Устройство узи аппарата

Если речь идет о техническом обслуживании, ремонте или работе на ультразвуковом оборудовании, в первую очередь необходимо понимать физические основы процессов, с которыми придется иметь дело. Конечно, как и в каждом деле, здесь есть очень много нюансов и тонкостей, но мы предлагаем Вам в первую очередь рассмотреть самую суть процесса. В данной статье мы коснемся следующих вопросов:

  1. Что такое ультразвук, каковы его характеристики и параметры
  2. Формирование ультразвука в современной технике на основе пьезокерамики
  3. Принципы работы УЗИ: цепь преобразований электрической энергии в энергию ультразвука и обратно.
  4. Основы формирования изображения на дисплее УЗИ-аппарата.

Обязательно посмотрите наше видео о том, как работает УЗИ

Наша основная задача — разобраться в том, что такое ультразвук, и какие его свойства помогают нам в современных медицинских исследованиях.

О звуке.

Мы знаем, что частоты от 16 Гц до 18 000 Гц, которые способен воспринимать слуховой аппарат человека, принято называть звуковыми. Но в мире также много звуков, которые мы услышать не можем, поскольку они ниже или выше диапазона доступных нам частот: это инфра- и ультра звук соответственно.

Звук имеет волновую природу, то есть все существующие в нашей вселенной звуки — волны, как, в прочем, и многие другие природные явления.

С физической точки зрения волна — это возбуждение среды, которое распространяется с переносом энергии, но без переноса массы. Другими словами, волны — это пространственное чередование максимумов и минимумов любой физической величины, например — плотности вещества или его температуры.

Охарактеризовать параметры волны (в том числе и звуковой) можно через ее длину, частоту, амплитуду и период колебания.

Рассмотрим параметры волны более подробно:

Максимумы и минимумы физической величины можно условно представить в виде гребней и впадин волны.

Длиной волны называют расстояние между этими гребнями или между впадинами. Поэтому, чем ближе находятся друг к другу гребни — тем меньше длина волны и тем выше ее частота, чем гребни дальше друг от друга — тем длина волны выше и наоборот — тем ниже ее частота.

Еще один важный параметр — амплитуда колебания, или степень отклонения физической величины от ее среднего значения.

Все эти параметры связаны друг с другом (для каждой взаимосвязи есть точное математическое описание в виде формул, но приводить их здесь мы не будем, поскольку наша задача — понять основной принцип, а описать его с физической точки зрения можно всегда). Важна каждая из характеристик, но чаще всего Вам придется слышать именно о частоте ультразвука.

Ваш УЗИ аппарат предоставляет плохое качество визуализации? Оставьте заявку на вызов инженера прямо на сайте и он проведет бесплатную диагностику и настроит Ваш УЗИ сканер

Звук высокой частоты: Как вызвать несколько тысяч колебаний в секунду

Существует несколько способов получить ультразвук, но чаще всего в технике используются кристаллы пьезоэлектрических элементов и основанный на их применении пьезоэлектрический эффект: природа пьезоэлектриков позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения, чем выше частота напряжения, тем быстрее (чаще) начинает вибрировать кристалл, возбуждая высокочастотные колебания в окружающей среде.

Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл напротив начинает генерировать электроэнергию. Включив такой кристалл в электрическую цепь и определенным образом обрабатываю получаемые с него сигналы мы можем формировать изображение на дисплее УЗИ-аппарата.

Но чтобы этот процесс стал возможным, необходимо дорогое и сложно организованное оборудование.

Несмотря на десятки и даже сотни взаимосвязанных компонентов УЗИ сканер можно условно разделить на несколько основных блоков, участвующих в преобразовании и передаче различных видов энергии.

Все начинается с источника питания, способного поддерживать высокое напряжение заранее заданных значений. Затем, через множество вспомогательных блоков и под постоянным контролем специального программного обеспечения сигнал передается на датчик, основным элементов которого является пьезокристаллическая головка. Она преобразует электрическую энергию в энергию ультразвуковых колебаний.

Читайте также:  Как лечится лишай у котов

Через акустическую линзу, сделанную из особых материалов и согласующий гель ультразвуковая волна попадает в тело пациента.

Как и любая волна, ультразвук имеет свойство отражаться от встречающейся на его пути поверхности.

Далее волна проходит обратных путь через различные ткани человеческого тела, акустический гель и линзу она попадает на пьезокристаллическую решетку датчика, которая преобразует энергию акустической волны в электрическую энергию.

