Ультразвуковое исследование: некоторые факты. Ультразвуковой метод исследования. История развития. Что определяет УЗИ. Физические свойства УЗИ

Причем использование звуковых волн считается самым информативным и безопасным методом исследования. Человечество давно подозревало, что на планете существуют звуковые волны такой частоты, которая не воспринимается органами слуха человека, именно на них и построены современные методы УЗИ.

В 1974 году итальянскому ученому Ладзаро Спалланцани опытным путем удалось обнаружить невидимое излучение, помогающее ориентироваться в пространстве многим представителям животного мира планеты, и оно легло в основу современных методов УЗИ диагностики. Опыт проводился над летучей мышью, которой попросту заткнули уши, что привело в дезориентации животного.

В XIX веке ученые начали проводить научные исследования свойств найденных лучей. Так в 1822 году ученый-физик из Швейцарии Даниэль Колладен провел точные расчеты скорости звука в воде, используя в качестве источника звука подводный колокол, а в качестве водного резервуара Женевское озеро. Так произошло зарождение гидроакустики.

Спустя чуть более полвека в 1880 году французские физики Пьер и Жак Кюри открыли существование пьезоэлектрического эффекта, который возникает в результате механического воздействия в кристалле кварца. А через пару лет удалось сгенерировать и обратный пьезоэффект, который в дальнейшем использовался для разработки преобразователя ультразвуковых волн. Эта конструкция из пьезоэлектрических кристаллов кварца для преобразования ультразвука является основным элементом современного оборудования для УЗИ.

В начале ХХ века на основании имеющихся сведений об ультразвуковых волнах получает развитие новая отрасль науки – гидроэхолокация, представляющая собой поиск объектов в водной среде по отраженному от них звуку (эхо) при помощи специального прибора, называемого эхолотом. Разработкой таких приборов занимались ученые разных стран: Англии, Австрии, Америки. При помощи гидролокаторов обнаруживали вражеские суда еще во времена Первой мировой войны. В настоящее время их используют в мореплавании и исследовании морских глубин, в том числе для поиска затопленных кораблей.

В 30-х годах ХХ века появилась идея поиска при помощи ультразвука дефектов в металлических конструкциях, тогда же были созданы первые дефектоскопы. Само направление УЗ-диагностики металлоконструкций получило название металлодетекции. Ее повсеместно используют в промышленности.

Успехи в использовании ультразвука в гидролокации и металлодетекции подтолкнули ученых рассмотреть возможности его применения на живых организмах, в частности медицине.

В тех же 30-х годах ультразвуковые волны начали использовать для физиопроцедур при лечении некоторых заболеваний. А уже следующее десятилетие ознаменовалось началом исследований в плане постановки ультразвука на службу медицинской диагностики.

Основоположником УЗ-диагностики можно считать австрийского психоневролога Карла Теодора Дюссика, который во второй половине 40-х годов разработал метод гиперсонографии, при помощи которого можно обнаружить опухоль в головном мозге на основании замеров интенсивности входящей и выходящей из черепа ультразвуковой волны.

Дальнейшее развитие и усовершенствование УЗ-диагностики привело к появлению таких методов исследования, о которых медицина могла лишь мать. Трехмерная ультразвуковая диагностика позволяет получить объемную картинку с любого ракурса. Эхоконтрастирование (когда в вену вводится специальные вещества с пузырьками газа) – один из самых точных методов диагностики. Соноэластография представляет собой сочетание ультразвука и давления для определения характера сокращения тканей, по которому и выявляются различные патологии.

УЗ-томография позволяет получить компьютерное изображение органов человека в трех плоскостях, не нанося никакого вреда человеческому организму. Четырехмерное УЗИ – это возможность путешествовать внутри сосудов человека, выявляя малейшие изменения.

По сегодняшний день ультразвук верой и правдой служит человеку, позволяя вовремя распознать злокачественные новообразования, спасая жизни многим пациентам, а также даруя уникальную возможность не только следить за развитием ребенка в утробе матери, но даже определить пол и внешние черты младенца.

В онкологии ультразвук применяется не только как безопасный метод диагностики, но и как метод лечения раковых опухолей на ранних стадиях их развития. Не секрет, что наука не стоит на месте, и появляются новые, модернизированные методы исследований.

УЗИ - ультразвуковое исследование - метод диагностики, который на сегодняшний день является одним из основных инструментов современной медицины и применяется практически во всех её областях. Будучи довольно молодым методом, УЗИ диагностика совершила настоящий переворот, обеспечив врачей мощным, быстрым, безопасным, информативным и достоверным инструментом обследования пациентов для выявления широкого круга заболеваний.

