Интенсивность ультразвука при прохождении сквозь ткани уменьшается
Ультразвук и ткани организма
В основе ультразвуковой диагностики лежит тот факт, что звуковые волны при прохождении через ткани могут либо отражаться, преломляться, либо поглощаться. Звуковые волны, которые возвращаются к датчику, создают изображение. Чем больше ультразвука вернется к датчику, тем ярче будет изображение, передаваемое на экран (В-метод). Для правильной его оценки или интерпретации важно понимать, что влияет на взаимодействие между ультразвуком и тканью. Отражение, преломление и поглощение — абсолютно разные процессы; однако, они имеют одинаковую природу. Благодаря отражению происходит построение изображения: отраженные ультразвуковые волны превращаются в изображение по возвращении к датчику. На отражение влияют размеры исследуемого объекта, а также частота ультразвуковых волн. Волны с более высокой частотой быстрее отражаются от мелких объектов исследования и также быстрее угасают; такой ультразвук используется для создания изображений поверхностных объектов исследования, то есть таких, которые находятся ближе всего к поверхности тела.
Рис. 1.3. Появление артефакта в результате реверберации во время УЗИ грудной клетки собаки. Демонстрируется эффект от отражения 99% ультразвуковых волн на границе мягкой ткани и газообразной среды. Данное явление может вводить в заблуждение при наличии газообразной среды.
Как уже было сказано, при прохождении ультразвука через границы тканей, отражение растет; следовательно, для создания изображения более глубоких тканей и полостей ультразвука становится меньше. Данный факт легко объясняет потребность в надежном способе связи между датчиком и поверхностью кожи.
Отражение ультразвукового луча происходит строго под прямым углом. При этом плоскость ультразвукового луча обычно перпендикулярна плоскости исследуемой структуры. В противном случае, при условии, что скорость распространения внутри тканей одинакова, угол отраженного ультразвукового луча все же будет равен углу упавшего луча. Если же скорость распространения в этих тканях будет разная, то произойдет преломление. При отражении от больших гладких структур, размеры которых значительно превышают длину ультразвуковой волны, происходит зеркальное отражение. Однако очень часто отражение происходит от поверхностей, которые не являются полностью гладкими, а их размеры не превышают длину ультразвуковых волн. Такие ультразвуковые волны являются диффузными, так как они распространяются в разных направлениях и обладают низкой амплитудой.
Их применение дает преимущество: поскольку, хотя они и слабее, чем зеркальные рефлекторы, они меньше зависят от случайного угла падения и широко используются для изучения строения органов. Разница в яркости тех или иных участков на изображении объясняется разницей в степени рассеивания от одной области-к другой и определяется терминами гиперэхогенность и гипоэхогенность. Гиперэхогенность — результат увеличения рассеивания; гипоэхогенность — результат уменьшения рассеивания. Данные явления проявляются при сравнении соседних исследуемых областей.
Рефракция — это изменение направления распространения ультразвуковых волн по мере их прохождения сквозь разные среды, в которых скорость прохождения слегка изменяется. Рефракция наступает при условии, что случайные ультразвуковые волны будут распространяться косо. Обычно рефракция наблюдается в случае с внутренним органом, заполненным жидкостью и находящимся внутри более твердой структуры, как, например, на границе желчного пузыря (рис. 1.5, с. 6). Этот эффект проявляется сильнее в средах с более сильным акустическим сопротивлением. Поскольку в результате рефракции ультразвуковой луч изменяет направление движения, угол его отражения также изменится, поэтому расположение исследуемого внутреннего органа на изображении может отличаться от действительности. В результате могут появиться вводящие в заблуждение артефакты.
Рис. 1.4. Если ультразвуковой луч подается на плоскость границ двух тканей не перпендикулярно, угол его отражения (R) будет равен углу его падения (I) при условии, что скорость распространения ультразвуковых волн в этих средах одинаковая. (Vj -скорость ультразвуковых волн при прохождении сквозь Ткань 1, V2 — скорость прохождения ультразвуковых волн сквозьТкань 2). Данное явление называется законом Снеллиуса.
