Jak działa ultrasonografia i czym jest ultrasonografia

Jak działa ultrasonografia

Istnieje wiele sytuacji, w których wykonuje się badanie ultrasonograficzne. Być może jesteś w ciąży, a Twój ginekolog-położnik zleca badanie USG, aby sprawdzić rozwijające się dziecko lub ustalić termin porodu. Może masz problemy z krążeniem krwi w kończynie lub sercu, a lekarz zalecił badanie dopplerowskie w celu oceny przepływu krwi. Ultrasonografia od wielu lat jest popularną techniką obrazowania medycznego.

Co to jest ultrasonografia?

Ultrasonografia to technika obrazowania medycznego wykorzystująca fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości i ich echa. Technika ta jest podobna do echolokacji stosowanej przez nietoperze, wieloryby i delfiny, a także do sonaru używanego przez okręty podwodne. W badaniu ultrasonograficznym zachodzą następujące zdarzenia:

Aparat ultrasonograficzny wysyła za pomocą głowicy impulsy dźwiękowe o wysokiej częstotliwości (1 do 5 megaherców) do wnętrza Twojego ciała. 

Fale dźwiękowe przemieszczają się w ciele i napotykają granicę między tkankami (np. między płynem a tkanką miękką, tkanką miękką a kością). 

Część fal dźwiękowych odbija się z powrotem do głowicy, a część wędruje dalej, aż dotrze do kolejnej granicy i zostanie odbita. 

Odbite fale są rejestrowane przez głowicę i przekazywane do aparatu. 

Aparat oblicza odległość od głowicy do tkanki lub narządu (granic) na podstawie prędkości dźwięku w tkance (5005 stóp/s lub 1540 m/s) oraz czasu powrotu każdego echa (zwykle rzędu milionowych części sekundy). 

Aparat wyświetla na ekranie odległości i intensywności ech, tworząc dwuwymiarowy obraz, taki jak pokazany poniżej. 

Obraz ultrasonograficzny rozwijającego się płodu (około 12 tygodni) w macicy matki. Jest to widok z boku dziecka, pokazujący (od prawej do lewej) głowę, szyję, tułów i nogi.

W typowym badaniu ultrasonograficznym każdej sekundy wysyłanych i odbieranych jest miliony impulsów i ech. Głowica może być przesuwana po powierzchni ciała i ustawiana pod różnymi kątami w celu uzyskania różnych widoków.

Aparat ultrasonograficzny

Podstawowy aparat ultrasonograficzny składa się z następujących części:

głowica przetwornika – głowica, która wysyła i odbiera fale dźwiękowe 

centralna jednostka obliczeniowa (CPU) – komputer, który wykonuje wszystkie obliczenia i zawiera zasilacze elektryczne dla siebie i głowicy przetwornika. 

sterowanie impulsami przetwornika – zmienia amplitudę, częstotliwość i czas trwania impulsów emitowanych przez głowicę przetwornika 

wyświetlacz – wyświetla obraz z danych ultrasonograficznych przetworzonych przez CPU 

klawiatura/kursor – wprowadza dane i wykonuje pomiary z wyświetlacza 

urządzenie do przechowywania danych na dysku (dysk twardy, dyskietka, CD) – przechowuje uzyskane obrazy 

drukarka – drukuje obraz z wyświetlanych danych

Głowica przetwornika

Głowica przetwornika jest główną częścią aparatu ultrasonograficznego. Głowica przetwornika wytwarza fale dźwiękowe i odbiera echa. Jest to, że tak powiem, usta i uszy aparatu ultrasonograficznego. Głowica przetwornika generuje i odbiera fale dźwiękowe, wykorzystując zasadę zwaną efektem piezoelektrycznym (ciśnienie-elektryczność), odkrytą przez Pierre’a i Jacques’a Curie w 1880 roku. W głowicy znajduje się jeden lub więcej kryształów kwarcu, zwanych kryształami piezoelektrycznymi. Kiedy przez te kryształy przepływa prąd elektryczny, szybko zmieniają one swój kształt. Szybkie zmiany kształtu, czyli wibracje kryształów, wytwarzają fale dźwiękowe, które rozchodzą się na zewnątrz. I odwrotnie, gdy fale dźwiękowe lub ciśnieniowe uderzają w kryształy, emitują one prądy elektryczne. Dlatego te same kryształy mogą być używane do wysyłania i odbierania fal dźwiękowych. Głowica zawiera również substancję pochłaniającą dźwięk, aby wyeliminować odbicia wsteczne od samej głowicy, oraz soczewkę akustyczną, która pomaga skupić emitowane fale dźwiękowe.

Głowice przetworników mają wiele kształtów i rozmiarów, jak pokazano na powyższym zdjęciu. Kształt głowicy określa jej pole widzenia, a częstotliwość emitowanych fal dźwiękowych określa, jak głęboko fale dźwiękowe penetrują tkanki oraz jaka jest rozdzielczość obrazu. Głowice przetworników mogą zawierać jeden lub więcej elementów kryształowych; w głowicach wieloelementowych każdy kryształ ma swój własny obwód. Głowice wieloelementowe mają tę zaletę, że wiązka ultradźwiękowa może być „sterowana” poprzez zmianę czasu, w którym każdy element otrzymuje impuls; sterowanie wiązką jest szczególnie ważne w echokardiografii (szczegółowe informacje na temat przetworników znajdują się w sekcji Podstawowe zasady ultrasonografii). Oprócz głowic, które można przesuwać po powierzchni ciała, niektóre głowice są zaprojektowane do wprowadzania przez różne otwory ciała (pochwę, odbytnicę, przełyk), aby mogły znajdować się bliżej badanego narządu (macicy, gruczołu krokowego, żołądka); bliższe położenie względem narządu może umożliwić uzyskanie bardziej szczegółowych obrazów.

Części aparatu ultrasonograficznego

Centralna Jednostka Obliczeniowa (CPU)

CPU jest mózgiem aparatu ultrasonograficznego. CPU to w zasadzie komputer zawierający mikroprocesor, pamięć, wzmacniacze oraz zasilacze dla mikroprocesora i głowicy przetwornika. CPU wysyła prądy elektryczne do głowicy przetwornika w celu emitowania fal dźwiękowych, a także odbiera impulsy elektryczne z głowic, które powstały w wyniku powracających ech. CPU wykonuje wszystkie obliczenia związane z przetwarzaniem danych. Po przetworzeniu surowych danych CPU tworzy obraz na monitorze. CPU może również przechowywać przetworzone dane i/lub obraz na dysku.

Sterowanie impulsami przetwornika

Sterowanie impulsami przetwornika umożliwia operatorowi, zwanemu ultrasonografistą, ustawianie i zmianę częstotliwości oraz czasu trwania impulsów ultrasonograficznych, a także trybu skanowania aparatu. Polecenia operatora są przekształcane w zmieniające się prądy elektryczne, które są przykładane do kryształów piezoelektrycznych w głowicy przetwornika.

Wyświetlacz

Wyświetlacz to monitor komputerowy, który pokazuje przetworzone dane z CPU. Wyświetlacze mogą być czarno-białe lub kolorowe, w zależności od modelu aparatu ultrasonograficznego.

Klawiatura/Kursor

Aparaty ultrasonograficzne mają wbudowaną klawiaturę i kursor, taki jak trackball. Urządzenia te umożliwiają operatorowi dodawanie notatek do danych i wykonywanie pomiarów.

Pamięć dyskowa

Przetworzone dane i/lub obrazy mogą być przechowywane na dysku. Dyski mogą być dyskami twardymi, dyskietkami, płytami kompaktowymi (CD) lub cyfrowymi dyskami wideo (DVD). Zazwyczaj skany ultrasonograficzne pacjenta są przechowywane na dyskietce i archiwizowane wraz z dokumentacją medyczną pacjenta.

Drukarki

Wiele aparatów ultrasonograficznych ma drukarki termiczne, które można wykorzystać do uzyskania wydruku obrazu z wyświetlacza.