Načela ultrazvočnega srčne slikanja

ultrazvok fizika

Ultrazvok - je zvok s frekvenco več kot 20.000 ciklov na sekundo (ali 20 kHz). Hitrost, s katero ultrazvok razširja v mediju je odvisen od lastnosti medija, zlasti gostote. Hitrost širjenje ultrazvoka v človeških tkivih pri temperaturi 37 ° C je 1540 m / s. Zvok je val narava in njena distribucija veljajo isti zakoni kot širjenje svetlobe. Poznavanje teh osnovnih zakonov je bistvenega pomena za razumevanje temeljnih načel ehokardiografijo.
Če gostoto, strukturo in enako temperaturo po vsem medijem, je ta medij imenujemo homogeni. V homogenih mediju valovi širi linearno. V različnih okoljih imajo različne lastnosti, od katerih je najpomembnejši akustična impedanca za nas. Akustična impedanca je produkt gostote medija na hitrost širjenja zvoka v njem, in označuje stopnjo okoljske odpornosti zvoka uporablja val. Hitrost širjenja ultrazvočnih valov v tkivih praktično konstantna, tako da je akustični impedanca ehokardiografija - funkcija gostote določenega tkiva. Različne tkiva: .. miokarda, perikarda, krvi, ventili, lopute, itd - imajo različno gostoto. Tudi z manjšimi razlikami v gostoti med tekočine nastane učinek "medfazna» [vmesnik]. Ultrazvočni valovi, ki je dosegel mejo dveh medijev se lahko odraža na meji ali skozi njo. Torej: 1) vpadni kot enak kot otrazheniya- 2) Zaradi razlik v akustičnih impedanc medijskih refrakcijske trupa ni enaka vpadnega kota.
Razmerje med vpadnega kota (refleksije) in kotom lomom je opisana z enačbo: n1 / 2 = sin Q2 / sin Q1, kjer je n - akustično impedanco, t - kot med smerjo širjenja akustičnih valov in normale na fazni meji.
Čim manjši vpadni kot (m. E. bližje smer širjenja zvočnega valovanja na pravokotnico), večji delež odraža zvočnih valov. Delež odbitega ultrazvoka določajo trije dejavniki: 1) je razlika v akustični impedanci medijev - večja je razlika, večja otrazhenie- 2) vpadni - bližje je do 90 °, bolj otrazhenie- 3) razmerje med velikostjo predmeta in valovne dolžine - velikost predmeta mora biti vsaj 1/4 valovne dolžine. Ultrazvok zahteva večjo frekvenco manjših predmetov za merjenje (m. e. krajšo valovno dolžino).
Postopek Prostorska ločljivost [resolucija] določa razdaljo med dvema objektov, v katerih se lahko še vedno razbrati. Na primer, pogostost 2.0 MHz daje ločljivostjo 1 mm. Vendar pa višja je frekvenca, manjša prodirajo sposobnost ultrazvok (globina prodiranja): lažje je njegova slabljenje [slabljenje]. Zato je pomembno, da bi našli optimalno frekvenco, kar daje največjo ločljivost z dovolj ostrim sposobnosti. Tabela. 1 so prikazane vrednosti "pol razpada" za različnih okoljih, npr. E. Razdalja, na kateri ultrazvočni valovi s frekvenco 2,0 MHz izgubijo polovico svoje energije.

Strukture, v katerem je popoln dušenje ultrazvočnih valov, z drugimi besedami, skozi katero ultrazvok ne more prodreti dobimo za akustično senco [senčenje] - na srčno študiji takih učinkov dobimo kalciniran strukture in protetičnih srčnih zaklopk.

