Глава 11 Физика

10.1055/b-0039-173757

Глава 11 Физика

Гэри Джи и Адриан Докинз

11 Вопросов и ответов

Вопрос 11.1: Если амплитуда ультразвукового луча ослаблена в 2 раза (вдвое), на какой коэффициент изменится интенсивность?

1. ¼.
2. ½.
3. 2.
4. 4.

Ответ:

A. Правильно. Интенсивность ультразвукового луча пропорциональна квадрату амплитуды.

B, C, D— Неверно. Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды.

Вопрос 11.2: Если рабочую частоту изменить с 5 до 2,5 МГц, длина волны изменится?

1. Уменьшите в 2 раза.
2. Увеличьте в 2 раза.
3. Уменьшите в 4 раза.
4. Увеличьте в 4 раза.

Ответ:

B. Правильно. Длина звуковой волны обратно пропорциональна частоте в любой однородной среде, как показано уравнением:

скорость = частота × длина волны.

A, C, D— Неверно. Длина волны обратно пропорциональна частоте.

Вопрос 11.3: “Согласующий слой” внутри ультразвукового преобразователя в идеале должен иметь толщину?

1. Одна четвертая длины волны звуковой волны зонда.
2. Половина длины волны звуковой волны зонда.
3. Три четверти длины волны звуковой волны зонда.
4. Одна длина звуковой волны зонда.

Ответ:

A. Правильно. Согласующий слой используется для минимизации несоответствия большого акустического сопротивления (AI) между кристаллом преобразователя и тканью пациента. Напомним, что большое несоответствие искусственного интеллекта между двумя материалами приводит к очень слабой передаче звука через границу раздела материалов, то есть звук в значительной степени отражается. Таким образом, согласующий слой облегчает передачу звука, который необходим для получения изображения. Идеальная толщина согласующего слоя составляет одну четвертую длины волны просто потому, что это приводит к чистому подавлению любого мешающего звука от самого согласующего слоя.

B, C, D— Неверно. Идеальная толщина соответствующего слоя составляет одну четвертую длины волны.

Вопрос 11.4: Какое утверждение верно?

1. Толщина кристалла преобразователя составляет половину длины волны создаваемого им звука.
2. Толщина кристалла преобразователя равна длине волны создаваемого им звука.
3. Толщина кристалла преобразователя в два раза превышает длину волны производимого им звука.
4. Ничего из вышеперечисленного.

Ответ:

A. Правильно. Чем толще кристалл, тем больше длина волны и, следовательно, ниже частота. Напомним, f α1/λ.

B, C, D— Неверно. Толщина кристалла преобразователя равна половине длины волны создаваемого им звука.

Вопрос 11.5: В мышцах звук распространяется быстрее, чем в жире. Как изменяется луч с частотой 10 МГц при прохождении от жира к мышцам?

1. Амплитуда увеличивается.
2. Частота увеличивается.
3. Длина волны увеличивается.
4. Ничего из вышеперечисленного.

Ответ:

C. Правильно. Согласно уравнению для скорости звука (v = f × λ), увеличение скорости вызывает линейное увеличение длины волны, поскольку частота остается неизменной.

A. Неверно. Амплитуда не обязательно изменяется.

B. Неверно. Частота остается прежней.

D. Неверно. Длина волны увеличивается.

Вопрос 11.6: Если диаметр ультразвукового преобразователя увеличить вдвое, расстояние до фокусного пятна увеличится?

1. Увеличьте в 8 раз.
2. Увеличьте в 4 раза.
3. Уменьшите в 8 раз.
4. Уменьшите в 4 раза.

Ответ:

B. Правильно. Расстояние от преобразователя до фокального пятна определяется уравнением:

где d — диаметр, а λ — длина волны. Удвоение диаметра приводит к увеличению в 4 раза, поскольку (2d) ² = 4d².

A, C, D— Неверно. Длина ближнего поля относится к квадрату диаметра преобразователя.

Вопрос 11.7: Какая граница раздела тканей приводит к наибольшему отражению звука?

1. Мягкие ткани /печень.
2. Воздух / жир.
3. Кости / мышцы.
4. Мышцы / мягкие ткани.

Ответ:

B. Правильно. Акустический импеданс (AI) воздуха настолько мал, что границы с воздухом и любой тканью приводят к почти 100% отражению звукового луча. Вот почему для сканирования необходим ультразвуковой гель, поскольку он облегчает передачу информации.

A, C, D— Неверно. Границы с воздухом и любыми тканями приводят к почти 100% отражению звукового луча.

Вопрос 11.8: Какое изменение в децибелах (дБ) представляет собой 50%-ная потеря интенсивности луча?

