Mi az orvosi ultrahang?

Orvosi ultrahang

Mi az ultrahang

Az ultrahang nem sokban különbözik az általunk ismert hanghullámoktól, csakhogy nem halljuk a „hangját”. Ha a hanghullámok frekvenciája meghaladja a 20 kHz-et, ami túlmutat azon a tartományon, amelyet a normál emberek érzékelnek, az ilyen hanghullámokat ultrahangnak nevezik. Hasonlóképpen, ha egy hanghullám frekvenciája alacsonyabb, mint az ember által hallható tartomány, az infrahanghullám. Tehát más fizikai tulajdonságokban az ultrahanghullámok alapvetően megegyeznek a hanghullámokkal. Az ultrahang/hanghullám egyfajta mechanikai hullám, hosszanti hullám és nyomáshullám. A részecskék rezgésével terjed, és a részecskék rezgése továbbra is viszonylag magas és alacsony nyomású területeket hoz létre (ahogy az alábbi ábrán látható), és rezgési iránya összhangban van a terjedési iránnyal, így az ultrahanghullámok terjedése médiumot igényel. Különböző közegekben az ultrahanghullámok sebessége eltérő. Például a sebesség levegőben körülbelül 340 méter másodpercenként, az emberi testben körülbelül 1540 méter másodpercenként, és a sebesség vákuumban 0. Az ultrahang alkalmazási köre széles, különösen az orvostudomány területén. Nem radioaktív módszerként az ultrahang segíthet az orvosoknak a betegek jobb diagnózisában. Később részletesen kibővítjük.

Hogyan készítsünk ultrahangot

Az ultrahanghullámok és a hanghullámok generálása ugyanazon az elven alapul. Hanghullámokra általában a telefont használjuk példaként. Beszédkor a hang (mechanikai energia) elektromos jelekké (elektromos energiává) alakul át, amelyek átjutnak a másik végére, majd halláskor az elektromos jelek visszaalakulnak hanggá. Ez pontosan megegyezik az ultrahanghullámok keltésének és vételének folyamatával, alapelvük a piezoelektromos hatás. A piezoelektromos hatás az, hogy bizonyos anyagok, mint például a kvarc, bizonyos fokú feszültséget generálnak a felületén, amikor mechanikai nyomásnak vannak kitéve; és ha feszültséget adunk a felületére, akkor bizonyos fokú mechanikai deformációt generál. Ezután precíz elektromos jelvezérléssel ultrahanghullámokat generálhatunk és fogadhatunk. Jelenleg a PZT a leggyakrabban használt anyag az ultrahangos műszerekben. A műszer normál működése során az ultrahanghullámok általában impulzusok, nem pedig folyamatos hullámok formájában jelennek meg, így általában a PZT veszi az elektromos impulzusjelet, ultrahanghullámot generál, majd elkezd figyelni, és a vétel visszaad egyet. egymás után. Az ultrahangos jeleket megfelelő elektromos jelekké alakítják a további adatfeldolgozáshoz, és a ciklust addig ismétlik, amíg a szkennelés be nem fejeződik.

Az ultrahang terjedése az emberi szervezetben

Mint korábban említettük, az ultrahanghullámok sebessége az emberi szervezetben körülbelül 1540 méter másodpercenként, ami tulajdonképpen egy átlagos érték, és egyben az ultrahangos műszerek által legtöbb esetben használt kalibrációs sebesség is. Amint azt később említjük, az ultrahangos képalkotás az ultrahang sebességének becslésén alapul, és pontossága közvetlen hatással lesz a képminőségre. Ekkor a különböző szervek és szövetek esetében az átviteli sebesség eltérő. Például az agyban körülbelül 1510 méter, a májban és a vesében körülbelül 1560 méter, az izmokban 1570 méter, stb. Ezek nem sokban térnek el az átlagtól. A zsírban az ultrahang sebessége azonban csak körülbelül 1440 méter másodpercenként. Ez a sebességkülönbség jelentősen csökkenti az ultrahangos kép minőségét elhízott betegeknél, így ebben az esetben a műszer újrakalibrálja vagy dinamikusan állítja a sebességet.