Но как ультразвук попал в арсенал медиков и что этому предшествовало? Об этом и расскажет этот небольшой обзор.

Открытие ультразвука и пьезоэлектриков

С давних времён учёные-исследователи в области физики, математики, материаловедения, позднее в электронике, пытались проникнуть за грань материального.

Ещё Леонардо да Винчи в XV веке погружал в жидкость трубку, пытаясь определить движение и скорость движущихся навстречу друг другу кораблей. Так со временем появился ультразвук, которым стали пользоваться во многих сферах, с том числе в медицине, сначала в диагностике, а затем и в лечении. Что же такое ультразвук? Ультразвук – это упругие колебания с частотами выше диапазона слышимости человека (20 кГц), распространяющиеся в виде волны в газах, жидкостях и твёрдых телах или образующее в ограниченных областях этих сред стоячие волны.

В XIX веке ультразвук произвёл настоящий бум в среде исследователей, объединив усилия учёных различных областей. Например, швейцарский физик Жан – Даниел и математик Чарльз Штурм, занимаясь проблемами скорости звука в воде, внесли немалый вклад в развитие гидролокатора. Учёный Калладон в результате своих экспериментов сумел определить скорость звука в воде. Благодаря этому родилась гидроакустика.

В конце XIX века, в 1877 году, Джон Уильям Струтт разработал теорию звука, которая и явилась основой науки об ультразвуке. Тремя годами позже открытие учёных Пьера и Жака Кюри привело к развитию ультразвукового преобразователя. Их открытие пьезоэлектриков стало основой современного ультразвукового оборудования.

В XX веке исследования в области ультразвука были продолжены. Благодаря «сверхзвуковому рефлектоскопу», разработанному в первой половине 20 века учёными Спроулом, Фаярстоуном и Спер стало возможным обнаруживать дефекты в металле, что нашло своё применение в промышленности.

Во второй половине XX века учёные – исследователи Генри Хугес, Кельвин, Боттомли и Баярд изготовили металлический дефектоскоп, а Том Броун с Яном Дональдом разработали первую в мире контактную ультразвуковую машину. Кроме этого, Яну Дональду принадлежит заслуга в исследовании клинических областей использования ультразвука.

Гидролокация

Вначале следует пояснить, что же такое гидролокатор. Гидролокатор – это прибор, который обнаруживает объекты, находящиеся под водой, при помощи эха. Гидролокационная установка обладает приёмником, который принимает эхо на себя и информирует о предметах, находящихся под водой. Таким образом, благодаря учёным Элру Бэму (Австрия-1912г.), Левису Ричардсону (Англия – 1912 г.), Реджинальду Фессендену (США - 1914 г.), создавшим в разное время и в разных странах эхолоты – гидролокаторы, стало возможным обнаружение айсбергов, что спасло тысячи человеческих жизней. Гидролокационные установки нашли своё применение в военной промышленности (например, для обнаружения подводных лодок), в речной и морской (для определения возможных препятствий, затонувших кораблей), в тяжёлой промышленности (для поисков залежей нефти) и т.д.

Выдающееся открытие в 1928 году в области ультразвукового дефектоскопа принесло признание русскому учёному С. Я. Соколову.

Первые опыты применения ультразвука в области медицины

Широкое применение ультразвук нашёл в области медицины как метод диагностики - УЗИ. По словам Яна Дональда, сказанным в 70-десятые годы, «медицинский гидролокатор весьма внезапно вырос и достиг совершеннолетия; фактически, его всплеск роста в пределах последних нескольких лет был почти взрывом». А начиналось это в далёкие пятидесятые годы 20 века. Американцы Холмс и Хоур, используя достижения в технических областях, первыми сканировали человека, погружая его в бак, изготовленный из башни от самолёта В29, с дегазованной водой, пропуская ультразвук вокруг оси 360 градусов, что и стало первой томограммой.

Открытие Йаффе привело к тому, что Тернер из Лондона, Лекселл из Швеции и Казнер из Германии использовали ультразвук для энцифалографии срединной линии головного мозга в целях обнаружения гематом, полученных в результате травмирования.

Инге Эдлер и Карл Хеллмут Герц стали пионерами в области эхокардиографии (ультразвуковой кардиографии).

