Нандкумар М. Равул
♦Преобразователь
•Внутри ультразвукового преобразователя находится пьезоэлектрический элемент (цирконат-титанат свинца). Пьезоэлектрические элементы преобразуют электрическое напряжение в ультразвуковые импульсы и возвращающееся эхо обратно в электрические напряжения. Несколько таких элементов присутствуют в линейных и изогнутых преобразователях.
Рис. 2.1:• Показаны три основные формы преобразователей: изогнутая, линейная и фазированная решетки.
•Для сканирования верхних конечностей чаще всего используется линейный преобразователь.
♦Кадр и частота кадров
•Один импульс ультразвука проходит через ткань, создавая по пути эхо-сигналы, которые в конечном итоге генерируют одну линию сканирования. Серия таких линий сканирования на экране получается в одном кадре. Количество таких кадров в одну секунду называется частотой кадров, измеряется в герцах и отображается на экране.
•Частота кадров настолько высока, что человеческий глаз воспринимает их как изображение в реальном времени (подобно кинопленке, проецирующей отдельные изображения с высокой скоростью).
•Частота кадров напрямую не контролируется пользователем. На нее косвенно влияют другие факторы, обсуждаемые в следующих разделах.
Рис. 2.1 Три основные формы преобразователя: изогнутый, линейный и фазированная решетка.
♦Глубина
•Глубина определяет, насколько глубоко в организме необходимо визуализировать структуру (Рис. 2.2а).
•Глубина отображается на экране в сантиметрах вдоль изображения. При сканировании верхних конечностей обычно выбирается глубина от 1 до 4 см.
•Из-за небольшой глубины изображение кажется большим, и наоборот. Глубину следует регулировать таким образом, чтобы структура казалась достаточно большой, но была видна вся область интереса (рис. 2.2b-d).
•При сканировании более глубоких структур звуковые волны должны проходить и возвращаться с большего расстояния; это приводит к снижению частоты кадров.
•Пользователь может регулировать глубину с помощью регулятора глубины.
Рис. 2.2 (а) Для регулировки глубины поворачивается ручка глубины. (б) Оптимальная глубина. Сухожилие имеет правильный размер. (c) Слишком глубокая настройка глубины. Сухожилие кажется слишком маленьким. (d) Слишком мелкая настройка глубины. Сухожилие кажется слишком большим, без перспективы окружающих структур.
♦Ослабление
•Когда звук проходит через ткани, он отражается, рассеивается и поглощается. Эти явления приводят к ослаблению (деградации) звука по мере того, как он проникает глубже через ткани (аналогично прослушиванию динамика; чем дальше слушатель от динамика, тем слабее звук). Это называется ослаблением.
•Ослабление яркости приводит к тому, что ультразвуковое изображение становится более темным в более глубокой части изображения.
•Пользователь не может контролировать ослабление (однако варианты компенсации см. в разделах «Усиление» и «Компенсация временного усиления»).
♦Мощность
•Мощность — это скорость, с которой акустическая энергия проходит через поверхность, измеряемая в Ваттах.
•Чрезмерное использование акустической мощности потенциально может оказывать биологическое воздействие на ткани. Поэтому Управление по контролю за продуктами питания и лекарствами США (FDA) и Американский институт ультразвука в медицине (AIUM) разработали рекомендации.
•Соблюдается принцип “как можно ниже разумно достижимого” (ALARA): требуются медицинские показания, а при диагностических обследованиях должны использоваться минимальная мощность и время воздействия, чтобы свести к минимуму воздействие и риск.
•Мощность может регулироваться пользователем, но обычно это не так. Обычно она предустановлена.
♦Выигрыш
•Аналогично использованию усилителя для громкоговорителя, можно компенсировать ослабление ультразвукового луча; слабый звук, принимаемый преобразователем, может быть усилен. Контроль усиления определяет, насколько сильно происходит усиление.
•Увеличение коэффициента усиления делает изображение ярче.
Рис. 2.3• Регулятор усиления регулируется для увеличения или уменьшения усиления (). Регулятор усиления следует отрегулировать на соответствующий уровень для получения хорошего диагностического изображения. Слишком высокое значение усиления приведет к получению яркого, размытого изображения. Слишком низкое значение усиления приведет к получению темного изображения.
Рис. 2.3 (а) Ручка регулировки усиления ультразвукового аппарата. Ручку поворачивают, чтобы отрегулировать настройку усиления (увеличить или уменьшить усиление). (b) Оптимальное усиление. Изображение (сухожилия) имеет соответствующее количество оттенков серого. (c) Слишком низкое усиление. Изображение кажется слишком темным. (d) слишком высокое усиление. Изображение кажется слишком ярким (размытым).
♦Компенсация выигрыша во времени
•Чем дальше звуковые волны должны распространяться от преобразователя, тем большее затухание происходит. В результате более глубокие структуры кажутся темнее на ультразвуковом изображении.
•Поскольку звуковые волны, возвращающиеся от более глубоких структур, поступают позже по времени, звук только от более глубоких структур может быть избирательно усилен. Это называется компенсацией временного усиления (TGC). Настройка только регулятора усиления усиливает звуковые волны во всем изображении.
•TGC может регулироваться пользователем с помощью ряда ползунков TGC. Ползунки near регулируют усиление в ближней области изображения, а ползунки far регулируют усиление в дальней области изображения (Рис. 2.4).
