1. Aplicarea ultrasunetelor în medicină pentru diagnostic. Ecografie.

Ecocardiografie Doppler.
Ecografia este a doua metodă cea mai frecventă după radiografie. În anii 1930, s-au făcut încercări nereușite de a utiliza atenuarea undelor cu ultrasunete în diagnosticul medical, prin analogie cu raze X.
52.2.1. Principiile fizice aleyEcografie cu ultrasunete.

Diagnosticul modern cu ultrasunete se bazează pe reflexia (ecoul) de unde ultrasonice (SUA) la granițele dintre medii cu impedanță acustică diferită (rezistență acustică) - un principiu folosit pentru orientarea în spațiu de lilieci, precum și radar. Scanerele cu ultrasunete bidimensionale comerciale au fost produse din 1958, iar primele imagini cu ultrasunete ale obiectelor vii au fost publicate în 1952-53.

Prima condiție pentru obținerea unei imagini prin reflectarea unei unde mecanice la limita dintre două medii este lungimea ei de undă l să fie mai mic decât dimensiunile transversale ale suprafeței limită dintre cele două medii; altfel se difractează, adică trece în mijloc fără a se reflecta. Prin urmare, ultrasunetele utilizează ultrasunete cu o frecvență cuprinsă între 1 și 20 MHz, a căror lungime de undă în apă este de 1,5 și respectiv 0,075 mm. A doua condiție este ca cele două medii să aibă impedanță acustică diferită (rezistență acustică) ZA = rc, Unde r este densitatea mediului, a s - viteza sunetului din el. Imaginea contrastantă se obține datorită diferenței dintre Za de țesuturi biologice - 0,18,10 -6 kg.s -1 .m -2 pentru plămâni, 1,34,10-6 kg.s -1 .m -2 pentru țesut adipos, 1,63,10 -6 kg.s - 1 .m -2 pentru rinichi și 1.65.10 -6 kg.s -1 .m -2 pentru ficat.

Diagrama schematică a unei ultrasunete cu ultrasunete este prezentată în Fig.55.1. Se utilizează ultrasunete cu intensitate scăzută - de la 10 la 50 W/m 2 și frecvența de la 1 la 20 MHz.


FIG. 55.1.Foto și diagramă schematică a unei ultrasunete cu ultrasunete.
Ecografia este generată și detectată cu traductor, al cărui element principal este piezocristalul (cel mai adesea realizat din ceramică sintetică Pb-Zn-Ti), plasat între doi electrozi. Cristalul piezoelectric acționează succesiv ca un generator al incidentului și ca un detector al undei ultrasonice reflectate (Fig. 55.2). Generarea ultrasunetelor se face cu impulsuri electrice scurte de durată

1ms și o amplitudine de 150 V, ceea ce determină oscilația mecanică a pereților piezoelectrici în domeniul de frecvență ULTRASONIC. Zona anatomică studiată este radiată (sunată) prin piele. La limita a două medii cu rezistență acustică diferită, ultrasunetele care cad sunt reflectate parțial. Unda cu ultrasunete reflectată ajunge la traductor, care a trecut la modul de detectare. Creează presiune mecanică asupra cristalului piezoelectric și provoacă un efect piezoelectric, adică. o tensiune electromotoare apare între pereții cristalului piezoelectric. La detectarea amplitudinii tensiunii piezoelectrice este proporțională cu intensitatea undei ultrasonice reflectate.

Traductoarele moderne au o ordine liniară de 128, 256 sau 512 elemente piezoelectrice dreptunghiulare mici; prin excitarea unui număr diferit de elemente, se generează ultrasunete cu frecvență diferită. Au fost dezvoltate traductoare speciale pentru cavitățile corpului - endovaginale pentru examinarea pelvisului și a fătului, endorectale - pentru prostată, intravasculare - pentru examinarea internă a vaselor etc. (Fig. 55.3). Frecvența SUA de la traductor este determinată de tipul și grosimea elementelor piezoelectrice din acesta - se generează frecvențe mai mari la o grosime mai mică și invers. Traductoarele cu o frecvență cuprinsă între 2,5 și 5 MHz sunt utilizate pentru examinările abdominale, 8 până la 20 MHz pentru examinările oculare și 3,5 până la 7 MHz pentru ecoencefalografia la copii.

Fig.55.2. Schema de funcționare a traductorului.




Fig.55.3. Diferite tipuri de traductoare și aplicarea acestora.
Imaginea cu ultrasunete reprezintă distribuția într-un singur plan a valorilor intensității impulsurilor ultrasunete reflectate de multe volume elementare din țesuturi. Datele de intensitate sunt convertite într-un semnal digital printr-un convertor analog-digital; informațiile despre amplitudinea undelor reflectate din diferite puncte sunt introduse în memoria computerului, cele mai frecvent utilizate matrice sunt 512 × 512. Fiecare pixel are propria adresă în memorie, care transportă informații despre locația reflexiei - coordonata este determinată de orientarea traductorului și de la timpul de întârziere a semnalului reflectat (ecou). Informațiile despre amplitudine sunt afișate pe monitor în 256 de niveluri de luminozitate (codare pe 8 biți).

Există 4 moduri de a reprezenta impulsurile de ecou - modul A, modul B, modul C și modul M (Fig. 55.4).

Modul A (de la amplitudine) este o dependență grafică a amplitudinii semnalelor de ecou de distanța în țesuturi. Oferă informații unidimensionale și este utilizat pentru a măsura distanța în corp și mărimea organelor interne.

Numele modului B provine din cuvântul englezesc pentru luminozitate. Amplitudinea fiecărui impuls de ecou este reprezentată ca un punct cu o anumită luminozitate pe ecran. De asemenea, oferă o imagine unidimensională. Pentru a obține o imagine bidimensională, trebuie combinate impulsurile care au trecut prin corp într-un mod diferit.

Modul C (de la constant) este pentru adâncime constantă. Imaginea este o secțiune transversală în care planul descris se află la o distanță constantă de receptor și este perpendicular pe fascicul. Acest lucru se realizează prin selectarea impulsurilor de ecou cu același timp de propagare.

Cu modul M (din mișcare) sunt afișate mișcările. Se obțin curbe, care oferă informații despre mișcarea structurilor reflectante de-a lungul fasciculului de ultrasunete. Când este reflectată de pe o suprafață staționară, se obține o linie dreaptă, iar când este reflectată de pe o suprafață în mișcare, se obține o linie ondulată. Este folosit pentru a studia mișcarea valvelor cardiace.

Modul B are cea mai largă aplicație. Imaginea bidimensională (2D) este obținută prin mutarea traductorului. Această mișcare poate fi mecanică - mișcare de translație la o viteză constantă peste zona de studiu sau oscilând într-un singur plan sau ghidare electronică a fasciculului de ultrasunete al unui transfuzor compus din elemente piezoelectrice foarte mici. Semnalele de ecou sunt prezentate în modul B și alimentate pentru a controla fasciculul de electroni al osciloscopului, astfel încât acesta să se deplaseze în același mod ca și fasciculul cu ultrasunete. Imaginea reprezintă straturi separate (secțiuni) din interiorul corpului. Câmpul afișat are forma unui sector circular.

Cu dispozitivele moderne, imaginile 3-D (tridimensionale) și 4-D (inclusiv timpul) pot fi obținute - prin mutarea unui traductor, care este o matrice bidimensională de elemente piezoelectrice mici.


În mod

M-mod

FIG. 55.4. Ilustrația lucrului unei ultrasunete în modul B și modul M.
Ecografia poate distinge țesuturile moi, care diferă ca densitate cu doar 0,1%, în timp ce pe raze X țesutul poate fi distins cu o diferență de densitate mai mare de 10%.

Rezoluția în ultrasunete cu ultrasunete este:

0,5 mm în direcția de propagare a KM


  • 2 - 5 mm în direcția laterală

  • mai mici decât metodele de imagistică cu raze X și rezonanță magnetică

    • diagnostic

    55.2.2. Principiile fizice ale ecocardiografiei Doppler .
    Un alt tip de dispozitiv de diagnosticare cu ultrasunete se bazează pe efectul Doppler, care este asociat cu o modificare a frecvenței undei măsurată de observator în timpul mișcării relative a sursei sau a receptorului undei. Să avem o undă ultrasonică care se reflectă prin mișcarea sângelui (Fig. 55.5). Schimbarea Doppler va fi

    ,

    Unde tu este viteza sângelui, cUZ este viteza ultrasunetelor, q este unghiul de incidență al undei ultrasunete față de vasul de sânge. Prin urmare, deplasarea Doppler este proporțională cu viteza sângelui tu.

    Ecocardiografele Doppler dau dependența vitezei sângelui de spectrul timp - viteză. Când fluxul este laminar, toate eritrocitele accelerează sau decelerează aproape simultan și viteza lor este reprezentată de o linie netedă. Când fluxul este turbulent, eritrocitele au viteze diferite și în același timp spectrul include viteze mici, medii și mari. Ecografia Doppler poate fi, de asemenea, utilizată pentru a determina viteza țesuturilor cardiace, cum ar fi miocardul.

    Ecocardiografele Doppler funcționează în două moduri - continuu și pulsat. În modul continuu, se utilizează două cristale piezoelectrice - unul pentru emițător și unul pentru receptor, care funcționează continuu. Acest lucru permite măsurarea precisă a diferențelor mari de frecvență și, prin urmare, a vitezei mari. Ecografia Doppler pulsată funcționează în modul pulsat cu un singur cristal care emite și primește semnale. Nu sunt recepționate toate impulsurile de ecou, ​​doar impulsurile reflectate dintr-o zonă predefinită. Acest lucru vă permite să determinați viteza unui anumit volum de sânge sau țesut cardiac.

    Există, de asemenea, ultrasunete Doppler color, în care în loc de spectre de viteză, imaginea bidimensională arată viteza medie a fluxului sanguin de o culoare diferită. Este obișnuit ca debitul laminar către traductor să fie roșu și ca debitul în retragere să fie albastru. În plus, se folosește o culoare verde, care arată viteza medie variabilă în volume în care fluxul sanguin este turbulent (Fig. 55.6).

    Prin urmare, dispozitivele bazate pe efectul Doppler permit determinarea unui număr de parametri ai fluxului sanguin în sistemul circulator - viteza eritrocitelor, diametrul vaselor de sânge, prezența plăcilor în ele, direcția fluxului sanguin, evaluarea cardiacă activitate., măsurarea fluxului sanguin în arterele uterului și placentei, ritmul cardiac al fătului, poziția placentei etc. În plus față de dispozitivele electronice, semnalele Doppler pot fi înregistrate acustic, deoarece în studiul hemodinamicii deplasarea Doppler se află în domeniul sonor.

    Diagnosticul cu ultrasunete este o metodă ieftină și convenabilă în care imaginile sunt obținute în timp real. Punctul forte al metodei constă în contrastul bun dintre diferitele țesuturi moi. Ecografia Doppler oferă date fiziologice importante, cum ar fi viteza și direcția fluxului sanguin și, prin urmare, informații indirecte despre metabolismul și funcția țesuturilor cardiovasculare. Un alt avantaj este inofensivitatea metodei - atunci când se utilizează intensitatea ultrasunetelor de până la 100 mW.cm -2 nu au fost dovedite efecte biologice dăunătoare. Confortul tehnic în ultrasunete este mobilitatea sistemelor

    Fig.55.6. Imagine cu ultrasunete Doppler.