1. 0,5 дБ.
2. 3 дБ.
3. 5 дБ.
4. 10 дБ.

Ответ:

B. Правильно. Уравнение для dB выглядит следующим образом: dB = 10 log (^I/I₀), где I₀ — исходная интенсивность, а I — новая интенсивность. Если интенсивность снижается на 50%, то изменение в дБ = 10 (log 50/100) = 10 (log 0.5) = 10 (− 0.3) = -3. Обратите внимание, что удвоение интенсивности приводит к тому же изменению в дБ, то есть на 10 (log). 2) = 10 (0.3) = 3. Очевидно, что отрицательное изменение указывает на уменьшение, в то время как положительное изменение указывает на увеличение.

A, C, D— Неверно. Уменьшение интенсивности вдвое или вдвое отражается изменением на 3 дБ.

Вопрос 11.9: Какова основная частота гармонического режима для ультразвукового исследования с преобразователем частотой 3 МГц?

1. 3 МГц.
2. 6 МГц.
3. 9 МГц.
4. 12 МГц.

Ответ:

A. Правильно. Основная частота для гармонической визуализации относится к центральной частоте ультразвукового преобразователя, которая в данном случае составляет 3 МГц.

B, C, D— Неверно. Основная частота относится к центральной частоте.

Вопрос 11.10: Каков типичный размер пузырька контрастного вещества для ультразвуковой визуализации?

1. от 1 до 5 мкм.
2. от 15 до 25 мкм.
3. от 35 до 45 мкм.
4. от 55 до 65 мкм.

Ответ:

A. Правильно. Контрастные пузырьки обычно имеют размер от 1 до 5 мкм, примерно как красное кровяное тельце.

B, C, D— Неверно. Контрастные пузырьки обычно имеют размер от 1 до 5 мкм.

Вопрос 11.11: Что из нижеперечисленного не относится к технологии микропузырьков?

1. После введения микропузырьки остаются в сосудистом отсеке до тех пор, пока не разрушатся.
2. Микропузырьки обычно разлагаются через 4-6 минут.
3. Инертный газ, находящийся в сердцевине микропузырьков, выводится через мочевыводящие пути, хотя и не виден пациенту.
4. Высокие настройки механического индекса (MI) разрушают микропузырьки.

Ответ:

C. Правильно. Микропузырьки вводятся внутривенно и остаются во внутрисосудистом пространстве до распада, обычно через 4-6 минут после инъекции. Газ, находящийся в сердцевине пузырьков, выводится через легкие. Для сохранения целостности пузырьков требуется низкое значение MI, поскольку высокие значения MI приводят к ускоренному разложению.

A, B, D— Неверно. Эти утверждения верны.

Вопрос 11.12: Ультразвуковой луч с частотой 6 МГц используется для получения изображения структуры на глубине 15 см в мягких тканях. Изображение неоптимально, и для улучшения изображения использовался зонд с частотой 4 МГц. Насколько меньшее затухание наблюдается при использовании зонда с частотой 4 МГц?

1. 2 дБ.
2. 15 дБ.
3. 30 дБ.
4. 60 дБ.

Ответ:

C. Правильно. Используя эмпирическое правило, согласно которому ультразвуковой луч ослабляется на 0,5 дБ / МГц / см, луч с частотой 6 МГц будет ослабляться на 90 дБ на протяжении 30 см (туда и обратно). Луч с частотой 4 МГц будет ослаблен на 60 дБ. Следовательно, разница составляет 30 дБ. С практической точки зрения уменьшение на 3 дБ равно ослаблению исходного луча на 50%. Следовательно, разница в 30 дБ приравнивается к 50%-ному ослаблению в десять раз (напомним, 30 = 3 × 10).

A, B, D— Неверно. Ультразвуковой луч ослаблен на 0,5 дБ / МГц /см.

Вопрос 11.13: При прохождении через какой из следующих материалов ультразвук испытывает наибольшее ослабление?

1. Мягкие ткани.
2. Легкие.
3. Кость.
4. Мышцы.

Ответ:

B. Правильно. Легкие имеют самый высокий коэффициент ослабления для ткани — около 40 дБ / см для луча с частотой 1 МГц, за ними следуют кости, который составляет примерно 20 дБ / см. В других тканях уровень шума обычно близок к 1 дБ / см.

A. Неверно. Обычно это значение ближе к 1 дБ / см.

C. Неверно. Легкие обычно имеют самый высокий коэффициент ослабления около 40 дБ / см для луча с частотой 1 МГц, за ними следует кость, который составляет примерно 20 дБ / см.

