Principiile de imagistica cardiaca cu ultrasunete

fizica ultrasunete

Ultrasunete - este un sunet cu o frecvență mai mare de 20.000 de cicluri pe secundă (sau 20 kHz). Rata la care ecografie propagates în mediu depinde de proprietățile mediului, în special cu privire la densitatea. Viteza de propagare a ultrasunetelor în țesuturi umane, la o temperatură de 37 ° C este de 1540 m / s. Sunetul este un caracter val și distribuția acestuia este supusă acelorași legi ca și propagarea luminii. Cunoașterea acestor legi de bază este esențială pentru înțelegerea principiilor fundamentale ale ecocardiografie.
Dacă densitatea, structura și temperatura identică pe toată mediul, acest mediu se numește omogen. Într-un mediu omogen unde se propagă liniar. Diferite medii au proprietăți diferite, dintre care cel mai important este impedanța acustică pentru noi. Impedanța acustică este produsul dintre densitatea mediului asupra vitezei de propagare a sunetului în ea, și caracterizează gradul de rezistență mediu al sunetului se aplică val. Viteza de propagare a undelor ultrasonice în țesuturi este practic constantă, deci ecocardiografie impedanță acustică - o funcție de densitate a unui anumit țesut. Diferite țesuturi: .. miocard, pericard, sânge, supape, clapete, etc. - au o densitate diferită. Chiar și cu diferențe minore de densitate între fluidele apare efectul „interfacială» [interfata]. val de ultrasunete, care a ajuns la granița dintre cele două mass-media pot fi reflectate de la frontieră sau să treacă prin ea. Astfel: 1) unghiul de incidență este egal cu unghiul otrazheniya- 2), datorită diferențelor de impedanțele acustice ale unghiului de refracție media nu este egal cu unghiul de incidență.
Raportul dintre unghiul de incidență (reflexie) și unghiul de refracție este descrisă de formula: n1 / n2 = sin q2 / păcat q1, unde n - impedanța acustică, t - unghiul dintre direcția de propagare a undei acustice și normala la limita de fază.
Mai mic unghiul de incidență (m. E. mai aproape de direcția de propagare a undei sonore la perpendiculara), cu atât mai mare proporția undelor sonore reflectate. Proporția ultrasunetelor reflectat este determinată de trei factori: 1) diferența impedanța acustică a presei - cu atât mai mare diferența, mai mare otrazhenie- 2) unghiul de incidență - mai aproape este la 90 °, mai otrazhenie- 3) raportul dintre mărimea obiectului și lungimea de undă - mărimea obiectului ar trebui să fie de cel puțin 1/4 lungime de undă. ultrasunete necesită o frecvență mai mare de obiecte mai mici pentru măsurare (m. e. lungime de undă mai scurtă).
Metoda rezoluției spațiale [rezoluția] definește distanța dintre două obiecte, în care acestea pot fi identificate. De exemplu, frecvența de 2,0 MHz dă puterea de rezoluție de 1 mm. Cu toate acestea, cea mai mare frecventa, mai penetrantă cu ultrasunete capacitate (adâncimea de penetrare): mai ușor este atenuarea sa [atenuare]. Astfel, este important să se găsească frecvența optimă, care oferă rezoluția maximă cu suficientă capacitate de penetrare. Tabel. 1 prezintă valori „jumătate dezintegrare“ pentru diferite medii, adică. E. Distanța la care undele ultrasonice cu o frecvență de 2,0 MHz își pierd jumătate energia.

Structuri în care există o atenuare completă a undelor ultrasonice, cu alte cuvinte, prin care ecografia nu poate pătrunde în spatele da umbra acustice [umbrirea] - la studiul unor astfel de efecte cardiace da structuri calcificate si valve cardiace protetice.