Принимая и правильным образом интерпретируя сигналы с датчика мы можем моделировать объекты, находящиеся на различной глубине и недоступные человеческому глазу.

Принцип построения изображения на основе данных ультразвукового сканирования

Рассмотрим как именно полученная информация помогает нам в построении изображения на УЗИ сканере. В основе этого принципа лежит различный акустический импеданс или сопротивление газообразных, жидких и твердых сред.

Другими словами, кости, мягкие ткани и жидкости нашего тела пропускают и отражают ультразвук в различной степени, частично поглощая и рассеивая его.

На самом деле весь процесс исследования можно разбить на микропериоды, и лишь малую часть каждого периода датчик испускает звук. Остальное время уходит на ожидание ответа. При этом время межу передачей и получением сигнала напрямую переводится в расстояние от датчика до “увиденного” объекта.

Информация о расстоянии до каждой точки помогает нам построить модель изучаемого объекта, а также используется для измерений, необходимых при ультразвуковой диагностике. Данные кодируются цветом — в результате мы получаем на экране УЗИ необходимое нам изображение.

Чаще всего это Черно-белый формат, поскольку считается, что к оттенкам серого наш глаз более восприимчив и с большей точностью. увидит разницу в показаниях, хотя в современных аппаратах используется и цветное представление, например, для исследования скорости кровотока, и даже звуковое представление данных. Последнее вместе с видеорядом в допплеровских режимах помогает поставить диагноз более точно и служит дополнительным источником информации.

Но Вернемся обратно к построению простейшего изображения и рассмотрим подробнее три случая:

Примеры простейших изображений будем изучать на основе B-режима. Визуализация костной ткани и других твердых образований представляет из себя светлые участки (в основном — именно белого цвета), поскольку от твердых поверхностей звук отражается лучше всего и почти в полном объеме возвращается к датчику.

В качестве примера мы можем отчетливо видеть белые области — камни в почках пациента.

Визуализация жидкости или пустот напротив представлена черными участками на снимке, поскольку не встречая преград звук проходит дальше в тело пациента и мы не получаем никакого ответа

Мягкие ткани, как например, структура самой почки будут представлены областями с различной градацией серого цвета. Именно от качества визуализации таких объектов и будет во многом зависеть точность диагноза и здоровье пациента.

Итак сегодня мы с Вами узнали о том, что такое ультразвук и как он используется в УЗИ-сканерах для исследования органов человеческого тела.

Если на Вашем УЗИ аппарате плохое качество изображения, обращайтесь в наш сервисный центр. Инженеры ERSPlus с большим опытом и высокой квалификацией всегда готовы Вам помочь

Принцип работы УЗИ аппарата основан на использовании особенностей распространения высокочастотных звуковых волн с целью получения изображения внутренних органов. Поскольку ультразвуковое исследование является относительно безопасным и неинвазивным, оно стало полезным диагностическим инструментом в медицине.

Знание принципа работы ультразвукового исследования необходимо для базового представления об этом инструменте: как звуковые волны производятся и взаимодействуют с тканью, какие типы изображений могут быть получены, как получить лучшее изображение и как идентифицировать общие артефакты.

Ультразвуковые исследования дополняют другие методы визуализации, такие как рентгенография, и позволяют проводить более точные диагностические тесты (например, биопсия, тонкоигольная аспирация). Кроме того, процедура позволяет получить более детальное состояние чем традиционное маммографическое исследование. Это неинвазивное исследование позволяет исключить развитие серьезных заболеваний в том числе и молочных желез женщин. Так как противопоказаний практически нет, то где сделать УЗИ молочных желез является сугубо индивидуальным решением пациента.
Однако процедура УЗИ ограничена тем, что зависит от квалификации врача-сонографа. Это означает, что качество полученных изображений и их точная интерпретация зависят от опыта и знаний сонографа.

Физические характеристики ультразвука

Звук-это волна энергии, которая, в отличие от рентгеновских лучей, должна передаваться через среду. Звуковые волны могут быть описаны их частотой, длиной волны и скоростью.

Читайте также:  Домик для хорька своими руками выкройки

Это соотношение влияет на выбор частоты, используемой у каждого пациента, проходящего УЗИ.

Высокочастотные ультразвуковые волны создают изображения с более высоким разрешением, но их более короткая длина волны делает их неспособными проникать в более глубокие ткани. Низкочастотные волны имеют лучшую проникающую способность, но из-за их более длинных длин волн их разрешение ниже.

