В В В В В В В В В В В В
УЛЬТРАЗВУКОВІ СКАНЕРИ
Введення
Ультразвукові апарати для інтроскопії в літературі зустрічаються під різними назвами: ехоскопія, ехотомоскопи, УЗ сканери. Перше і друге назви підкреслюють їх фізичну сутність - відображення УЗ коливань від кордонів розділу середовищ та органів, а друге - форму досліджуваної області - розтин. Більш ємним за змістом є третя назва - воно поєднує фізичну та технічну особливості цих апаратів. На дверях кабінетів для УЗ обстеження можна побачити таблички з написом В«узіВ». Цією абревіатурою часто користуються і пацієнти. Її можна розшифрувати як В«ультразвукові дослідженняВ» і як В«ультразвукова інтроскопіяВ».
В
1. Фізичні основи УЗ візуалізації
Робота більшості УЗ сканерів заснована на явищі відображення ультразвукових коливань від кордонів розділу середовищ. Найважливішими акустичними параметрами, які враховуються при проектуванні УЗ сканерів, є швидкість поширення звукових коливань, хвильовий імпеданс і затухання. p> Швидкість поширення звуку в однорідної середовищі залежить від її щільності і пружності і визначається формулою
,
де - модуль пружності середовища, - щільність.
Величини швидкості поширення звуку в м'яких тканинах і рідких середовищах організму (ліквор) відрізняються дуже мало і близькі до швидкості звуку у воді - 1540 м/c. Швидкість звуку в кісткових тканинах змінюється в широких межах - від 1700 до 2300 м/с. p> Хвильовий акустичний імпеданс аналогічний хвильовому опору довгої лінії і являє собою відношення акустичного тиску Р до коливальної швидкості v частинок середовища. Однак ці величини зазвичай невідомі. Хвильовий імпеданс можна визначити також через швидкість звуку і щільність середовища:
. (1)
Хвильовий імпеданс м'яких тканин близький до импедансу води і становить приблизно 1,5 10кг /.
Узагальненою енергетичної характеристикою УЗ коливань, як і фізичних коливань будь природи, є інтенсивність I - потужність, що припадає на одиницю поверхні. При поширенні в тканинах організму ультразвукові коливання зазнають значне затухання. Інтенсивність коливань на поверхні тіла і на деякій глибині z пов'язані між собою приблизно експоненційної залежністю
В
де - коефіцієнт загасання (Загасання на одиницю довжини). p> Загасання ультразвукових коливань залежить від виду тканини і частоти. Прийнято вважати, що воно росте пропорційно частоті. УЗ сканери працюють на високих частотах - від 3 до 15 МГц, тому загасання УЗ коливань має більшу величину. У табл. 1 наведені коефіцієнти загасання ультразвуку в дБ/см для різних тканин і середовищ організму. br/>
Таблиця 1. Коефіцієнти загасання ультразвуку в біологічних середовищах.
Тканина
, дБ/см
Тканина
, дБ/см
Сироватка
Кров
Жирова тканина
Мозок
Печінка
Стінки прямої кишки
0,03
0,09
0,6
0,9
1,0
1,2
М'язи
Серцевий м'яз
Нирка
Шкіра
Кость
Тканина легкого
0,7 - 1,4
2,0
2,5
3,5
більше 8,0
30,0
З таблиці видно, що загасання ультразвуку в кістки, і особливо в легенях, дуже великі. Останнє обставина пояснюється великою кількістю в легкому альвеол, заповнених повітрям. Тому кісткові структури, легені, а також шлунок за допомогою УЗ сканер не досліджуються. Середній загасання ультразвуку в досліджуваних областях розраховують на основі емпіричного співвідношення а ср = 1дБ '1см' 1МГц. Користуючись цим співвідношенням, знайдемо, що при глибині локації 20 см на частоті 3 МГц з урахуванням подвійного ходу УЗ променя максимальне загасання складе 120 дБ або раз. p> УЗ коливання, як і світлові, підкоряються законам відбиття і заломлення. Довжина хвилі звукових коливань пов'язана з частотою формулою, загальною для віх видів коливань
В
Прийнявши 1500 м/с і f = 3МГц, отримаємо мм. Для коливань з такою довжиною хвилі поверхню об'єкта з радіусом кривизни в 10 мм можна вважати площиною.
Найбільш істотним фактором, що визначає контраст зображення УЗ сканерів, є відбивназдатність кордонів розділу середовищ і об'єктів. Відображення УЗ коливань від кордону розділу двох середовищ відбувається при відмінності їх хвильових імпедансів. Коефіцієнт відображення являє собою відношення інтенсивностей (Або тисків) падаючою і відбитою хвиль і визначається формулою
. (2)
Поряд з корисної роллю відображення УЗ коливань, як побачимо далі...
