Бакулін. Курс лекцій з біофізики - файл n1.doc

УЛЬТРАЗВУКОВА ДІАГНОСТИКА

Ультразвукові терапевтичні та хірургічні установки давно вже стали приналежністю медичних та ветеринарних клінік, але особливе значення має використання ультразвуку для діагностики низки захворювань. Вона застосовується поряд з рентгенівськими, оптичними та іншими діагностичними методами, а в деяких випадках їх успішно замінює.

Впровадження в діагностичну практику ультразвуку дозволило домогтися високої інформативності про патологічні процеси, що протікають в організмі, а безпека і відносна простота в порівнянні з рентгенографією сприяли тому, що ультразвукова діагностика виходить на провідне місце в клінічних дослідженнях, дозволяючи визначати локалізацію пухлин, візуалізувати глибокорозташовані ділянки організму тощо.

Ультразвуковий луна-метод.Діагностичний луна-метод заснований на відображенні ультразвуку на межах між тканинами з різними акустичними опорами. Цей метод подібний до рентгенографії, проте він більш чутливий. Зображення двох тканин на рентгенівському знімку відрізняються один від одного тільки в тому випадку, якщо різниця в їх густині становить не менше 10%.

Ультразвук дозволяє диференціювати м'які тканини, що розрізняються по щільності всього на 0,1%. Крім того, ультразвук низьких інтенсивностей практично нешкідливий, а ультразвукова апаратура компактніша і дешевша за рентгенівську. Принцип ультразвукового луна-методу пояснений малюнку. Ультразвуковий генератор (УЗГ) створює електричні імпульси ультразвукової частоти, що надходять на п'єзокристал, від якого в тканинах поширюється хвиля УЗ. Якщо хвиля зустрічає на своєму шляху ділянку, акустичне опір якої інше, ніж у навколишнього середовища(наприклад, межі між жировим шаром і м'язової тканиною), вона відбивається і потрапляє на приймач ультразвуку, у якому збуджує електричні коливання. Ці коливання потім направляються в підсилювач і на пристрій, що реєструє, наприклад на електронний осцилограф, на екрані якого виникає сигнал, що дозволяє судити про розміри, форму і глибину залягання відбиває об'єкта.

Якщо швидкість ультразвуку в тканині 1500 м/с, а його частота 30 кГц, то довжина хвилі= 5 см. Отже ультразвук такої частоти внаслідок дифракції не зможе дати чіткого зображення ділянки тканини розміром менше 5 см, що часто буває недостатньо. Для підвищення роздільної здатності УЗ діагностики необхідно зменшувати довжину хвилі, а отже, підвищувати частоту. Тому в УЗ діагностиці використовують генератори, що дають частоти від 1 до 10 МГц, але оскільки з підвищенням частоти ультразвуку зростає його поглинання, це призводить до необхідності збільшувати його інтенсивність, що не завжди бажано. Зазвичай у діагностиці застосовують ультразвук з інтенсивністю, що не перевищує 0,1 10 4 Вт/м 2 .

Дослідження ультразвуком внутрішніх органів у медицині набуло широкого поширення, випускається ряд апаратів, які добре зарекомендували себе в клінічній практиці.

Діагностика з урахуванням ефекту Доплера. Особливо великими можливостями і перевагами має різновид ультразвукового луна, заснований на ефекті Доплера, що дозволяє не тільки вивчати розташування тих чи інших органів і ділянок тканин, але і фізіологічні процеси в їх динаміці.

Метод Доплера у гемодинаміці. Доплерівський витратомір дозволяє визначати ряд параметрів кровотоку в судинній системі. Нехай ультразвук перетинає кровоносну судину під кутом(рис). Якщо ультразвук відбивається від статичних об'єктів, які зустрічаються його шляху від джерела до судини, то частота звуку змінюється і залишається рівної0. Відображення ультразвуку від пульсуючих стінок судини та від зважених у плазмі та рухомих разом з нею формених елементів крові (в основному від еритроцитів, акустичний опір яких значно відрізняється від акустичного опору плазми) супроводжується ефектом Доплера. Оскільки швидкість пульсації стінок судини значно менша за швидкість руху еритроцитів, тодс (доплерівська частота від судин) значно менша, ніжде (доплерівська частота від еритроцитів), і ці сигнали піддаються поділу .

Знаючи доплерівську частоту, можна за формулою (2.15) обчислити швидкість руху еритроцитів, отже, і швидкість кровотоку. Оскільки швидкість крові неоднакова за перерізом судини, то на виході приладу виходить спектр доплерівських частот, що відповідають різним швидкостям кровотоку.

Відбитий сигнал потрапляє на приймач, у якому виникають електричні коливання з частотою0 +дс +де, які приймає електронна схема Е. У схему подають також коливання від генератора з частотою0, у результаті виникають биття, модулированные частотамидс іде. Ці коливання потрапляють до демодулятора, який виділяє сигнали з доплерівською частотою. Потім сигнали проходять через фільтр Ф, що виділяє цікаву дослідника частотуде і потрапляють у перетворювач П, який перетворює сигнал доплерівської частоти на такий сигнал, напруга якого пропорційна швидкості потоку крові. Потім сигнал потрапляє в реєструючий пристрій (осцилограф, самописець та інші).

Ультразвук подаєтьсяімпульсами тривалістю близько 1 мкс з проміжком між імпульсами близько 1 мс. Крім того, що нагрівання тканини при такому опроміненні стає майже непомітним, за часом між випромінюванням імпульсу і його реєстрацією можна визначити відстань до відбиває об'єкта (ехолокація). Таким чином, за доплерівськими сигналами, утвореними зовнішньою і внутрішньою стінками судини, можна визначити діаметр судини, а по сигналах від еритроцитів дізнатися, на якій відстані від стінки судини знаходяться еритроцити, що володіють тією чи іншою швидкістю. Це дозволяє вивчати динаміку потоку крові в різних ділянках перерізу судини.