлениях.[4]

Учитывая, что ультразвуковые волны не могут распространяться по воздуху, для взаимодействия с тканями датчики должны контактировать с кожей пациента через связующую среду. Сцепление происходит за счет использования ультразвукового геля или водяных бань. Поскольку ультразвуковые волны взаимодействуют с тканью и отражают датчик, энергия, связанная с любыми оставшимися лучами, уменьшается с увеличением глубины. Сила проникающих волн снижается за счет преломления, рассеяния и поглощения.[5] Когда волны рассеиваются и энергия поглощается, это приводит к энергии вибрации и теплу. Все процессы, которые способствуют уменьшению энергии, в совокупности называются затуханием.

Затухание волны, или снижение интенсивности на заданном расстоянии, также измеряется в децибелах (дБ) и происходит со скоростью на сантиметр, примерно равной исходной частоте излучения. Таким образом, волна 5 МГц будет затухать примерно на 5 дБ в первом сантиметре и еще на 5 дБ в следующем сантиметре. Предельное проникновение волн определяется глубиной, на которой интенсивность волн уменьшается на 50%, в обратном порядке, используемом для определения усиления в дБ, описанного выше. Таким образом, глубина, на которой ослабляется 50% интенсивности, эквивалентна потере 3 дБ. Волны более высокой частоты и волны для глубокой визуализации затухают быстрее, чем низкочастотные волны или волны, используемые для поверхностной визуализации.[4]

Усиление (мощность) можно регулировать по всему изображению или, в зависимости от используемого аппарата, на разных глубинах, чтобы лучше визуализировать структуры на этих глубинах. Кроме того, более глубокие структуры должны использовать более низкие частоты, чтобы стать видимыми. Такая видимость достигается за счет разрешения, которое улучшается с более высокими частотами. Специалисты по УЗИ должны управлять используемой частотой, чтобы сбалансировать потребность как в глубине, так и в разрешении в зависимости от применения ультразвука для любой конкретной целевой структуры.

Датчики

Преобразователи представляют собой приборы, излучающие и принимающие ультразвуковые волны путем преобразования электрического сигнала в звуковые волны. Ультразвуковые преобразователи содержат пьезоэлектрические кристаллы, которые при подаче электрических импульсов производят волны с частотами, определяемыми скоростью распространения кристалла, деленной на удвоенную толщину кристаллического слоя. Типичная толщина кристаллических слоев составляет от 0,2 мм до 2 мм. Полоса пропускания конкретного пробника — это диапазон частот, в котором пробник будет работать.

Преобразователи могут как посылать, так и принимать ультразвуковые волны, применяя энергию и, в конечном счете, звуковые волны в импульсах. Пульсирующий характер создаваемых ультразвуковых волн облегчает излучение и прием звуковых волн. Когда падающие импульсы отражаются от тканей, создавая эхо, устройство может определять силу, направление и время прихода эхо.[3] Количество импульсов, производимых за одну секунду, представляет собой частоту повторения импульсов (PRF), а период повторения импульсов (PRP) — это время между началом двух импульсов. PRF и PRP, как и период и частота, описанные выше, обратно пропорциональны друг другу. Более высокий PRF будет соответствовать большему разрешению изображения, но меньшей глубине, в то время как более высокий PRP и увеличенное время «прослушивания» датчика позволят увеличить глубину. [4]

Типичные датчики, используемые в клиническом ультразвуковом исследовании, включают линейную решетку, фазированную решетку и криволинейную решетку, которые имеют несколько конфигураций и частот в зависимости от необходимого применения. Кристаллы поверхности преобразователя и расположение структуры определяют площадь и форму создаваемого изображения. Линейные массивы имеют плоские грани, которые создают прямоугольное изображение. Фазированные решетки имеют конфигурации кристаллов и последовательности мощности, которые направляют лучи из одной точки для создания секторного изображения, идеального для сканирования между ребрами. Криволинейные массивы имеют изогнутые поверхности различных радиусов, которые также могут использоваться в разных полосах пропускания в зависимости от желаемого приложения. Например, низкочастотные криволинейные датчики часто используются для исследований органов брюшной полости из-за их глубокого проникновения и широкого поля зрения. Напротив, высокочастотные внутриполостные криволинейные датчики используются для обследования женского таза из-за их высокого разрешения и небольших размеров.