Mivel az ultrahang egyfajta hullám, az emberi test terjedése során különböző szövetekkel és szervekkel is hullámfüggő fizikai jelenségeket produkál. Ezek a jelenségek képezik az ultrahangos képalkotás alapját. Főleg transzmisszió, visszaverődés, szórás és fénytörés. Amikor a PZT ultrahanghullámokat bocsát ki, és emberi szervekkel/szövetekkel találkozik, a hullámok egy része mélyen behatolhat az emberi testbe, és tovább terjedhet az eredeti irányban, ami az átvitel, és a hullámok energiája részben elnyelődik a folyamat során; a hullámok fennmaradó része Az ellenkező irányban visszatérő és a PZT által fogadott része a visszavert hullám, és ezeknek a visszavert hullámoknak a jele a képalkotás fő nyersanyaga; a szórt hullámok energiája általában nagyon kicsi, és a megtört hullámok zavarják a képalkotást. Alapvetően az ultrahang átviteli képessége és a szervek/szövetek ultrahangelnyelő képessége határozza meg, hogy az ultrahang milyen mélyre tud "látni". Mivel minél alacsonyabb a frekvencia, annál erősebb az ultrahang behatolása, így amikor az orvosoknak mélyebbre kell látniuk, gyakran alacsonyabb frekvenciájú detektort (Transducer) használnak, de az alacsony frekvencia általában a kép minőségének romlását okozza. Ez egy kompromisszum, amelyet meg kell tenni, és később részletesen tárgyaljuk, amikor a detektorokról beszélünk.

Bevezetés az orvosi ultrahang képalkotásba

A kutatási és orvosi igények elmélyülésével az ultrahangos képek csak 1D-ről 3D/4D-re változtak. Az ultrahangos műszerek ma már számos képalkotó módot támogatnak, hogy megfeleljenek a különböző betegek és orvosok igényeinek. Az alábbiakban bemutatunk néhány általános képalkotási módot.

A-mód: Ez az úgynevezett 1D, ami a legegyszerűbb mód. A detektor egy meghatározott irányú ultrahanghullámot bocsát ki, és a műszer bemutatja a visszavert jel és a mélység egyenletét, és a kép hasonló ahhoz a jelhez, amelyet általában az oszcilloszkópon látunk. Az A-mód volt a korai ultrahangos műszerek fő módja, és ma már kevésbé használják, de nagy energiájú hullámok irányítására is használható daganatok műtét közbeni kezelésére.

B-mód: B itt a fényerő. Ebben a módban az érzékelő átvizsgál egy területet, és szürkeárnyalatos 2D képet generál. Ez az egyik leggyakrabban használt mód. Minél világosabb a szín (fehér), annál erősebb a visszavert jel, általában a szerv/szövet felülete, és minél sötétebb a szín (fekete), annál gyengébb a visszavert jel.

M-mód: M itt mozgás. Mozgás üzemmódban a műszer gyors B-módú szkennelést és képalkotást végez, így az orvos láthatja a szerv mozgását, ami különösen fontos a szívvel kapcsolatos diagnózis szempontjából.

Doppler-mód: Doppler-mód, amely a Doppler-jelenségnek a mozgó objektumok sebességének mérésére való használatáról kapta a nevét. Doppler módban az orvosok nyomon követhetik a vér áramlását és irányát, hogy azonosítsák a lehetséges elváltozásokat az erekben.

Színes Doppler: Ez a mód egyszerűen B-mód/M-mód plusz Doppler-ként értelmezhető, vagyis a 2D-s szürkeárnyalatos képek alapján a Doppler mód és a színkalibráció a pozíció, a véráramlás, az áramlási sebesség, ill. az erek iránya.

3D/4D: A 3D mód olyan 3D kép, amely képes szerveket/szöveteket megjeleníteni. Ami a 4D-t illeti, ez egy valós idejű 3D-s kép. Noha sok fejlett ultrahangos műszer alkalmaz 3D és 4D módokat, általában nem használják őket túl sokat.