D. Неверно. Обычно это значение ближе к 1 дБ / см.

Вопрос 11.14: Какая из кривых компенсации временного усиления (TGC) связана с наибольшей частотой преобразователя?

1. 1.
2. 2.
3. 3.
4. 4.

Ответ:

D. Правильно. Наибольшему ослаблению в распространяющейся среде подвергается самая высокая частота преобразователя, поэтому требуется, чтобы значение TGC было больше, чтобы точно компенсировать потерю интенсивности сигнала. Кривая 4 демонстрирует это правильно, поскольку на ней наблюдается самое резкое увеличение TGC, а увеличение начинается на самой малой глубине.

A, B, C— Неверно. Они не связаны с самой высокой частотой преобразователя.

Вопрос 11.15: Артефакт реверберации можно устранить, изменив какой параметр?

1. Частота преобразователя.
2. Ориентация преобразователя.
3. Компенсация выигрыша во времени.
4. Период повторения импульсов.

Ответ:

B. Правильно. Артефакт реверберации вызван двумя близко расположенными интерфейсами, которые отражают звук взад и вперед во время приема сигнала. Поскольку артефакт создается под определенными углами, его часто можно устранить, изменив ориентацию преобразователя.

A, C, D— Неверно. Эти меры не будут эффективными для удаления артефакта.

Вопрос 11.16: Сценарий сканирования (a) приводит к получению изображения (b). Чем объясняется разница?

1. Неоптимальное боковое разрешение.
2. Неоптимальное осевое разрешение.
3. Неоптимальный коэффициент усиления приемника.
4. Ничего из вышеперечисленного.

Ответ:

B. Правильно. Осевое разрешение является мерой способности системы разделять две близко расположенные структуры вдоль одной вертикальной линии сканирования. Осевое разрешение улучшается с увеличением частоты преобразователя.

A. Неверно. Боковое разрешение является мерой способности системы разделять две близко расположенные структуры, лежащие бок о бок. Боковое разрешение улучшается с уменьшением ширины луча.

C. Неверно. Увеличение коэффициента усиления приемника сделает изображение ярче, но не улучшит соотношение сигнал/ шум или разрешение.

D. Неверно. Разрешение по оси улучшается с увеличением частоты преобразователя.

Вопрос 11.17: Ультразвуковое изображение отображается на мониторе слишком темным. Какую настройку параметров сканирования следует произвести в первую очередь, чтобы устранить проблему?

1. Увеличьте выходную мощность.
2. Увеличьте коэффициент усиления приемника.
3. Уменьшите выходную мощность.
4. Уменьшите коэффициент усиления приемника.

Ответ:

B. Правильно. Увеличение усиления приемника и выходной мощности увеличит яркость изображения, однако предпочтительнее регулировать усиление приемника, поскольку увеличение выходной мощности приведет к накоплению большего количества энергии внутри пациента.

A. Неверно. Увеличение выходной мощности приведет к накоплению большего количества энергии внутри пациента и, следовательно, не является лучшим выбором.

C, D — Неверно. Эти меры ухудшат внешний вид.

Вопрос 11.18: При проведении ультразвукового исследования правого подреберья технолог замечает округлый гиперэхогенный очаг над диафрагмой. Что ему делать дальше?

1. Измените угол интонации.
2. Просканируйте другое легкое.
3. Увеличьте общее усиление.
4. Просканируйте обе почки.

Ответ:

A. Правильно. Находка над диафрагмой является результатом зеркального артефакта и характеризуется зеркальным объектом около сильного отражателя, в данном случае на границе раздела легкое–диафрагма. Изменение угла интонации может помочь смягчить это явление.

B, C, D— Неверно. Эти меры не будут эффективными для удаления артефакта.

Вопрос 11.19: Ниже показан продольный вид брюшной аорты с цветным доплеровским наложением. Чем объясняются две синие области?

1. Гипертония.
2. Реверсирование потока.
3. Аортальный стеноз.
4. Ничего из вышеперечисленного.

Ответ:

D. Правильно. Синяя область справа от экрана, в более дистальном отделе аорты, вызывает отрицательный доплеровский сдвиг, основанный на ее ориентации относительно зонда, когда она выгибается дугой. Обратите внимание, что изменение цвета с красного на синий проходит через “черный”, что указывает на истинное изменение направления по отношению к углу инсонирования. Синяя область слева от экрана появляется потому, что этот сегмент аорты расположен глубже и, следовательно, превышает частоту следования импульсов (PRF), что приводит к искажению изображения. Наложение представляет собой искажение направления потока из-за неадекватной частоты дискретизации. Обратите внимание, что при наложении изменение с красного на синий проходит через “белый”.

