Ультразвуковая диагностика

Ультразвук проникает в ткани тела и по мере распространения поглощается. Поэтому возникла идея использовать для диагности­ческих целей различие в величине поглощения ультразвука в раз­личных тканях. Поскольку поглощение ультразвуковой энергии для некоторых тканей существенно отличается от поглощения рентге­новских лучей, можно было ожидать, что этот метод вскроет и та­кие внутренние явления, которые не под силу рентгеновской диагно­стике. Однако эти ожидания не оправдались, так как коэффициен­ты поглощения отдельных тканей близки по значению, следователь­но, при ультразвуковом «просвечивании» полученные тени в основ­ном имеют одинаковую плотность и отличие едва заметно. Погло­щение ультразвука в костях существенно больше, чем в мягких тка­нях, однако это не дает ничего нового по сравнению с рентгенов­ским облучением, поскольку и в последнем случае кости тоже дают наибольшую тень. Следовательно, ультразвуковое просвечивание по сравнению с рентгеновским не дает новой информации.

На границе сред, обладающих различной проводимостью, часть энергии ультразвуковых колебаний отражается. Для удобства ис­следований характера отражений излучение должно быть не непре­рывным, а импульсным. При этом целесообразно применять как можно более короткие импульсы и выбирать такую частоту их по­вторения, чтобы каждый последующий импульс не мешал отраже­нию предшествующего. Обычно используют импульсы длительно­стью 1 икс, которые следуют один за другим каждую миллисекун­ду, т. е. частота повторения импульсов находится в пределах 1000 Гц. Излучаемые импульсы, сфокусированные аналогично свето­вому, направляются на исследуемую часть тела, отражаются от гра­ниц различных сред и отраженные импульсы воспринимаются пре­образователем, при этом на осциллоскопе появляется соответствую­щее изображение. Измеряя время, можно определить расположение отражающей границы. Величина отклонения размеров органа от нормы дает информацию для диагностики. Этот метод ультразвуко­вой диагностики похож на рентгеновские исследования, но у него есть и преимущества:

— применяемая интенсивность невелика, поэтому нет никакой опасности ни для пациента, ни для персонала, работающего с аппа­ратом;

— можно фиксировать отражение и от поверхностей, находя­щихся друг под другом;

— можно исследовать и расположенные друг за другом органы, а при рентгеновском исследовании можно определять только про­тяженность органов в поперечном направлении;

— по изображению на экране можно быстро определить со­стояние больного.

Импульсная ультразвуковая диагностика

Рассмотрим вначале импульсную ультразвуковую диагностику (рис. 27). Здесь отраженные импульсы принимает тот же преобра­зователь, который излучал их. Электронные схемы аппарата рабо­тают то в передающем режиме и при этом возбуждают преобразо­ватель, излучающий ультразвуковые колебания, то переключаются на прием и усиливают изменение электрического напряжения на преобразователе, воспринимающем отраженную энергию. Результа­ты исследования отображаются на экране осциллографа. Расстоя­ние между импульсами на экране (при известном масштабе време­ни) позволяет точно определить расстояние до отражающей поверх­ности. Обычно на экране появляется

три различных импульса. В ле­вой части экрана (рис. 27) виден импульс большой амплитуды, ко­торый отмечает время излучения импульса. В этот момент включа­ется пилообразное напряжение, подаваемое на горизонтальные от­клоняющие пластины осциллографа. Импульс, видимый в середине экрана, отражен от исследуемой граничной поверхности. Его малая амплитуда объясняется тем, что на отражающую поверхность уль­тразвуковые волны, как правило, падают не перпендикулярно, сле­довательно, лишь часть отражен­ной энергии достигает небольшой (в несколько квадратных санти­метров) поверхности приемопере­дающего преобразователя, с дру­гой стороны, уменьшение энергии вызвано и поглощением.

И, наконец, в правой части экрана видим большой импульс. Он отразился от противоположной граничной поверхности, при эхо-эн­цефалографии, например, это импульс, отраженный от противопо­ложной стороны черепа. Амплитуда этого импульса больше, чем у среднего импульса, так как он отражен от граничной поверхности ткань—воздух, т. е. от границы сред с большой 'разницей сопро­тивления звуковым волнам, при этом происходит почти 100%-е от­ражение. Естественно, если в «просвечиваемой» среде (например, в черепе) есть несколько отражающих поверхностей, то на экране бу­дут видны несколько отраженных импульсов.

Имеет смысл сказать и о выборе частоты применяемых ультра­звуковых волн Для того чтобы лучше сфокусировать и направлять луч и обеспечить лучшее разрешение, целесообразно использовать как можно более высокую частоту Однако с увеличением частоты почти квадратически возрастает и поглощение (т е в среде теряет­ся сравнительно много энергии) и обратно к приемному преобра­зователю возвращается лишь слабый сигнал В этом случае появля­ется опасность того, что слабый отраженный сигнал потеряется в помехах от фона, поэтому требуется большее усиление. Выбирая частоту, следует идти на своеобразный компромисс—обычно частоту ультразвука выбирают в диапазоне 1 15 МГц Но и в этом случае может возникнуть необходимость использовать для усиления приня­тых сигналов сложный нелинейный усилитель Дело в том, что чем глубже лежит отражающая поверхность, тем слабее отраженный сигнал, ведь ультразвуковым волнам предстоит проделать этот путь дважды. Поэтому часто применяют такой усилитель, усиление кото­рого начиная с момента излучения ультразвукового импульса экс­поненциально возрастает В результате на эране осциллографа по­являются импульсы практически одинаковой амплитуды, ведь чем глубже отражающая поверхность, тем позднее прибывает отражен­ный импульс, причем его амплитуда уменьшается со временем возвращения экспоненциально. Амплитуда отраженного импульса су­щественно меньше, если он приходит от более глубоко расположен­ных поверхностей, но чем позже он поступает, тем больше усиле­ние приемного устройства.

Казалось бы, нетрудно увеличить отраженный сигнал, повысив интенсивность ультразвука, излучаемого на исследуемую часть те­ла. Однако излучение с чрезмерно большой интенсивностью может вызвать различные нежелательные эффекты, а длительное облуче­ние может даже причинить вред. Поэтому в ультразвуковой диагно­стике вообще работают при интенсивности ультразвука менее 50 мВ/см2 Это столь незначительная величина, что облучение на­верняка не причинит никакого вреда, даже если оно попадет на са­мые чувствительные органы. В этом-то и состоит большое преимущество ультразвуковой диагностики по сравнению, например, с рентгеновской. Поэтому рассматриваемым способом можно изучать даже эмбрион, столь чувствительный в генетическом отношении.

Первое диагностическое исследование с помощью ультразвука осуществил в 1934 г австриец Дуссик на черепе одного пациента. Это было, по сути дела, исследование, связанное с поглощением ультразвука, благодаря которому удалось сделать понятный снимок опухоли на мозге Позже многие прибегали к этому методу, но бы­ло установлено, что метод, основанный на изучении отражения ультразвука, намного ценнее.

Этот метод используется в первую очередь для выявления от клонепии во внутренних структурах головного мозга Если объем одного полушария мозга увеличивается (опухоль мозга, кровоизлия­ние и т д), то другое полушарие сдавливается и уменьшается в объеме А это равнозначно тому, что щель, разделяющая два полу­шария мозга, смещается от среднего положения.

Смещение срединной щели нетрудно обнаружить с помощью двух приемопередающих ультразвуковых головок, размещенных в области правого и левого виска. Легко замечается смещение срединной щели даже меньше 1 мм, но патологией считается только смещение, превышающее 2 мм. Этот метод особенно важен при лечении больных с повреждением черепа Дело в том, что с по мощью эхо-энцефалографа можно быстро и без всяких сложностей установить факт и размер внутричерепных кровоизлияний. Напри­мер, при серьезных повреждениях срединная щель может сместиться за несколько часов даже на 7 8 мм, что вызывает, как пра­вило, очень тяжелые функциональные осложнения Следует заме­тить, что для точного определения места кровоизлияния не следует пренебрегать и рентгеновским исследованием с контрастным веще­ством, ведь эхо-энцефалография указывает только наличие про­цесса, уменьшающего пространство.

Ультразвуковая диагностика с

использованием сканирования

Если необходимо получить поперечную картину граничной обла­сти слоев, имеющих акустические особенности, то ультразвуковую головку следует перемещать. Если в обследуемой области это об­лучение будем производить от точки к точке, то получится попе­речная картина исследуемой части тела. Этот метод получил назва­ние ультразвукового сканирования.

Для получения масштабно­го изображения исследуемого сечения необходимо сигналы, отраженные от отдельных уча­стков, отображать на различных точках экрана. Для отображе­ния амплитуды отраженных сигналов используют модуля­цию яркости луча. При этом методе вся поверхность экрана затемнена, а световые пятна различной интенсивности появ­ляются только в тех местах, которые соответствуют отраже­нию (рис. 28).

В последнее время для отображения результатов уль­тразвукового сканирования ста­ли применять осциллоскоп с запоминающей трубкой. В ней световое изображение, состоящее из точек различной интенсивности, сохраняется до тех пор, пока изображение с экрана не стирается. При этом мы получаем двумерное изображение, которое после ис­следования может быть даже сфотографировано.

Доплеровская ультразвуковая диагностика

Для оценки параметров перемещения движущихся органов при­меняют доплеровскую ультразвуковую диагностику. Метод основан на том, что частота непрерывных ультразвуковых колеба­ний, отраженных от движущейся поверхности, меняется, причем от поверхности, приближающейся к .источнику излучения, мы получаем отраженные сигналы с более высокой частотой, а от удаляющей­ся — отраженные сигналы с меньшей частотой (по сравнению с ча­стотой излучаемых сигналов). Если принять скорость распростране­ния ультразвука в тканях 1500 м/с и применять ультразвук частотой 2 МГц, то при скорости перемещения отражающей поверхности 10 м/с частота отраженных колебаний изменится на 260 Гц, т е окажется в полосе слышимых звуков. Это интересно, потому что разницу в частоте, полученную в результате интерференции излу­ченных и отраженных колебаний, можно принять и оценить даже не­вооруженным ухом.

Этот метод можно применять в кардиологии для регистрации функционирования сердечных мышц и отдельных сердечных кла­панов, в акушерстве для установления признаков жизни у заро­дыша (работу сердца плода можно обнаружить уже на 12-й неде­ле беременности) или для определения скорости потока крови.