Физические основы ультразвукового исследования

Медицинское ультразвуковое исследование основано на использовании высокочастотного звука для помощи в диагностике и лечении пациентов. Ультразвуковые частоты варьируют в диапазоне от 2 до приблизительно 15 MHz, хотя в некоторых ситуациях могут использоваться и более высокие частоты.

Ультразвуковой пучок формируется в результате механических колебаний множества кристаллов в датчике, которые возбуждаются электрическими импульсами (пьезоэлектрический эффект). Датчик преобразует один тип энергии в другой (электрическая <--> механическая/звуковая).

Ультразвуковые волны (звуковые импульсы) излучаются датчиком, распространяются через различные ткани и затем возвращаются к датчику в виде отраженных эхо-сигналов. Возвращенные эхо-сигналы преобразуются кристаллами датчика обратно в электрические импульсы и далее обрабатываются для формирования ультразвукового изображения, выводимого на экран.

Ультразвуковые датчики генерируют диапазон ультразвуковых частот, называемый полосой пропускания. Например, 2,5–3,5 МГц для рутинных абдоминальных исследований и 5,0–7,5 МГц для визуализации поверхностных структур.

Ультразвуковые волны отражаются на границах между тканями разной плотности, при этом отражение пропорционально разнице импеданса. При увеличении разницы в плотности доля отражённого звука увеличивается, а доля прошедшего звука соответственно уменьшается.

Если разница в плотности тканей очень велика, то звук отражается полностью, что приводит к возникновению полной акустической тени. Акустическая тень присутствует позади костей, конкрементов (камней в почках, жёлчном пузыре и т. д.) и воздуха (газа в кишечнике) (см. рис. 1 с акустической тенью).

Эхосигналы не образуются, если нет различий внутри ткани или между тканями. Однородные жидкости, такие как кровь, желчь, моча, содержимое простых кист, асцит и плевральный выпот, визуализируются как анэхогенные структуры.