Рис. 2.4 (а) Управление компенсацией временного усиления (TGC) ультразвукового аппарата. Ползунки настраиваются влево или вправо. (b) Настройка TGC оставляет более глубокие структуры слишком темными (из-за ослабления). Анатомия плохо визуализируется. (c) При более глубоком контроле TGC увеличивается усиление. Анатомия хорошо визуализируется.
♦Частота
•Диапазон частот нормального человеческого слуха составляет от 20 Гц до 20 000 Гц. Частота ультразвука, используемая в диагностическом ультразвуковом исследовании, намного выше (за пределами слышимости человека), обычно около 1 000 000 Гц, или 1 МГц.
•Более высокая частота позволяет получить изображение с более высоким разрешением; следовательно, ультразвуковое исследование опорно-двигательного аппарата выполняется датчиком в диапазоне 10-15 МГц.
•Волны более высокой частоты не проникают в более глубокие структуры (например, у пациентов с ожирением); в этих ситуациях частоту преобразователя можно снизить, используя регулятор частоты, чтобы добиться проникновения за счет более низкого разрешения.
•Регулятор частоты или щелкающий переключатель можно использовать для увеличения или уменьшения частоты(Рис. 2.5).
Рис. 2.5 (а) Регулировка частоты ультразвукового аппарата. (б) Более высокая частота (14 МГц) обеспечивает лучшее разрешение при меньшем проникновении. (c) Более низкая частота (7 МГц) обеспечивает лучшее проникновение при меньшем разрешении.
♦Фокус
•Когда луч света фокусируется на объекте, его диаметр уменьшается с большего до узкого. Аналогично, ультразвуковой луч можно сфокусировать, сузив диаметр луча в интересующей области.
•Отражения, возникающие в области фокусировки, кажутся более четкими и дают лучшую диагностическую информацию.
Рис. 2.6• Пользователь может управлять фокусировкой, регулируя ручку фокусировки или щелкая переключателем для перемещения фокальной зоны вверх или вниз по изображению (). Фокальная точка отображается на ультразвуковом изображении в виде курсора или указателя и должна располагаться в интересующей области.
Рис. 2.6 (а) Регулировка частоты ультразвукового аппарата. (б) Фокус правильно направлен на интересующую область (сухожилие). (c) Фокус неправильно смещен от интересующей области (сухожилия).
♦Динамический диапазон
•Ультразвуковые изображения отображаются в серой гамме. Динамический диапазон описывает уровень оттенков серого в изображении.
•Более низкий динамический диапазон уменьшает количество оттенков серого.
•Более высокий динамический диапазон увеличивает количество оттенков серого.
Рис. 2.7• Пользователь может использовать регулятор динамического диапазона для уменьшения или увеличения динамического диапазона (). Однако обычному пользователю практически никогда не нужно использовать этот элемент управления, поскольку аппарат обычно автоматически устанавливает динамический диапазон для выполняемого исследования на основе предустановки.
Рис. 2.7 (а) Регулировка динамического диапазона ультразвукового аппарата. (б) Динамический диапазон: 60 (оптимальный). Изображение отображается с оптимальными уровнями серого. (c) Динамический диапазон: 30 (слишком низкий). Изображение имеет меньше уровней серого (кажется слишком “ярким” или “контрастным”). (d) Динамический диапазон: 90 (слишком высокий). Изображение содержит слишком много уровней серого (выглядит гладким или “размытым”).
♦Эхо-сигналы
Рис. 2.8Эхогенность — это показатель коэффициента акустического отражения, или способности ткани отражать ультразвуковую волну (). При описании результатов ультразвукового исследования и формировании отчета об УЗИ следует использовать следующую терминологию:
•Эхогенность: эхо-сигналы тканей на ультразвуковом изображении выглядят очень яркими (например, кости, кальцификации).
•Гиперэхогенный: эхо-сигналы тканей кажутся немного ярче, чем окружающая структура (например, волокна сухожилий).
•Изоэхогенные: тканевые эхо-сигналы выглядят как эхо-сигналы среднего уровня, аналогичные окружающей структуре.
•Гипоэхогенный: эхо-сигналы тканей кажутся немного темнее окружающей структуры (например, мышечных волокон или многих патологий сухожилий, таких как тендиноз или тендинит).
•Безэховое: эхо-сигналы тканей кажутся абсолютно темными (например, жидкости, крови, артерий и вен).
♦Расположение анатомических элементов под углом 90 градусов к ультразвуковому лучу
•Когда луч ультразвука, выходящий из датчика, попадает на ткань, часть его проходит сквозь ткань, а часть отражается обратно к датчику (подобно свету, падающему на поверхность воды). Оптимальное отражение возникает, когда луч попадает на ткань под углом 90 градусов; то есть луч, выходящий из датчика, и отражающийся обратно проходят одинаковую траекторию (но, конечно, в противоположных направлениях), поэтому датчик будет обнаруживать большую часть отраженного луча.
•При визуализации опорно-двигательного аппарата пользователь должен приложить все усилия для ориентации изображаемой структуры перпендикулярно импульсу или звуковому лучу, излучаемому датчиком. Это должно дать нормальное сухожилие, например, яркий фибриллярный рисунок.
•Если структура не перпендикулярна, она будет казаться более темной или гипоэхогенной, также называемой анизотропией. Это может привести к неправильному диагнозу.
Рис. 2.8 Эхогенность. На ультразвуковом изображении видны (слева направо) безэховые, гипоэхогенные, изоэхогенные и гиперэхогенные области.