Управление изображениями

Частота

Выбор датчика с соответствующей полосой пропускания является важным фактором для получения идеального изображения. Для общих предустановок сканирования машины часто устанавливаются на «GEN» или «общий», как правило, средний диапазон для полосы пропускания зонда. Если для оценки структуры требуется более высокое разрешение, частоту можно увеличить непосредственно на машине или с помощью доступного «RES» для разрешения. Повышенная частота пожертвует глубиной проникновения. Обратное верно, если требуется большее проникновение. Частота уменьшается напрямую или с помощью настройки «PEN» или проникновения.

Усиление

Когда необходимо управлять затуханием из-за того, что цель слишком яркая или слишком темная, мощность можно увеличить или уменьшить либо по всему изображению, либо на заданной глубине. Увеличение усиления добавит мощности для борьбы с затуханием за счет увеличения яркости. [5] Усиление уменьшается при снижении мощности и общей яркости. Когда изображения имеют чрезмерное или недостаточное усиление, разрешение ухудшается.

Компенсация выигрыша по времени

Компенсация усиления по времени относится к элементам управления мощностью на определенной глубине изображения для борьбы с затуханием с глубиной. Это помогает улучшить визуализацию глубоких структур, в основном, если глубокая ткань подвергается заднему акустическому усилению. Эту функцию часто можно увидеть с помощью «ползунков» на ультразвуковой консоли.

Глубина резкости

Глубина резкости — это глубина, на которую передаются и принимаются звуковые лучи. Глубина изменяется на дисплее, чтобы оптимизировать мощность и временное разрешение машины для просмотра целевых структур. Глубина должна быть достаточно значительной, чтобы при необходимости можно было увидеть глубокие структуры, и достаточно мелкой, чтобы видеть мелкие структуры с адекватным разрешением. Когда глубина слишком велика для поверхностных исследований, качество изображения целевой структуры ухудшается.

Фокус и Резолюция

Ультразвуковые лучи выходят из датчика на той же ширине, что и лицо. Они проходят через ближнюю зону, затем сужаются в фокальной зоне и расширяются в дальней зоне. Разрешение, или способность различать два близко расположенных объекта, и боковое разрешение лучше всего в фокальной зоне. Пространственное разрешение также может быть улучшено за счет более высоких частот, меньшей частоты повторения импульсов и короткой длительности импульса. Осевое разрешение, или способность различать две структуры на пути луча, как правило, лучше, чем боковое разрешение, или способность различать две расположенные рядом структуры из-за того, что ультразвуковые лучи короче, чем их ширина. Боковое разрешение наибольшее в фокусе, где ширина луча самая узкая. Временное разрешение, или время, необходимое машине для создания изображения, обратно пропорционально частоте кадров. При более высокой частоте кадров получаются изображения с более низким разрешением, а при более низкой частоте кадров — изображения с более высоким разрешением. Частота кадров не менее 15 кадров в секунду позволяет получать изображения в реальном времени.[6] Временное разрешение наиболее важно для движущихся объектов, и если частота кадров слишком низкая, поддерживающая высокое временное разрешение, способность обнаруживать движение снижается. Дополнительные инструменты увеличения, такие как микропузырьки, повышают разрешающую способность за счет сильного отражения ультразвуковых лучей, особенно в сосудистой системе.[8]

Многолучевой

Современные ультразвуковые датчики предназначены для отправки ультразвуковых сигналов под разными углами по поверхности датчика. Они создают несколько углов падения, которые имеют несколько углов отражения обратно к приемнику зонда. Это помогает улучшить качество изображения, особенно вокруг структур, которые в противном случае были бы склонны к артефактам рефракции.

Тканевые гармоники

Гармоники ткани относятся к тенденции ткани резонировать на частотах, кратных падающей частоте, передаваемой датчиком. Например, когда к ткани передаются волны частотой 3 МГц, ткань будет резонировать на частотах 3 МГц, 6 МГц и 9 МГц.МГц. Преобразователи можно настроить на получение частоты падения и частот гармоник, комбинируя их для создания изображения с более высоким разрешением. Использование настроек тканевых гармоник также помогает уменьшить артефакты.