В 1955 году Яном Дональдом и доктором Барром были проведены первые исследования опухолей, твёрдой и кистозной. При поддержке Яна Дональда инженер Том Браун создал прибор Mark 4, который дифференцировал твёрдые и кистозные опухоли, чем сумел спасти человеческую жизнь.

Интерес к УЗИ и ультразвуковой технике постоянно растёт, так как он проникает во все сферы человеческой деятельности.

Первое УЗИ при беременности очень важно для женщин, поскольку это дает возможность многое узнать на такой ранней стадии.

И обычно его назначают на 11-12 неделях.

Очень важно проводить исследование именно в этот период, поскольку можно выявить серьезные нарушения в развитии плода, например наличие синдрома Дауна. Такой порок определяется посредством измерения величины воротникового пространства (в норме этот показатель равен 2-3 мм).

Вдобавок ультразвуковое исследование на ранних сроках дает возможность увидеть патологии, которые не совместимы с жизнью ребенка. Если доктор во время проведения исследования заметит такие нарушения, он может назначить дополнительные генетические анализы. В случае если опасная патология подтвердится, то женщина имеет возможность прервать беременность на раннем сроке.

Кроме того, проведение исследований на 12 неделе позволяет узнать важные показатели: количество околоплодных вод, место прикрепления плаценты, частоту сердцебиения ребенка, состояние внутренних органов эмбриона, предполагаемую дату родов (с точностью до дня) и т.д. Вдобавок УЗИ может показать многоплодную беременность. Состояние пациентки считается нормальным, если все показатели находятся в допустимых пределах. У каждого врача есть таблица, с которой он может свериться во время расшифровки результатов.

В некоторых случаях женщинам делается УЗИ раньше 12 недели. Это может быть связано с различными факторами:

• если будущая мама ощущает боль внизу живота, появляются кровянистые выделения;
• при наличии гипертонуса матки;
• если существует угроза внематочной беременности;
• при обнаружении удвоения матки или других отклонений в развитии половых органов;
• при наличии опухолей в полости матки.

Вовремя выявленные проблемы дают возможность врачам оказать экстренную помощь будущей маме. Например, своевременно диагностированная и прерванная внематочная беременность, локализованная в трубах, позволяет спасти жизнь женщине.

Как проводится первое УЗИ?

Перед походом к доктору нужно уточнить, каким именно методом будет проводиться обследование и что конкретно с собой нужно иметь. Если вы идете в районную поликлинику, тогда захватите с собой бахилы, пеленку и полотенце (полный список необходимых вещей лучше узнать в регистратуре). При обследовании в частном кабинете все нужные средства выдает доктор (их стоимость уже включена в цену приема).

Сама процедура может выполняться с помощью внутривагинального датчика или абдоминальным способом (через брюшную стенку). Выбор метода зависит от того, на каком сроке проводится исследование. Если речь идет о ранних сроках беременности (до 12 недели), чаще применяется трансвагинальный метод. На поздних сроках врачи используют внешний датчик для обследования.

На УЗИ, которое будет проводиться абдоминальным методом, пациентке необходимо прийти с полным мочевым пузырем. Для этого нужно выпить не менее литра воды за 1-2 часа до проведения процедуры. Так доктор сможет лучше рассмотреть плод. Иногда будущим мамам с избыточным весом, которые пришли на плановое УЗИ в 12 недель, делают первое УЗИ внутривагинально. Таким образом можно максимально приблизиться к малышу.

Первое УЗИ: польза или вред

Некоторые будущие мамы, решая, когда делать первое , стремятся отложить эту процедуру, опасаясь за здоровье своего малыша. Такая ситуация зачастую связана с тем, что женщины путают ультразвуковое обследование с рентгеновским облучением.

Действительно, рентгеновские лучи в больших дозах очень вредны для здоровья. Но это никак не касается УЗИ, поскольку этот вид диагностики основан абсолютно на других физических принципах. В основе ультразвукового исследования лежит эхография. Ультразвук, используемый при обследовании, отражается на плоде, а потом возвращаясь, преобразуется в импульсы. Специальная программа анализирует полученные сигналы и преобразовывает их в понятную для человека картинку.

Следует уточнить, что УЗИ проводится уже почти 40 лет (начиная с 1978 года), и за весь срок не было установлено негативного воздействия на пациенток. Поэтому не стоит бояться посещения УЗИ-кабинета, ведь такая диагностика абсолютно безопасна как для плода, так и для самой женщины. Наоборот, своевременное обследование во много раз увеличивает шансы родить здорового малыша. Но и злоупотреблять посещением УЗИ-кабинета не стоит, так как большое количество результатов обследования может ввести в заблуждение вашего доктора.