Ultrazvočni senzor

Senzor [transduktor] - naprava, ki pretvarja eno obliko energije v drugo. V ehokardiografijo, imamo opravka s pretvorbo električne energije v mehansko in obratno. V ta senzor preoblikovanja s posebnim kristala - piezoelektričnega elementa. Piezoelektričnega elementa spremeni svoje razsežnosti, ko električni tok in obratno, generira električni tok v odgovor na pritisk nanje, kot na primer z ultrazvočnimi valovi. Tako lahko piezoelektrični kristal pošiljanje in sprejemanje ultrazvočnih valov. Piezoelektrični pretvornik elementa se nahaja med dvema elektrodama (plus in minus). Kratki električni tok skozi element povzroča, da dobi razširiti stisnjeni in s tem ustvarjajo ultrazvočne valove. Po drugi strani, vhodni ultrazvočni val detektorski element pretvori električnih impulzov registrirane Katodni osciloskop. Optimalna dolžina piezoelektričnega elementa 1/2 valovne dolžine. V tem primeru je element niha na resonančno frekvenco. Nihanja piezoelektrični element razširi v vseh smereh, vključno smeri ohišja tipala. Da bi se izognili valove odbija od ohišja tipala, je ohišje podložena z vpojnim materialom. Doseženi Ultrazvočni signal sonda pokriva razdaljo imenovano proksimalni območje [Near Field], kot skupek vzporednih valov, ki nato odstopajo v tako imenovanem oddaljenem polju [sedaj field]. Najbolje jih je študiral predmete v bližnji coni: tukaj nad intenzivnostjo sevanja in bolj verjetno je, da so ultrazvočne žarke širijo pravokotno na vmesnik. Intenzivnost merjeno s številom valov na enoto površine. Dolžina bližini območja (l) je odvisna od polmera tipala (R) in ultrazvočno valovne dolžine (L): L = r / l. Od l = V / F, kjer je V - hitrost širjenja ultrazvočnega v tkivu in f - pogostnost, in v = 1540 m / s, dobimo: L = R2 f / 1540.
Zato je jasno, da se je velikost v bližini cone se lahko poveča s povečanjem radija frekvenčnega ali merilnik. Podatki v tabeli. 2, je lahko v pomoč pri izbiri najprimernejšega sondo za srčno slikanje.

Uporaba za konvergenčne in različne leče, lahko ob cona razširi in zmanjšati razlike v ultrazvočne žarke v oddaljenem polju. Konvergenčne leče poudarek na ultrazvočni valovi so vzporedno in se uporabljajo v senzorji za stiskanje žarka. Tvorijo ozek snop visoke intenzivnosti na kratkih razdaljah, po katerem se žarki razhajajo, vendar ne v enakem obsegu, kot bi bilo brez uporabe zbližujejo leč. V sodobni senzorji osredotočiti ultrazvočne žarke se izvaja ne optične leče in elektronskih medijev.
Na splošno lahko delovni proces ehokardiografija se takole. V nekem trenutku, senzor pošlje kratek ultrazvok utrip. Impulz linearno porazdeljeni v homogeni mediju, dokler ne pride do fazne meje, pri čemer je odsev ali loma ultrazvočnih nosilcev. Po času, ki je enak Dt se odraža zvoka (odmev) vrne z oddajnikom, ki sedaj deluje kot sprejemnik. Poznavanje hitrost širjenja zvočnega valovanja (1540 m / sek) in časom, za katerega se zvok prenese na fazo robnega roba na in nazaj (DT), lahko izračunamo razdaljo med senzorjem in to mejo (D): d = 1540 DT / 2.
To razmerje med časom in razdaljo in je podlaga način ultrazvočnega slikanja srca. Značilno v ehokardiografijo uporabo ultrazvočnih impulzov približno 1 ms. Piezoelektrični element deluje, je ustvarjanje način manj kot 1% časa, in vse ostalo časa - v načinu prejeli. V tem primeru, je bolnik prejema minimalno dozo ultrazvočnega valovanja.

snemanje echo

Intenzivnost prejetega odmeva signala je odvisna od tega, kateri del poslanega signala kaže faznega meje in nazaj na senzor. Intenzivnost prejetih odboja signala se lahko grafično predstaviti na osciloskopu (ehokardiografske zaslon) v različnih načinih (sl. 1.1). To je lahko različno električnih impulzov amplitudy- pri čemer je druga koordinatna je razdalja od senzorja testnim struktur. Ta oblika grafične predstavitve odmevi prejel ime Modalni način Ehokardiografija (A - iz "amplitude"). Pomanjkljivost tega načina ehokardiografijo - nezmožnost prikazati gibanje. Slika registrira razdaljo med objektom in senzorjem, merjenega signala podatkov v določenem času. Za registracijo gibanje koli strukture, je treba predstaviti na položaj zaslona na različnih točkah v času, ki ustreza vrsti odmevov. Modalni slika ne vsebuje časa usklajevanje os in zato ne zazna gibanje.

