Основные режимы ра­боты: режим В (2D), ре­жим А и режим М

Классификация ультразвуковых приборов

Количество моделей ультразвуко­вых приборов, выпускаемых различ­ными фирмами, достаточно велико, и для того чтобы ориентироваться в этом многообразии, полезно ввести определенную классификацию приборов.

Универсальные приборыможноразделить на три основных типа в за­висимости от используемых в них ре­жимов работы (табл. 2.3).

1. Ультразвуковые сканеры. При­боры, предназначенные прежде всего для получения двухмерного черно-бе­лого акустического изображения.

Основные режимы работы (modes):

В (или 2D) - двухмерное изобра­жение;

М (или ТМ) - одномерная яркостная эхограмма с разверткой во вре­мени.

Дополнительные режимы: В + В, В + М.

2. Ультразвуковые сканеры со спектральным доплером. Иногда они называются дуплексными прибо­рами. Отличаются от обычных ультра­звуковых сканеров тем, что дополни­тельно имеют возможность оцени­вать спектр скоростей кровотока доплеровским методом.

Основные режимы работы: В (2D); М (ТМ); D - спектральный анализ скоро­стей кровотока с использованием импульсно-волнового доплера (PW) и в ряде случаев непрерывно-волнового доплера (СW).

Дополнительные режимы: В + В, В + М, В+D (дуплексный).

3. Ультразвуковые системы с цветовым доплеровским карти­рованием. Иногда они называются приборами с цветовым доплером. Это приборы с максимальным коли­чеством функций. Помимо режимов, которые имеются в сканерах со спектральным доплером, этот класс при­боров имеет возможность отображе­ния двухмерного распределения ско­ростей кровотока, выделяемых цве­том на двухмерном серошкальном изображении тканей.

Таблица 2.3. Классификация универсальных ультразвуковых приборов по

наличию режимов

Режимы работы	Ультразвуковые сканеры	Ультразвуковые сканеры со спектральным доплером	Ультразвуковые системы с цветовым доплеровским картированием
B (2D) M (TM) D CFM B+B B+M B+D B+D+CFM PD TD 3D Нативная гармоника	+ +     + +	+ + +   + + +	+ + + + + + +* +* +* +* +* +*

* Указанный режим используется не во всех приборах данного типа.

Основные режимы работы: В (2D); М (ТМ); D (PW и CW); СРМ - цветовое доплеровское картирование кровотока. Дополнительные режимы: В + В; В+М; В + D (дуплексный); В+D+СFМ (триплексный).

Помимо перечисленныхмогутиспользоваться специальные ре­жимы:

РD - энергетический доплер;

ТD - тканевый доплер;

3D - трехмерное изображение;

тканевая (нативная) гармоника.

В наиболее совершенных моделях отдельных фирм могут применяться

и другие специальные режимы.

К группе специализированных уль­тразвуковых диагностических прибо­ров относятся приборы достаточно ограниченного медицинского применения.

● Офтальмологические ультразвуковые приборы (эхоофтальмометры). Это диагностические приборы для визуализации струк­тур глаза, исполь- зующие двух­мерное и (или) одномерное изоб­ражение.

Основные режимы работы:

В (2D);

А - одномерная эхограмма с отображением амплитуд сигналов на различных глубинах.

Основной режим работы: D (PW и CW).

● Фетальные мониторы. Ультра­звуковые приборы, предназначенные для измерения частоты сер­дечных сокращений (ЧСС) плода доплеровским методом.

Основной режим работы: измере­ние ЧСС плода и статистическая оценка параметров изменения ЧСС.

● Приборы для внутрисосудистых исследований. Редко выпускае­мые приборы, в которых используются специальные датчики для инвазивного обследования сосудов, аналогичные тем, которые иногда входят в состав универсальных уль­тразвуковых сканеров.

Основной режим работы: В (2D).

● Приборы для транскраниаль­ных обследований (эхоэнцефалоскопы). Применяются для об­следования мозга (обычно через височную область черепа).

Основные режимы работы:

А - одномерная амплитудная эхограмма;

D (PW) - дополнительно к ре­жиму А.

● Приборы для обследования носовых и лобных пазух (синускопы) Основной режим работы:

А - одномерная амплитудная эхограмма.

● Приборы для ветеринарии. Специально для ветеринарии приборы выпускаются редко. Обычно ис­пользуются универсальные прибо­ры со специализированными дат­чиками для ветеринарии.

Основные режимы работы: В (2D); М (ТМ). Иногда могут использоваться ре­жимы D и СFМ.