Что видно на мониторе при 12-недельной беременности

Поход на УЗИ — волнительное событие для будущих родителей. Ведь на экране аппарата можно увидеть своего малыша. А конкретно что показывает прибор?

1. Количество будущих детей.
2. Размеры эмбриона. Специалист определяет, соответствуют ли показатели сроку беременности. В норме вес ребенка составляет около 10 г, а рост — 6-7 см.
3. Сердечная деятельность. На этом сроке сердце ребенка сокращается 110-170 раз в минуту. Если обследование проходит на наиболее современной аппаратуре, мама может услышать, как стучит сердце малыша.
4. Части тела. Нередко женщины (с помощью докторов) могут разглядеть маленькие ручки и ножки на дисплее, что непременно вызывает неописуемый восторг.

Но самым главным моментом является исключение возможных патологий развития плода. Именно здоровье малыша и нормальное развитие — главная радость для родителей. Сегодня каждая беременная женщина направляется на УЗИ минимум 3 раза: на 12, 21 и 32 неделях. Такой метод диагностики является доступным, информативным, безболезненным и абсолютно безопасным для мамы и малыша.

В трех измерениях

Первый трехмерный аппарат УЗИ появился в 1989 г. в Австрии. К сожалению, качество изображений было очень низким, а на получение одного статического трехмерного изображения уходило до 30 минут. Естественно, метод не нашел широкого применения в медицине. Только в 1996 г., благодаря прорыву компьютерных технологий, появился сканер с возможностью трехмерной реконструкции в реальном времени. И с этого момента методика трехмерного ультразвука находит все более широкое применение в медицине, особенно в области акушерства.

Безопасность УЗИ

Чтобы не испытывать страха и предубеждения перед ультразвуковым исследованием (эхографией), нужно достаточно ясно представлять себе, на каком принципе основано УЗИ. Ультразвуковые волны, которые человеческое ухо уловить не может в силу их высокой частоты, тем не менее, с точки зрения физики, являются теми же звуками, что и, скажем, звук музыкального инструмента. Задача аппарата УЗИ сводится к тому, чтобы, основываясь на разнице показателей отражения такой волны от человеческих тканей, преобразовать эти импульсы в картинку.

Существует мнение, что плод не чувствует, а «слышит» УЗИ, однако на сегодняшний день доказательств этому мнению нет, Более того, благодаря современным методам исследования становится ясно, что какую-либо реакцию плода на процедуру ощущают приблизительно 50% женщин. У другой половины малыш во время исследования сладко спит. По всей видимости, это означает, что сеанс УЗИ просто совпадает с периодами активности или, напротив, сна ребенка и на эти естественные его состояния никак не влияет. Малыш продолжает спокойно заниматься своими делами, а если и проявляет активность, то в той мере, что соответствует обычному периоду бодрости. Что же касается безопасности эхографии, то за несколько десятков лет ее существования неоднократно возникали попытки проведения глобального исследования всех возможных негативных последствий УЗИ, но до сих пор нигде в мире не появилось никаких опубликованных трудов по этому поводу. В любом случае, доказано, что это самый безопасный из всех методов визуальной диагностики. И то, что благодаря УЗИ врачи сумели предотвратить и вовремя заметить тысячи патологий и отклонений в развитии плода, также никто оспаривать не собирается.

Когда и сколько?

В каждой стране существуют свои стандарты и рекомендации. В России обязательным минимумом считаются 3-4 посещения ультразвукового кабинета за весь срок беременности. Это минимум, который необходим при любой, даже идеально протекающей беременности. А теперь подробнее поговорим о том, когда и почему эти исследования проводят.

В первый раз УЗИ рекомендуют делать на сроке до 7 недель (лучше всего - в 5-6 недель) для того, чтобы установить факт нахождения плода в матке и тем самым исключить внематочную беременность - это осложнение, при котором оплодотворенная яйцеклетка прикрепляется вне полости матки - чаще: маточной трубе. При развитии такой беременности неизбежны различные осложнения. Поэтому при обнаружении внематочной беременности, проводя операцию, в ходе которой удаляют плодное яйцо тем самым предотвращая развитие осложнений. Ультразвуковое исследование на этом сроке беременности часто проводится с использованием вагинального (влагалищного) датчика: поскольку плодное яйцо имеет еще небольшие размеры, его трудно увидеть через переднюю брюшную стенку. Если влагалищный датчик по каким-либо причинам не используется, то за 30-40 минут до исследования женщину просят выпить 200-400 мл воды, чтобы при исследовании через переднюю брюшную стенку матку и ее содержимое хорошо можно было увидеть на фоне наполненного мочевого пузыря, К следующим ультразвуковым исследованиям никакой специальной подготовки не требуется.

Второй раз эхографию проводят на сроке 8-11 недель. Это необходимо для того, чтобы исключить возможные грубые аномалии при развитии плода и, если что-то не так, вовремя сделать выводы и принять решение о том, оставлять или не оставлять беременность. Кроме того, именно в этот период можно наиболее точно установить срок беременности, проконтролировать сформировавшуюся к этому моменту сердечную деятельность плода.

Третий оптимальный срок для визита в кабинет УЗИ - 19-21 неделя беременности. К этому моменту все основные органы и системы жизнедеятельности ребенка формируются до такой степени, что уже можно оценить правильность их развития, выявить отсутствие большинства возможных патологических состояний, а если какая-то аномалия все-таки будет обнаружена, сделать прогноз ее развития в течение последующих месяцев беременности.

И конечно, ультразвуковое исследование обязательно нужно провести незадолго до родов - после 30 недель беременности, чтобы установить наличие или отсутствие факторов, мешающих нормальному родоразрешению. Что это может быть? Различные инфекции, предлежание плода (в ходе УЗИ определяют, какая часть плода обращена к выходу из матки - предпочтительно, чтобы это была головка), плацентарная или сосудистая недостаточность (из-за этих осложнений малыш может недополучать кровь и кислород) и т.д. Редко, но бывает, что плод может сильно измениться с момента предыдущего УЗИ, значительно увеличиться в росте и весе. В этом случае данные малыша сопоставляются с мамиными (в частности, с шириной тазовых костей) и делается прогноз возможных осложнений во время родов.

Еще раз повторим, все эти исследования абсолютно необходимы даже при идеальной беременности. Кроме этого, не менее важно сделать УЗИ и на сроке 15-16 недель, чтобы выявить ряд важнейших патологий и пороков развития (в частности, нервной системы), а также в 26-29 недель, когда иммунитет ребенка формируется до такой степени, что уже способен создать воспалительный «ответ» на провокации внешней среды. Соответственно, если есть опасность развития какой-либо инфекции, например заражение ею от матери, то именно на этом сроке ее можно обнаружить и предупредить в самом начале. В этом случае при ультразвуковом исследовании может быть выявлено воспалительное поражение различных органов и тканей. Ультразвуковое исследование, про-веденное в 33-34 недели, позволяет исключить развитие гипотрофии плода - его отставание в росте.

Если же у врачей возникло хоть малейшее подозрение на патологию, УЗИ могут делать практически ежедневно - с тем, чтобы проследить динамику развития того или иного заболевания и в соответствии с этим сделать выводы или принять какие-то меры. Одним словом, количество исследований определяет лечащий врач, и зависит оно от очень многих факторов. Ну а для будущей мамы главное - понимать, что во многих случаях от своевременного посещения кабинета УЗИ во многом зависит будущее ее малыша, УЗИ - это дополнительная возможность получить важнейшую информацию о развитии ребенка, безопасный и надежный помощник для лечащего врача и родителей.

Двухмерное или трехмерное?

Аппараты для двухмерного и трехмерного УЗИ внешне выглядят одинаково и отличаются только наличием специального встроенного модуля (набора высокотехнологичных электронных плат) и особых датчиков. Понимать это очень важно, так как добавляются только новые функции, при этом частота сканирования (обычно 3,5 МГц), интенсивность и мощность ультразвуковой волны остаются прежними - такими же, как и при обычном ультразвуковом исследовании. То есть в физическом смысле трехмерное УЗИ ничем не отличается от двухмерного, а в диагностическом плане расширяет его возможности.

Несколько слов о датчике, которым доктор проводит трехмерное исследование. Внешне он отличается от датчика двухмерного УЗИ только тем, что в несколько раз больше. Это из-за того, что внутри его корпуса заключен обычный двухмерный датчик, который постоянно перемещается при помощи специального механизма. Множество сканов - двухмерных изображений, передаются с датчика в мощный компьютер, расположенный внутри сканера, где они суммируются с помощью вышеупомянутого встроенного модуля. Полученное трехмерное (объемное) изображение выводится на экран прибора.

Справедливости ради надо сказать, что современные двухмерные ультразвуковые аппараты дают возможность специалистам получить максимальное количество информации, необходимой для выяснения состояния мамы и ребенка. К сожалению, далеко не в каждом медицинском учреждении аппаратура соответствует современным требованиям к диагностике. Учитывая, что методика двухмерного ультразвука используется и совершенствуется в течение нескольких десятилетий (с 1950-х годов), можно констатировать, что специалистами четко разработаны методы стандартизации данных, получаемых при ультразвуковом исследовании. Так, каждому сроку соответствуют определенные размеры головки, конечностей, внутренних органов плода, в том числе определенных структур головного мозга, сердца и др.

Данные трехмерного исследования дают дополнительную информацию, особенно для диагностики некоторых пороков развития: конечностей, лица, позвоночного столба. Таким образом, медицинским показанием для проведения трехмерного исследования можно считать подозрение на наличие таких пороков.

Трехмерный ультразвук - это естественное техническое развитие двухмерного ультразвука, не только добавляющее точности исследованию, но и позволяющее будущей маме познакомиться с ребенком еще до его рождения. Оптимальным вариантом проведения ультразвукового исследования является сочетание обоих методов. В этом случае доктор в первую очередь получает всю необходимую информацию при помощи традиционного исследования, дополняет ее с помощью объемного видения и утверждается во мнении о благополучии или неблагополучии течения данной беременности.

Родители же имеют возможность увидеть малыша не в виде непонятных черно-белых «плавающих» линий и точек, а в виде объемного изображения в реальном времени, напоминающего «старую» видеосъемку. При прохождении трехмерного УЗИ необходимо учитывать время обследования может быть несколько больше, чем при стандартном двухмерном. Качество получаемого изображения при использовании трехмерного ультразвука зависит от положения тела плода положения его конечностей, пуповины и плаценты. Сложности в получении объемных изображений могут быть обусловлены малым количеством около плодных вод даже в тех случаях, когда их относительно малое количество еще не является патологическим (маловодием).

Значительные проблемы в качестве картины обычно возникают при избыточном весе беременной или при наличии у нее рубцов на передней брюшной стенке после полостных операций. Успешность трехмерного исследования (получение качественных изображений плода) часто зависит от двигательной активности: чем более активен плод, тем больше шансов увидеть более интересные картины внутриутробной жизни.

Если плод малоподвижен и расположен неудобно для исследователя, то врач может предложить прервать обследование на некоторое время для ожидания подходящей позы ребенка. За это время целесообразно выпить какой либо сладкий напиток (например, чай), кот обычно повышает двигательную активность через 10-15 минут.

Полученная информация и тип трехмерной картины зависит от срока беременности, при котором проводится обследование. При беременности до 8 недель трехмерные изображения малоинформативны. С 10-й по 16-ю недели можно увидеть целиком, его позу, руки, ноги, пуповину (без отчетливых мелких деталей). Оптимальные сроки беременности для трехмерного ультразвука - от 30 недель. При таких сроках возможно получать изображения мимики у плода. После 23-25 недель плод становится настолько большим, что получение его изображения целиком уже невозможно, поэтому на экране можно увидеть по очереди голову и плечи, ручки, ножки, туловище.

Трехмерное УЗИ в акушерской практике уже заняло свое прочное место рядом с двухмерным исследованием. Являясь современным высокотехнологичным методом, оно улучшает диагностику различных аномалий плода. Позволяет более наглядно и точно отличать ненормальное развитие от нормального. Наконец, дает возможность не только врачу, но и будущей маме и всей семье увидеть ребенка до рождения.

В 1794-ом году Спалланцани заметил, что если у летучей мыши заткнуть уши, она теряет ориентировку, он и предположил, что ориентация в пространстве осуществляется посредством излучаемых и воспринимаемых невидимых лучей.

В лабораторных условиях ультразвук впервые получен в 1830-ом году братьями Кюрие. После второй мировой войны Холмэс на основании принципа сонара-прибора, применявшегося в подводном флоте, сконструировал диагностичеcкие установки, получившие распространение в акушерстве, нейрологии и офтальмологии. В последующем совершенствование УЗ- аппаратов привело к тому, что данный метод в настоящее время стал самым распространенным при визуализации паренхиматозных органов. Диагностическая процедура непродолжительна, безболезненна и может многократно повторяться, что позволяет осуществлять контроль за процессом лечения.

Что определяет УЗИ?

Ультразвуковой метод предназначен для дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движения органов и тканей организма, а также для выявления патологических очагов с помощью УЗ-излучения.

Ультразвуковые волны – это механические, продольные колебания среды , с частотой колебаний свыше 20 кГц.

В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения У- звука необходима среда – воздух, жидкость, ткань (он не распространяется в вакууме).

Как и все волны, У-звук характеризуется следующими параметрами:

• Частота — число полных колебаний (циклов) за период времени в 1 сек. Единицами измерения являются герц, килогерц, мегагерц (Гц, кГц, МГц). Один герц-это колебание в 1 сек.
• длина волны — это длина, которую занимает в пространстве одно колебание. Измеряется в метрах, см, мм, и тд.
• Период — это время, необходимое для получения одного полного цикла колебаний (сек, милисек., микросек.).
• Амплитуда (интенсивность – высота волны) – определяет энергетическое состояние.
• Скорость распространения — это скорость, с которой У-волна перемещается в среде.

Частота, период, амплитуда и интенсивность определяется источником звука, а скорость распространения – средой.

Скорость распространения ультразвука определяется плотностью среды. Например, в воздухе скорость составляет 343 м. в сек., в легких – более 400, в воде – 1480, в мягких тканях и паренхиматозных органах от 1540 до 1620 и в костной ткани ультразвук продвигается более 2500 м. в секунду.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях человека составляет 1540 м/с — на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов.

Основой метода является взаимодействие ультразвука с тканями человека, которое слагается из двух составляющих:

Первая — излучение коротких ультразвуковых импульсов, направленное в исследуемые ткани;

Вторая — формирование изображения на основе отраженных тканями сигналов.

Пьезоэлектрический эффект

Для получения ультразвука используются специальные преобразователи — датчики или трансдьюсеры, которые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте . Суть эффекта состоит в том, что подаче электрического напряжения на пьезоэлектрический элемент происходит изменение его формы. При отсутствии электрического тока пьезоэлемент возвращается к исходной форме, а при изменении полярности вновь произойдет изменение формы, но уже в обратном направлении. Если к пьезоэлементу приложить переменный ток, то элемент начнет с высокой частотой колебаться, генерируя ультразвуковые волны.

При прохождении через любую среду будет наблюдаться ослабление ультразвукового сигнала, которое называется импедансом (за счет поглощения энергии средой). Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения ультразвука в ней. Достигнув границы двух сред с различным импедансом происходят следующие изменения: часть УЗ-волн отражается и следует обратно в сторону датчика, а часть продолжает распространяться дальше, чем выше импеданс, тем больше отражается УЗ-волн. Коэффициент отражения также зависит от угла падения волн – прямой угол, дает наибольшее отражение.

(на границе воздух — мягкие ткани происходит практически полное отражение ультразвука, в связи с чем, для улучшения проведения ультразвука в ткани тела человека, используют соединительные среды — гель).

Возвращающиеся сигналы вызывают колебания пьезоэлемента и преобразуются в электрические сигналы – прямой пьезоэлектрический эффект .

В ультразвуковых датчиках применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. Они представляют собой сложные устройства и в зависимости от способа развертки изображения, делятся на датчики для приборов медленного сканирования, как правило одноэлементные и быстрого сканирования в режиме реального времени — механические (многоэлементные) и электронные. В зависимости от формы получаемого изображения различают секторные, линейные и конвексные (выпуклые) датчики. Кроме этого существуют внутриполостные (транспищеводный, трансвагинальный, трансректальный, лапароскопические и внутрипросветные) датчики.

Преимущества приборов быстрого сканирования: возможность оценивать движения органов и структур в реальном времени, значительное сокращение времени на проведение исследования.

Преимущества секторного сканирования:

• большая зона обзора на глубине, позволяющая охватывать весь орган, например, почку или зародыш ребенка;
• возможность сканирования через небольшие «окна прозрачности» для ультразвука, например, в межреберье при сканировании сердца, при обследовании женских половых органов.

Недостатки секторного сканирования:

• наличие «мертвой зоны» 3-4 см от поверхности тела.

Преимущества линейного сканирования:

• незначительная «мертвая зона», что дает возможность дает обследовать приповерхностные органы;
• наличие нескольких фокусов по всей длине луча (так называемая динамическая фокусировка), что обеспечивает высокую четкость и разрешающую способность по всей глубине сканирования.