Senzorul ultrasonic

Senzor [traductor] - un dispozitiv care transformă o formă de energie în alta. În ecocardiografie, avem de-a face cu conversie a energiei electrice în mecanică și vice-versa. In acest senzor de conversie de un cristal special - elementul piezoelectric. Elementul piezoelectric schimbă dimensiunile sale, atunci când un curent electric și invers, generează un curent electric ca răspuns la presiunea aplicată la aceasta, cum ar fi prin undele ultrasonice. Astfel, cristalul piezoelectric poate trimite și primi undele ultrasonice. Elementul traductor piezoelectric este situat între doi electrozi (plus și minus). Trecerea curentului electric prin elementul îl face să se extindă apoi comprimat și, prin urmare, generează unde ultrasonice. Pe de altă parte, cu ultrasunete elementul de undă de detecție de intrare transformă impulsurile electrice înregistrate cu catod osciloscop. Lungimea optimă a elementului piezoelectric este 1/2 lungime de undă. În acest caz, elementul oscilează la o frecvență de rezonanță. Oscilațiile elementului piezoelectric se extind în toate direcțiile, inclusiv direcția carcasei senzorului. Pentru a elimina undele reflectate de carcasa senzorului, carcasa este căptușit cu un material absorbant. Semnalul sondă ultrasonică generat acoperă o distanță numită zona proximală [câmp apropiat], ca un pachet de valuri paralele, care apoi diverg într-un domeniu mult așa-numitul [câmp departe]. Ele pot fi cel mai bine studiat obiecte în zona de aproape: de aici de mai sus intensitatea radiațiilor și cu atât mai probabil este ca razele ultrasunete propaga perpendicular pe interfața. Intensitatea măsurată prin numărul de valuri pe unitatea de suprafață. Lungimea zonei de aproape (l) depinde de raza senzorului (r) și lungimea de undă cu ultrasunete (l): l = r / l. Deoarece l = V / f, unde V - viteza de propagare cu ultrasunete în țesutul și f - frecvența și V = 1540 m / s, obținem: l = f r2 / 1540.
Prin urmare, este clar că dimensiunea zonei în apropierea poate fi crescută prin creșterea razei de frecvență sau manometru. Informațiile din tabelul. 2, pot fi de ajutor în selectarea celui mai potrivit sonda pentru imagistica cardiaca.

Aplicarea lentilelor convergente și divergente, în apropierea zonei poate fi extinsă și pentru a reduce divergenta fasciculelor ultrasonice în domeniu departe. lentile Converging se concentreze undele ultrasonice sunt paralele și sunt utilizate în senzori pentru comprimarea fasciculului. Ele formează un fascicul îngust de intensitate mare, pe distanțe scurte, dincolo de care razele diverg, dar nu în aceeași măsură în care ar fi fost fără utilizarea de lentile convergente. În senzori moderne se concentreze grinzi cu ultrasunete se realizează nu prin lentile optice, electronice și mass-media.
În general, procesul de lucru ecocardiografiei poate fi reprezentat după cum urmează. La un moment dat, senzorul trimite un puls cu ultrasunete scurt. Impulse linear distribuit într-un mediu omogen, atâta timp cât acesta ajunge la limita de fază, unde reflexia sau refracția grinzilor cu ultrasunete. După un timp egal cu Dt, sunetul reflectat (ecou) revine la transmițător, care acum funcționează ca un receptor. Cunoscând viteza de propagare a sunetului de unda (1540 m / sec) și timpul pentru care sunetul este trecut la distanța de fază de delimitare și spate (Dt), se poate calcula distanța dintre senzor și această limită (D): D = 1540 Dt / 2.
Această relație între timp și distanța și stă la baza metodei de imagistica cu ultrasunete a inimii. De obicei, în ecocardiografie folosind impulsuri ultrasonice de aproximativ 1 ms. Elementul piezoelectric funcționează în modul generator de energie este mai mic de 1% din timp, iar tot restul timpului - în modul de primire. În acest caz, pacientul primește o doză minimă de iradiere cu ultrasunete.

echo de înregistrare

Intensitatea semnalului de ecou primit depinde de care parte a semnalului transmis reflectat de la limita de fază și înapoi la senzor. Intensitatea semnalelor de ecou recepționate pot fi reprezentate grafic pe un osciloscop (ecran ecocardiografie) în moduri diferite (fig. 1.1). Acest lucru poate fi de diferite impulsuri electrice amplitudy- în care la celălalt axe de coordonate este distanța de la senzor la structurile de testare. Această formă de reprezentare grafică a ecourilor primit numele Un mod modal Ecocardiografia (A - de la "amplitudinea"). Dezavantajul acestui mod ecocardiografie - incapacitatea de a portretiza mișcarea. Image înregistrează distanța între obiect și senzor, semnalul de date măsurat la un moment dat. Pentru a înregistra mișcarea oricărei structuri, este necesar să-l prezinte pe poziția ecranului la momente diferite în timp ce corespunde unei serii de ecouri. O imagine modal nu conține un timp de axe de coordonate și, prin urmare, nu poate detecta mișcarea.

Figura 1.1. Elementele de bază tehnice ale ecocardiografiei: metode imagistice. Mai sus: parasternal ax lung senzor de poziție pentru studiul din stânga M-modal zheludochka- taxa de piept, fasciculul de ultrasunete este perpendicular pe suprafața sa și trece prin peretele toracic (CW), peretele frontal al ventriculului drept (RVW), sept interventricular (sept), front clapă a valvei mitrale (LMA), clapa din spate a valvei mitrale (PMV), ventricul stâng peretelui posterior (LVW). Efectul asupra secțiunii de delimitare cu sângele acestor structuri determină o fază de reflecție a fasciculului cu ultrasunete înregistrat de către senzorul în perioada în care acesta funcționează ca un receptor de semnal. Presiunea exercitată asupra elementului piezoelectric traductor ultrasonic este transformată în semnale electrice, înregistrate pe ecran osciloscop (ecran ecocardiografie), deoarece acestea sosesc. Modul-A modal (A-mode) intensitatea semnalelor de ecou recepționate este prezentat sub formă de impulsuri electrice de amplitudine variabilă. Intensitatea B-mode ecouri modale reprezentat ca o luminozitate de pixeli individuali. Moduri modale A-B-modale și reprezintă intensitatea semnalelor ecou in timp real. Modul timp de scanare-modal este convertit în modul M-modal. mai jos: Diferite metode de producere a doua imagini tridimensionale ale inimii. Mișcările ultrasunete fascicul (scanări) în cadrul sectorului, creând o imagine a inimii în timp real. doua imagini tridimensionale ale tratamentului inimii este dezvoltarea de modul-B modale: intensitatea semnalelor de ecou recepționate care corespund luminozității punctelor. In senzor cu faza rețelei cristaline (fazate) de scanare este realizată prin excitație secvențială a cristalelor având un diametru relativ mic. Într-un senzor mecanic (Rotație mecanică) motor electric rotește trei sau patru senzori pentru studii-M modal de fereastra se invecineaza cu suprafața pieptului. Lucrul senzor oscilant (oscilare), pe baza oscilația unui element piezoelectric. elementele piezoelectrice sunt aranjate într-un rând paralel cu direcția și a trimite grinzi cu ultrasunete, astfel încât imaginea și obiectele studiate sunt de aceeași dimensiune pe senzorul liniei (Multicristal). spații intercostale prea înguste pentru a fi utilizate în senzori de linie ecocardiografie. Schiller N.V., Himelman R.V. Ecocardiografia Doppler si in cardiologie clinice, in: Cardiologie, ed. Parmley W. W. Chatterjee K., J. B. Lipincott Co, în 1991, materialul furnizat de prof. Norman H. Silverman.
Pentru a mări cantitatea de informație conținută într-o imagine, intensitatea semnalelor de ecou recepționate nu pot fi reprezentate sub formă de amplitudine, și un punct de luminozitate: cu atât mai mare intensitatea semnalelor ecou recepționate, cu atât mai mult luminozitatea punctelor de imagine corespunzătoare. Aceasta se numește In-modal (B - «luminozitate», «luminozitate»).
Din acest mod este ușor pentru a merge la regimul de scanare a modelelor de luminozitate ale inimii în timp - pentru a Regimul-M modal (M - din «mișcare», «mișcare»). Modul-M modal, una dintre cele două coordonate spațiale care schimbarea timpuluidespred. Studiul ecocardiografică Punct de vedere istoric M-modal a fost primul mod. În mod M ecran ecocardiografie modal pe axa verticală distanța de la senzor la structurile cardiace, iar axa orizontală - timp. Senzor pentru studiul M-modal poate trimite impulsuri la 1000 s-1 care le oferă imagine foarte mare schimbare de frecvență (high temporallaRezoluția-lea). studiu-M modal oferă o imagine în mișcarea diferitelor structuri ale inimii, care intersectează un fascicul de ultrasunete. Principalul dezavantaj al studiilor-M modal - dimensionalitate.
doua imagini tridimensionale ale modului inimii [bidimensional], de asemenea, cunoscut sub numele de modul de imagine în timp real, este, de asemenea, o dezvoltare în modul modal. Pentru doua imagini tridimensionale ale inimii în scanare în timp real (schimbare în direcția fasciculului cu ultrasunete), în sectorul de 60-90 °. Când obținem imaginea bidimensională pe ecran, vedere în secțiune transversală a inimii care constă dintr-o multitudine de puncte corespunzând ecografice-B modal pentru diferite direcții ale fasciculului de ultrasunete. Studiu Rata de cadre la bidimensional - de la 25 60 minute,-1. Tehnic senzori diferiți schimba poziția fasciculului ultrasonic (scanarea) este realizată în moduri diferite (Fig. 1.1).
Plămânii și coaste de acces foarte limitat la inimă, astfel încât senzorii în paralel cu direcția de grinzi cu ultrasunete, așa-numitele sonde liniare [scannere matrice liniare], având dimensiuni mari, care nu sunt utilizate în ecocardiografie. Există două tipuri principale de senzori în ecocardiografie - un dispozitiv mecanic [scanere din sectorul mecanic] și datchiki- electronice ultima, de asemenea, numit detectoare cu matrice electronic etape [scanere sectorul fazată], acestea au 32-128 a elementelor piezoelectrice. Senzorii mecanice au, în general, o rezoluție ușor mai mare, dar acestea sunt mai mari și mult mai puțin durabile. Superioritatea senzori cu grilaj de faze electronice a devenit evidentă odată cu apariția studiilor Doppler: sa dovedit că acestea sunt adaptate pentru ei mult mai bine decât senzorii mecanici. Senzori cu un aranjament circular de elemente piezoelectrice, așa numitele traductoare circulare [scannere circular matrice], permite să se concentreze razele ultrasonice în spațiu. Senzorii moderni de inelar combină proprietățile mecanice și senzori senzori cu grilaj faze de electroni.

