Медицински ултразвук
Шта је ултразвук
Ултразвук се не разликује много од познатих звучних таласа, осим што не чујемо његов „звук“. Када фреквенција звучних таласа достигне више од 20 кХз, што је изван опсега који нормални људи могу да перципирају, ова врста звучних таласа се назива ултразвуком. Слично, ако је фреквенција звучног таласа нижа од опсега који људи могу чути, то је инфразвучни талас. Дакле, у другим физичким својствима, ултразвучни таласи су у основи исти као и звучни таласи. Ултразвук/звучни талас је врста механичког таласа, уздужног таласа и таласа притиска. Проширује се вибрацијом честица, а вибрација честица ће наставити да ствара области релативно високог и ниског притиска (као што је приказано на слици испод), а његов правац вибрације је у складу са смером ширења, тако да ширење ултразвучних таласа захтева медијум. Под различитим медијима, брзина ултразвучних таласа је различита. На пример, брзина у ваздуху је око 340 метара у секунди, у људском телу је око 1540 метара у секунди, а брзина у вакууму је 0. Ултразвук има широк спектар примене, посебно у области медицине. Као нерадиоактивна метода, ултразвук може помоћи лекарима у постављању боље дијагнозе пацијената. Касније ће бити детаљно проширен.
Како направити ултразвук
Генерисање ултразвучних таласа и генерисање звучних таласа заснивају се на истом принципу. За звучне таласе обично користимо телефон као пример. Када се говори, звук (механичка енергија) се претвара у електричне сигнале (електрична енергија) који путују до другог краја, а затим се при слушању електрични сигнали претварају назад у звук. Ово је потпуно исто као и процес генерисања и пријема ултразвучних таласа, а њихов принцип је пиезоелектрични ефекат. Пиезоелектрични ефекат је да ће одређени материјали, као што је кварц, генерисати одређени степен напона на својој површини када је подвргнут механичком притиску; а ако применимо напон на његову површину, она ће генерисати одређени степен механичке деформације. Затим кроз прецизну контролу електричног сигнала можемо генерисати и примати ултразвучне таласе. Тренутно је ПЗТ најчешћи материјал који се користи у ултразвучним инструментима. У нормалном раду инструмента, ултразвучни таласи се обично појављују у облику импулса, а не континуираних таласа, тако да генерално, ПЗТ прима електрични импулсни сигнал, генерише ултразвучни талас, а затим почиње да прати, а пријем враћа један Након још једног. Ултразвучни сигнали се претварају у одговарајуће електричне сигнале за даљу обраду података, а циклус се понавља док се скенирање не заврши.
Ширење ултразвука у људском телу
Као што је раније поменуто, брзина ултразвучних таласа у људском телу је око 1540 метара у секунди, што је заправо просечна вредност и такође је брзина калибрације коју користе ултразвучни инструменти у већини случајева. Као што ће бити поменуто касније, ултразвучно снимање се ослања на процену брзине ултразвука, а његова тачност ће имати директан утицај на квалитет слике. Затим, за различите органе и ткива, брзина преноса је различита. На пример, то је око 1510 метара у секунди у мозгу, око 1560 метара у секунди у јетри и бубрезима, 1570 метара у секунди у мишићима, итд. Ово се не разликује много од просека. Међутим, ултразвучна брзина у масти је само око 1440 метара у секунди. Ова разлика у брзини значајно смањује квалитет ултразвучне слике код гојазних пацијената, тако да ће у овом случају инструмент поново калибрисати или динамички подешавати брзину.
Пошто је ултразвук нека врста таласа, он ће такође производити физичке појаве везане за таласе са различитим ткивима и органима током ширења људског тела. Ове појаве су основа за снимање ултразвуком. Углавном пренос, рефлексија, расејање и преламање. Када ПЗТ емитује ултразвучне таласе и наиђе на људске органе/ткива, део таласа може да продре и настави да се шири дубоко у људско тело дуж првобитног правца, што је пренос и енергија таласа ће се делимично апсорбовати у процесу; преостали део таласа Враћајући се у супротном смеру и примљен од ПЗТ-а, овај део је рефлектовани талас, а сигнал ових рефлектованих таласа је главна сировина за снимање; енергија расејаних таласа је обично веома мала, а преломљени таласи ће ометати снимање. У основи, способност ултразвука да преноси и способност органа/ткива да апсорбују ултразвук одређује колико дубоко ултразвук може да "види". Пошто је нижа фреквенција, то је продирање ултразвука јача, па када лекари треба да виде дубље, често ће се користити детектор ниже фреквенције (трансдуктор), али ниска фреквенција обично узрокује деградацију квалитета слике. Ово је компромис који треба направити и о њему ће се детаљно говорити касније када будемо говорили о детекторима.
Увод у медицинско ултразвучно снимање
Са продубљивањем истраживања и медицинских потреба, ултразвучне слике су се промениле са само 1Д на 3Д/4Д. Ултразвучни инструменти сада могу да подрже различите режиме снимања како би задовољили потребе различитих пацијената и лекара. Следеће представља неколико главних режима снимања.
А-режим: То је такозвани 1Д, који је најједноставнији режим. Детектор емитује талас ултразвучних таласа у одређеном правцу, а инструмент представља једначину између рефлектованог сигнала и дубине, а слика је слична сигналу који обично видимо на осцилоскопу. А-режим је био главни начин раних ултразвучних инструмената и сада се мање користи, али се такође може користити за вођење високоенергетских таласа за лечење тумора током операције.
Б-режим: Б је овде осветљеност. У овом режиму, детектор скенира област и генерише 2Д слику у сивим тоновима. Ово је један од најчешће коришћених режима. Што је светлија боја (бела), јачи је рефлектовани сигнал, генерално површина органа/ткива, а што је тамнија боја (црна), то је рефлектовани сигнал слабији.
М-режим: М је овде кретање. У режиму покрета, инструмент врши брзо Б-режим скенирања и снимања, тако да лекар може да види кретање органа, што је посебно важно за дијагностику у вези са срцем.
Доплеров режим: Доплеров режим, назван по коришћењу Доплеровог феномена за мерење брзине покретних објеката. У режиму Доплера, лекари могу да прате проток и смер крви да би идентификовали могуће лезије у крвним судовима.
Доплер у боји: Овај режим се једноставно може схватити као Б-режим/М-режим плус Доплер, односно, на основу 2Д слика у нијансама сиве, доплер режим и калибрација боје се користе за приказ положаја, протока крви, брзине протока и смер крвних судова.
3Д/4Д: 3Д режим је 3Д слика која може да представи органе/ткива. Што се тиче 4Д, то је 3Д слика у реалном времену. Иако многи напредни ултразвучни инструменти користе 3Д и 4Д режиме, они се углавном не користе много.
