Общие сведения об использовании ультразвука в медицине

В физике термин «ультразвук» применяется ко всей акустической энергии с частотой, которая не воспринимается человеческим слухом. Типичные диагностические сонографические сканеры работают в диапазоне частот от 2 до 18 мегагерц, что в сотни раз превышает предел человеческого слуха. Более высокие частоты имеют соответственно меньшую длину волны и могут использоваться для создания сонограмм с более мелкими деталями.
 Диагностическая сонография (ультрасонография) - это метод диагностической визуализации на основе ультразвука, используемый для визуализации подкожных структур тела, включая сухожилия, мышцы, суставы, сосуды и внутренние органы, на предмет возможных патологий или поражений. Сонография эффективна для визуализации мягких тканей тела. Сонографисты обычно используют переносной зонд (называемый датчиком), который помещается непосредственно на пациента и перемещается над ним.
Хотя ультразвук был открыт за 12 лет до рентгеновских лучей (1883 г.), он нашел применение в медицине гораздо позже. Первое практическое применение ультразвука было зарегистрировано во время Первой мировой войны для обнаружения подводных лодок. Применение ультразвука в медицине началось в пятидесятых годах прошлого века. Сначала оно было внедрено в акушерстве, а затем во всех областях медицины (общая диагностика, кардиология, офтальмология и ортопедия и т. д.). С клинической точки зрения УЗИ имеет бесценное значение благодаря своим неинвазивным, хорошим характеристикам визуализации и относительно простому использованию. С введением в 1974 году обработки сигналов серой шкалы B-режим (от англ. Brightness - яркость) сонографии стал широко распространенным методом. Прогресс в разработке датчиков привел к лучшему пространственному разрешению и визуализации очень маленьких структур в брюшной полости (0,5-1 см). Развитие системы реального времени привело даже к возможности непрерывной визуализации или ультразвуковой рентгеноскопии. В ультразвуковой диагностике различают два метода: пропускание и отражение.
Технология пропускания основана на различении тканей с разным поглощением ультразвука. За счет неравномерного поглощения сигнала, создается ультразвуковое изображение, передающее внутреннюю структуру, состоящую из мозаики чередования светлых и темных мест. В настоящее время от этой технологии отказались.
Технология отражения (эхо) регистрирует отраженный импульс от границы двух тканей с разным акустическим сопротивлением. В основе методики лежит принцип работы гидролокатора. Звуковая волна обычно создается пьезоэлектрическим преобразователем, заключенным в зонд. Сильные короткие электрические импульсы от ультразвукового аппарата заставляют преобразователь резонировать на нужной частоте. Частоты могут находиться в диапазоне от 2 до 18 МГц

. Звук фокусируется либо самим датчиком, либо линзой перед датчиком, либо сложным набором управляющих импульсов от ультразвукового сканера. Эта фокусировка создает дугообразную звуковую волну от лицевой стороны преобразователя. Волна проходит внутрь тела и фокусируется на желаемой глубине. В преобразователях с более новой технологией используется технология фазированной решетки, позволяющая сонографическому аппарату изменять направление и глубину фокуса. Практически все пьезоэлектрические преобразователи изготовлены из керамики.
Чтобы создать двумерное изображение, ультразвуковой луч прокручивается. Преобразователь может перемещаться механически путем вращения или качания. Или можно использовать одномерный преобразователь с фазированной решеткой для электронной развертки луча. Полученные данные обрабатываются и используются для построения изображения. Таким образом, изображение представляет собой двухмерное представление среза тела. Трехмерные изображения могут быть созданы путем получения серии смежных двухмерных изображений. Обычно используется специализированный датчик, который механически сканирует обычный датчик 2D-изображения. Однако, поскольку механическое сканирование выполняется медленно, сделать трехмерные изображения движущихся тканей сложно. Недавно были разработаны двухмерные преобразователи с фазированной решеткой, которые могут сканировать луч в трехмерном пространстве. Они могут создавать изображения быстрее и даже использоваться для создания живых трехмерных изображений бьющегося сердца.
В медицинской визуализации используются четыре различных режима ультразвука.
А-режим (от англ