● Приборы для литотрипсии. Это приборы, входящие в состав экст-ракорпоральных липтотрипторов и обеспечивающие наведение фокуса ударного воздействия на конкременты, а также контроль за процес­сом разрушения конкрементов.

Основные режимы работы: В (2D); В+В (В/В).

Области медицинского применения в основном определяются типом датчиков, работающих с ультразвуковым прибором и наличием специализированных режимов работы.

Режим В. Из всех возможных способов получения диагностической

информации о биологических струк­турах с помощью ультразвука наи­большее

распространение имеет способ получения двухмерного изоб­ражения. При этом применяется пе­риодическое излучение УЗ - импульсов во внутренние структуры организмами прием сигналов, отраженных акусти­ческими неоднородностями структур. Совокупность принятых сигналов, на­зываемых эхосигналами, позволяет построить акустическое изображение биологических тканей на специаль­ном индикаторе (мониторе). Таким образом, информация получается прежде всего за счет отражения УЗ - колебаний и образования эхо-сигна­лов - вторичных сигналов, распрост­раняющихся в сторону, обратную на­правлению излучения. Величина (уро­вень) эхо-сигналов определяется отражающими свойствами границ раздела структур, что прежде всего связано с различием акустических ха­рактеристик структур. Кроме того, на характеристики акустического изоб­ражения влияют следующие физические эффекты:

● преломление – изменение на­правления распространения УЗ– сигналов при переходе из одной среды в другую;

● рассеяние - многократное пере­отражение УЗ - сигналов на мелких неод- нородностях;

● поглощение УЗ - сигналов, вследствие вязкости среды.

Датчик (зонд) обеспечивает излучение УЗ - сигналов в определенных направлениях и прием отраженных эхо-сигналов с этих же направлений. Изменяя

направление излучения-приема, датчик осуществляет сканирование, т.е. последовательный «просмотр» об­следуемой области. Для того чтобы избежать потерь мощности УЗ - сигна­лов при прохождении через воздух, в котором затухание сигналов резко возрастает, между поверхностью об­следуемого объекта (тела пациента) и рабочей поверхностью датчика нано­сится слой специального геля, хоро­шо проводящего ультразвук.

Излучение и прием УЗ - сигналов в процессе сканирования осуществля­ется периодически, при этом каждый раз в ограниченной области пространства, которая называется УЗ - лу­чом. На рис. 2.5 в укрупненном масштабе изображен луч 1, который ориенти­рован в соответствии с направлением своей оси (штрихпунктир). В режиме излучения границы луча (сплошная ли­ния) определяют область, в которой в основном сосредоточена излучаемая мощность. Конечно, это не означает, чтоза пределами границы мощность сразу спадает до нуля - это физичес­ки невозможно. Граница является ус­ловной и обычно проводится по точ­кам, в которых уровень мощности из­лучения уменьшается по сравнению с максимальным уровнем на данной глубине в определенное число раз, на­пример в 4 раза (минус 6 децибелов, кратко -6 дБ) или в 10 раз (-10дБ). Максимальный уровень излучения на каждой глубине имеет место вдоль оси луча. Все сказанное относится к режиму излучения, и луч в этом случае мы называемпередающим.

В начале очередного цикла скани­рования устройство управления ска­нированием обеспечивает установку луча датчика в положение 1 (рис. 2.5). Устройство переда­чи-приема сигналов формирует короткий передающий электрический импульс, который поступает на дат­чик; В датчике электрический импульс преобразуется в зондирующий акустический импульс, который излучает­ся в направлении оси луча. Зондирующий импульс начинает движение внутрь биологического объекта, рас­пространяясь со скоростью, близкой к скорости звука в воде (С = 1500 м/с). Напоминаем, что за пределами луча 1 зондирующий импульс быстро умень­шается по мощности, и только в пре­делах границ луча его уровень доста­точно велик. По мере движения в пре­делах луча зондирующий импульс уменьшается по мощности вследст­вие отражения, рассеяния и поглоще­ния части его энергии.

Сразу же по окончании излучения зондирующего импульса датчик вме­сте с устройством передачи-приема переходит из режима передачи в режим приема сигналов. При этом мож­но говорить о приемном луче датчи­ка, определяющем пространственную область, в которой датчик имеет мак­симальную чувствительность на при­ём. Луч на излучение (передачу) и приемный луч совпадают по направ­лению и близки по виду, но в общем случае не обязательно одинаковы по форме, что определенным образом влияет на акустическое изображение.