Slika 1.1. Tehnične osnove ehokardiografijo: metode slikanja. Nad: parasternal pozicija dolga os senzor za levi zheludochka- M-modalno študiji naboja prsih, ultrazvočni žarek pravokotno na njegovo površino in gre skozi steno prsnega koša (CW), sprednje stene desnega prekata (RVW), pretin (september), drugi loputa na mitralne zaklopke (AML), zadnjo loputo za mitralne zaklopke (PMV) levega prekata zadnja stena (LVW). Vpliv na mejni odseku s krvjo teh struktur povzroči fazo odraz ultrazvočnega snopa s senzorjem registrirana v obdobju, ko deluje kot sprejemnik signala. Pritisk na piezoelektričnega ultrazvočnih pretvornikov elementa pretvorimo v električne signale, zabeleženih na osciloskop zaslonom (ehokardiografske zaslon), kakor so prišle. Način A-modalni (A-mode) intenzivnost prejetih odboja signala je predstavljena v obliki električnih impulzov različno amplitudo. Intenzivnost B-mode modal odmeva zastopana kot svetlosti posameznih pikslov. A-B-modal in modalne načini predstavljajo intenzivnost odboja signala v realnem času. Način skeniranja-modalno čas se pretvori v M-modalni način. spodaj: Različne metode za proizvodnjo dvodimenzionalne slike srca. premakne ultrazvočni pramen (skenira) v sektor, ki ustvarja podobo srca v realnem času. dvodimenzionalne slike zdravljenje srčnega je razvoj načinu B-modalni: intenzivnost prejetih echo signale glede na svetlost točk. V senzorja s fazo kristalne rešetke je (fazni) skeniranje doseženo z zaporednim vzbujanje kristalov, ki imajo relativno majhen premer. V mehansko zaznavalo (Izdelava Vrtenje) elektromotor vrti tri ali štiri senzorje za študij M-modalno pri oknu, ki meji na površino prsnega koša. Delo nihajne senzor (vibracijah), ki temelji na nihanje piezoelektričnega elementa. so piezoelektrični elementi so razporejeni v vrsti vzporedno s smerjo in pošiljanje ultrazvočni žarke, tako da se slike in predmeti raziskovali so enake velikosti na tipalu liniji (Multicristal). Medrebrne prostore preozka za uporabo v senzorjih ehokardiografija linije. Schiller N.V., Himelman R.V. Ehokardiografija in Doppler v klinični kardiologije, v: kardiologija, ed. Parmley W.W., Chatterjee K., J. B. Lipincott Co, leta 1991, je material, ki ga prof. Norman H. Silverman.
Da bi povečali količino podatkov, vsebovanih v sliki, intenzivnost prejetih odboja signala ne more biti zastopani v obliki amplitude, in svetlosti točka: večja intenzivnost prejetih odboja signala, bolj svetlost ustreznih slikovnih točk. To se imenuje V-modal (B - "Svetlost", "svetlost").
S tem načinom je enostavno, da gredo na režim skeniranje svetlost vzorcev srca skozi čas - do M-modalni režim (M - od "gibanja", "gibanja»). Način M-modalni, eden od dveh prostorskih usklajevanje sprememb časod. Zgodovinsko M-modalni ehokardiografsko študija je bil prvi način. V M-mode ehokardiografija prenosa zaslon na navpično os oddaljenost tipala na srčnih struktur in horizontalni osi - čas. Senzor za M-modalno študiji lahko pošljejo impulze s frekvenco 1000 s-1 zagotavlja zelo visoko frekvenco spreminjajoče slike (visoka časovnaobth ločljivost). M-modalno študija omogoča vpogled v gibanje različnih struktur srca, ki sekajo en ultrazvočni žarek. Glavna pomanjkljivost študij M-modalno - dimenzionalnost.
dvodimenzionalne podobe srca režim [dvodimenzionalna], znan tudi kot način slike v realnem času, preveč, je razvoj načinu B-modal. Za dvodimenzionalnih podob srca v realnem času skeniranja (spremembe v smeri ultrazvočni snopa) v sektorju za 60-90 °. Ko dobimo dvodimenzionalna slika na zaslonu prečni prerez srca, ki sestoji iz množice točk, ki ustrezajo B-modalno ehokardiogramom za različne smeri ultrazvočnega snopa. Študija okvirja stopnja na dvodimenzionalni - med 25 in 60 min-1. Tehnično različni senzorji spremeniti položaj ultrazvočnega žarka (skeniranje), ki je dosežena na različne načine (sl. 1,1).
Pljuča in rebra zelo omejenega dostopa do srca, zato so senzorji vzporedno s smerjo ultrazvočnih žarkov, tako imenovane linearne sonde [linearni niz optični čitalniki], ki imajo velike dimenzije, ne uporabljajo v ehokardiografijo. Dve vrsti senzorjev ehokardiografijo - mehanska [skenerji mehanska sektorja] in elektronske datchiki- je nazadnje imenovana tudi detektorji z elektronsko faznih nizov [skenerji fazni sektorja], imajo od 32 do 128 piezoelektričnih elementov. Mehanski senzorji imajo običajno nekoliko višjo resolucijo, vendar so večje in veliko manj trajna. Premoč senzorje z elektronsko-fazno rešetke je postalo jasno, s prihodom študij Doppler: izkazalo se je, da so prilagojeni za njih veliko boljši od mehanskih senzorjev. Senzorji s krožno razporeditev piezoelektričnih elementov, tako imenovanih obročastih pretvornikov [obročasto matriko scanners] omogoči, da usmeri ultrazvočne žarke v prostoru. Sodobni senzorji obročastih združujejo lastnosti mehanskih senzorjev in senzorja z elektronskim fazo rešetko.

