Бакулин. Курс лекции по биофизика - файл n1.doc
ЕХОГРАФСКА ДИАГНОСТИКА
Ултразвуковите терапевтични и хирургични апарати отдавна са собственост на медицински и ветеринарни клиники, но използването на ултразвук за диагностика на редица заболявания е от особено значение. Използва се заедно с рентгенови, оптични и други диагностични методи, а в някои случаи успешно ги замества.
Въвеждането на ултразвука в диагностичната практика направи възможно постигането на високо съдържание на информация за патологичните процеси, протичащи в тялото, а безопасността и относителната простота в сравнение с радиографията допринесоха за това, че ултразвуковата диагностика заема водещо място в клиничните изследвания, позволявайки да се определи локализацията на туморите, да се открият чужди тела в тъканите, да се визуализират дълбоко разположени области на тялото и др.
Ултразвуков ехо метод.Диагностичният ехо метод се основава на отразяването на ултразвук на границите между тъкани с различен акустичен импеданс. Този метод е подобен на радиографията, но е по-чувствителен. Изображенията на две тъкани на рентгенова снимка се различават едно от друго само ако разликата в тяхната плътност е най-малко 10%.
Ултразвукът дава възможност да се разграничат меките тъкани, които се различават по плътност само с 0,1%.В допълнение, ултразвукът с ниска интензивност е практически безвреден, а ултразвуковото оборудване е по-компактно и по-евтино от рентгеновото оборудване. Принципът на ултразвуковия ехо метод е обяснен на фигурата. Ултразвуков генератор (USG) създава електрически импулси с ултразвукова честота, които се подават към пиезокристал, от който ултразвукова вълна се разпространява в тъканите. Ако вълната срещне участък по пътя си, чийто акустичен импеданс е различен от този на околната среда(например на границата между мастния слой и мускулната тъкан), след което се отразява и попада върху ултразвуковия приемник, в който възбужда електрически вибрации. След това тези трептения се изпращат към усилвател и към записващо устройство, например електронен осцилоскоп, на екрана на който се появява сигнал, който позволява да се прецени размерът, формата и дълбочината на отразяващия обект.
Ако скоростта на ултразвука в тъканта е 1500 m/s и неговата честота е 30 kHz, тогава дължината на вълната= 5 см. Следователно ултразвукът с тази честота поради дифракция няма да може да даде ясен образ на тъканна област с размер по-малък от 5 cm, което често не е достатъчно. За да се увеличи разделителната способност на ултразвуковата диагностика, е необходимо да се намали дължината на вълната и следователно да се увеличи честотата. Ето защо в ултразвуковата диагностика се използват генератори, които дават честоти от 1 до 10 MHz, но тъй като абсорбцията му се увеличава с увеличаване на честотата на ултразвука, това води до необходимостта от увеличаване на неговия интензитет, което не винаги е желателно. Обикновено в диагностиката се използва ултразвук с интензитет не по-голям от 0,1·10 4 W/m 2 .
Ултразвуковото изследване на вътрешните органи в медицината стана широко разпространено, произвеждат се редица устройства, доказали се в клиничната практика.
Диагностика на базата на ефекта на Доплер. Особено големи възможности и предимства има разнообразен ултразвуков ехо метод, базиран на ефекта на Доплер, който позволява не само да се изследва местоположението на определени органи и тъканни участъци, но и физиологичните процеси в тяхната динамика.
Доплеров метод в хемодинамиката. Доплеровият дебитомер (виж фиг.) ви позволява да определите редица параметри на кръвния поток в съдовата система. Оставете ултразвука да пресече кръвоносния съд под ъгъл(фиг.). Ако ултразвукът се отразява от статични обекти, които се срещат по пътя му от източника към съда, тогава честотата на звука не се променя и остава равна на0. Отразяването на ултразвук от пулсиращите стени на съда и от кръвните клетки, суспендирани в плазмата и движещи се с нея (главно от еритроцити, чието акустично съпротивление се различава значително от акустичното съпротивление на плазмата), се придружава от ефекта на Доплер. Тъй като скоростта на пулсация на стените на съда е много по-малка от скоростта на движение на еритроцитите, тогаваds (Доплерова честота от съдовете) е много по-малка отde (Доплерова честота от еритроцитите) и тези сигнали могат да бъдат разделени.
Познавайки честотата на Доплер, е възможно, използвайки формула (2.15), да се изчисли скоростта на движение на еритроцитите и следователно скоростта на кръвния поток. Тъй като скоростта на кръвта не е еднаква в напречното сечение на съда, устройството извежда спектър от доплерови честоти, съответстващи на различни скорости на кръвния поток.
Отразеният сигнал влиза в приемника, в който възникват електрически трептения с честота0 +ds +de, които се приемат от електронната схема E. Трептенията от генератора с честота0 също се подават във веригата, което води до удари, модулирани от честотиds иde. Тези трептения влизат в демодулатора, който извлича сигнали с доплерова честота. След това сигналите преминават през F филтъра, който подчертава честотатаde от интерес за изследователя и влиза в преобразувателя P, който преобразува честотния сигнал на Доплер в такъв сигнал, чието напрежение е пропорционално на скоростта на кръвния поток. След това сигналът влиза в записващото устройство (осцилоскоп, записващо устройство и др.).
Прилага се ултразвукимпулси с продължителност около 1 μs с интервал между импулсите от порядъка на 1 ms. В допълнение към факта, че нагряването на тъканите при такова облъчване става почти незабележимо, разстоянието до отразяващия обект (ехолокация) може да се определи от времето между излъчването на импулс и неговата регистрация. Така от доплеровите сигнали, образувани от външната и вътрешната стена на съда, може да се определи диаметърът на съда, а от сигналите от еритроцитите да се установи на какво разстояние от стената на съда се намират еритроцитите с определена скорост. Това дава възможност да се изследва динамиката на кръвния поток в различни участъци на съдовия участък.