Практические рекомендации по работе в режимах В и А, М.

Режим В (2D). Из всех возможных способов получения диагностической информации о биологических струк­турах с помощью ультразвука наи­большее распространение имеет способ получения двухмерного изоб­ражения. При этом применяется пе­риодическое излучение УЗ импульсов во внутренние структуры организма и прием сигналов, отраженных акусти­ческими неоднородностями структур.

Совокупность принятых сигналов, на­зываемых эхо-сигналами, позволяет построить акустическое изображение биологических тканей на специаль­ном индикаторе (мониторе). Таким образом, информация получается прежде всего за счет отражения УЗ колебаний и образования эхо-сигна­лов - вторичных сигналов, распрост­раняющихся в сторону, обратную на­правлению излучения. Величина (уро­вень) эхо-сигналов определяется отражающими свойствами границ раздела структур, что прежде всего связано с различием акустических ха­рактеристик структур. Кроме того, на характеристики акустического изоб­ражения влияют такие физические эффекты, как:

•преломление - изменение на­правления распространения УЗ сигналов при переходе из одной среды в другую;

•рассеяние - многократное пере­отражение УЗ сигналов на мелких неоднородностях;

• поглощение УЗ сигналов вследствие вязкости среды.

Датчик (зонд) обеспечивает излучение УЗ сигналов в определенных направле­ниях и прием отраженных эхо-сигналов с этих же направлений. Изменяя направление излучения-приема, дат­чик осуществляет сканирование. Для того чтобы избежать потерь мощности УЗ сигна­лов при прохождении через воздух, в котором затухание сигналов резко возрастает, между поверхностью об­следуемого объекта (тела пациента) и рабочей поверхностью датчика нано­сится слой специального геля, хоро­шо проводящего ультразвук. Излучение и прием УЗ сигналов в процессе сканирования осуществля­ется периодически, при этом каждый раз в ограниченной области прост­ранства, которая называется УЗ лу­чом.

Сразу же по окончании излучения зондирующего импульса датчик переходит из режима передачи в ре­жим приема сигналов. При этом мож­но говорить о приемном луче датчи­ка, определяющем пространственную область, в которой датчик имеет мак­симальную чувствительность на при­ем. Луч на излучение (передачу) и приемный луч совпадают по направ­лению и близки по виду, но в общем случае не обязательно одинаковы по форме, что определенным образом влияет на акустическое изображение.

Если на пути зондирующего им­пульса, который продолжает свое пу­тешествие в границах передающего луча, встречаются акустические не­однородности, часть мощности зондиру­ющего импульса в виде эхо-сигналов отражается в различных направлени­ях, в том числе и в направлении на датчик. Учитывая то обстоя­тельство, что зондирующий импульс распространяется не только в преде­лах передающего луча, но и за его границами (хотя и существенно мень­шего уровня), характеристики прием­ного луча чрезвычайно важны для по­лучения качественного акустического изображения. Если приемный луч та­кой же ширины, как и передающий, это позволяет практически исключить прием эхо-сигналов из области за пределами общих границ лучей.

Эхо-сигналы от неоднородностей в пределах границ лучей при достаточном уровне отра­жения принимаются датчиком, преоб­разуются в электрические импульсы и после усиления в устройстве передачи-приема поступают в устройство преобразования, обработки и запоми­нания сигналов. На выходе это­го устройства формируются сигналы в виде, позволяющем отображать их на телевизионном мониторе. Эхо-сигна­лы отображаются в виде яркостных отметок на невидимой линии, соот­ветствующей оси УЗ луча. Инфор­мация в виде яркостных отметок вдоль осей называется акустически­ми строками. Яркость отметок на акустических строках соответствует амплитуде принятых эхо-сигналов.

Оси всех лучей находятся в одной плоскости, которая называется плос­костью сканирования. Все эхо-сиг­налы, принятые и преобразованные прибором, отображаются на телеви­зионном мониторе на акустических строках, каждая из которых соответ­ствует своему лучу. В результате об­разуется яркостное изображение, от­сюда и название В-режим (от слова brightness - яркость). Другое обозна­чение для В-режима – 2D-режим (от слова two-dimensional - двухмерный).

А-режим. Это самый простой вид отображаемой информации, для по­лучения которой не требуется скани­рование. Зондирование осуществля­ется при неизменном направлении акустического луча, и на экране мони­тора отображается А-эхограмма в ви­де амплитудных значений эхо-сигналов от неоднородностей, находящих­ся на различных глубинах в пределах луча.

А-эхограмма и соответствующий ей А-режим работы получили свое обозначение от слова amplitude (амп­литуда). Амплитуды фиксируются на экране как функции времени t или глубины L, что позволяет информиро­вать исследователя не только о глу­бине расположения структур, но и об уровне эхо-сигналов от них.

До недавнего времени А-режим использовался как дополнительный во всех приборах двухмерного изоб­ражения, представляя возможность анализа амплитудной информации в выбранном луче (акустической строке). Сейчас в большин­стве двухмерных сканеров А-режим не используется. Одной из причин этого является то, что динамический диапазон яркостных сигналов в В-режиме на экране современного прибо­ра вполне достаточен для анализа уровня эхо-сигналов, что достигается за счет большого числа градаций яр­кости (градаций «серой шкалы»).

А-режим применяется как само­стоятельный в ряде специализиро­ванных диагностических приборов, используемых в офтальмологии, при транскраниальных исследованиях го­ловного мозга, а также для обследо­вания носовых и лобных пазух.

М-режим. М-режим работы ис­пользуется для регистрации измене­ния пространственного положения подвижных структур во времени. От­сюда и название режима - от слова motion - движение. Наиболее часто режим ис­пользуется для исследования движе­ния структур сердца.

В М-режиме зондирование перио­дически повторяется в одном и том же направлении акустического луча. При формировании М-эхограммы в каждом зондировании амплитудная информация об эхо-сигналах с раз­личных глубин отображается в виде отметок различной яркости вдоль вертикальной линии на экране (акус­тической строки). Следующему зон­дированию соответствует своя линия, расположенная правее предыдущей, и в процессе перемещения столбца с каждым новым зондированием фор­мируется двухмерная М-эхограмма. Положение яркостных отме­ток по вертикали пропорционально глубине отражающей структуры (на­пример, сердечного клапана). На го­ризонтальной оси меняются моменты зондирования (t_1, t₂... и т.д.), каждому из которых соответствует новое поло­жение подвижных структур. С помо­щью М-эхограммы можно количест­венно оценивать геометрическое смещение подвижных структур и из­мерять изменение взаимного поло­жения различных структур (например, просвет в клапанах сердца, измене­ние размера желудочка и т.д.).

М-режим широко используется в кардиологии, как правило вместе с В-режимом. В процессе сканирова­ния в В-режиме исследователь выби­рает необходимый ракурс наблюде­ния, потом с помощью курсорной линии на В-эхограмме выбирается направление зондирования (направ­ление оси УЗ луча) для М-режима, по­сле чего положение датчика фиксируется рукой и включается режим М.

Как правило, используются следу­ющие режимы отображения М-эхо­граммы на экране прибора:

- М - режим отображения только М-эхограммы;

- В + М - режим одновременного отображения двухмерной В-эхограммы и М-эхограммы.

Одновременно с М-эхограммой могут отображаться синхронно с ней во времени допплеровский спектр кровотока в сосудах или сердце, а также электрокардиограмма по одно­му из отведений. Эти режимы отобра­жения используются в эхокардиографах - специализированных ульт­развуковых приборах для обследова­ния сердца и сосудов. Временные характеристики получе­ния М-эхограммы: Частота периоди­ческого зондирования составляет не менее 20 Гц. Длительность отобража­емой М-эхограммы во времени - от 1 до 16 с (время развертки).

Ультразвуковые преоб­разователи. Одним из основных узлов любого ультразвукового (УЗ) диагностическо­го прибора является ультразвуковой преобразователь (ultrasound transduc­er). Он входит в состав датчика, и от него в существенной мере зависит ка­чество получаемой информации.

Функции преобразователя: • преобразует электрич еские сигна­лы в механические (ультразвуко­вые) колебания; • принимает ультразвуковые эхосигналы и преобразует эти сигналы в элект­рические для дальнейшего усиле­ния и обработки; • обеспечивает формирование УЗ луча требуемой формы как в ре­жиме излучения, так и в режиме приема; •выполняет сканирование, т.е. перемещение УЗ луча в обследуемой области с помощью специ­альных переключателей (коммута­торов) и управляющих сигналов.

Многообразие УЗ преобразовате­лей велико, однако в большинство из них входят одни и те же компоненты.

Демпфер. Основное назначение демпфера соответствует его назва­нию - это частичное смягчение (демп­фирование) механических колебаний пьезоэлемента. Делается это для того, чтобы максимально расширить полосу ультразвуковых частот, излучаемых и принимаемых датчиком. Другая обязанность демпфера - поглощать излучение тыльной стороны пьезоэлемента.

Согласующие слои. Наносятся на рабочую поверхность пьезоэле­мента поверх электрода. Служат для согласования акустических сопротив­лений материала пьезоэлемента и биологических тканей. Хорошее со­гласование совершенно необходимо для того, чтобы обеспечить передачу с минимальными потерями акустиче­ских (ультразвуковых) сигналов от пьезоэлемента в биологическую сре­ду и наоборот, а следовательно, по­высить чувствительность датчика.

Акустическая линза. Изготовлен­ная из материала со специально по­добранными свойствами, акустичес­кая линза фокусирует УЗ луч, т.е. обес­печивает минимальную ширину луча в определенном диапазоне глубин и, следовательно, улучшает разрешаю­щую способность. Одновременно аку­стическая линза выполняет роль про­тектора - защитного слоя, предохра­няющего пьезопреобразователь от повреждений в процессе работы.

Типы датчиков Типы датчиков и их названия опре­деляются использованием в них раз­личных ультразвуковых преобразова­телей и способов сканирования. В ­за­висимости от вида преобразователей можно выделить датчики с двухмерной решет­кой, линейные, конвексные и секторные.

Способы сканирования:

1.Секторное (механическое) сканирование. В этом виде сканиро­вания ось УЗ луча (акустическая стро­ка) перемещается по углу так, что зо­на изображения имеет вид сектора.

2.Линейное электронное сканирование. При этом способе скани­рования угловое направление УЗ луча не меняется. Зона обзора имеет вид прямоуголь­ника

3.Конвексное (выпуклое) элек­тронное сканирование. Этот метод отличается от линейного сканирова­ния тем, что использует УЗ преобразо­ватель в виде конвексной одномерной решетки.

4.Микроконвексное электрон­ное сканирование. Этот вид скани­рования принципиально аналогичен конвексному. Отличие состоит лишь в величине радиуса.

5.Векторное сканирование. На­звание «векторное сканирование» введено специалистами фирмы «Акусон» для обозначения усложнен­ного варианта фазированного сек­торного электронного сканирования, который впервые был реализован в приборах фирмы. Векторное скани­рование имеет целью уменьшить не­достаток фазированного секторного сканирования - малый размер зоны обзора на небольших глубинах - и преодолеть недостаток линейного сканирования - малый размер зоны обзора на больших глубинах.

Артефакты акустического изображения- наблюдаемые на экране прибора ложные объекты, аномалии и искажения, получаемые при УЗ исследовании. Артефакты можно разделить на две основные группы: аппаратурные артефакты, возникающие вследствие технических причин, в том числе из-за несовершенства прибора, и артефакты, связанные с физическими процессами прохождения ультразвука в биологических тканях.

Аппаратурные артефакты

Помехи и наводки. Помехи обычно вызываются электрическими приборами и оборудованием, работающими в непосредственной близости от УЗ прибора. Они имеют вид периодических или случайных быстро меняющихся светлых полос и ярких точек на экране прибора.

Боковые лепестки. В действительности эхо-сигналы могут приниматься не только в узкой области УЗ луча, называемой основным лепестком, но и в других направлениях, которые принято называть боковыми лепестками. В силу относительно низкого энергетического уровня боковых лепестков по сравнению с основным принятые ими эхо- сигналы, отраженные структурами, находящимися вне основного лепестка, как правило, малы и в целом не сказываются на изображении. Однако, если в направлении бокового лепестка находится хорошо отражающая поверхность, эхо-сигналы от нее могут быть большой амплитуды и восприниматься как полезные сигналы

Артефакты, вызванные физическими причинами

Искажение формы. Артефакты искажения формы возникают из-за того, что скорость звука в различных тканях может изменяться в определенных пределах, в то время как при формировании акустического изображения в приборе она принимается фиксированной (обычно - 1540 м/с).

Образование теней. Эти артефакты появляются в случае сильных отражений на границе сред со значительно отличающимися акустическими свойствами, например на границах мягкие ткани-воздух, мягкие ткани-камни (в почках, печени) и т.д.

«Хвост кометы». наблюдается в случае, когда в результате воздействия ультразвука возникают собственные вибрации объекта, например небольшого газового пузырька или инородного металлического тела в тканях организма.