Nastavitev ehokardiografskega sliko

V različnih sistemih se ehokardiografsko prilagoditev slike lahko izvaja z različnimi tehničnimi sredstvi, vendar pa obstajajo načini za nadzor nad celotno sliko in jo predstavljajo na zaslonu.
Celotni dobiček odmeva signala [gain kontrole] ojača ali oslabi vse echo signale, ne glede na njihovo intenzivnost. Globina Plačilo [globina nadomestilo in nadomestilo za čas dobiček] služi za ojačanje signalov odbija od oddaljenih objektov, in oslabi signali odbijajo od objektov, ki se nahajajo v bližini senzorja. Globina nadomestilo je potrebno zato, ker je intenziteta ultrazvočnega signala pade, saj prehaja skozi tkiva, ki je oslabljen kot sel, in odraža Ultrazvočni signal. Kontrola Prag [zavrne kontrolo] popolnoma zavre signale pod vnaprej določeno intenziteto.
Z razvojem digitalnih metod za obdelavo slik in povečanje sive prehode obsega [sivi skali] izboljšano predstavitev ehokardiogramskim slik na zaslonu. Obdelava odbitih ultrazvočnih signalov [naknadno obdelavo] vzpostavlja razmerje med amplitudo prejetega ultrazvočnega signala in ustrezno stopnjo sive skale. Prilagajanje ehokardiografijo omogoča vzpostaviti neposredno povezavo med šibkimi in močnimi signali, šibke signale okrepiti in oslabi močne ali šibke signale oslabi in okrepiti prednosti. Latence slike [vztrajnost] se uporablja za pridobitev "mehko" podobo, pri čemer vsota dveh ali več slik na zaslonu.
Težko je dati podrobna navodila o nastavitvi slike prileganje v vseh primerih, vendar pa splošna načela, ki jih je treba upoštevati za optimalno vizualizacijo srčnih struktur so naslednji: 1) kontrola ojačanja, svetlost, kontrast, morajo biti izdelani tako, da razmerja med velikostjo in svetlost drugačen srčne strukture, ki ustrezajo dejanskim dimenzije struktur in njihovo sposobnostjo odraža ultrazvuk- 2) velikost slike morajo zadoščati zadeti sliko perikardialne strukturne 3) sledi piha v mislih, da je zmanjšanje velikosti slike poveča hitrost sličic in to uporabi za povečanje časaoth ločljivost sposobnosti- 4), je priporočljivo namestiti ustrezno "v ozadju" izboljšavo slike v strukturi zmanjšal, kar kaže na šibko ultrazvuk- 5), bi moralo biti mogoče vzdrževati stalno zoom, da bi dobili ustrezno predstavo o velikosti različnih struktur: študij odraslih bolnikih z normalnim dimenzije srce priporočena globina - 16 cm, pri preiskavi bolnikov z kardiomegalija - 20 cm.