Prinsip ultrasound

Apabila ia datang kepada penyelenggaraan, pembaikan atau kerja peralatan ultrasonik, pertama sekali perlu memahami asas-asas fizikal proses yang akan kita hadapi. Sudah tentu, seperti dalam setiap kes, terdapat banyak nuansa dan kehalusan, tetapi kami mencadangkan bahawa anda pertama sekali menganggap intipati proses itu. Dalam artikel ini kita akan menyentuh soalan berikut:

1. Apakah ultrasound, apakah ciri dan parameternya
2. Pembentukan ultrasound dalam teknologi moden berdasarkan piezoceramics
3. Prinsip ultrasound: rantai menukar tenaga elektrik menjadi tenaga ultrasound dan sebaliknya.
4. Asas pembentukan imej pada paparan mesin ultrasound.

Pastikan untuk menonton video kami tentang bagaimana ultrasound berfungsi

Tugas utama kami adalah memahami apa yang ultrasound dan sifatnya membantu kami dalam penyelidikan perubatan moden.

Mengenai bunyi.

Kita tahu bahawa frekuensi dari 16 Hz hingga 18 000 Hz, yang dapat dilihat oleh alat pendengaran manusia, biasanya dipanggil bunyi. Tetapi terdapat juga banyak bunyi di dunia yang tidak dapat kita dengar, kerana mereka berada di bawah atau di atas pelbagai frekuensi yang tersedia untuk kita: ini adalah bunyi infra dan ultra.

Suara ini mempunyai sifat gelombang, iaitu, semua bunyi yang terdapat di alam semesta kita adalah gelombang, kerana, dalam kes lain, banyak fenomena semula jadi.

Dari sudut pandang fizikal, gelombang adalah pengujaan dari medium yang menyebarkan dengan pemindahan tenaga, tetapi tanpa pemindahan massa. Dengan kata lain, gelombang adalah penggantian ruang maksimum dan minima sebarang kuantiti fizikal, contohnya, ketumpatan bahan atau suhunya.

Ia boleh mencirikan parameter gelombang (termasuk bunyi) melalui tempoh panjang, kekerapan, amplitud dan tempoh ayunannya.

Pertimbangkan parameter gelombang dengan lebih terperinci:

Maksima dan minima kuantiti fizikal boleh dianggap secara kondisional sebagai crests dan palung gelombang.

Panjang gelombang adalah jarak di antara rabung ini atau antara lekukan. Oleh itu, lebih dekat dengan rabung antara satu sama lain - yang lebih pendek panjang gelombang dan semakin tinggi kekerapannya, semakin jauh dari satu sama lain - semakin tinggi panjang gelombang dan sebaliknya - semakin rendah kekerapannya.

Parameter penting lain ialah amplitud ayunan, atau tahap sisihan kuantiti fizikal dari nilai puratanya.

Semua parameter ini berkaitan dengan satu sama lain (untuk setiap hubungan terdapat deskripsi matematik yang tepat dalam bentuk formula, tetapi kita tidak akan memberi mereka di sini, kerana tugas kita adalah untuk memahami prinsip asas dan kita boleh menerangkannya dari sudut pandang fizikal). Setiap ciri adalah penting, tetapi lebih kerap anda perlu mendengar tentang frekuensi ultrasound.

Adakah mesin ultrasound anda memberikan kualiti pencitraan yang lemah? Tinggalkan permintaan untuk panggilan jurutera secara langsung di laman web ini dan dia akan menjalankan diagnosis percuma dan mengkonfigurasi pengimbas ultrasound anda

Bunyi Frekuensi Tinggi: Bagaimana menyebabkan beberapa ribu getaran sesaat

Terdapat beberapa cara untuk mendapatkan ultrabunyi, tetapi paling sering teknik ini menggunakan kristal elemen piezoelektrik dan kesan piezoelektrik berdasarkan aplikasi mereka: sifat piezoelektrik membolehkan menghasilkan bunyi frekuensi tinggi di bawah pengaruh voltan, frekuensi voltan yang lebih tinggi, lebih cepat (lebih kerap) kristal mula bergetar, menarik ayunan frekuensi tinggi dalam alam sekitar.

Sekali dalam bidang getaran bunyi frekuensi tinggi, piezocrystal, sebaliknya, mula menjana elektrik. Dengan memasukkan kristal seperti dalam litar elektrik dan dengan cara tertentu, memproses isyarat yang diterima daripadanya, kita boleh membentuk imej pada paparan mesin ultrasound.

Tetapi untuk proses ini menjadi mungkin, peralatan mahal dan kompleks diperlukan.

Walaupun puluhan dan bahkan beratus-ratus komponen yang berkaitan dengan pengimbas ultrasound boleh dibahagikan kepada beberapa blok utama yang terlibat dalam penukaran dan penghantaran pelbagai jenis tenaga.

Semuanya bermula dengan sumber kuasa yang mampu mengekalkan voltan tinggi nilai yang telah ditetapkan. Kemudian, melalui banyak unit bantu dan di bawah kawalan berterusan perisian khas, isyarat dihantar ke sensor, elemen utama yang merupakan kepala piezocrystalline. Ia menukarkan tenaga elektrik ke dalam tenaga ultrasound.

Melalui kanta akustik yang diperbuat daripada bahan khas dan gel yang sepadan, gelombang ultrasonik memasuki badan pesakit.

Seperti mana-mana gelombang, ultrasound cenderung untuk dilihat dari permukaan yang ditemui di laluannya.

Seterusnya, gelombang melepasi laluan terbalik menerusi pelbagai tisu tubuh manusia, gel akustik dan jatuh lensa pada piezocrystalline grating sensor, yang menukarkan tenaga gelombang akustik ke dalam tenaga elektrik.

Dengan menerima dan betul mentafsirkan isyarat daripada sensor, kita boleh mensimulasikan objek yang berada dalam kedalaman yang berbeza dan tidak dapat diakses oleh mata manusia.

Prinsip pembinaan imej berdasarkan data imbasan ultrasound

Pertimbangkan dengan tepat bagaimana maklumat yang diperoleh membantu kami dalam membina imej pada pengimbas ultrasound. Asas prinsip ini adalah impedans akustik yang berbeza atau rintangan media gas, cair dan padat.

Dalam erti kata lain, tulang, tisu lembut dan cecair badan kita memancarkan dan mencerminkan ultrasound kepada pelbagai peringkat, menyerap sebahagian dan menyebarkannya.

Malah, keseluruhan proses penyelidikan boleh dibahagikan kepada mikroperiod, dan hanya sebahagian kecil dari setiap tempoh yang menghantar sensor. Selebihnya dibelanjakan untuk menunggu maklum balas. Pada masa yang sama, masa antara penghantaran dan penerimaan isyarat langsung dipindahkan ke jarak dari sensor ke objek "dilihat".

Maklumat tentang jarak ke setiap titik membantu kami membina model objek yang dikaji, dan juga digunakan untuk pengukuran yang diperlukan untuk diagnostik ultrasound. Data itu dikodkan warna - akibatnya, kita mendapatkan imej yang kita perlukan pada skrin ultrasound.

Selalunya, ini adalah format Black-and-White, kerana dipercayai bahawa warna kelabu mata kita lebih mudah dan mempunyai ketepatan yang lebih tinggi. akan melihat perbezaan dalam pembacaan, walaupun dalam alat moden mereka menggunakan perwakilan warna, misalnya, untuk mengkaji kecepatan aliran darah, dan juga pembentangan data yang baik. Yang terakhir, bersama dengan urutan video dalam mod Doppler, membantu membuat diagnosis dengan lebih tepat dan berfungsi sebagai sumber tambahan maklumat.

Tetapi kembali kepada pembinaan imej yang paling sederhana dan pertimbangkan dengan lebih terperinci tiga kes:

Contoh imej yang paling mudah akan dipelajari berdasarkan kaedah B-. Visualisasi tisu tulang dan formasi padat lain terdiri daripada kawasan yang cerah (terutamanya putih), kerana bunyi mencerminkan yang terbaik dari permukaan pepejal dan mengembalikan hampir sepenuhnya ke sensor.

Sebagai contoh, kita dapat melihat dengan jelas kawasan putih - batu di buah pinggang pesakit.

Penggambaran cecair atau lompang yang bertentangan diwakili oleh kawasan hitam dalam gambar, kerana tanpa mengalami halangan, suara itu melintas lebih jauh ke dalam tubuh pesakit dan kami tidak menerima sebarang respons.

Tisu lembut, seperti struktur buah pinggang itu sendiri, akan diwakili oleh kawasan dengan gradasi kelabu yang berlainan. Ketepatan diagnosis dan kesihatan pesakit akan bergantung pada kualiti visualisasi objek tersebut.

Jadi hari ini kita telah belajar tentang ultrabunyi dan bagaimana ia digunakan dalam pengimbas ultrasound untuk mengkaji organ-organ tubuh manusia.

Jika mesin ultrabunyi anda mempunyai kualiti imej yang buruk, sila hubungi pusat khidmat kami. Jurutera ERSPlus dengan pengalaman hebat dan kelayakan tinggi selalu bersedia membantu anda.

Prinsip operasi mesin ultrasound

Pemeriksaan ultrabunyi (ultrasound) adalah prosedur diagnostik yang tidak invasif yang menggunakan gelombang bunyi frekuensi tinggi untuk mendapatkan imej organ-organ dalaman badan. Artikel ini memberi maklumat tentang bagaimana mesin ultrasound berfungsi.

Istilah 'ultrasound' merujuk kepada kekerapan yang berada di atas liputan pendengaran manusia. Ultrasound, yang juga dikenali sebagai sonografi perubatan diagnostik, bukanlah prosedur pencitraan invasif, yang melibatkan penggunaan gelombang bunyi frekuensi tinggi untuk diagnosis serta tujuan terapeutik. Ia dianggap lebih selamat daripada X-ray dan CT, kerana ia tidak melibatkan penggunaan radiasi pengion.

Mesin Ultrasound

Mesin ultrasound adalah alat diagnostik bersepadu komputer yang terdiri daripada pemancar, pemproses, monitor, papan kekunci dengan butang kawalan, peranti penyimpanan dan pencetak. Komponennya berfungsi bersama untuk menghasilkan imej organ dalaman.

Visualisasi ultrasonik dan kesan piezoelektrik terbalik

Kristal piezoelektrik adalah kristal yang menjana caj apabila mereka mengalami tekanan mekanikal. Penukaran tenaga mekanikal ke dalam tenaga elektrik dipanggil kesan piezoelektrik. Kuarza, barium titanate, niobate plumbum, titanat zirkonat memimpin dan lain-lain adalah beberapa bahan piezoelektrik. Dalam kes ultrasound, gelombang ultrasonik berdenyut dicipta menggunakan kristal piezoelektrik, yang diletakkan di dalam probe pegang tangan, dipanggil sensor. Apabila arus elektrik digunakan pada kristal piezoelektrik, ia menyebabkan tekanan mekanikal. Ini dipanggil kesan piezoelektrik songsang. Kesan piezoelektrik terbalik ini, menghasilkan gelombang ultrasonik.

Apabila arus elektrik digunakan pada kristal ini, ini membawa kepada perubahan pantas dalam bentuknya. Ini menyebabkan kristal menghasilkan gelombang bunyi yang menyebarkan ke luar. Apabila gelombang bunyi ini kembali dan memukul kristal, mereka mengeluarkan arus elektrik.

Kekerapan yang digunakan untuk ultrasound adalah dalam lingkungan 2-15 MHz. Terdapat hubungan songsang antara panjang gelombang dan kekerapan gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik frekuensi tinggi mempunyai panjang gelombang pendek, dan gelombang ultrasonik frekuensi rendah mempunyai panjang gelombang yang besar. Frekuensi tinggi digunakan untuk mengimbas organ atau tisu yang berdekatan dengan permukaan. Gelombang frekuensi tinggi memberikan imej resolusi tinggi. Walaupun gelombang rendah boleh menembusi struktur yang lebih mendalam, mereka memberikan imej resolusi rendah.

Komponen ultrabunyi

Hari ini, mesin ultrasound sedia ada dan digunakan secara meluas untuk tujuan diagnostik. Mari mengetahui bagaimana gelombang ultrasonik dicipta dan disiarkan melalui mesin-mesin ini.

Unit Pemprosesan Tengah (CPU)

Pemproses mengandungi bekalan kuasa untuk penukar, serta mikropemproses yang merujuk kepada satu set wayar yang menghubungkan pemproses ke seluruh komputer. Tugasnya adalah untuk mendapatkan data dan menyediakan output dengan memproses data sesuai dengan laluan. Dalam ultrasound, pemproses menghantar arus elektrik ke sensor, dan memproses maklumat yang dihantar oleh pemproses dalam imej 2D atau 3D. Imej-imej ini boleh dilihat pada monitor.

Sensor

Transduser adalah sebahagian daripada imbasan ultrasound. Istilah 'transducer' adalah peranti yang mengubah tenaga dari satu bentuk ke bentuk lain. Peranti ini bertindak sebagai pemancar dan juga penerima. Semasa ultrasound, sapukan gel di bahagian tertentu badan untuk mengelakkan gelombang bunyi dari gangguan. Siasatan bergerak ke belakang dan ke belakang melalui bahagian badan ini. Penggunaan arus elektrik dalam kristal dalam transducer membawa kepada penjanaan gelombang ultrasonik. Refleksi gelombang ultrasonik berlaku di sempadan pelbagai jenis tisu. Transducer menukar gema tenaga mekanikal atau gelombang ultrasonik, yang dicerminkan dari organ sasaran atau tisu, menjadi arus elektrik. Pemproses kemudian memproses maklumat tentang bidang dan amplitud bunyi, dan masa yang dibelanjakan oleh gelombang ultrasonik tercermin pada sensor untuk membuat imej 2D atau 3D organ-organ dalaman.

Komponen lain

Techn Teknikal Sonogram boleh menggunakan papan kekunci untuk menambah nota dan mengukur imej. Sensor kawalan nadi boleh digunakan untuk menukar tempoh dan kekerapan denyutan ultrasound, atau menukar mod pengimbasan.

➞ Data yang diproses dari pemproses akan ditukar kepada imej yang boleh dilihat pada monitor.

➞ Data yang diproses dan / atau imej boleh disimpan ke cakera keras bersama rekod perubatan pesakit.

➞ Teknikal ultrasound juga boleh memilih imej yang boleh dicetak menggunakan pencetak haba yang disambungkan ke ultrasound.

Ultrasound mempunyai pelbagai aplikasi dalam diagnosis, tetapi ia menjadi sangat diperlukan untuk menganalisis perkembangan janin. Walaupun ultrasound konvensional menyediakan imej dua dimensi untuk anatomi manusia tiga dimensi, kini anda boleh membuat imej 3D dan 4D. Walaupun pengimbasan gambar 3D embrio dilakukan dalam tiga dimensi, pemindahan imej tiga dimensi embrio dipanggil pengimbasan 4D. Walaupun kesan sampingan tidak berkaitan dengan penggunaan ultrasound, kebimbangan telah dinyatakan mengenai kemungkinan hubungan antara penyalahgunaan ultrasound dan kesan haba gelombang ultrasound. Sebagai contoh, jika siasatan kekal di satu tempat untuk tempoh yang panjang, ia boleh menyebabkan peningkatan suhu di tempat itu. Untuk mengurangkan risiko ini, adalah mustahak bahawa mesin ultrasound digunakan oleh juruteknik berpengalaman.

USG Hati: kaedah diagnostik bermaklumat dan tidak invasif

Di mana undang-undang fizikal adalah kaedah ultrasound berdasarkan:

1. Mengenai fenomena penyerapan dan refleksi dari media yang berbeza gelombang ultrasonik. Gelombang tersebut timbul akibat kesan piezoelektrik.
2. Prinsip fizikal utama operasi mesin ultrasound adalah seperti berikut.
3. Sebarang gelombang ditentukan oleh satu set ciri fizikal.
4. Mereka mempunyai tempoh, fasa, panjang, kekerapan dan kelajuan penyebaran.

Prinsip operasi

Pernahkah anda memberi perhatian bahawa satu sudu teh diletakkan di segelas air di bahagian dua medium (air dan udara) seolah-olah dibiaskan? Ini adalah hasil daripada hakikat bahawa gelombang cahaya, apabila bergerak dari udara ke air, sebahagiannya dicerminkan, dan selebihnya terus menyebarkan di dalam air, tetapi dengan parameter yang berbeza (frekuensi, panjang, dan sebagainya).

Dari sini ada kesan visual dari rehat sudu. Dengan gelombang ultrasonik, keadaan yang sama berlaku semasa peralihan dari satu medium ke yang lain. Persekitaran yang berbeza dalam organisma hidup mempunyai ketumpatan akustik (rintangan) yang berbeza, iaitu pekali penyerapan berbeza-beza. Gelombang ultrasonik sebahagiannya dicerminkan dan sebahagiannya diserap apabila ia membuat peralihan dari satu medium ke yang lain.

Setiap medium mempunyai indeks rintangan akustiknya sendiri, serta:

1. Sekiranya dalam persekitaran pertama penunjuk ini adalah kecil, dan pada tahap kedua adalah tinggi, maka perbezaannya akan besar.
2. Perbezaan antara penunjuk secara langsung memberi kesan kepada pekali refleksi.
3. Perbezaan yang lebih besar ini, semakin besar bahagian gelombang yang dicerminkan.
4. Akibatnya, semakin kuat isyarat tercermin. Jadi, hampir perbezaan maksimum dalam rintangan akustik di udara dan kulit kering, bulu.

Dalam kes ini, 99.999% gelombang ultrasonik akan dipantulkan. Itulah sebabnya, sebelum ultrasound, kulit dioles dengan gel, di mana pekali penyerapan akustik jauh lebih rendah daripada kulit. Oleh itu, gel berfungsi sebagai medium peralihan. Pemantauan mesin ultrasound mencatat refleksi dalam bentuk kawasan gelap dan cahaya. Semakin besar pantulan, semakin terang kawasan itu. Dan sebaliknya.

Itulah prinsip asas keseluruhan. Setiap organ dalam badan haiwan dan manusia mempunyai pekali penyerapan akustik sendiri. Selain itu, zon yang berbeza di dalam tubuh berbeza di dalam penunjuk ini. Selama bertahun-tahun penyelidikan, pekali rintangan akustik biasa untuk setiap organ telah dikenalpasti.

Lokasi pankreas anatomi menjadikan kebanyakan teknik pemeriksaan yang tidak digunakan untuk organ-organ lain di rongga perut tidak berkesan terhadapnya. Anda boleh belajar bagaimana untuk melakukan ultrasound pankreas, dan apa yang perlu dilakukan pesakit sebelum diagnosis.

Peningkatan cahaya atau kegelapan badan boleh membincangkan tentang sebarang patologi. Anda juga boleh menilai saiz badan. Lagipun, zon hitam dan putih membentuk monitor memaparkan imej organ dalam masa nyata. Sebagai contoh, orang yang menghadapi masalah dengan alkohol, hati hampir selalu diperbesarkan. Pesakit kencing manis telah meresap perubahan dalam struktur pankreas.

Pekali pantulan bergantung bukan sahaja terhadap ciri-ciri alam sekitar. Ia juga bergantung kepada sudut di mana gelombang memasuki medium dan kekerapan gelombang itu sendiri. Pada sudut kejadian serenjang, pantulan akan menjadi maksimal. Serta meningkatkan kekerapan gelombang membawa peningkatan pekali pantulan.

Kesan Doppler

Meningkatkan pekali refleksi adalah mudah untuk mengkaji struktur permukaan. Ini adalah integumen kulit, tendon, kelenjar tiroid, kapal. Tempat khas dalam kesan ultrabunyi Doppler. Ia terletak pada hakikat bahawa jika objek diperiksa dan / atau penerima isyarat yang dicerminkan bergerak, maka kekerapan gelombang ultrasonik yang dicerminkan berubah.

Selain itu, kenaikan atau penurunan kekerapan bergantung pada kelajuan pergerakan objek yang tertakluk kepada pemantauan ultrasound:

• Jika objek di bawah kajian bergerak ke arah sensor, maka frekuensi meningkat.
• Dan jika daripadanya, maka berkuranglah.

Kesan Doppler membolehkan anda mengkaji dan mengkaji struktur biologi bergerak. Pertama sekali, itu adalah hati. Juga, kesan Doppler membolehkan anda mengkaji pergerakan janin, penguncupan rahim dan saluran darah yang besar.

Kadang-kadang kesan Doppler digunakan dalam operasi tengkorak. Terutama dengan yang berkaitan dengan penghapusan kesan kecederaan:

Mesin ultrasound termasuk komponen berikut. Ini adalah penjana gelombang ultrasonik, sensor, pengisian dan pemantauan elektronik. Plus gel khas. Penjana beroperasi dalam mod dari 800 hingga 1200 denyutan sesaat.

Generasi gelombang ultrasonik didasarkan pada fakta bahawa piezoelements (biasanya kristal tunggal) membentuk cas elektrik di permukaan mereka di bawah tindakan mekanikal. Jika arus geganti diperkenalkan melalui kristal yang dikenakan, maka ayunan mekanikal timbul yang menghasilkan gelombang ultrasonik. Juga, caj pada permukaan kristal tunggal juga boleh berlaku akibat daripada peredaran gelombang ultrasonik.

Jenis sensor ultrasound dan skop

Prinsip ini didasarkan pada operasi sensor atau transducer. Kuarza digunakan sebagai kristal tunggal. Lebih kurang barium titanate. Sensor dalam mesin ultrasound terdiri daripada tiga jenis:

Sebelum ini, ada klasifikasi yang membahagikan sensor menjadi dua jenis mengikut prinsip penjanaan gelombang. Pada mulanya, ia dilakukan secara mekanikal, dan di kedua - dengan bantuan elektronik. Dalam peranti dengan sensor mekanikal, pemancar gelombang sentiasa bergerak (berpintal atau berayun).

Oleh kerana itu, terdapat bunyi dan getaran, dan resolusi yang ditinggalkan banyak yang diinginkan. Sekarang hanya sensor elektronik yang digunakan, jadi klasifikasi ini dibatalkan. Sensor linear. Secara luar, mereka adalah yang terluas dan paling lama. Kerana mereka memberikan secara real time imej skala sebenar organ yang diselidiki. Pada masa yang sama untuk mengawasi bioobject, sensor perlu berada di atasnya.

Hati adalah salah satu organ terbesar rongga perut, yang melakukan pelbagai fungsi penting tubuh. Anda boleh belajar bagaimana untuk mempersiapkan diagnosis hati dengan imbasan ultrasound dan cara menguraikan hasilnya.

Sensor jenis ini menggunakan kekerapan dari 5 hingga 15 MHz. Frekuensi tinggi memberikan resolusi tinggi, tetapi kedalaman penembusan gelombang kecil - sehingga 9 cm. Transduser sedemikian memeriksa kelenjar tiroid, kelenjar susu, saluran, tendon. Sensor konveks beroperasi dalam julat kekerapan antara 1.8 hingga 7.5 MHz. Secara fizikal, sensor lebih kecil. Kekerapan rendah membolehkan anda meneroka organ-organ yang terletak pada kedalaman 25 cm. Alat frekuensi sederhana digunakan apabila memeriksa organ-organ perut, perut, sistem kencing.