Взвешивание потребности в более высоком разрешении по сравнению с большей проникающей способностью всегда учитывается и заложен в принцип работы УЗИ аппарата.

Скорость ультразвуковой волны не зависит от частоты. Однако она изменяется в зависимости от среды, через которую проходит волна. Например, скорость звука составляет 331 м/сек в воздухе и 4080 м/сек в кости. В мягких тканях тела она считается устойчивой при скорости около 1540 м / с. Это зависящее от среды изменение влияет на получаемое ультразвуковое изображение

Следующее уравнение демонстрирует связь между частотой, длиной волны и скоростью:
Скорость (м/сек) = частота (циклы/сек) х длина волны (м)

Принцип получения изображений внутренних органов

Два основных принципа должны быть поняты относительно того, как генерируется ультразвук и формируется изображение.

  • Первый-пьезоэлектрический эффект, который объясняет, как ультразвук генерируется из керамических кристаллов в преобразователе. Электрический ток проходит через кабель к преобразователю и прикладывается к кристаллам, вызывая их деформацию и вибрацию. Эта вибрация производит луч ультразвука. Частота создаваемых ультразвуковых волн определяется кристаллами в преобразователе.
  • Второй ключевой принцип-принцип импульсного эха, который объясняет, как генерируется изображение. Ультразвуковые волны производятся импульсно, а не непрерывно, потому что одни и те же кристаллы используются для генерации и приема звуковых волн, и они не могут делать то и другое одновременно. В промежутке времени между импульсами ультразвуковой луч входит в пациента и отражается обратно в преобразователь. Эти отраженные звуковые волны, или эхо, заставляют кристаллы в преобразователе снова деформироваться и производить электрический сигнал, который затем преобразуется в изображение, отображаемое на мониторе. Датчик вообще испускает ультразвук только 1% из времени; остальное время по принципу работы УЗИ аппарата получает возвращенные отголоски.

Взаимодействие с тканью

Ультразвук, производимый датчиком, взаимодействует с различными тканями различными способами, которые могут помочь или помешать формированию изображения. Ослабление и преломление являются двумя основными типами взаимодействия тканей.

Затухание

Происходит постепенное ослабление ультразвукового луча по мере его прохождения через ткани. Затухание может быть вызвано отражением, рассеянием или поглощением звуковых волн и компенсируется с помощью специальных электронных усилителей.

Отражение

Отражение имеет место, когда ультразвуковые волны отражаются обратно к датчику для формирования изображения. Отраженная часть ультразвукового пучка определяется разницей в акустическом сопротивлении между соседними структурами.

Акустический импеданс-это произведение плотности ткани и скорости проходящих через нее звуковых волн; следовательно, чем плотнее ткань, тем больше акустический импеданс. Большие различия в плотности и скорости звука между воздухом, костью и мягкой тканью создают соответственно большую разницу в акустическом импедансе, заставляя почти все звуковые волны отражаться на границах раздела мягкая ткань-кость и мягкая ткань-воздух. С другой стороны, существует небольшая разница в акустическом импедансе между структурами мягких тканей. Относительно небольшое эхо отражается из этих областей. Принцип работы УЗИ аппарата благодаря алгоритму способен отличить эти явления.

Рассеяние

Рассеяние относится к перенаправлению ультразвуковых волн, поскольку они взаимодействуют с небольшими, грубыми или неровными структурами. Это тканевое взаимодействие происходит в паренхиме органов, где существует небольшая разница в акустическом импедансе, и отвечает за создание текстуры органа, видимого на мониторе. Рассеяние увеличивается с помощью высокочастотных преобразователей, что обеспечивает лучшую детализацию или разрешение.

Поглощение

Поглощение возникает, когда энергия ультразвукового луча преобразуется в тепло. Это происходит на молекулярном уровне, когда луч проходит через ткани.

Преломление

Преломление возникает, когда ультразвуковой луч попадает на структуру под косым углом. Изменение плотности ткани приводит к изменению скорости, и это изменение скорости заставляет луч изгибаться или преломляться. Этот тип тканевого взаимодействия также может вызвать артефакты, которые должны быть распознаны сонографом.

Режим отображения

Информация, полученная при ультразвуковом исследовании, может быть отображена различными способами. Режим, используемый для отображения, зависит от типа используемого ультразвукового устройства, получаемой информации и исследуемого органа.
Возвращающиеся эхо-сигналы отображаются на мониторе формируя основу двумерного изображения.

Читайте также:  Наездник яйцеед класс

Принцип работы УЗИ аппарата разработан так, чтобы в режиме реального времени получить полное двумерное изображение.
Есть много датчиков или зондов, из которых можно выбрать подходящий который зависит от расположения структур, которые будут изображены и размера пациента.

Блок управления

Во время обследования сонограф должен знать, как манипулировать элементами управления на ультразвуковом аппарате для получения полезного изображения. Ультразвуковые аппараты поставляются с различными элементами управления.
Управление, которое изменяет интенсивность ультразвукового луча, генерируемого преобразователем, часто называют регулятором мощности. Однако разные производители могут иметь несколько разные названия для одного и того же элемента. Чтобы увеличить эхо-сигнал без создания нежелательных артефактов, рекомендуется поддерживать мощность как можно ниже и вместо этого регулировать усиление эхо-сигналов. Это может быть сделано путем регулировки усиления или управления компенсацией усиления по времени.
Регулятор усиления равномерно изменяет яркость всех эхо-сигналов на мониторе независимо от их расположения. Управление компенсацией временного усиления позволяет сонографу регулировать уровень возвращающихся эхо-сигналов на различных глубинах.
Контроль этого параметра позволяет специалисту контролировать глубину изображения. Возможно, потребуется изменить регулятор глубины, чтобы разместить интересующую структуру в середине монитора для оптимизации ее визуализации. Если регулятор глубины установлен максимально, результирующее изображение будет небольшим в определенной части экрана.

Артефакты

Артефакты-это особенности изображения, генерируемого ультразвуком, которые на самом деле не представляют исследуемую область. Для сонографа важно уметь распознавать общие артефакты и понимать, как и почему они возникают, чтобы при необходимости их можно было устранить путем корректировки техники визуализации. Некоторые артефакты могут быть полезны, помогая в диагностическом потенциале УЗИ.

Акустическое затенение

Акустическое затенение происходит, когда ультразвуковой луч сталкивается с областью газа или минерализации. Газ или минерализованная структура блокируют проход луча, который или отскакивает назад к датчику или поглощается. Поскольку ультразвуковой луч не может проникнуть в эту область, на мониторе появляется безэховая тень этой области. Акустическое затенение часто наблюдается с мочевыми камнями или газом в желудочно-кишечном тракте. Этот артефакт помогает в идентификации камней, но также мешает исследованию более глубоких структур.
Таким образом, принцип работы УЗИ аппарата позволяет при достаточной квалификации врача-сонографа получить точную интерпретацию внутренних органов.

Ультразвуковая диагностическая система востребована в современной медицине. Она широко используется в учреждениях различного уровня, дает точные и достоверные результаты.

В зависимости от качества получаемой информации аппараты можно разделить на несколько основных групп:

  • простые сканеры. Это, как правило, мобильные приборы, которые имеют не более 16 каналов приема-передачи;
  • аппараты среднего класса. Обычно имеют 32 канала;
  • УЗИ-оборудование с повышенным классом возможностей. Большинство таких сканеров обладает функцией цифрового допплеровского картирования и имеет 64 канала приема-передачи;
  • экспертные приборы. Имеют от 64 до 512 каналов, оснащаются цветовым допплером. Также называются цифровыми системами или платформами.

Вышеперечисленное оборудование имеет достаточно сложную конструкцию, которая состоит из датчика, центрального процессора и дисплея, а также клавиатуры и курсора, принтера и дисковых хранилищ. В нее входят и другие элементы. Так, ультразвуковой датчик — это специальный детектор, или преобразователь, при помощи которого формируются и передаются звуковые волны. Импульсный датчик управления меняет амплитуду, длительность и частоту импульсов, излучаемых преобразователем. Центральный компьютер производит расчеты и имеет электрический источник питания, а на дисплее отображаются все данные. Информация вводится при помощи клавиатуры и дисплея. Принтер необходим для распечатки полученных изображений.

Принципы работы

При помощи датчиков аппараты передают в человеческое тело звуковые импульсы, которые распределяются между тканями, а часть волн возвращается обратно к преобразователю. Полученные данные направляются в центральный процессор, который является главной частью системы. Компьютер обрабатывает информацию, преобразует ее в изображение и выводит на экран. Расстояние до органа или ткани процессор определяет по скорости распространения звука.

Сам датчик может принимать и передавать миллионы сигналов в секунду. При помощи элементов управления врач-диагност имеет возможность устанавливать и менять частоту и длительность импульсов, а также режимы сканирования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *