 |
|
|
Głowice piozoelektryczne stosowane w aparacie USG
|
Dźwięki słyszalne możemy wytwarzać bardzo prosto. Choćby instrumenty muzyczne czy gwizdki i syreny. Ultradźwięki również wytwarza się za pomocą gwizdków bądź syren tylko dostrojonych do wyższych częstotliwości. Ale na ogół wykorzystujemy bardziej skomplikowane ale za to dokładniejsze metody.
Jedną z nich jest odwrotne zjawisko piezoelektryczne występujące w kryształach anizotropowych, czyli wykazujących inne ułożenie atomów w różnych kierunkach (np. kwarc, tytanian baru lub cyrkonian ołowiu). Gdy przykładamy różnicę potencjałów między przeciwnymi ścianami kryształu piezoelektrycznego to kryształ zmienia kształt. Jeśli częstotliwość zmian jest większa od 20 000Hz to powstają ultradźwięki. Zjawisko piezoelektryczne czyli powstawanie różnicy potencjałów elektrycznych między przeciwnymi ściankami wykorzystuje się do detekcji czyli odbioru mikrofal.
Inną metodą jest wykorzystanie zjawiska magnetostrykcji, które polega na zmianie długości i kształtu ferromagnetyka podczas magnesowania. Wynika to ze zmiany granic domen czyli obszarów stałego namagnesowania ferromagnetyków. Jeśli będziemy magnesować i rozmagnesowywać przetwornik niklowy z dużą częstotliwością to powstaną ultradźwięki.
Zjawisko odwrotne polegające na zmianach pola magnetycznego pod wpływem zmian naprężeń wykorzystuje się do detekcji ultradźwięków.
|
||||||||||||||||||||
|
Prędkość fali akustycznej w różnych ośrodkach
|
Badanie ultrasonograficzne jest bardzo wygodne dla chorego, zwykle nie wymaga bowiem wcześniejszych przygotowań, nie boli i nie uszkadza tkanek. Można je powtarzać wielokrotnie w krótkim czasie nawet u chorych w ciężkim stanie.
Wyemitowana fala, przechodząc przez ciało człowieka, wprawia w drgania napotkane tkanki. Gdy trafia na przeszkodę, na przykład granicę między różnymi strukturami anatomicznymi lub niejednorodności tkanki, takie jak zwapnienie, pęcherzyki gazów czy ciała obce, jej część zostaje odbita i wraca do źródła, część zaś podąża dalej aż trafi na kolejną przeszkodę. Różnica gęstości ośrodków powoduje drastyczną zmianę kierunków rozchodzenia się fali. Właśnie dlatego przed badaniem lekarz nakłada na skórę specjalny żel, eliminując w ten sposób niepotrzebną ze względów diagnostycznych granicę między ośrodkami. Zamiast dwóch wyraźnych granic - na styku głowicy aparatu z powietrzem oraz powietrza ze skórą - mamy jedną dzięki odpowiednim własnościom żelu. Fala wnika prawie bez przeszkód w głąb ciała pacjenta.
Generator ultradźwięków, będący drgającym kryształem, może równocześnie odbierać falę odbitą od granicy tkanek, co pochłania aż 99% całkowitego czasu pracy aparatu. Przekazuje ją do przetwornika, który rysuje obraz narządów na ekranie oscyloskopu. Sygnał odbity widać w postaci rozjaśnienia na monitorze. Miejsce, w którym się ono pojawia zależy od drogi przebytej przez falę, odpowiada więc głębokości, na jaką wniknęła w głąb ciała. Warstwy o różnych własnościach akustycznych leżące jedna pod drugą mogą być rozróżnione, gdy odległość między nimi nie przekracza jednej czwartej długości fali. A zatem im większa częstotliwość, tym lepsza rozdzielczość. Kłopot jednak w tym, że równocześnie zmniejsza się skuteczny zasięg ultradźwięków, ponieważ straty energii podczas przenikania przez większą liczbę struktur są oczywiście większe. Trudność tę pokonuje się, konstruując różne głowice do badania poszczególnych narządów, wysyłające fale o różnych częstotliwościach. Czasem nawet w trakcie jednego badania używa się kilku głowic. Powracająca z głębi ciała fala dźwiękowa, w zależności od natężenia, przedstawiana jest w postaci punktów świetlnych o różnym stopniu szarości.Na płaskim ekranie, dzięki ruchomej głowicy aparatu, którą przesuwa lekarz po powierzchni ciała chorego, uzyskuje się obraz różnych przekrojów badanej tkanki, a w efekcie przestrzenny obraz narządu.