Если на пути зондирующего импульса, который продолжает свое путешествие в границах передающего луча, встречаются акустические неоднородности (например, а₁ и б₁ на рис. 2.5), часть мощности зондиру­ющего импульса в виде эхо-сигналов отражается в различных направлени­ях, в том числе и в направлении на датчик (рис. 2.6). Учитывая то обстоя­тельство, что зондирующий

Рис. 2.5. Датчик и УЗ - лучи (крупно)

импульс распространяется в пределах луча, но и за его границами (хотя и существенно мень­шего уровня), характеристики прием­ного луча чрезвычайно важны для по­лучения качественного акустического изображения. Если приемный луч та­кой же ширины, как и передающий, это позволяет практически исключить прием эхо-сигналов из областизапределами общих границ лучей.

Эхо-сигналы от неоднородностей (а₁ и б₁ на рис. 2.5) в пределах границ лучей при достаточном уровне отражения принимаются датчиком, преобразуются в электрические импульсы и после усиления в устройстве передачи-приема поступают в устройство преобразования, обработки и запоминания сигналов. На выходе этого устройства формируются сигналы в виде, позволяющем отображать их на телевизионном мониторе. Эхо-сигналы отображаются в виде яркостных отметок на невидимой линии, соот­ветствующей оси УЗ - луча 1.

Точно так же, как и для луча 1, осу­ществляется излучение и прием сиг­налов в следующем зондировании в направлении луча 2. Ось луча 2 отсто­ит от оси луча 1 на расстоянии, соиз­меримом с шириной луча. При этом принимаются эхо-сигналы от неодно­родностей, находящихся в границах луча 2 (а₂ и б₂ на рис. 2.5). Таким же об­разом осуществляется зондирование в лучах 3, 4 и т.д. до последнего луча n. Оси всех лучей находятся в одной плоскости, которая назы -

вается плос­костью сканирования. Все эхо-сиг­налы, принятые и преобразованные прибором, отображаются на телеви­зионном мониторе на акустических строках, каждая из которых соответ­ствует своему лучу. В результате об­разуется яркостное изображение, от­сюда и название В - режим (от слова brightness - яркость). Другое обозна­чение для В - режима - 2D-режим (от слова two-dimensional - двухмерный).

Рис. 2.6. Определение расстояния до отра­жающих неоднородностей

Акустическое изображение с до­статочно высокой точностью воспроизводит геометрические формы вну­тренних структур. Каким образом? Прежде всего за счет того, что вза­имное расположение акустических строк на экране монитора в определенном масштабе точно воспроизводит взаимное расположение осей соответствующих лучей, переключае­мых в процессе сканирования. Положение отражающих неоднородностей вдоль акустической строки может быть вычислено посредством изме­рения времени прихода эхо-сигналов от них относительно начала зондиро­вания (рис.2.6). Здесь используется то обстоятельство, что скорость рас­пространения ультразвукового им­пульса в мягких тканях не сильно варьирует в зависимости от типа тка­ней (как правило, в пределах ±5%) и близка к скорости ультразвука в воде. Поэтому глубину расположения отра­жающего образования по оси луча (акустической строке) можно вычис­лить по формуле

L = tC/2,

где L - расстояние отражателя до дат­чика; t - интервал времени между на­чалом зондирования и моментом при­хода эхо-сигнала; С - усредненная скорость ультразвука в мягких тканях (обычно принимается C = 1540 м/с).

Деление на 2 учитывает, что за время t сначала расстояние L прохо­дит зондирующий сигнал, а потом эхо-сигнал проходит тот же путь об­ратно. Время t может быть достаточ­но точно измерено, скорость С пола­гается известной, поэтому величина L. определяется в приборе для каждого эхо-сигнала, и в соответствии с ре­зультатом этого вычисления яркостная отметка отображается на акусти­ческой строке.

М-режим. М-режим работы ис­пользуется для регистрации измене­ния пространственного положения подвижных структур во времени. Отсюда и название режима - от слова motion - движение (иногда ТМ - от слов time motion – движение во вре­мени). Наиболее часто режим используется для исследования движе­ния структур сердца.

В М-режиме зондирование перио­дически повторяется в одном и том же направлении акустического луча. При формировании М - эхограммы в каждом зондировании амплитудная информация об эхо-сигналах с раз­личных глубин отображается в виде отметок различной яркости вдоль вертикальной линии на экране (акус­тической строки). Следующему зон­дированию соответствует своя линия, расположенная правее предыдущей, и в процессе перемещения столбца

с каждым новым зондированием фор­мируется двухмерная М - эхограмма (рис.2.7). Положение яркостных отме­ток по вертикали пропорционально глубине отражающей структуры (на­пример сердечного клапана). На горизонтальной оси меняются моменты зондирования (t₁, t_2, и т.д.), каждому из которых соответствует новое поло­жение подвижных структур. С помощью М-эхограммы можно количест­венно оценивать геометрическое смещение подвижных структур и измерять изменение взаимного положения различных структур (например, просвет в клапанах сердца, измене­ние размера желудочка и т.д.).

М - режим широко используется в кардиологии, как правило вместе с В-режимом. В процессе сканирова­ния в В - режиме исследователь выби­рает необходимый ракурс наблюде­ния, потом с помощью курсорной линии на В-эхограмме выбирается направление зондирования (направ­ление оси УЗ - луча) для М - режима, по­сле чего положение датчика фиксируется рукой и включается режим М. Специальные датчики для М-режима в современных приборах не используются, и получение М-эхограмм обеспечивается датчиками, применяемыми для В - режима.

Как правило, используются следующие режимы отображения М-эхограммы на экране прибора:

М - режим отображения только М - эхограммы;

В + М - режим одновременного отображения двухмерной В - эхограммы

и М - эхограммы.

Рис. 2.7. Получение М-эхограммы

Одновременно с М – эхограммой могут отображаться синхронно с ней во времени доплеровский спектр кровотока в сосудах или сердце, а также электрокардиограмма по одному из отведений. Эти режимы отобра­жения используются вэхокардиографах – специализированных ультразвуковых приборах для обследова­ния сердца и сосудов.

В заключение следует сказать о временных характеристиках получе­ния М - эхограммы. Частота периоди­ческого зондирования составляет неменее 20 Гц. Длительность отображаемой М-эхограммы во времени - от 1 до 16 с (время развертки).

В некоторых приборах вместо серошкального яркостного отображения амплитудных значений эхо-сигналов используется цветовое кодирование сигналов различного уровня (цветная М - эхограмма).

А-режим. Это самый простой вид отображаемой информации, для получения которой не требуется скани­рование. Зондирование осуществля­ется при неизменном направлении акустического луча, и на экране мони­тора отображается А - эхограмма в ви­де амплитудных значений эхо-сигна­лов от неоднородностей, находящих­ся на различных глубинах в пределах луча (рис.2.8).

А - эхограмма и соответствующий ей А - режим работы получили свое обозначение от слова amplitude (амп­литуда). Амплитуды фиксируются на экране как функции времени t или глубины L, что позволяет информировать исследователя не только о глубине расположения структур, но и об уровне эхо-сигналов от них. До недавнего времени А-режим использовался как дополнительный во всех приборах двухмерного изоб­ражения, представляя возможность анализа амплитудной информации в выбранном луче (акустической строке) помимо яркостной информации об эхо-сигналах. Сейчас в большин­стве двухмерных сканеров А-режим не используется. Одной из причин этого является то, что динамический диапазон яркостных сигналов в В-ре­жиме на экране современного прибо­ра вполне достаточен для анализа уровня эхо-сигналов, что достигается за счет большого числа градаций яр­кости (градаций «серой шкалы»). А-режим применяется как самостоятельный в ряде специализированных диагностических приборов, используемых в офтальмологии, при транскраниальных исследованиях го­ловного мозга, а также для обследо­вания носовых и лобных пазух.

Рис. 2.8. Получение А-эхограммы

В офтальмологии А - режим и спе­циальные высокочастотные датчики с частотой УЗ - сигналов 10-20 МГц, а иногда и выше, используются для точной биометрии глазных структур, в ча­стности для измерения толщины роговицы, хрусталика, определения факта отслоения сетчатки и глубины расположения инородных включений в стекловидном теле.

При транскраниальных обследованиях А - режим наряду с доплеровским режимом является одним из спо­собов получения информации о струк­турах головного мозга. Применение двухмерного режима (В - режима) для УЗ -исследования мозга через кости черепа затруднено, потому что УЗ - луч, проходя через кость, настолько де­формируется (расфокусируется), что при сканировании не удается получить двухмерное изображение с хоро­шим качеством.

В ряде медицинских применений, например в травматологии, А-режим дает возможность получать полезную для диагностики информацию. При­бор А-режима для транскраниальных обследований называется эхоэнцефалоскопом.

Для диагностики при фронтитах, гайморитах и синуситах используют­ся простые приборы А - режима с ото­бражением информации не только на электронно-лучевом мониторе, но и на жидкокристаллическом или свето­диодном дисплее.

Дата добавления: 2014-11-29