Недостатки линейного сканирования:

• более узкое поле обзора на глубине по сравнению с секторным сканированием, что не позволяет «видеть» сразу весь орган;
• невозможность сканирования сердца и затрудненное сканирование женских половых органов.

По принципу действия УЗ-датчики делятся на две группы:

• Эхоимпульсные – для определения анатомических структур, их визуализации и измерения.
• Допплеровские – позволяют получать кинематическую характеристику (оценка скорости кровотока в сосудах и сердце).

В основе этой способности лежит эффект Допплера — изменение частоты принимаемого звука при движении крови относительно стенки сосуда. При этом звуковые волны, излучаемые в направлении движения как бы сжимаются, увеличивая частоту звука. Волны, излучаемые в обратном направлении, как бы растягиваются, вызывая уменьшение частоты звука. Сопоставление исходной частоты ультразвука с измененной, позволяет определить доплеровский сдвиг и рассчитать скорость движения крови в просвете сосуда.

Таким образом, импульс УЗ-волн, генерируемый датчиком, распространяется по ткани, и достигнув границы тканей с различной плотностью отражается в сторону трансдьюссера. Полученные электрические сигналы поступают на высокочастотный усилитель, обрабатываются в электронном блоке и отображаются в виде:

• одномерного (в форме кривой) – в виде пиков на прямой, который позволяет оценить расстояние между слоями тканей, например в офтальмологии (А-метод «амплитуда»), либо исследовать движущие объекты, например, сердце (М-метод).
• двухмерного (В-метод, в виде картинки) изображения, что позволяет визуализировать различные паренхиматозные органы и сердечно-сосудистую систему.

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется ультразвук, который излучается трансдьюсером в виде коротких ультразвуковых импульсов (импульсный).

Для характеристики импульсного ультразвука используются дополнительные параметры:

• Частота повторения импульсов (число импульсов, излучаемых в единицу времени — секунду), измеряется в Гц и кГц.
• Продолжительность импульса (временная протяженность одного импульса), измеряется в сек. и микросекундах.
• Интенсивность ультразвука — это отношение мощности волны к площади по которой распределяется ультразвуковой поток. Измеряется в ваттах на квадратный сантиметр и, как правило, не превышает 0,01 Вт/кв.см.

В современных ультразвуковых приборах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 до 15 МГц.

В ультразвуковой диагностике обычно применяют датчики с частотами 2,5; 3,0; 3,5; 5,0; 7,5 мегагерц. Чем ниже частота ультразвук, тем больше глубина его проникновения в ткани, ультразвук с частотой 2,5 МГц проникает до 24 см, 3-3,5 МГц – до 16-18 см; 5,0 МГц – до 9-12 см; 7,5 МГц до 4-5 см. Для исследования сердца применяют частоту – 2,2-5 МГц, в офтальмологии – 10-15 МГц.

Биологическое действие ультразвука

и его безопасность для больного постоянно дискутируется в литературе. Ультразвук может вызвать биологическое действие путем механических и тепловых воздействий. Затухание ультразвукового сигнала происходит из-за поглощения, т.е. превращения энергии ультразвуковой волны в тепло. Нагрев тканей увеличивается с увеличением интенсивности излучаемого ультразвука и его частоты. Ряд авторов отмечают т.н. кавитацию — это образование в жидкости пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью. Одной из причин возникновения кавитации может являться ультразвуковая волна.

Исследования, связанные с воздействием ультразвука на клетки, экспериментальные работы на растениях и животных, а также эпидемиологические исследования позволили сделать Американскому институту ультразвука следующее заявление:

«Никогда не сообщалось о подтвержденных биологических эффектах у пациентах или лиц, работающих на приборе, вызванных облучением ультразвуком, интенсивность которого типична для современных ультразвуковых диагностических установок. Хотя существует возможность, что такие биологические эффекты могут быть выявлены в будущем, современные данные указывают, что польза для больного при благоразумном использовании диагностического ультразвука перевешивает потенциальный риск, если таковой вообще существует».

Для исследования каких органов и систем используется УЗ- метод?

• Паренхиматозные органы брюшной полости и забрюшинного пространства, включая и органы малого таза (зародыш и плод).
• Сердечно-сосудистая система.
• Щитовидная и молочные железы.
• Мягкие ткани.
• Мозг новорожденного.

Какие критерии используются при УЗ-исследованиях:

1. КОНТУРЫ – четкие, ровные, неровные.
2. ЭХОСТРУКТУРА:

• Жидкостная;
• Полужидкостная;
• Тканевая – большей или меньшей плотности.