Uzyskany obraz wiernie odtwarza rzeczywistość, jednak jego interpretacja zawsze zależy od lekarza. Dziś nikt już nie ma wątpliwości, że tylko doskonała znajomość anatomii pozwala prawidłowo wytłumaczyć to, co widać na ekranie. Na przykład torbiel wygląda, jak jednorodna ciemna plama o regularnym kształcie i gładkich brzegach, natomiast guz nowotworowy ma strukturę niejednorodną, widoczną jako różne odcienie szarości i poszarpane brzegi. Oczywiście nie zawsze interpretacja obrazu jest tak prosta i dlatego wśród znawców mówi się, że dobry diagnostyk jest wart wiele więcej niż najnowocześniejszy sprzęt.
Za pomocą ultrasonografu można obejrzeć niemal każdy kawałek ludzkiego ciała, a doświadczony lekarz potrafi na tej podstawie wykryć wiele schorzeń. Trudno wymienić wszystkie możliwe zastosowania ultrasonografii, bo dotyczą one wszystkich właściwie dziedzin medycyny. Bardzo często wykonuje się ostatnio echokardiografię, czyli badanie serca i dużych naczyń krwionośnych. To badanie pozwala obejrzeć poszczególne struktury serca w czasie normalnej pracy. Można więc wykryć w ten sposób wady serca i ocenić, jakie wywołują one skutki fizjologiczne. Na przykład zwężenie i niedomykalność zastawek z równoczesną oceną, jak znacznie wada ta zaburza normalny przepływ krwi. Na zdjęciu ultrasonograficznym widać również, jak na dłoni, tętniaki czy rozwarstwienia aorty. Badanie serca pozwala lekarzom na bieżąco śledzić stan zdrowia pacjenta, można je bowiem powtarzać bez żadnego ryzyka nawet w ostrej fazie choroby.
|
|
USG wątroby
|
Badania USG dają możliwość wczesnego wykrycia raka trzustki lub wątroby. Na zdjęciu obok przerzuty nowotworowe (w czerwonej ramce) wyraźnie odróżniają się od zdrowej tkanki wątrobowej.
Ultrasonografia, jak każda metoda ma swoje ograniczenia. Ultradźwięki są rozpraszane przez gazy, zaś w ośrodkach o dużej gęstości pochłaniane. Dlatego nie bada się w ten sposób płuc, trudno też badać żołądek i jelita, ponieważ zawsze gromadzą się tam gazy, także badanie kości lepiej wykonać inną metodą. Utrudnieniem jest też tkanka tłuszczowa, która tłumi fale dźwiękowe. Obraz staje się wtedy mniej wyraźny. U osób bardzo otyłych obraz narządów wewnętrznych może być tak znacznie zniekształcony, że nie ma żadnej wartości praktycznej.
Firmy produkujące ultrasonografy prześcigają się w nowinkach technicznych. Aparaty są coraz mniejsze i lżejsze, głowice o specjalnych kształtach dostosowuje się do ściśle określonych badań, na przykład przezprzełykowych lub przezodbytniczych. Wszyscy dążą do tego samego - poprawy jakości obrazu, zwiększenia jego rozdzielczości, tak aby zobaczyć więcej i dokładniej. Konstruktorzy muszą ciągle godzić się na kompromis między emitowaną częstotliwością, która decyduje o rozdzielczości, a głębokością wnikania fali w ciało pacjenta.
Opracowano na podstawie artykułu Klary Szatkiewicz, "Złapać echo" z czasopisma "Wiedza i Życie" nr 2/1997
Usg dopplerowskie (Doppler)
|
|
Krew tętnicza (kolor czerwony) przepływa przez tętnicę szyjną zwężoną nieco przez blaszki miażdżycowe. Niebieski punkt oznacza zawirowanie krwi. Powyżej widać żyłę szyjną, którą krew wraca do serca (kolor niebieski)
|
Zjawisko Dopplera polega na zmianie częstotliwości odbieranej fali przy wzajemnej zmianie odległości między źródłem fali a odbiornikiem. Podczas zbliżania częstotliwość fali jest wyższa, a podczas oddalania niższa. Różnica tych częstotliwości zwana jest przesunięciem dopplerowskim. Łatwo to zjawisko zaobserwować dla dźwięków. Jeśli samochód zbliża się do stojącego obserwatora to słyszymy dźwięk wyższy, jeśli oddala się to niższy.
Zjawisko to również zachodzi gdy fala odbija się od ruchowej przeszkody. Wykorzystane jest to w radarach policyjnych. Zbliżanie się przeszkody do źródła fali powoduje wzrost częstotliwości, a oddalanie - zmniejszenie częstotliwości odbitej fali. Im większa jest prędkość poruszającej się przeszkody, tym większa jest zmiana częstotliwości. Mierząc zmianę częstotliwości odbitych ultradźwięków wyznaczamy prędkość odbijającej przeszkody.
To właśnie wykorzystano w budowie specjalnych aparatów ultradźwiękowych, które umożliwiają ocenę przepływu krwi w naczyniach krwionośnych i sercu. Ultradźwięki odbite od poruszającej się masy krwinkowej powracają do sondy z inną niż wyjściowa częstotliwością. Różnica tych częstotliwości jest podstawą uzyskiwania obrazów dopplerowskich. Po komputerowym przetworzeniu otrzymanych podczas badania sygnałów można uzyskać kolorowy obraz. Jeśli jego barwa uzależniona będzie od kierunku przepływu krwi, lekarz otrzyma dodatkową ważną informację pozwalającą odróżnić na przykład krew żylną od tętniczej. Na ogół krew tętniczą wyświetla się kolorem czerwonym, a powracającą czyli żylną niebieskim. Możliwy jest także dokładny pomiar prędkości przepływu krwi i innych parametrów na specjalnym wykresie.
W szerokich naczyniach krew przepływa przez przekrój poprzeczny naczynia z różnymi prędkościami. Najszybciej płynie wzdłuż osi naczynia, czyli na środku i coraz wolniej w miarę zbliżania się do jego ścianek bocznych. Ultradźwięki, odbijając się od poszczególnych warstw, zmieniają swoją częstotliwość o inną wartość. Otrzymujemy więc nie jedną częstotliwość dopplerowską, ale całe widmo częstotliwości. Na podstawie tego widma można wyznaczyć rozkład prędkości krwi w naczyniu krwionośnym, a następnie obliczyć prędkość średnią. Aby wyznaczyć ilość krwi przepływającą przez dane naczynie w jednostce czasu należy jeszcze wyznaczyć szerokość naczynia. Wyznacza się ją przez pomiar różnicy czasu powrotu ultradźwięków odbitych od obydwu ścianek naczynia krwionośnego.
W ultrasonografii dopplerowskiej rejestruje się skurcze serca lub przepływ krwi w naczyniach krwionośnych. Można ustalić, czy widoczna struktura anatomiczna jest naczyniem krwionośnym, czy istnieje w niej ruch krwi i jaki ma charakter - korkowy, laminarny czy burzliwy, jaki jest kierunek przepływu krwi. Ocenia się również zmiany prędkości przepływu krwi w miejscu przeszkody wewnątrznaczyniowej czy przewężenia całego naczynia, przedstawia unaczynienie patologicznego guza oraz oblicza ilościowe parametry przepływu krwi.
| « Poprzednia Następna » |