Принцип работы УЗИ аппарата основан на применении ультразвука для получения данных о различных структурах и объектах. Применение своеобразной эхолокации в теле человека стало возможным благодаря пьезоэлектрическому эффекту, который был открыт в 1880 г. Пьером и Жаком Кюри и заключается в том, что при сжатии или растяжении кристаллов естественного происхождения на их гранях формируется электрический заряд.
Физика медицинского ультразвука в современных УЗИ аппаратах
УЗИ датчик генерирует и регистрирует ультразвуковые волны под воздействием высокого напряжения или звуковых волн высокой частоты соответственно.
Прямой пьезоэлектрический эффект создает ультразвуковые волны
Под воздействием электричества кристаллы акустического модуля датчика начинают быстро вибрировать и менять свою форму – именно этот эффект приводит к распространению звуковой волны высокой частоты — то есть ультразвука. Ультразвук по своей природе ничем не отличается от обычной звуковой волны (которую мы можем услышать), и даже от морской волны.
УЗ — это продольная механическая волна, другими словами — ультразвук распространяется в различных средах (сами кристаллы и линза датчика, гель, ткани пациента) вдоль направления измерения плотности вещества среды, то есть прямолинейно, от датчика.
Учитывая физические эффекты взаимодействия УЗ волн друг с другом и нужным образом управляя напряжением на кристаллах датчика, мы можем изменять угол отклонения ультразвука и формировать область визуализации нужной нам формы (как, например, происходит при кардиологических исследованиях секторными фазированными датчиками).
В тканях пациента (как и в других средах) ультразвук может частично поглощаться или рассеиваться, отражаться от различных объектов и структур.
Обратный пьезоэлектрический эффект превращает ультразвук в изображение на экране
Когда отраженная звуковая волна достигает пьезоэлементов (кристаллов) датчика, в них возникают слабые электрические импульсы. Кристаллы датчика включены в специальную электрическую цепь, по которой сигналы передаются в основной блок УЗИ аппарата, где они усиливаются, очищаются от помех и шумов, специализированной электроникой и затем используются программным обеспечением ультразвуковой системы для построения изображения.
Тем самым датчик используется как для приема ультразвуковых волн, так и для передачи.
В зависимости от выбранного режима работы, информация с датчика используется для
- получения 2D или 3D изображения — при этом аппарат анализирует соотношение отправленного и полученного ультразвука, а также время получения отраженного сигнала. Чем больше УЗ волн вернулось к датчику, тем более твердая структура встретилась на его пути. Например, при визуализации в самом простом B-режиме области, в которых датчик не получает ответа — абсолютно темные, а области, от которых отражается наибольшее количество ультразвука — наиболее светлые. Промежуточные варианты имеют различные оттенки серого.
- получения данных о скоростях и для количественной оценки кровотока и других жидких сред в организме — в таких режимах работы УЗИ аппарат использует эффект Доплера (поэтому и режимы называются доплеровскими). Оценивается изменение характеристик полученного ультразвука относительно параметров отправленной волны. Когда УЗ волна отражается от движущейся частицы (например, клетки крови), характеристики волны изменяется. Если правильно обработать данные о таких отличиях — можно получить скорость кровотока в сосудах или количество клеток крови, проходящих через интересующую нас область
В конструкции датчика помимо акустического модуля (пьезокристаллов) имеется демпфирующий слой, который поглощает нежелательные УЗ-колебания и акустическая линза, которая помогает фокусировать пучок ультразвукового излучения в фокусной точке. Подробнее устройство рассмотрено в этой статье ниже.
Устройство УЗИ-аппарата
Что касается самого УЗИ-аппарата, в его конструкцию входят следующие элементы:
- Основной блок электронных плат – компьютерная часть и компоненты специализированной электроники, предназначенные для визуализации эхограмм и анализа данных, полученных с помощью ультразвука.
- Консоль управления УЗИ-аппаратом – включает регуляторы режимов, клавиатуру, трекбол или сенсорную панель.
- Монитор – основной экран для визуализации результатов исследования.
- Накопители – HDD или SSD диски для сохранения и архивации исследований.
- УЗИ-датчики – различные по форме и назначению. Подключаются к специальным разъемам на корпусе УЗИ аппарата. Излучают и принимают ультразвуковые волны. Основной инструмент специалиста при исследовании.
- Системы вывода данных – термопринтер, CD/DVD рекордеры, системы передачи информации по сети, запись данных на USB.
При выходе из строя любого из элементов сканера не пытайтесь самостоятельно решить проблему. Ремонт УЗИ аппарата выполняют только инженеры сервисного центра.
Виды УЗИ-аппаратов
УЗИ-аппараты традиционно делятся на несколько классов. Разделяют их по качеству визуализации, цене и наличию дополнительных технологий.
Экспертный класс – обладает широким набором дополнительных функций, совместимых датчиков и отличным качеством визуализации.
Высокий класс – более бюджетные модели. Унаследовали от старших сканеров основные технологии и функции. Обладают хорошим качеством визуализации и подходят для большинства медицинских учреждений.
Средний класс – самые бюджетные сканеры. Обладают стандартными технологиями и подходят для базовой ежедневной визуализации.
Помимо классов, УЗИ-аппараты различаются областью применения. Существуют как узконаправленные сканеры, опции и технологии которых заточены для исследований в конкретной области (гинекология, акушерство, кардиология), так и применяемые для широкой диагностики.
Принцип работы УЗИ-аппарата
УЗИ-диагностика – метод неинвазивного исследования тканей, направленный на поиск различных патологий и травм. Датчик испускает и принимает ультразвуковой сигнал определенной частоты. За счет измерения временного интервала между отражением и получением УЗИ-сигнала, интеллектуальная система способна построить эхограмму и произвести количественные измерения, с помощью которых, специалист может определить ушибы,гематомы и различные нетравматические патологии тканей.
Этот метод широко применяется в клинической практике – от исследований сосудистой системы до бесконтактного осмотра глубоко лежащих структур.
УЗИ-датчик
Работа УЗИ-сканера невозможна без датчика. Специалист рукой направляет его в исследуемую область и проводит сканирование. Давайте разберемся, из чего состоит и как работает современный УЗИ-датчик
Устройство УЗИ датчика
- Акустическая линза – фокусирует ультразвуковые сигналы. Линза постоянно находится в контакте с телом пациента и выполняет защитную функцию для датчика.
- Согласующий слой – необходимы для того, чтобы пучок ультразвуковых волн при переходе от кристалла к линзе не менял своих характеристик, сводят к минимуму эффекты преломления и рассеивания УЗ-волн.
- Демпфер – предназначен для устранения лишних вибраций. Состоит из твердых материалов.
- Контроллер – небольшая плата со своим программным обеспечением. Необходима для корректной работы датчика и сканера.
- Кабель – соединяет датчик и коннектор. Кабель содержит 80 тончайших проводников. Их количество зависит от общего числа активных пьезоэлементов и от некоторых других параметров
- Коннектор – соединяет УЗИ-аппарат и датчик. Существует два типа контактной площадки: с контактами в виде отдельных пинов (выступающие из корпуса проводники, штырьки) и с гладкими контактными площадками.
- Корпус – состоит из ударопрочного пластика эргономичной формы. Выполняет защитную функцию для всех внутренних элементов.
В зависимости от типа исследования и глубины расположения области интереса, необходимо выбрать правильный датчик. К примеру, для исследования поверхностно-расположенных сосудов подойдет линейный датчик – из-за прямоугольной области сканирования и пропорциональной передаче размеров тканей и исследуемых структур он обладает хорошей визуализацией в ближней зоне. Рабочие частоты таких датчиков находятся в пределах 2,5–12 МГц.
Если необходимо осмотреть более глубокие структуры – печень, почки — тут не обойтись без конвексного датчика. Сканирующая область Конвексных датчиков имеет изогнутую (полукруглую) форму, благодаря которой хорошо видны органы и ткани, расположенные на глубине от 15 см. Диапазон частот – 2,5-7,5 МГц.
В кардиологии, акушерстве, гинекологии, урологии и других сферах используются и иные типы датчиков, каждый из которых помогает эффективно решать поставленные диагностические задачи. Именно датчики во многом определяют функциональность всей ультразвуковой системы, поэтому на их выбор стоит обращать особое внимание. Здесь важную роль играет не только тип и частоты датчиков, но и другие характеристики.
Важно и техническое состояние датчиков, которое также влияет не только на качество визуализации, но и на работоспособность всей ультразвуковой системы.
Обслуживание УЗИ-аппарата
Как и любое технически сложное устройство, УЗИ-аппарат нуждается в правильном и своевременном обслуживании.
Чтобы техника прослужила более 10 лет, необходимо выполнять несколько простых правил:
- Выполнение планового технического обслуживания.
- Своевременная замена фильтров.
- Чистка трекбола и клавиатуры проводится специальными средствами.
- Бережное отношение – избегайте переломов, зажимов и скручивания проводов.
- При поломке УЗИ-аппарата не пытайтесь самостоятельно его починить.
- Сканер не должен находиться рядом с нагревательными приборами.
- Кабинет ультразвуковой диагностики должен быть оборудован системой вентиляции и кондиционером.
- Выполнять ежедневную влажную уборку помещения.
- Не протирайте элементы сканера спиртом.
Крайне важно регулярно (не менее 2-4 раз в год) выполнять полное обслуживание всей ультразвуковой системы. Выполнять комплекс работ по ТО необходимо согласно регламенту, обязательно включать в состав технического обслуживания не только чистку трекбола, но и всех внутренних компонентов основного функционального блока УЗИ — компьютерной части и особенно — блоков питания и всех плат, участвующих в управлении датчиками, обработке данных.
При поломке ультразвуковых сканеров
Специалисты remontuzi.ru занимаются ремонтом УЗИ аппаратов и датчиков более 8 лет. Ежедневно мы сталкиваемся с разнообразными поломками и проблемами, и всегда находим оптимальное решение. Обращаясь в remontuzi.ru, вы получаете быструю и квалифицированную помощь с гарантией от 6 месяцев.