Setarea imaginii ecocardiografic

În diferite sisteme de ajustare a imaginii ecocardiografic poate fi făcută folosind diferite mijloace tehnice, dar există modalități de a controla imaginea de ansamblu si prezentarea pe ecran.
Câștigul total al semnalului ecou [Gain controlabil] amplifica sau atenueaza toate semnalele de ecou, ​​indiferent de intensitatea lor. Adâncime de plată [compensare adâncime și de compensare în timp câștig] servește la amplificarea semnalelor reflectate de structurile îndepărtate, și slăbesc semnalele reflectate de structurile situate în apropierea senzorului. compensare adâncimii este necesară, deoarece intensitatea semnalului ultrasonic scade pe măsură ce trece prin tesuturi si este atenuat ca mesager și semnalul ultrasonic reflectat. Controlul Threshold [respinge controlul] suprimă complet semnalele sub o intensitate predeterminată.
Odată cu dezvoltarea de metode de procesare a imaginilor digitale și de a crește gradații scară de gri [scara gri] îmbunătățită de prezentare a imaginilor ecografice pe un ecran. Prelucrarea semnalelor ultrasonice reflectate [post-procesare] stabilește o relație între amplitudinea semnalului ultrasonic recepționat și nivelul de scară de gri corespunzătoare. Ajustarea ecocardiografie permite stabilirea unei corelații directe între semnalele slabe și puternice, semnalele slabe consolida și slăbi semnale puternice sau slabe slăbi și intensifica punctele forte. Imagine Latență [persistență] este utilizat pentru a obține o „moale“ imagine, în cazul în care însumarea celor două sau mai multe imagini pe ecran, care.
Este dificil să se ofere orientări detaliate cu privire la configurarea potrivesc imaginii în toate cazurile, dar principiile generale care trebuie urmate pentru vizualizare optimă a structurilor cardiace sunt după cum urmează: 1) de control câștig, luminozitate, contrast, trebuie să se facă în așa fel încât să se păstreze proporțiile între dimensiunea și luminozitatea diferite structurilor cardiace, care corespund dimensiunilor reale ale structurilor și capacitatea lor de a reflecta ultrazvuk- 2) dimensiunea imaginii ar trebui să fie suficientă pentru a lovi imaginea pericardic structurală 3) urmează suflare în vedere faptul că reducerea dimensiunii imaginii crește rata de cadre, și de a folosi aceasta pentru a crește timpuldespreRezoluția th sposobnosti- 4) Se recomandă instalarea adecvată „de fond“ îmbunătățire a imaginii în structura a scăzut, reflectând slab ultrazvuk- 5) ar trebui să fie posibil să se mențină un zoom constant pentru a obține o idee corectă a dimensiunilor structurilor diferite: studiul de pacienți adulți cu normală dimensiuni ale inimii adâncime recomandată - 16 cm, în investigarea pacienților cu cardiomegalie - 20 cm.