A. Неверно. Это не учитывает результаты.

B. Неверно. Это не полностью объясняет результаты.

C. Неверно. Это не учитывает результаты.

Вопрос 11.20: Где луч самый узкий?

1. A.
2. B.
3. C.
4. D.

Ответ:

B. Правильно. Маркер B расположен в глубине полосы фокусировки (значок в форме буквы “I” справа от изображения). Это указывает на “талию” луча, где оптимизирована фокусировка.

A, C, D— Неверно. Луч наиболее узкий там, где оптимизирована фокусировка.

Вопрос 11.21: Сколько времени потребовалось для опроса положения D звуковым лучом? Обратитесь к изображению в (Вопрос 11.20).

1. 130 мкс.
2. 230 мкс.
3. 360 мкс.
4. 490 мкс.

Ответ:

A. Правильно. Маркер D расположен на глубине 10 см. При визуализации звуку обычно требуется 13 мкс, чтобы пройти 1 см туда и обратно. Следовательно, на глубине 10 см перемещение туда и обратно займет примерно 130 мкс.

B, C, D— Неверно. Путешествие туда и обратно займет примерно 130 мкс.

Вопрос 11.22: Что касается визуализации пульсовой волны, коэффициент заполнения равен?

1. Процент времени, в течение которого компонент находится “во включенном состоянии”.
2. Длительность импульса.
3. Длительность между двумя импульсами.
4. Количество импульсов в секунду.

Ответ:

A. Правильно. Коэффициент заполнения описывает процент времени, в течение которого преобразователь излучает звуковые волны, а не принимает звук, во время визуализации пульсовой волны. Часто он выражается в процентах.

B. Неверно. Длительность импульса — это фактическое время включения луча для каждого импульса (в мкс).

C. Неверно. Длительность между импульсами называется «временем прослушивания”.

D. Неверно. Это описывает PRF.

Вопрос 11.23: При каком из следующих ультразвуковых исследований вероятность возникновения кавитации выше?

1. Двумерная визуализация с использованием гармоник.
2. Трехмерная визуализация.
3. Допплерография пульсовой волны.
4. Непрерывноволновая допплерография.

Ответ:

D. Правильно. Непрерывноволновый допплерограф обеспечивает максимальную интенсивность луча при «коэффициенте заполнения” 100%. Коэффициент полезного действия — это процент времени, в течение которого луч находится “во включенном состоянии”, что означает, что скорость выделения энергии может быть намного выше, чем при использовании любого другого метода визуализации.

A, B, C—Неверно. Непрерывноволновая доплерография создает наибольшую интенсивность луча и, следовательно, с большей вероятностью вызывает кавитацию.

Вопрос 11.24: Какое из следующих ультразвуковых исследований приведет к наибольшему повышению температуры?

1. Сканирование предстательной железы.
2. Сканирование почки.
3. Сканирование плода.
4. Сканирование мочевого пузыря.

Ответ:

C. Правильно. Ультразвуковые исследования анатомии, содержащие границы раздела ткани и кости, имеют наибольший тепловой индекс (TI). Поэтому акушерское сканирование наиболее чувствительно.

A, B, D— Неверно. Ультразвуковые исследования анатомии, содержащие границы раздела ткани и кости, имеют наибольший TI.

Вопрос 11.25: При выполнении ультразвукового исследования брюшной полости датчик случайно падает на пол. Датчик извлекается, очищается, и сканирование возобновляется. Однако вскоре после этого технолог замечает небольшую трещину внутри корпуса. Какие действия следует предпринять?

1. Технолог должен немедленно прекратить сканирование и переключиться на новый датчик, если таковой имеется.
2. Технолог может безопасно завершить сканирование, но ему следует избегать попадания геля непосредственно в трещину.
3. Технолог должен прислушиваться к любому слышимому звуковому сигналу, поскольку это может указывать на неизбежный перегрев, который может представлять опасность для пациента.
4. Технолог должен надеть крышку на зонд и продолжить исследование.

Ответ:

A. Правильно. Пациенты, проходящие диагностические ультразвуковые исследования, вступают в физический контакт с электронными компонентами аппарата, включая кабели и преобразователи. При нормальных условиях эксплуатации преобразователь представляет наибольший риск поражения пациентов электрическим током. Если корпус преобразователя треснул, специалисту по сонографии следует немедленно прекратить его использование, поскольку треснувший корпус преобразователя может привести к травме электрическим током.

B, C, D — Неверно. Эти действия были бы неуместны.