Terdapat satu saat. Imej yang dipaparkan pada monitor adalah beberapa sentimeter yang lebih luas daripada sensor. Pakar adalah bertanggungjawab untuk mengingati kesalahan ini. Akhirnya, sensor pai adalah yang terkecil. Dan kerja dengan frekuensi terendah - dari 1.5 hingga 5 MHz. Di sini perbezaan di antara imej yang dipaparkan dan sensor lebih besar. Biasanya, peralatan ini digunakan untuk mengkaji zon dalam yang kecil. Penggunaan yang paling kerap ialah ultrasound jantung.

Ultrasound dalam amalan

Ultrasound digunakan untuk memeriksa hampir semua organ dalam tubuh manusia dan haiwan. Sebagai contoh, ultrasound hati akan membolehkan anda membuat beberapa laporan perubatan penting berdasarkan data yang akan diperolehi semasa kajian ini. Ini termasuk semua parameter asas:

• saiz;
• kontur;
• struktur homogen;
• perubahan ricih;
• keadaan aliran darah.

Pada orang yang menyalahgunakan alkohol dan makanan berlemak, hati diperbesar dalam 9 kes daripada 10. Kontur tidak jelas, perubahan rambang diperhatikan, homogenitas terganggu (disebabkan oleh hepatosit mati dan tisu adipose). Dengan sirosis di hati terdapat kawasan luas dengan echogenicity yang diubah. Ultrasound dijalankan dalam tiga mod.

Mod A dan M memberikan imej satu dimensi. Tetapi mod B adalah imej dua dimensi dalam masa nyata, yang membolehkan untuk menilai morfologi organ. Prosedur imbasan ultrasound adalah 100% selamat. Kedua-dua komuniti saintifik dunia dan domestik.

Persatuan perubatan di seluruh dunia tidak mengenal pasti satu kes di mana ultrasound akan menyebabkan badan sekurang-kurangnya membahayakan. Atas sebab ini, ultrasound digunakan secara aktif dalam diagnosis perinatal. Dengan bantuan ultrasound memantau perkembangan janin. Ini membolehkan anda mengenal pasti pelbagai patologi kehamilan pada peringkat awal.

Anda juga boleh mengetahui tentang sisi ultrasound teknikal dengan menonton video ini.

Prinsip operasi mesin ultrasound

Prinsip ultrasound berdasarkan kesan piezoelektrik. Setiap kali gelombang ultrasonik memenuhi permukaan pepejal, ia sama ada diserap atau ditarik balik daripadanya. Ultrasound boleh dengan mudah menembusi kulit dan cecair, yang menjadikan penggunaannya dalam ubat-ubatan moden begitu biasa.

Bagaimana pengimbas ultrasound

Kekerapan ultrasound yang diperlukan untuk pencitraan perubatan adalah dalam lingkungan 1-20 MHz. Getaran ini diperoleh menggunakan bahan piezoelektrik. Apabila medan elektrik diletakkan melalui kepingan, ia mengembang atau kontrak. Apabila dicerminkan, isyarat mengembalikan, menyebabkan medan elektrik bergantian yang menyebabkan kristal bergetar.

Untuk mencapai kesan piezoelektrik dalam pengimbas ultrasound, elemen khusus yang diperbuat daripada kuarza, titanium zirkonat atau barium digunakan. Ketebalan mereka dipilih sedemikian rupa untuk memberikan resonans yang lebih baik. Di sempadan dua media, bunyi disebarkan atau dipantulkan, ia bergantung kepada bagaimana tisu yang mempunyai sempadan yang sama. Semakin besar perbezaan, semakin kuat isyarat akan tercermin.

Nilai rintangan diberikan di bawah:

Seperti yang dapat dilihat dari jadual, tahap rintangan udara dan air adalah berbeza, jadi untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas, kulit pesakit dioles dengan gel khas, di mana buih-buih udara tidak boleh terbentuk.

Isyarat elektrik yang dihasilkan dikuatkan dan diproses. Oleh itu, ultrasound dicerminkan, dicerminkan dari halangan. Biasanya terdapat dua kristal - penghantaran dan penerimaan, kedua-duanya dibina ke dalam penjana, iaitu peranti yang menukar tenaga elektrik.

Imej itu dihantar ke skrin peranti dalam bentuk kepingan, dicat dalam bentuk skala hitam dan putih 64-tint. Pada masa yang sama, kawasan echopositive adalah gelap, dan kawasan echo-negatif berwarna putih. Semasa warna imej pendaftaran songsang mungkin berbeza-beza.

Oleh kerana perbezaan kecil dalam tahap rintangan, tisu seperti otot dan lemak mempunyai resistensi yang sama. Itulah sebabnya, semasa peperiksaan mereka, sebahagian daripada rasuk itu "melewati" ke lapisan seterusnya, dan hanya sebahagian kecil yang dicerminkan. Walau bagaimanapun, dalam praktiknya ini tidak menjadi masalah, kerana perbezaan dalam nisbah 1-2% membolehkan anda mendapatkan gambaran yang jelas.

Kelebihan dan kekurangan ultrasound

Kaedah diagnostik ini mempunyai banyak aspek positif:

• Ia bukan invasif, iaitu ia tidak memerlukan pelanggaran keutuhan organ dan tisu dan pengenalan peralatan ke dalam organisma. Ini memberikan kelebihan ultrasound berbanding dengan endoskopi gentian optik atau laparoskopi perkakasan;
• Teknik ultrasound agak murah, cepat dan mudah berbanding dengan MRI yang mahal;
• Gelombang ultrasound tidak berbahaya kepada tubuh, seperti sinar-x, jadi jenis diagnosis ini boleh diberikan kepada wanita hamil dan anak-anak. Ultrasound boleh dilakukan tanpa had pada tubuh manusia;
• Diagnosis ultrasound adalah hebat untuk menggambarkan tisu lembut, jantung, hati, ginjal dan organ-organ dalaman yang lain.

• Kekurangan utama diagnosis ini ialah imej kadang-kadang lebih rendah daripada kualiti kepada definisi MR, CT dan X-ray, tetapi peranti moden semakin menghilangkan perbezaan ini. Jika anda pergi ke klinik yang mempunyai peralatan moden, seperti Rainbow, anda akan diperiksa menggunakan teknologi yang paling canggih;
• Isyarat ultrasonik sangat digambarkan di antara muka tisu dan gas. Ini bermakna peperiksaan itu tidak sesuai untuk kajian paru-paru;
• Kerana ketahanan tinggi tisu tulang, ultrasound tidak sesuai untuk diagnosis patah tulang, dan untuk memeriksa otak, MRI adalah pilihan pilihan.

Pada masa ini, teknik Doppler telah menjadi semakin meluas, terus berkembang keupayaan diagnostik ultrasound. Ia membolehkan kajian tisu bergerak.

Doktor kami ultrasound

Erhan Karolina Pavlovna - Ubat ultrasound, (ultrasound, doktor kategori tertinggi)
Uvarova Elena Anatolyevna - Doktor obstetrik-pakar sakit puan, ultrasound (AS)

Prinsip mesin ultrasound. Sensor ultrasonik

Di bawah ultrasound memahami gelombang bunyi, frekuensi yang berada di luar jangkauan frekuensi yang dirasakan oleh telinga manusia.

Penemuan ultrasound bermula pada pemerhatian penerbangan kelawar. Para saintis, yang menutup mata kelawar, mendapati bahawa haiwan ini tidak kehilangan orientasi mereka dalam penerbangan dan boleh mengelakkan rintangan. Tetapi selepas mereka juga menutup telinga mereka, orientasi dalam ruang di kelawar telah pecah dan mereka menghadapi halangan. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa kelawar dalam gelap dipandu oleh gelombang bunyi yang tidak ditangkap oleh telinga manusia. Pemerhatian ini telah dibuat dalam abad XVII, pada masa yang sama istilah "ultrasound" dicadangkan. Kelawar untuk orientasi di angkasa memancarkan denyutan pendek gelombang ultrasonik. Impuls ini, yang dicerminkan dari halangan-halangan, dirasakan selepas beberapa waktu oleh telinga kelelawar (fenomena gema). Menurut masa yang berlalu dari saat radiasi denyut ultrasonik ke persepsi isyarat yang tercermin, haiwan menentukan jarak ke objek. Di samping itu, kelawar juga boleh menentukan arah di mana isyarat echo dikembalikan, penyetempatan objek di ruang angkasa. Oleh itu, ia menghantar ombak ultrasound dan kemudian melihat gambaran yang menggambarkan ruang sekitarnya.

Prinsip lokasi ultrasound mendasari operasi banyak peranti teknikal. Menurut prinsip yang dipanggil echo berdenyut, kerja sonar, yang menentukan kedudukan kapal relatif terhadap tangkapan ikan atau dasar laut (echo sounder), serta alat diagnostik ultrasound yang digunakan dalam bidang perubatan: peranti memancarkan gelombang ultrasonik, kemudian melihat sinyal yang tercermin, dan pada masa berlalu dari masa radiasi hingga saat persepsi isyarat echo, tentukan kedudukan ruang struktur mencerminkan.

Apakah gelombang bunyi?

Gelombang bunyi adalah getaran mekanikal yang menyebarkan di angkasa seperti gelombang yang terjadi setelah batu dibuang ke dalam air. Penyebaran gelombang bunyi sebahagian besarnya bergantung kepada bahan di mana mereka menyebarkan. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa gelombang bunyi berlaku hanya apabila zarah-zarah perkara berayun.

Oleh kerana bunyi hanya boleh disebarkan dari benda-benda material, bunyi tidak dihasilkan dalam vakum (dalam peperiksaan, soalan "backfilling" sering ditanya: bagaimana suara diedarkan dalam vakum?).

Bunyi dalam alam sekitar boleh merebak dalam kedua-dua membujur dan dalam arah melintang. Gelombang ultrasonik dalam cecair dan gas membujur, kerana zarah individu medium berayun sepanjang arah penyebaran gelombang bunyi. Jika pesawat di mana zarah-zarah sederhana berayun, terletak pada sudut yang tepat ke arah perambatan gelombang, sebagai contoh, dalam hal gelombang laut (ayunan zarah dalam arah menegak, dan penyebaran gelombang di mendatar), bercakap tentang gelombang melintang. Gelombang tersebut juga diperhatikan dalam pepejal (contohnya, dalam tulang). Dalam tisu lembut, ultrasound menyebarkan terutamanya dalam bentuk gelombang membujur.

Apabila zarah individu gelombang membujur dipindahkan ke arah satu sama lain, ketumpatan mereka, dan, akibatnya, tekanan dalam substansi medium di tempat ini meningkat. Jika zarah-zarah menyimpulkan antara satu sama lain, ketumpatan tempatan bahan dan tekanan di tempat ini berkurang. Gelombang ultrasonik membentuk zon tekanan rendah dan tinggi. Dengan laluan gelombang ultrasonik melalui tisu, tekanan ini berubah dengan cepat pada titik sederhana. Untuk membezakan tekanan yang dibentuk oleh gelombang ultrasonik dari tekanan malar medium, ia juga dikenali sebagai pembolehubah, atau sonik, tekanan.

Parameter gelombang bunyi

Parameter gelombang bunyi termasuk:

Amplitud (A), sebagai contoh, tekanan bunyi maksimum ("ketinggian gelombang").

Kekerapan (v), iaitu bilangan ayunan dalam 1 s. Unit kekerapan adalah Hertz (Hz). Dalam peranti diagnostik yang digunakan dalam bidang perubatan, gunakan julat frekuensi antara 1 hingga 50 MG c (1 MHz = 106 Hz, biasanya julat 2.5-15 MHz).

Panjang gelombang (λ), iaitu. jarak ke puncak gelombang bersebelahan (lebih tepatnya, jarak minimum antara mata dengan fasa yang sama).

Kelajuan penyebaran, atau kelajuan suara. Ia bergantung kepada medium di mana gelombang bunyi menyebarkan, dan juga pada kekerapan.

Tekanan dan suhu mempunyai kesan yang ketara, tetapi dalam julat suhu fisiologi kesan ini boleh diabaikan. Untuk kerja seharian, adalah berguna untuk mengingati bahawa alam sekitar yang lebih padat, semakin besar kelajuan bunyi di dalamnya.

Kelajuan bunyi dalam tisu lembut adalah sekitar 1500 m / s dan bertambah dengan ketumpatan tisu yang semakin meningkat.

Formula ini adalah pusat kepada echography perubatan. Dengan bantuannya, ada kemungkinan untuk mengira panjang gelombang λ ultrasound, yang membolehkan menentukan saiz minimum struktur anatomi yang masih boleh dilihat dengan ultrasound. Struktur anatomi yang saiznya kurang daripada panjang gelombang ultrasonik, dengan ultrasound tidak dapat dibezakan.

Panjang gelombang membolehkan anda untuk mendapatkan imej yang agak kasar dan tidak sesuai untuk menilai struktur kecil. Semakin tinggi kekerapan ultrasound, semakin kecil panjang gelombang dan saiz struktur anatomi yang masih boleh dibezakan.

Kemungkinan terperinci meningkatkan dengan kekerapan ultrasound yang semakin meningkat. Ini mengurangkan kedalaman penembusan ultrasound ke dalam tisu, iaitu. keupayaan penembusannya berkurang. Oleh itu, dengan kekerapan ultrasound yang semakin meningkat, kedalaman penyelidikan tisu yang semakin berkurangan.

Gelombang ultrasound yang digunakan dalam echography untuk mempelajari tisu berkisar antara 0.1 hingga 1 mm. Struktur anatomi yang lebih kecil tidak boleh dikenalpasti.

Bagaimana untuk mendapatkan ultrasound?

Kesan piezoelektrik

Pengeluaran ultrasound yang digunakan dalam diagnostik perubatan adalah berdasarkan kesan piezoelektrik - keupayaan kristal dan seramik untuk berubah bentuk di bawah tindakan voltan yang digunakan. Di bawah tindakan voltan seli, kristal dan seramik secara berkala berubah bentuk, iaitu getaran mekanikal timbul dan gelombang ultrasonik terbentuk. Kesan piezoelektrik boleh diterbalikkan: gelombang ultrasonik menyebabkan ubah bentuk kristal piezoelektrik, yang disertai oleh penampilan voltan elektrik yang boleh diukur. Oleh itu, bahan piezoelektrik berfungsi sebagai penjana gelombang ultrasonik, dan penerima mereka.

Apabila gelombang ultrasonik berlaku, ia menyebarkan dalam medium penyambung. "Menyambung" bermaksud terdapat kekonduksian bunyi yang sangat baik antara penjana ultrabunyi dan persekitaran di mana ia diedarkan. Untuk melakukan ini, biasanya menggunakan gel ultrasound standard.

Untuk memudahkan peralihan gelombang ultrasonik dari seramik pepejal unsur piezoelektrik kepada tisu lembut, ia disalut dengan gel ultrasonik khas.

Penjagaan harus diambil apabila membersihkan sensor ultrasound! Lapisan yang sepadan dalam kebanyakan sensor ultrasonik merosot apabila diproses semula dengan alkohol untuk sebab "kebersihan". Oleh itu, apabila membersihkan sensor ultrasonik, perlu mematuhi arahan yang dilampirkan pada peranti itu.

Struktur sensor ultrasonik

Penjana getaran ultrasonik terdiri daripada bahan piezoelektrik, kebanyakan seramik, di bahagian depan dan belakang yang terdapat hubungan elektrik. Lapisan yang sepadan dikenakan pada bahagian depan yang menghadap pesakit, yang direka untuk ultrasound optimum dalam tisu. Di bahagian belakang, kristal piezoelektrik ditutup dengan lapisan, yang sangat menyerap ultrasound, yang menghalang pantulan gelombang ultrasonik dalam arah yang berbeza dan menghadkan mobiliti kristal. Ini membolehkan kita memastikan bahawa sensor ultrasound memancarkan denyut ultrasonik yang paling singkat. Tempoh denyutan adalah faktor penentu dalam resolusi paksi.

Sensor untuk ultrasound dalam mod b, sebagai peraturan, terdiri daripada banyak kecil, bersebelahan dengan satu sama lain kristal seramik, yang dikonfigurasi secara individu atau dalam kumpulan.

Sensor ultrasonik sangat sensitif. Ini dijelaskan, dalam satu tangan, oleh fakta bahawa dalam kebanyakan kes ia mengandungi kristal seramik yang sangat rapuh, sebaliknya, oleh itu komponen sensor terletak sangat dekat antara satu sama lain dan boleh dialihkan atau pecah dengan gegaran mekanikal atau kejutan. Kos sensor ultrasonik moden bergantung pada jenis peralatan dan kira-kira sama dengan kos kereta kelas menengah.

Sebelum mengangkut peranti ultrasonik, dengan kuat membaiki sensor ultrasonik pada peranti, dan lebih baik mencabutnya. Sensor itu pecah dengan mudah apabila jatuh, dan walaupun gegaran kecil boleh menyebabkan kerosakan yang serius.

Dalam pelbagai frekuensi yang digunakan dalam diagnostik perubatan, adalah mustahil untuk mendapatkan rasuk fokus yang tajam, sama dengan laser, dengan mana ia mungkin untuk "menguji" tisu. Walau bagaimanapun, untuk mendapatkan resolusi spatial yang optimum, adalah perlu untuk berusaha untuk mengurangkan diameter gegaran ultrasound sebanyak mungkin (sebagai sinonim bagi rasuk ultrasound, istilah "ultrasonik rasuk" kadang-kadang digunakan), yang menekankan bahawa dalam hal bidang ultrasonik, diameter).

Lebih kecil rasuk ultrasound, lebih baik butiran struktur anatomi dapat dilihat dengan ultrasound.

Oleh itu, ultrasound difokuskan sejauh mungkin pada kedalaman tertentu (agak jauh dari struktur di bawah kajian), supaya ultrasound beam membentuk "pinggang". Mereka menumpukan perhatian kepada ultrasound sama ada dengan bantuan "kanta akustik" atau dengan menggunakan isyarat berdenyut kepada unsur-unsur piezoceramic yang berbeza dari transducer dengan peralihan saling berbeza dalam waktunya. Pada masa yang sama, memberi tumpuan kepada kedalaman yang lebih tinggi memerlukan peningkatan permukaan aktif, atau apertur, transducer ultrasonik.

Apabila sensor difokuskan, terdapat tiga zon dalam bidang ultrasound:

Imej ultrabunyi yang paling jelas diperolehi apabila objek yang sedang diteliti berada di zon fokus balok ultrasound. Objek terletak di zon fokal apabila balok ultrasound mempunyai lebar terkecil, yang bermaksud bahawa resolusinya adalah maksimum.

Berhampiran kawasan ultrabunyi

Zon berhampiran bersebelahan dengan sensor ultrasonik. Di sini, gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh permukaan pelbagai unsur piezoseramik ditumpukan pada satu sama lain (dalam erti kata lain, gangguan gelombang ultrasonik berlaku), oleh itu medan yang tidak terinspirasi adalah terbentuk. Marilah kita menerangkan ini dengan contoh yang jelas: jika anda membuang sebilangan kecil kerikil ke dalam air, maka gelombang pekeliling, menyimpang dari masing-masing, bertindih antara satu sama lain. Berhampiran tempat di mana batu kerikil jatuh, sepadan dengan zon berhampiran, gelombang tidak teratur, tetapi pada jarak tertentu mereka secara perlahan mendekati pekeliling. Cuba sekurang-kurangnya sekali untuk melakukan percubaan ini dengan anak-anak ketika berjalan di dekat air! The inhomogeneity yang jelas dari zon ultrasonik berhampiran membentuk imej kabur. Media homogen itu sendiri di zon berhampiran kelihatan seperti cahaya bergantian dan jalur gelap. Oleh itu, zon ultrasound berhampiran untuk menilai imej hampir sama atau tidak sama sekali. Kesan ini paling jelas dalam sensor cembung dan sektor yang memancarkan rasuk ultrasound yang menyimpang; Untuk sensor linear, heterogeneity berhampiran zon kurang jelas.

Adalah mungkin untuk menentukan sejauh mana zon ultrabunyi berhampiran merebak, jika menghidupkan tombol, anda akan menguatkan isyarat, sambil pada masa yang sama menonton medan ultrasound bersebelahan dengan sensor. Zon ultrasound berhampiran boleh diiktiraf oleh lembaran putih berhampiran sensor. Cuba bandingkan zon berhampiran dengan sensor linear dan sektor.

Memandangkan zon ultrasound berhampiran tidak boleh digunakan untuk menilai imej sesuatu objek, semasa pemeriksaan ultrasound, mereka berusaha untuk meminimumkan zon berhampiran dan menggunakannya dalam pelbagai cara untuk mengeluarkannya dari kawasan yang di bawah kajian. Ini boleh dilakukan, sebagai contoh, dengan memilih kedudukan optimum sensor atau secara elektronik meratakan ketidaksamaan bidang ultrasonik. Tetapi dalam amalan, ini adalah paling mudah untuk dicapai dengan bantuan penimbal yang dipanggil air, yang diletakkan di antara sensor dan objek kajian. Ini membolehkan anda memaparkan bunyi zon berhampiran dari lokasi objek di bawah kajian. Biasanya muncung khas untuk sensor individu atau pad gel sejagat digunakan sebagai penyangga. Daripada air, muncung plastik berasaskan silikon kini digunakan.

Dengan susunan cetek struktur yang dikaji, penggunaan penimbal dapat meningkatkan kualiti imej ultrabunyi dengan ketara.

Kawasan fokus

Zon fokus dicirikan oleh hakikat bahawa, di satu sisi, diameter (lebar) rasuk ultrasound adalah yang terkecil di sini, dan sebaliknya, disebabkan oleh kesan kanta pengumpulan, intensiti ultrasound adalah yang paling besar. Ini membolehkan resolusi tinggi, iaitu. keupayaan untuk membezakan butiran objek secara jelas. Oleh itu, pembentukan atau objek anatomi yang perlu disiasat mestilah terletak di kawasan tumpuan.

Kawasan ultrasound jauh

Di zon ultrasound yang jauh, sinar ultrasound akan menyimpang. Sejak sinaran ultrasound dilemahkan apabila melewati tisu, keamatan ultrasound, terutamanya komponen frekuensi tinggi, menurun. Kedua-dua proses ini menjejaskan resolusi, dan dengan itu kualiti imej ultrasound. Oleh itu, dalam kajian di zon ultrasound yang jauh, kejelasan objek hilang - semakin banyak, jauh dari sensor.

Resolusi peranti

Resolusi sistem penyelidikan visual, baik optik dan akustik, ditentukan oleh jarak minimum di mana dua objek dalam imej dilihat sebagai berasingan. Resolusi adalah petunjuk penting kualitatif yang mencirikan keberkesanan kaedah penyelidikan pengimejan.

Dalam praktiknya, sering kali diabaikan bahawa peningkatan resolusi itu bermakna hanya apabila objek yang sedang dipelajari jauh berbeza dengan sifat akustiknya dari tisu sekitarnya, iaitu. mempunyai kontras yang mencukupi. Meningkatkan resolusi jika tiada perbezaan yang mencukupi tidak meningkatkan keupayaan diagnostik kajian. Resolusi paksi (dalam arah penyebaran rasuk ultrasound) terletak di rantau ini panjang gelombang dua kali ganda. Sebenarnya, tempoh denyutan individu terpenting adalah penting. Ia berlaku sedikit lebih daripada dua turun naik berturut-turut. Ini bermakna bahawa dengan sensor dengan frekuensi kerja 3.5 MHz, struktur tisu 0.5 mm harus secara teorinya dianggap sebagai struktur berasingan. Dalam praktiknya, ini diperhatikan hanya di bawah syarat bahawa struktur adalah cukup berbeza.

Resolusi lateral (lateral) bergantung kepada lebar rasuk ultrasound, serta fokus dan, dengan itu, pada kedalaman penyiasatan. Dalam hal ini, resolusi sangat berbeza. Resolusi tertinggi diperhatikan di zon focal dan kira-kira 4-5 panjang gelombang. Oleh itu, resolusi sisi 2-3 kali lebih lemah daripada resolusi paksi. Satu contoh biasa ialah ultrabunyi saluran pankreas. Lidak saluran boleh dilihat dengan jelas hanya apabila ia berserenjang dengan arah rasuk ultrasound. Bahagian salur yang terletak di sebelah kiri dan kanan dari sudut yang berbeza tidak lagi kelihatan, kerana resolusi paksi lebih kuat daripada sisi.

Resolusi Sagittal bergantung kepada lebar balok ultrasound dalam satah serenjang dengan satuan pengimbasan, dan menyifatkan resolusi dalam arah yang berserenjang dengan arah penyebaran, dan, akibatnya, ketebalan lapisan imej. Resolusi Sagittal biasanya lebih buruk daripada paksi dan lateral. Dalam arahan yang dilampirkan pada mesin ultrasound, parameter ini jarang disebut. Walau bagaimanapun, ia harus diandaikan bahawa resolusi sagittal tidak boleh lebih baik daripada resolusi sisi dan bahawa kedua-dua parameter adalah setanding hanya dalam satah sagittal di zon fokus. Dengan kebanyakan sensor ultrasound, tumpuan sagittal ditetapkan kepada kedalaman tertentu dan tidak dinyatakan dengan jelas. Dalam praktiknya, pancaran pancaran ultrasonik itu dilakukan dengan menggunakan lapisan sepadan dalam sensor sebagai kanta akustik. Variabel yang memberi tumpuan serenjang kepada satah imej, oleh itu, mengurangkan ketebalan lapisan ini boleh dicapai hanya dengan bantuan matriks piezoelements.

Dalam kes-kes di mana doktor penyelidikan ditugaskan dengan penerangan terperinci tentang struktur anatomi, adalah perlu untuk menyiasatnya dalam dua pesawat saling serentak, jika ciri-ciri anatomi kawasan yang dikaji membenarkannya. Pada masa yang sama, resolusi berkurangan daripada arah paksi ke sisi dan dari sisi ke sagittal.

Jenis sensor ultrasonik

Bergantung kepada lokasi elemen piezoelektrik, terdapat tiga jenis sensor ultrasonik:

Dalam sensor linier, elemen piezoelektrik terletak di sepanjang garis lurus secara berasingan atau dalam kumpulan dan mengeluarkan gelombang ultrasonik dalam tisu selari. Selepas setiap laluan melalui kain, imej segi empat tepat muncul (untuk 1 s - kira-kira 20 imej atau lebih). Kelebihan sensor linier adalah kemungkinan mendapatkan resolusi tinggi berhampiran lokasi sensor (iaitu kualiti imej yang agak tinggi di zon berhampiran), kelemahan dalam bidang kecil kajian ultrasound pada kedalaman yang besar (ini disebabkan oleh fakta bahawa, tidak seperti cembung dan sektor sensor, sinar ultrasonik sensor linear tidak menyimpang).

Sensor berperingkat berperingkat menyerupai sensor linear, tetapi lebih kecil. Ia terdiri daripada siri kristal dengan tetapan berasingan. Sensor jenis ini membuat imej sensor sektor pada monitor. Walaupun dalam kes sensor sektor mekanikal, arah denyut ultrasonik ditentukan oleh putaran unsur piezoelektrik, apabila bekerja dengan sensor dengan tatas berperingkat, sebuah pancaran ultrasound yang difokuskan diarahkan oleh peralihan masa (peralihan fasa) semua kristal diaktifkan. Ini bermakna unsur-unsur piezoelektrik individu diaktifkan dengan kelewatan masa dan akibatnya, pancaran ultrabunyi dipancarkan dalam arah serong. Ini membolehkan anda memfokuskan sinar ultrasound selaras dengan tugas kajian (fokus elektronik) dan pada masa yang sama dengan ketara memperbaiki resolusi di bahagian imej ultrasound yang dikehendaki. Keuntungan lain adalah keupayaan untuk memberi tumpuan secara dinamik isyarat yang diterima. Dalam kes ini, tumpuan semasa penerimaan isyarat ditetapkan kepada kedalaman optimum, yang juga meningkatkan kualiti imej dengan ketara.

Dalam sensor sektor mekanikal, hasil daripada ayunan mekanikal unsur-unsur transduser, gelombang ultrasonik dipancarkan dalam arah yang berbeza, jadi imej dibentuk dalam bentuk sektor. Selepas setiap laluan melalui kain, imej dibentuk (10 atau lebih dalam 1 s). Kelebihan sensor sektor ini membolehkan anda mendapatkan medan pandangan yang luas pada kedalaman yang besar, dan kelemahannya adalah bahawa mustahil untuk belajar di zon berhampiran, kerana bidang pandangan dekat sensor terlalu sempit.

Dalam sensor cembung, elemen piezoelektrik terletak di antara satu sama lain dalam arka (sensor melengkung). Kualiti imej adalah salib antara imej yang diperolehi oleh sensor linear dan sektor. Sensor cembung, seperti linier, dicirikan oleh resolusi tinggi di zon berhampiran (walaupun ia tidak mencapai resolusi sensor linear) dan, pada masa yang sama, bidang pandangan yang luas dalam kedalaman tisu adalah serupa dengan sensor sektor.

Hanya dengan susunan dua dimensi unsur-unsur transduser ultrasound dalam bentuk matriks, adalah mungkin untuk menumpukan geganti ultrasound serentak pada arah sisi dan sagittal. Ini dikenali sebagai matriks piezoelements (atau matriks dua dimensi) juga membolehkan untuk mendapatkan data pada tiga dimensi, tanpa mengimbas jumlah tisu di hadapan sensor adalah mustahil. Pembuatan matriks elemen piezoelektrik adalah proses yang sukar digunakan yang memerlukan penggunaan teknologi terkini, oleh itu baru-baru ini pengeluar mula melengkapi peranti ultrasonik mereka dengan sensor cembung.

Bagaimanakah mesin ultrasound?

Hari ini saya ingin bercakap mengenai struktur dan prinsip operasi mesin ultrasound moden. Ultrasound diagnosis telah lama kukuh dalam kehidupan kita, dan hari ini ia adalah salah satu prosedur yang paling popular di hospital awam, dan pasaran secara keseluruhan perkhidmatan kesihatan.

Dalam salah satu jawatan berikut saya akan bercakap tentang bagaimana untuk memilih mesin ultrasound yang betul untuk amalan peribadi. Tetapi sebelum itu, saya ingin bercakap tentang bagaimana mesin ultrasound berfungsi, dan bagaimana ia berfungsi.

Peranti

Jadi, mesin ultrasound standard (atau pengimbas ultrasound) terdiri daripada bahagian-bahagian berikut:

• Sensor ultrasonik - pengesan (transducer), yang menerima dan menghantar gelombang bunyi
• Unit pemprosesan pusat (CPU) adalah komputer yang melakukan semua pengiraan dan mengandungi bekalan elektrik.
• Sensor kawalan denyut - mengubah amplitud, kekerapan dan tempoh denyutan yang dipancarkan oleh penukar
• Paparan - memaparkan imej yang dibentuk oleh pemproses berdasarkan data ultrasound.
• Papan kekunci dan kursor - digunakan untuk memasuki dan memproses data
• Peranti penyimpanan cakera (cakera keras atau CD / DVD) - digunakan untuk menyimpan imej yang diterima
• Pencetak - digunakan untuk mencetak imej

Sensor ultrasonik adalah bahagian utama dari sebarang mesin ultrasound. Ia menjana dan merasakan gelombang bunyi menggunakan prinsip kesan piezoelektrik, yang ditemui oleh Pierre dan Jacques Curie pada tahun 1880. Sensor transduser mengandungi satu atau lebih kristal kuarza, juga dipanggil kristal piezoelektrik. Di bawah tindakan arus elektrik, kristal ini berubah bentuk mereka dengan cepat dan mula bergetar, yang membawa kepada kemunculan dan penyebaran gelombang bunyi luar. Sebaliknya, apabila gelombang bunyi mencapai kristal kuarza, mereka mampu mengeluarkan arus elektrik. Oleh itu, kristal yang sama digunakan untuk menerima dan menghantar gelombang bunyi. Juga, sensor ini mempunyai lapisan penyerap bunyi yang menapis gelombang bunyi dan kanta akustik, yang membolehkan untuk menumpukan kepada gelombang yang dikehendaki.

Sensor ultrasonik sangat berbeza dalam bentuk dan saiznya. Bentuk sensor menentukan bidang pandangannya, dan kekerapan gelombang bunyi yang dipancarkan menentukan kedalaman penembusan mereka dan resolusi imej yang dihasilkan.

Bagaimanakah semua ini berfungsi?

1. Peranti ultrasonik menghantar frekuensi tinggi (dari 1 hingga 18 MHz) denyutan bunyi ke dalam tubuh manusia menggunakan sensor ultrasonik.
2. Gelombang bunyi menyebarkan oleh subjek dan mencapai sempadan antara tisu dengan impedans akustik yang berbeza (contohnya, antara tisu cecair dan lembut, tisu lembut dan tulang). Pada masa yang sama, sebahagian daripada gelombang bunyi akan dipantulkan kembali kepada transducer, dan bahagian lain akan meneruskan perjalanannya dalam persekitaran baru. Gelombang yang difikirkan dirasakan oleh sensor.
3. Data dari transduser ultrasonik dihantar kepada pemproses pusat, yang adalah "otak" aparatus dan berfungsi untuk memproses data yang diterima, imej yang membentuk dan output untuk monitor. pemproses mengira jarak dari sensor untuk tisu atau organ menggunakan kelajuan yang dikenali bunyi dalam tisu dan masa di mana belakang sensor mencerminkan isyarat gema (biasanya - perintah sepersejuta kedua).

Sensor ultrasonik menghantar dan menerima berjuta-juta denyut dan gema setiap saat. Kawalan sensor membolehkan doktor menetapkan dan mengubah kekerapan dan tempoh denyut ultrabunyi, serta mod imbasan peranti.

Mod operasi mesin ultrasound

Mesin ultrasound moden boleh beroperasi dalam beberapa mod, yang utama adalah seperti berikut:

A-mode (A-mode, dari perkataan "amplitude")

Amplitudo ultrasound yang digambarkan dipaparkan pada skrin oscilloscope. Pada masa ini, mod ini adalah terutamanya kepentingan sejarah dan kebanyakannya digunakan dalam bidang oftalmologi. Sememangnya, mana-mana mesin ultrasound moden mampu berfungsi dalam mod ini.

M-mode (dari perkataan "motion")

Mod ini membolehkan anda untuk mendapatkan imej struktur jantung dalam gerakan. Oleh kerana kadar pensampelan yang tinggi, mod M-sangat penting untuk penilaian pantas pergerakan pantas.

B-mode (dari perkataan "kecerahan", dalam echocardiography mod ini dipanggil 2D)

Mod yang paling bermaklumat dan intuitif dalam mesin ultrasound moden. Amplitudo isyarat ultrabunyi yang digambarkan ditukar menjadi imej halftone dua dimensi. Kebanyakan peranti menggunakan 256 warna kelabu, yang memungkinkan untuk memvisualisasikan walaupun perubahan yang sangat kecil dalam echogenicity.

Kelajuan mengemas kini gambar pada skrin dalam B-mode biasanya sekurang-kurangnya 20 bingkai per minit, yang mencipta ilusi pergerakan.

Mod 2D digunakan untuk mengukur bilik jantung, menilai struktur dan fungsi injap, fungsi sistolik ventrikular global dan segmental.

Mod visualisasi ini berdasarkan kesan Doppler, iaitu. perubahan frekuensi (Pergeseran Doppler) yang disebabkan oleh pergerakan sumber bunyi berbanding dengan penerima. Diagnosis ultrasound menggunakan perubahan kekerapan isyarat yang dicerminkan dari sel darah merah. Kekerapan gelombang ultrabunyi yang dipantulkan meningkat atau berkurang mengikut arahan aliran darah berbanding sensor.

Warna dopler (pengimejan aliran warna Doppler, CFI)

Mod membolehkan Locale saluran darah (atau aliran darah individu, sebagai contoh dalam dewan jantung) dengan penentuan arah dan halaju aliran darah. Aliran darah ke arah sensor ditunjukkan dengan warna merah. Sensor yang berasal dari biru. Aliran yang bertentangan dengan pesawat kajian akan dicat hitam. Zon aliran darah bergelora berwarna hijau atau putih. Walau bagaimanapun, kebanyakan peranti membolehkan anda menyesuaikan warna strim mengikut budi bicara anda.

Dopler gelombang denyutan (Pulsed Wave Doppler, PW)

Mod ini membolehkan anda menilai sifat aliran darah di kawasan tertentu kapal dan menggambarkan kawasan aliran darah lamina dan bergelora. Berbanding dengan Doppler warna, membolehkan anda menentukan kelajuan dan arah aliran darah dengan lebih tepat.

Kelemahan utama kaedah ini ialah penentuan aliran kelajuan tinggi yang tidak tepat, yang mengenakan sekatan tertentu ke atas penggunaannya.

Doppler Gelombang Berterusan (Doppler Berterusan Berterusan, CWD)

Dalam mod ini, satu bahagian sensor terus menghantar dan bahagian kedua secara berterusan menerima isyarat Doppler sepanjang satu baris dalam imej 2D. Tidak seperti doppler gelombang nadi, kaedah ini secara tepat mengesan aliran pada kelajuan tinggi. Kelemahan kaedah adalah ketidakmampuan untuk menyetempatkan isyarat tepat.

CWD digunakan untuk mengukur kadar aliran regurgitasi melalui injap tricuspid, paru, mitral dan aorta, serta kelajuan aliran sistolik melalui injap aorta.

Dopler tisu (Tisu Doppler)

Mod ini sama dengan dopler gelombang denyut, kecuali ia digunakan untuk mengukur kelajuan pergerakan tisu (yang jauh lebih rendah daripada kelajuan aliran darah). Ia digunakan terutamanya untuk menentukan kontraktil miokardium.

Sebagai tambahan kepada mod di atas, baru-baru ini, algoritma tambahan telah muncul yang dapat meningkatkan kualiti dan resolusi gambar dengan ketara. Algoritma ini termasuk mod 3D dan 4D, Tisu Harmonic Imaging (THI), serta dopler tenaga (doppler kuasa). Nah, beberapa perkataan mengenai mod ini:

Mod 3D - pembentukan imej tiga dimensi tiga dimensi berdasarkan imej 2D yang dihasilkan dalam pesawat yang berlainan.

Mod 4D - lebih sukar untuk memproses semua maklumat 2D yang sama apabila pemproses membentuk imej dari imej 3D siap sedia. Nama kedua - "ultrasound 3D real-time" - yang paling menggambarkan intipati mod ini, yang membolehkan anda menonton imej 3D berubah dari semasa ke semasa. Malah, ini adalah imej video.

Imaging Harmonic Tissue (THI) adalah teknologi yang membolehkan anda meningkatkan kualiti gambar dengan ketara (penting bagi pesakit yang berlebihan berat badan).

Doppler kuasa (doppler kuasa) mempunyai kepekaan yang lebih tinggi berbanding dengan doppler warna dan digunakan untuk mempelajari kapal kecil. Tidak membenarkan menentukan aliran darah.

Nah, mengenai alat ultrabunyi peranti dan prinsip operasi untuk hari ini semuanya. Lihat juga: