Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы, страница 2

Названия режимов на панели управления указаны, как правило, на английском языке; на английском языке дается также служебная информация на экране прибора и результаты обработки измерений. Инструкция по эксплуатации прибора, имеющаяся у пользователя, далеко не всегда может помочь, так как предполагается, что принципы работы, режимы и характеристики известны пользователю и в инструкции подробно не поясняются. Эта книга написана как пособие для пользователя, дающее возможность приобрести базовые знания по физике и технике ультразвуковых систем в той мере, в какой это может быть полезно для практической деятельности.

Кроме того, книга может служить справочником для врача по ряду технических вопросов, с которыми ему приходится сталкиваться. Автор не питает иллюзий, что книга может быть прочитана врачом от начала до конца. Это непростое чтение — слишком много незнакомой и, на первый взгляд, не очень нужной врачу информации здесь помещено. Но автор надеется, что любознательный исследователь, заинтересованный в росте своей квалификации, найдет в книге нужные для себя сведения. Некоторые разделы, более простые для понимания и усвоения, можно прочитать в первую очередь, пропуская поначалу другие разделы. Например, разделы по физике ультразвука, по классификации приборов и датчиков, а также практические рекомендации по управлению работой прибора в различных режимах можно читать отдельно.

Есть надежда, что и более сложные разделы тоже будут рано или поздно прочитаны или хотя бы просмотрены. Особого внимания заслуживают вопросы терминологии, используемой для обозначения режимов, параметров и характеристик ультразвуковых приборов. Многие из ведущих Фирм-произ- 10 Ультразвуковые диагностические приборы водителей ультразвуковых диагностических приборов в силу разных причин вводят свои названия для обозначения одних и тех же режимов, регулировок и параметров работы.

Различия в терминах могут вводить в заблуждение пользователя. В процессе объяснения работы приборов дается русское обозначение или термин, которые, по имеющимся у автора сведениям, наиболее широко используются специалистами УЗ диагностики, и при этом дается ряд эквивалентных терминов на английском языке, использующихся различными Фирмами-производителями. По вопросам терминологии существенную помощь автору оказал руководитель комиссии по терминологии Ассоциации специалистов ультразвуковой диагностики в медицине В.В.

Митьков. В словаре, а также в списке аббревиатур на английском языке даются наиболее часто используемые термины и поясняется их значение. Автор не претендует на абсолютную адекватность предлагаемых русских терминов и был бы признателен за конструктивную критику со стороны специалистов. Выход этой книги в свет вряд ли был бы возможен без помощи многих людей, принимавших участие в ее написании и подготовке к печати. Крестным отцом книги стал проф. В.А.

Сандриков, который с самого начала настоял на ее практической направленности и тем самым в основном определил ее облик. Автор очень признателен соавторам Б.И. Зыкину (раздел 3.6), )О.Р Камалову (раздел 3.7) и А.В. Гаврилову (раздел 7.1) за творческое сотрудничество.

Особую благодарность хочется выразить В.В. Аристову, взявшему на себя труд по научному редактированию книги и сделавшему очень много полезных критических замечаний, а также ГП. Борисовой и Н.Л. Дорфману за терпение и профессионализм, проявленные при подготовке рукописи к печати. Л.В. Осипов ультразаукоаые диагностические приборы 11 Краткие сведения об ультразвуке и особенностях его распространения в биологических тканях ; 1ф Ультразвуковые дивгиостичегкие приборы 1.1.

Ультразвуковые волны. Акустический сигнал и его спектр Ультразвук, как известно, это звуковые, или акустические, волны частота которых выше максимальной частоты звука, слышимой человеческим ухом и равной 20 кгц (1]. Акустические волны представляют собой механические колебания частиц в упругой среде, распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию.

Акустические волны могут существовать и распространяться в твердых телах, жидкостях и газах. Биологические ткани подобны или жидким упругим средам (мягкие ткани), или твердым (костные образования и конкременты), или содержат в своем составе газовые образования (в легких, кишечнике, желудке и т.д.). Поэтому акустические колебания могут распространяться во всех видах биологических тканей, что используется в медицине для целей диагностики и терапии [2-5). Акустические волны, как и волны другой физической природы, например электромагнитные, характеризуются рядом физических величин (па- раметров), изменяющихся в пространстве и во времени. Для акустических волн основными переменными являются колебательное смещение частиц упругой среды и давление.

В ультразвуковой (УЗ) диагностике используются так называемые продольные акустические волны, в которых направление смещения отдельных частиц среды параллельно направлению распространения волн. На рис. 1а схематически изображены продольные волны в упругой среде в виде периодического чередования зон сжатия и разрежения. Возникновение этих зон легко объяснить, если предположить, что их причиной является колеблющаяся плоская пластина. В момент времени, которому соответствует картина на рис. 1а, пластина двигается влево, создавая разрежение в прилежащей к ней зоне.

Через некоторое время та же пластина начинает двигаться вправо, создавая зону сжатия возле своей поверхности. К этому времени эона разрежения смещается вправо в соответствии со свойствами упругой среды. Скорость перемещения зоны разрежения (или сжатия) в среде называется скоростью звука и обозначается Краткие сведения ло физике ультразвука Смещение частиц среды Направление распространения волн со скоростью С Сжатие пластина Сжатие ) Сжатие Разрежение Разрежение Разрежение Разрежение Сб~ Р(») влепив ьноедззпвние Рис. М.

Продольные акустические волны в упругой среде з фиксированный момент ереме- нн: а — чередование зон сжатия и разрежения; б — изменение давления р в различны» обла- стяк среды я зависимости от коорди наты и Период р(б Рис. 2. Изменение давления р з зависимо- сти от времени в фиксированной точке про- странства. Ультразвуковые диагностические приборы $3 буквой С.

Направлена зта скорость от источника возникновения волн (в данном случае, колеблющейся пластины). Скорость звука не следует путать со скоростью смещения частиц упругой среды — зто совершенно разные скорости. Более того, скорость звука в данной среде есть величина постоянная во времени, а скорость смещения частицы периодически меняется в процессе колебания частицы вокруг равновесного состояния.

Степень сжатия или разрежения характеризуется давлением, график изменения которого вдоль оси к изображен на рис. 1б для того же момента времени, что на рис. 1а. В случае, если имеют место гармонические волны, изменение давления в пространстве вдоль оси х происходит по закону синуса (или косинуса). Расстояние между точками графика давления, имеющими одинаковые фазы, т.е. одинаковое значение и направление изменения давления, называется длиной волны Х. На рис. 1б показана величина длины волны Х как расстоя- ние между минимальными значениями давления.

Картина, изображенная на рис. 1, относится к некоторому фиксированному моменту времени. Если же взять какую-то конкретную точку в области распространения волн и рассмотреть, как будет в ней меняться давление со временем, то мы получим график, показанный на рис. 2.

В случае гармонических колебаний изменение давления во времени будет синусоидальным с периодом колебаний, равным Т. Частота колебаний т, равная 1/Т, определяет число периодов колеба- Фронт Пв волны Оа / Фронт волны Фронт волны рис. 3. различные виды акустических волн: а — плоские, б — сФерические, и — цилиндриче- ские. Стрелками показаны направления распространения вали. ет место комбинация различных типов волн, которая только в малых областях пространства может быть близка к одному из перечисленных типов волн. Напомним известное соотношение, связывающее длину волны Х с частотой колебаний т и скоростью звука С: Х= СТ= С/т. 14 Ультразвуковые диагностические приборы ний в секунду и измеряется в герцах. Один герц (Гц) — это одно колебание в секунду, один килогерц (кГц) — 1000 колебаний в секунду, один мегагерц (МГц) — 1000000 колебаний в секунду.

Диапазон частот ультразвука, используемых в медицинской диагностике, лежит в пределах от 1 до 30 МГц и выше. На рис. 1а схематически изображены так называемые плоские продольные волны, т.е. такие, у которых точки с одинаковыми фазами колебаний находятся на плоской поверхности. Плоские волны являются следствием возбуждения их с помощью плоского источника звука„в данном случае плоской колеблющейся пластины. Поверхность с одинаковой фазой колебаний называется фронтом волны.

Плоские волны имеют плоский фронт волны (рис. За). Кроме плоских волн могут быть сФерические волны, возбуждаемые точечным или сферическим источником (рис. Зб). Фронт волны в этом случае имеет сферическую форму. Иногда имеют место цилиндрические волны, фронт которых имеет вид цилиндрической поверхности (рис. Зв). В чистом виде плоские, сферические или цилиндрические волны встречаются редко, обычно на практике име- Из этого соотношения следует, что с увеличением частоты ультразвука уменьшается длина волны Х.

При средней скорости ультразвука в мягких биологических тканях С = 1540 м/с длина волны составляет: 1= 0,44мм при т'=3,5 МГц, Х = 0,31 мм при 1 = 5,0 МГц, 1= 0,21 мм при т=7,5 МГц, Х = 0,15 мм при Г = 10,0 МГц. Приведенные значения длины волны для наиболее часто используемых в УЗ диагностике частот полезно знать, так как они связаны с такой важной характеристикой диагностических систем, как разрешающая способность, которая определяет воэможность системы отображать мелкие детали в акустическом изображении внутренних органов (подробнее о разрешающей способности см.