Вопрос 11.26: Специалист-технолог собирается начать сканирование органов малого таза с использованием трансвагинального зонда. Перед использованием датчик должен быть?

1. Стерилизован сухим теплом.
2. Стерилизован влажным теплом.
3. Дезинфицирован с использованием химического средства.
4. Дезинфицируется с использованием чистой воды.

Ответ:

C. Правильно. Датчики обычно дезинфицируют между пациентами. Обычно это достигается с помощью жидкого дезинфицирующего средства, наносимого с помощью салфеток или погружения. Внутриполостные зонды должны проходить тщательную дезинфекцию у каждого пациента. Датчики не стерилизуются.

A, B — Неверно. Нагрев датчика может привести к повреждению пьезоэлектрических элементов. Кроме того, датчики обычно не стерилизуются между пациентами.

D. Вода не поддается надлежащей дезинфекции.

Вопрос 11.27: Температура Кюри или точка Кюри пьезоэлектрических материалов находится в диапазоне?

1. от 100 до 200°C.
2. От 200 до 300° C.
3. от 300 до 400° C.
4. От 400 до 500° C.

Ответ:

C. Правильно. Точка Кюри пьезоэлектрических материалов в ультразвуковых преобразователях обычно составляет около 360 ° C. При превышении этой температуры материал деполяризуется и теряет свои пьезоэлектрические свойства.

A, B, D— Неверно. Точка Кюри обычно составляет около 360 ° C.

Вопрос 11.28: Когда возникает артефакт боковых лепестков?

1. Энергия вне оси сталкивается с сильным отражателем.
2. Энергия вне оси сталкивается со слабым отражателем.
3. Звуковые волны многократно отражаются между двумя поверхностями с высокой отражающей способностью.
4. Звуковые волны многократно отражаются в тетраэдре из пузырьков воздуха.

Ответ:

A. Правильно. В дополнение к лучу главной оси радиальное расширение пьезоэлектрических кристаллов создает низкоэнергетические внеосевые лучи, описываемые как боковые лепестки. Если этот смещенный от оси луч сталкивается с сильным отражателем, он может генерировать эхо-сигнал, который принимается преобразователем и искусственно размещается вдоль оси основного луча. Артефакт боковых лепестков обычно встречается в безэховых структурах, таких как мочевой пузырь и желчный пузырек, и чаще всего наблюдается у линейных матричных преобразователей.

B. Неверно. Требуется мощный отражатель.

C. Неверно. Это описывает артефакт реверберации.

D. Неверно. Это описывает артефакт отключения вызова.

Вопрос 11.29: Как можно минимизировать артефакт на изображении ниже?

1. За счет увеличения частоты преобразователя.
2. За счет увеличения коэффициента усиления приемника.
3. С помощью пространственного компаундирования.
4. С помощью гармонической визуализации.

Ответ:

C. Правильно. На изображении показано заднее акустическое затенение от конкремента в желчном пузыре. Математический аппарат ослабляет звук в большей степени, чем окружающие структуры, поэтому интенсивность луча, направленного дистальнее математического аппарата, слабее, чем окружающее поле. Ослабление усиливается с увеличением частоты. Затенение уменьшается при пространственном объединении и использовании нескольких фокальных зон.

A. Неверно. Затенение ухудшается с увеличением частоты.

B. Неверно. Это не влияет конкретно на степень затенения.

D. Неверно. Гармоническая визуализация приводит к лучшей визуализации акустических теней.

Вопрос 11.30: Чем объясняется разница в измеренной скорости на этих двух изображениях, полученных от одного и того же пациента во время одного и того же сканирования?

1. Угол интонации.
2. Коррекция угла наклона.
3. Фокусировка луча.
4. Усиление цвета.

Ответ:

B. Правильно. Уравнение Доплера (ниже) показывает обратную зависимость между измеренной скоростью (vel) и косинусом угла при инсонировании (cos θ). Во время опроса аппарату необходимо “сообщить” угол, под которым ориентирован сосуд. Это делается путем ручной ”коррекции» угла путем совмещения индикатора угла с плоскостью сосуда. Это сделано довольно точно на изображении (a), но завышено на изображении (b). Завышение угла приводит к завышению скорости, поскольку при увеличении θ от 0 до 90 градусов cos θ уменьшается, что делает знаменатель меньшим и, следовательно, скорость больше.

C × f_Dop = vel f₀ × 2 × cos θ

A. Неверно. Угол инсонирования, то есть положение зонда на пациенте, довольно постоянен на изображениях (a и b).

C. Неверно. Это довольно постоянное значение для всех изображений (a и b).

D. Неверно. Это довольно постоянное значение для всех изображений (a и b).