М-режим

М-режим, или отображение движения во времени, позволяет одному лучу излучаться датчиком вдоль определенной дорожки в сочетании с записывающим устройством, которое фиксирует все движения, происходящие на пути. Этот режим обеспечивает высокое временное разрешение, тем самым предоставляя исследователю превосходный обзор тонких движений.[5] Клинически этот режим идеально подходит для регистрации изменений диаметра сосудов, движения сердечных клапанов и определения сердцебиения плода.

Артефакты

Артефакты — это ошибки изображения, которые интерпретируются ультразвуковым аппаратом в связи с ранее обсуждавшимися физическими принципами. Они часто являются результатом предположения, что ультразвуковые волны всегда распространяются прямолинейно, что все ткани передают звук со скоростью 1540 м/с и что волны всегда отражаются непосредственно в преобразователе.[9] Понимание природы артефактов жизненно важно для сонографистов и тех, кто интерпретирует изображения, потому что артефакты часто используются в качестве подсказок для обнаружения конкретных патологических изменений.

Реверберации

Артефакты реверберации возникают в результате отражения звуковых волн между гладким отражателем и поверхностью преобразователя.[10] Они выглядят как регулярно расположенные линии с интервалами, равными расстоянию между датчиком и конструкцией. Обычными нормальными находками, возникающими в результате артефакта реверберации, являются «линии А» в легочных полях.

Заднее акустическое усиление

Жидкость имеет более высокую скорость распространения и меньшее затухание, чем мягкие ткани. В результате звуковые волны распространяются и возвращаются из глубоких тканей в структуры, заполненные жидкостью, быстрее, чем звуковые волны в соседних, не заполненных жидкостью структурах.[10] Когда датчики принимают звук быстрее и с большей интенсивностью, изображение, создаваемое позади заполненной жидкостью структуры, будет казаться более ярким по сравнению с окружающей тканью. Гиперэхогенный сигнал может скрывать детали ткани. Обычным применением для иллюстрации заднего акустического усиления является ультразвуковое исследование мочевого пузыря, при котором компенсация выигрыша во времени часто должна быть уменьшена для наилучшей оценки тканей глубоко в мочевом пузыре. Неожиданное акустическое усиление сзади также может быть диагностическим признаком того, что жидкость присутствует в местах, представляющих патологические процессы, например, в брюшной полости или плевральной полости.

Тени

Структуры с высокой плотностью обладают высокой отражательной способностью, возвращая большую часть звуковых волн к преобразователю и почти не позволяя волнам проникать в глубокие ткани.[3] Полученное изображение структуры показывает яркую гиперэхогенную линию или плотность с темной гипоэхогенной тенью позади нее. Кость, металл, пластик, дерево, стекло и кальциевые камни имеют достаточную плотность, чтобы быть настолько отражающими и создавать «чистые» глубокие тени. С другой стороны, хотя воздух и не плотный, он также не передает ультразвуковые волны в глубокие структуры. Воздушные интерфейсы также обладают высокой отражающей способностью, но обычно создают менее различимые тени. Воздушные интерфейсы с затенением обычно отмечаются в легких и кишечнике и могут называться «грязными» тенями.

Зеркало

Когда звук отражается от сильного гладкого отражателя, преобразователь может отражать пульсирующую волну, из-за чего аппарат считает, что граница раздела тканей глубокая и такая же, как граница раздела тканей с поверхностными структурами. [3][10] Это обычно видно при просмотре диафрагмы через печень, когда машины будут отображать печень ниже и выше диафрагмы.

Звонок вниз

Артефакты затухания возникают, когда крошечные пузырьки или кристаллы резонируют на той же частоте, что и излучаемый ультразвук, который излучает собственные волны. Звук, полученный от них, приходит после исходного эха и интерпретируется машиной как глубинные структуры. Образующийся в результате артефакт выглядит как гиперэхогенная линия в глубине повреждающей структуры, которую часто называют хвостом кометы. Артефакты кольца вниз являются диагностически полезными в случаях аденомиоматоза желчного пузыря, когда стенки желчного пузыря инфильтрированы кристаллами холестерина.[10]

Преломление

Артефакты преломления, часто называемые краевыми артефактами, возникают, когда падающие ультразвуковые волны взаимодействуют с поверхностями структур под углами, отличными от 90 градусов. Разница в плотности структуры способствует преломлению или отклонению звуковых волн от поверхности. В результате эхо-сигналы не возвращаются к преобразователю из области, которая, как ожидается, будет отражать эхо-сигналы, и, таким образом, создается тень.[9] Этот артефакт обычно наблюдается при просмотре круглых структур, таких как желчный пузырь, где тени будут следовать за краями, соответствующими стенам, когда через них происходит веер.

G/U Проявление: Ультразвуковая информация

G/U Проявка: Ультразвуковая информация Визуализация мочеполовой системы УЗИ почек/мочевого пузыря Дэвид А. Хэтч, доктор медицины Школа Стрича Университета Лойолы Медицина

Ультразвук проводится путем генерации звуковых волн высокой частоты. (обычно 5 — 10 кГц) и проводя их через ткани тела с помощью зонд, удерживаемый на коже. Зонд также содержит приемник для обнаружить звуковые волны (называемые эхом), отраженные от тканей. Когда звуковые волны легко распространяются через однородные вещества (воду, масло, моча и т. д.), эхосигналы не генерируются. Ультразвуковое изображение видно на поэтому экран черный; отголосков нет. Когда звук волны сталкиваются с тканью, которая поглощает или передает звук, волна отражается обратно к зонду. Ультразвуковое изображение белое или серое в зависимости от интенсивности отражения. В отличие от рентгена или компьютерной томографии сканы, УЗИ не определяет плотность ткани. Скорее, он обнаруживает сонотрансмиссия (прохождение или отражение звука). Очень плотный ткани, такие как кости или камни в почках, легко отражают эхосигналы и, поэтому на УЗИ они выглядят ярко-белыми. Воздух, например, в кишечника, также легко отражает эхосигналы. Край кишки, поэтому на УЗИ кажется белым. Поэтому вещества с сильно отличающиеся плотности (воздух — кость) могут казаться ярко-белыми на УЗИ. Помните, УЗИ не обнаруживает ткань плотность.

Вам необходимо знать несколько условных обозначений, используемых в УЗИ визуализации для чтения УЗИ. Сначала попытайтесь получить как много информации об ультразвуковом изображении, как вы можете из рамка. Вы увидите, что это изображение имеет метку: «ПРАВО LONG FLANK POST VOID.» Это означает, что вы ищете на продольном изображении правого фланга. Левый сторона продольного изображения всегда является краниальной стороной изображение . Правая сторона продольного изображения каудальная сторона. Почка имеет бобовидную структуру отмечены на обоих концах маленьким курсором [+]. Превосходит почечной и поверхностной (к верхней части изображения) является печень. Он довольно однородный (достаточно правильный серый шаблон). Обратите внимание, что почка не такая однородная. В центр почки — зона повышенной эхогенности (светло-серый или белый). это ворота почки также называется центральным синусом . Он показывает увеличение эхогенность, поскольку имеется несколько структур (таз почки, кровеносные сосуды, нервы, жир и лимфатические сосуды), которые передавать звук по-разному. Когда звуковая волна достигает интерфейса между двумя такими структурами генерируется эхо.

Это поперечное изображение почки. В поперечное изображение, левая часть изображения представляет собой правая сторона тела, как на стандартном рентгене или Компьютерная томография.

Полезность: Ультразвук — самый полезный педиатрический урологический визуализирующий тест. Легко выполняется без какой-либо подготовки ребенка и не причиняет боли. Он может отличить твердое тело от кистозные массы, и это очень полезно для определения почек и мочевого пузыря анатомия. Используя сложный компьютерный анализ, текущее УЗИ машины могут обнаруживать движение. Благодаря этому они могут обнаруживать скорость кровотока в сосудах. Это очень полезно в позволяя измерить перфузию почки или яичка.