История открытия. Пьезоэффект, благодаря которому получают ультразвуковые колебания, был открыт в 1881 году братьями Кюри. Пьезоэффект – это свойство пьезоэлектрического кристалла преобразовывать механические колебания в электрические. И наоборот, преобразовывать электрические колебания переменного тока в механические. Во время первой мировой войны был разработан ультразвуковой сонар. Он использовался для навигации судов, определения расстояния до цели и поиска подводных лодок. В целях медицинской диагностики в 1937 году была разработана одномерная эхоэнцефалография.  В начале пятидесятых годов 20 века удалось получить ультразвуковое изображение внутренних органов и тканей человека.

  Физика ультразвука. В уз- диагностике используют продольные ультразвуковые волны. Они обладают высокой проникающей способностью и проходят сквозь ткани организма, не пропускающие видимого света. Высокочастотный ультразвук не распространяется в воздушной среде. Способен распространяться только в жидких и плотных средах. С точки зрения физики ультразвука ткани человеческого тела близки по своим свойствам жидкой среде. Ультразвук распространяется в среде прямолинейно.

  Скорость ультразвука при прохождении его через разные ткани организма может быть различной. Распространение ультразвука в тканях зависит от плотности, структуры, однородности, вязкости и сжимаемости тканей. Отражением этих свойств является импеданс – ультразвуковое сопротивление. Величина импеданса зависит от плотности среды и скорости распространения в ней ультразвуковых волн. Достигнув границы двух сред с различным импедансом, пучок волн изменяется. Часть его продолжает распространятся в новой среде , а часть отражается. Чем выше различие в импедансе, тем больше волн отражается.

  Для медицинской диагностики используется высокочастотный ультразвук. Наиболее часто применяемые частоты – 2, 4 МГц (Мегагерц) - 7,5 МГц. Для исследования глубоких структур используются ультразвуковые волны более низких частот. Например, частота 2,4 Мгц. используется для УЗИ сердца у пациентов с повышенной массой тела. Частоты 7,5 – 10 Мгц применяются для УЗИ поверхностно расположенных структур - щитовидной или молочной желез, лимфоузлов шеи.  

•   Источник и приемник ультразвукового излучения. Принцип устройства ультразвукового диагностического аппарата. Источником и приемником ультразвуковых колебаний является ультразвуковой датчик. Датчик состоит из одного или нескольких пьезокерамических кристаллов. Электрические импульсы из электронного блока аппарата подаются на кристалл. Это вызывает генерацию ультразвука- обратный пьезоэффект. Ультразвук в тканях организма частью поглощается, частью рассеивается, а также отражается от различных органов и возвращается к датчику в виде эха. Отраженные волны (эхо) воспринимаются тем же пьезоэлементом и преобразуются в электрические сигналы- прямой пьезоэффект. Сигналы обрабатываются компьютером. Изображение выдается на монитор или в виде одномерного графика(эхограмма) или двухмерной картинки ( сонограмма или ультрасонограмма ).
• Таким образом, ультразвуковой датчик выполняет следующие функции:
• I) преобразует электрические сигналы в уз- колебания, 2) принимает отраженные эхосигналы и преобразует их в электрические;
• 3) формирует пучок уз-колебаний необходимой формы.
•  Датчик 0,1% работает как излучатель, а 99,9% - как воспринимающее устройство.

  Основные типы датчиков для УЗИ.

Сейчас ультразвуковые аппараты оснащены электронными датчиками. Кроме того, современные датчики работают не на одной частоте, а на нескольких. Например, от 5 до 7,5 мГц, или в нескольких фиксированных частотных режимах, например, 7,5 и 10 мГц. Такие датчики называются мультичастотными..

1.Линейные датчики - мультикристаллические, содержат 64 и больше кристаллов , выстроенных в линию. Посылают параллельные лучи. Изображение и объекты имеют одинаковые размеры. Применяются в акушерстве и гинекологии, при исследовании сосудов и поверхностных структур

.2. Конвексные или  датчики выпуклого сектора.  Различие от линейных заключается в том, что пьезокристаллы расположены на кривой сканирующей поверхности. В основном используются при исследовании внутренних органов.

3. Секторные датчики. Похожи на конвексные датчики, но площадь датчика небольшая и сектор охвата более узкий.

 4.Специальные датчики. Наиболее распространенными являются датчики интравагинальные и интраректальные, для пункционной биопсии, чрезпищеводные, интраоперационные, внутрисосудистые и другие.

4. Датчики для допплерографии, они чаще встроены в вышеперечисленные датчики.

  Так выглядят линейный, секторный и конвексный датчики.

Так выглядят интравагинальный и интраректальный датчики.

В комплектность Уз-аппарата входят: 1. Датчик или датчики, подсоединяются к главному устройству. 2. Главное устройство: блок питания, блок обработки информации (процессор), пульт управления. 3.Монитор или мониторы. 4. Термопринтер – устройство для получения «твердой копии» обнаруженной патологии или подозрении на таковую. В комплектность также может входить блок для допплерографии. Вес УЗ- аппарата - от 1,5 кг до 150 кг. При наружном УЗИ для улучшения контакта с датчиком кожу над исследуемой областью тела смазывают хорошо пропускающим ультразвук специальным гелем.

Классификация УЗ-сканеров

По функциональным возможностям и назначению выделяют универсальные и специализированные уз- сканеры.

• Существует три основных типа универсальных сканеров, в зависимости от используемых в них режимов работы:
• 1) черно- белые ультразвуковые сканеры, т.е. приборы, назначение которых – получение двухмерных черно-белых изображений, режимы работы В, М, В+В, В+М;

2) ультразвуковые сканеры со спектральным доплером, позволяющим дополнительно получать характеристики скоростей кровотока, режимы работы В, М, PW или CW (реже), В+В, В+М, В+PW (CW) дуплексный;

3) ультразвуковые сканеры с цветовым доплеровским картированием – наиболее совершенный тип уз- приборов. Есть возможность отображения двухмерного распределения скоростей кровотока, выделя-емых цветом на двухмерном серошкальном изображении тканей, основные режимы работы В, М, PW и CW, CFM, В+В, В+М, В+PW (CW), В+PW (CW)+CFM – триплексный.

• К специализированным УЗ –сканерам относят офтальмологические приборы (эхоофтальмометры), фетальные мониторы, приборы для внутрисосудистых исследований, приборы для транскраниальных исследований (эхоэнцефалоскопы), приборы для обследования носовых и лобных пазух (синускопы), приборы для ветеринарии, литотрипсии (УЗ - камнедробление в

почках)и др.

• По конструкции бывают портативные, мобильные и стационарные модели УЗ- сканеров.

Портативные УЗ -сканеры –модели весом от 0,5 до 10 – 13 кг. Может быть один встроенный датчик. Чаще бывают с возможностью подключения одного датчика поочередно, через один разъём, или двух датчиков. Имеют ручку для переноски. Передняя или задняя стенка при открытии является пультом управления. Могут быть аккумуляторы для 3-4 часов автономной работы. Без термопринтера.

Предназначены для проведения УЗИ у палатных пациентов, пациентов по скорой помощи или для выездных скрининговых обследований и т.д. Фирмы постоянно работают над улучшением характеристик таких аппаратов, например наличием цветной допплерографии.

Демонстрация портативных УЗ- сканеров.

• Мобильные или полустационарные УЗ -аппараты.

Весом от 25- 30 до 60 – 80 кг. Чаще бывают с возможностью подключения от двух до трёх –четырёх датчиков одновременно. Монитор больших размеров. Больше градаций серого. Может быть блок для допплерографии. Большой и удобный пульт управления. Гнезда для туб с гелем. Обязательно есть термопринтер. Предназначены для проведения УЗИ как в поликлинике и стационаре у мобильных пациентов, так и у тяжелых больных, в палате. Могут применятся для выездных скрининговых обследований. Фирмы постоянно работают над улучшением технических характеристик таких аппаратов, например возможностью нескольких видов допплерографии.