Читайте также: Ткань прованс что это такое
При наличии большого числа структур, которые вызывают дисперсию если их размеры сильно уступают длинам ультразвуковых волн, наблюдается эффект (вынужденного) релеевского рассеяния. Примером тому могут послужить красные кровяные клетки. Дисперсия при обследовании подобных частиц пропорциональна частоте, увеличенной в четыре раза; следовательно, увеличение частоты в два раза приводит к росту дисперсии в 16 раз.
Рис. 1.5. Эффект пограничного затенения на границе желчного пузыря. Причиной данного явления является рефракция ультразвукового луча, так как его скорость внутри наполненного жидкостью органа отличается от скорости внутри печени.
Затухание — уменьшение интенсивности ультразвукового луча во время его прохождения сквозь ткани; происходит вследствие (вынужденного) релеевского рассеяния и поглощения. При поглощении звука его энергия преобразуется в тепло силой трения внутри тканей. Данный эффект проявляется тем сильнее, чем больше плотность ткани, сквозь которую проходит ультразвук; он также напрямую отвечает на вопрос о том, почему текучие среды поглощают меньше ультразвука при его прохождении, чем мягкие ткани, и косвенно объясняет явление дальнего акустического усиления.
Затухание прямо пропорционально частоте и проявляется сильнее, например, при прохождении сквозь жировую ткань. Благодаря данному явлению становится ясно, почему для исследования поверхностных тканей у животных, страдающих ожирением, могут использоваться ультразвуковые волны более низкой частоты. Ниже представлены общие рекомендации по выбору ультразвукового датчика в зависимости от глубины проникновения ультразвуковых волн:
КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ТЕСТЫ ПО УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКЕ (2019 ГОД) С ОТВЕТАМИ — часть 2
РАЗДЕЛ 2. ФИЗИКА УЛЬТРАЗВУКА
001. Процесс, на котором основано применение ультразвукового метода исследования — это:
а) визуализация органов и тканей на экране прибора;
б) взаимодействие ультразвука с тканями тела человека;
в) прием отраженных сигналов;
г) распространение ультразвуковых волн;
д) серошкальное представление изображения на экране прибора.
002. Ультразвук — это звук, частота которого не ниже:
003. Акустической переменной является:
004. Скорость распространения ультразвука возрастает, если:
а) плотность среды возрастает;
б) плотность среды уменьшается;
г) плотность, упругость возрастает;
д) плотность уменьшается, упругость возрастает.
005. Усредненная скорость распространения ультразвука в мягких тканях составляет:
006. Скорость распространения ультразвука определяется:
007. Длина волны ультразвука с частотой 1 МГц в мягких тканях составляет:
008. Длина волны в мягких тканях с увеличением частоты:
009. Наибольшая скорость распространения ультразвука наблюдается в:
010. Скорость распространения ультразвука в твердых телах выше, чем в жидкостях, т.к. они имеют большую:
г) акустическое сопротивление;
д) электрическое сопротивление.
д) продольная механическая волна.
012. Имея значение скоростей распространения ультразвука и частоты, можно рассчитать:
013. Затухание ультразвукового сигнала включает в себя:
г) рассеивание и поглощение;
д) рассеивание, отражение, поглощение.
014. В мягких тканях коэффициент затухания для частоты 5 МГц составляет:
015. С увеличением частоты коэффициент затухания в мягких тканях:
016. Свойства среды, через которую проходит ультразвук, определяет:
017. К допплерографии с использованием постоянной волны относится:
а) продолжительность импульса;
б) частота повторения импульсов;
018. В формуле, описывающей параметры волны, отсутствует:
д) скорость распространения.
019. Ультразвук отражается от границы сред, имеющих различия в:
б) акустическом сопротивлении;
в) скорости распространения ультразвука;
д) разницы плотностей и разницы акустических сопротивлений.
020. При перпендикулярном падении ультразвукового луча интенсивность отражения зависит от:
Читайте также: Серая ткань с люрексом
б) разницы акустических сопротивлений;
в) суммы акустических сопротивлений;
г) и разницы, и суммы акустических сопротивлений;
д) разницы плотностей и разницы акустических сопротивлений.
021. При возрастании частоты обратное рассеивание:
022. Для того, чтобы рассчитать расстояние до отражателя, нужно знать:
а) затухание, скорость, плотность;
б) затухание, сопротивление;
г) время возвращения сигнала, скорость;
023. Ультразвук может быть сфокусирован с помощью:
б) искривленного отражателя;
024. Осевая разрешающая способность определяется:
г) числом колебаний в импульсе;
д) средой, в которой распространяется ультразвук.
025. Поперечная разрешающая способность определяется:
г) числом колебаний в импульсе;
026. Проведение ультразвука от датчика в ткани тела человека улучшает:
б) материал, гасящий ультразвуковые колебания;
г) более высокая частота ультразвука;
027. Осевая разрешающая способность может быть улучшена, главным образом, за счет:
а) улучшения гашения колебания пьезоэлемента;
б) увеличения диаметра пьезоэлемента;
г) уменьшения диаметра пьезоэлемента;
д) использования эффекта Допплера.
028. Если бы отсутствовало поглощение ультразвука тканями тела человека, то не было бы необходимости использовать в приборе:
029. Дистальное псевдоусиление эха вызывается:
а) сильно отражающей структурой;
б) сильно поглощающей структурой;
в) слабо поглощающей структурой;
г) ошибкой в определении скорости;
030. Максимальное Допплеровское смещение наблюдается при значении Допплеровского угла, равного:
031. Частота Допплеровского смещения не зависит от:
д) скорости распространения ультразвука.
032. Искажения спектра при Допплерографии не наблюдается, если Допплеровское смещение частоты повторения импульсов:
г) верно все вышеперечисленное;
033. Импульсы, состоящие из 2-3 циклов используются для:
б) непрерывно-волнового Допплера;
в) получения черно-белого изображения;
д) верно все вышеперечисленное.
034. Мощность отраженного Допплеровского сигнала пропорциональна:
г) плотности клеточных элементов;
д) верно все вышеперечисленное.
035. Биологическое действие ультразвука:
б) не наблюдается при использовании диагностических приборов
в) не подтверждено при пиковых мощностях, усредненных во времени ниже 100 мВт/кв. см
036. Контроль компенсации (gain):
а) компенсирует нестабильность работы прибора в момент разогрева;
в) уменьшает время обследования больного;
г) все перечисленное неверно
. д) все перечисленное верно.
037. Ультразвуковая волна в среде распространяется в виде:
в) электромагнитных колебаний
г) прямолинейных равномерных колебаний
д) все перечисленное неверно
038. Скорость распространения в воздушной среде по сравнению с мышечной тканью:
в) зависит от частоты ультразвука
г) зависит от мощности ультразвука
039. На сканограммах в проекции исследуемого объекта получено изображение равноудаленных линейных сигналов средней или небольшой интенсивности. Как называется артефакт?
б) артефакт фокусного расстояния
в) артефакт толщины центрального луча
040. Артефакт в виде «хвоста кометы» способствует дифференциации:
а) металлических инородных тел от кальцификатов и камней
б) тканевых образований от кальцификатов и камней
в) жидкостных образований от тканевых образований
г) злокачественных и доброкачественных образований
д) все перечисленное неверно
041. Возникновение артефакта в виде «хвоста кометы» обусловлено:
а) крайне высокой плотностью объекта
б) неадекватной частотой работы прибора
в) неадекватным фокусным расстоянием
г) возникновением собственных колебаний в объекте
д) все перечисленное верно
042. Для лучшей визуализации объектов небольшого размера предпочтительно:
а) использовать датчик большой разрешающей способности
б) использовать датчик меньшей разрешающей способности
Интенсивность ультразвука при прохождении сквозь ткани уменьшается
Звуковые волны в отличие от электромагнитных представляют собой быстрые смещения атомов или молекул в передающей среде. Частота этих смещений в диапазоне 20 Гц — 20 кГц. в норме улавливается человеческим ухом. В диапазоне частот свыше 20 кГц лежит область «ультразвука» с верхней границей, обычно равной 109 Гц. В медицинской диагностике для визуализации тканей организма или газовых пузырьков в гипербарической физиологии обычно используют ультразвук с частотой 106 Гц.
Читайте также: Луна игрушка из ткани
Несмотря на идентичность физических свойств звуковых и ультразвуковых волн, последние имеют ряд преимуществ: 1) высокую направленность; 2) легкую фокусируемость; 3) применимость для исследования небольших структур в более коротковолновом диапазоне; 4) высокую отражаемость на границе между газом и жидкостью, что делает их хорошим детектором фазовых структур. Последнее преимущество обусловливает явление рассеяния ультразвуковых волн газовыми пузырьками. В отличие от ультразвука высокой интенсивности, применяемого для прогрева тканей и в хирургии, во всех гипербарических исследованиях используют ультразвук низкой интенсивности.
Ультразвуковые волны характеризуются частотой и длиной. Основным типом волн в подвижных средах является продольный. При этом источник колебаний движется в направлении, параллельном распространению волны. Частицы среды, образующие волну, направляются также параллельно распространению самой волны. Наблюдается картина непрерывного сжатия и разряжения. В твердых средах или средах с высокой вязкостью имеют место также и поперечные, или сдвиговые волны. В этом случае направление распространения волны перпендикулярно движению частиц. В биологических системах поперечные волны были обнаружены только в костной ткани.
Длина волны является особой величиной, дающей представление о многих свойствах самой волны. По мере того, как источник звука вибрирует, он движется взад и вперед, «толкая» молекулы, расположенные перед ним и увлекая за собой расположенные позади. Каждый новый толчок перемещает зону сжатия в определенном порядке друг за другом. Это последовательное перемещение зон сжатия и представляет собой волну, а расстояние между зонами является длиной данной волны. Значение длины волны (h) определяют путем деления скорости ее распространения в данной среде на частоту, что можно выразить уравнением: h=Скорость волны в среде/частоту.
Взаимодействие ультразвуковых волн с тканями
В крови и большинстве тканей организма ультразвуковые волны распространяются почти прямолинейно. Они поглощаются или постепенно ослабляются тканями или же отражаются (рассеиваются) обратно в сторону поверхности тела. Средние по мягкости ткани организма содержат большое количество воды. В них ультразвук распространяется со скоростью, характерной для солевого раствора, содержащего белки. Когда волны ультразвука достигают тканей, не содержащих воду, то большая часть их энергии отражается. Это происходит в высокоминерализованных тканях, таких как кости и зубы, эластические свойства которых схожи с таковыми у твердых тел, и структур, содержащих значительное количество воздуха. Воздух содержат главным образом бронхи, трахея, складки кишечника.
Поэтому метод ультразвукового обследования определенных участков организма с целью выявления декомпрессионных пузырьков затруднителен из-за невозможности проникновения ультразвукового пучка вглубь тканей.
Ультразвуковая волна, проходя через твердую, жидкую или газообразную среды, ослабляет свою интенсивность в соответствии с уравнением: J=J*e-2ax, где J — интенсивность; х — пройденный путь; а — коэффициент ослабления амплитуды волны.
В средней по мягкости ткани степень поглощения ультразвука пропорциональна частоте. При прохождении в глубь тела на 1 см и обратно мощность ультразвуковой волны снижается на 20% на каждый 1 МГц частоты. На каждом сантиметре толщины ткани процент поглощения ультразвука остается прежним. Следовательно, для глубокой пенетрации необходима более низкая частота ультразвука.
Приведенные величины поглощения ультразвука являются приблизительно средними для мышц. Они меньше для жировой ткани и еще меньше для крови (около 1/10 величины поглощения для мышц). Поглощение вызвано в первую очередь превращением энергии ультразвука в тепло, по-видимому, в результате процессов, характерных для макромолекул, главным образом, белков.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом