Ультразвуковые датчики
Набор датчиков включает электронные - конвексные и линейные, механические секторные и специальные - внутриполостные, пункционные и интраоперационные позволяет проводить исследования при различных клинических ситуациях. В более сложных универсальных моделях имеется доплеровский блок или устройства цветного доплеровского картирования.
Независимо от типа и класса, к которому относится ультразвуковой диагностический аппарат, блочная схема его построения однотипна. По мере усложнения и совершенствования в диагностические системы включаются дополнительные блоки и приспособления, но принципиальная архитектура диагностического устройства остается общей для всех типов аппаратов.
В настоящее время в работе ультразвукового диагностического аппарата практически используется только метод эхолокации, поэтому датчик аппарата является одновременно и передающей и принимающей антенной. Ультразвуковой датчик (преобразователь, трансдюсор) может иметь разную конструкцию, но независимо от этого, он всегда связан с генератором электрических сигналов, которым приводится в колебание его пьезоэлемент (элементы). Если это датчик аппарата, работающего в В-режиме, с блоком формирования и обработки изображения он связан через устройство, управляющее механическим или электронным сканированием.
Отраженные сигналы, принятые датчиком, через приемно-усилительное устройство попадают в блок формирования и обработки изображения. Эта часть аппарата обычно имеет систему ВАРУ (временной автоматической регулировки усиления). Необходимость ВАРУ определяется ослаблением сигнала за счет потерь вследствие
отражения, рассеивания и поглощения ультразвука по мере проникновения его вглубь тканей. Поэтому, чем позже по времени достиг датчика отразившийся ультразвуковой импульс, тем больше он должен быть усилен, чтобы изображение на экране было равномерным по яркости. В сложных современных диагностических устройствах в блоке формирования изображения происходит цифровая компьютерная обработка сигналов, что существенно повышает качество получаемой при исследовании информации.
Полученное в результате сложной обработки изображение выводится на экран, представляющий собой электронно-лучевую трубку, аналогичную телевизионной. Корректировка параметров изображения и режимов работы аппарата производится органами управления, расположенными обычно на передней панели аппарата (клавиатура или другая система регуляторов).
Типы и виды ультразвуковых преобразователей (датчиков). Поскольку датчик является важнейшей частью прибора, а его конструкция и параметры во многом определяют возможности и эффективность диагностики, необходимо подробнее остановиться на его устройстве. Тип датчика зависит от применяемого метода исследования (А-, В-, D-метод и т.п.), а также от способа получения изображения (фиксированное положение датчика, сканирование и его разновидности: механическое, электронное и т.п.).
По типам датчики могут быть разделены на:
одномерные одноэлементные:
· датчики для А и М-режимов работы,
· датчики для доплерографии.
двумерные:
· одноэлементные
1. датчики для аппаратуры сложного ручного сканирования
2. датчики секторного механического сканирования:
а) с механическим перемещением пьезоэлемента
б) с перемещением отражателя (зеркала)
3. датчики линейного механического сканирования (с возвратно-поступательным перемещением элемента)
· многоэлементные для:
1. механического сканирования:
а) с кольцевыми элементами
б) секторно-шагового сканирования
2. электронного сканирования:
а) линейные
б) конвексные (выпуклые)
в) трапецеидальные
г) секторные
Кроме перечисленных, имеются датчики специального типа, которые применяются для получения объемных изображений, С-метода, иммерсионного сканирования и т.п.
Назначение датчиков определяет их разделение по виду. К датчикам общего назначения относятся наиболее часто используемые в практике устройства контактного сканирования (абдоминальные, акушерские, для исследования поверхностно расположенных органов и тканей, педиатрические). Датчиками специального назначения являются пункционные, кардиологические, внутриполостные (вагинальные, ректальные, пищеводные и т.п.), интраоперационные и ряд других.
Варианты эхокардиографического исследования.
1.Двухмерная эхокардиография - изображение сердца по длинной или короткой оси в реальном времени. Двухмерная эхокардиография (В-режим) позволяет в реальном времени оценить размеры полостей сердца, толщину стенок желудочков, состояние клапанного аппарата, подклапанных структур, глобальную и локальную сократимость желудочков, наличие тромбоза полостей и т. д.
2. М-режим - графическое изображение движения стенок сердца и створок клапанов во времени. М-режим позволил впервые в реальном времени оценить размеры сердца и систолическую функцию желудочков. В настоящее время применяется как вспомогательный режим при проведении эхокардиографического исследования преимущественно для измерений. В том случае, когда в парастернальной позиции курсор М-режима располагается строго перпендикулярно изображению сердца, измерения могут быть проведены с большой точностью. Если изображение сердца и курсор расположены под углом, все размеры камер сердца будут значительно завышены и могут быть неправильно истолкованы. Эта ошибка встречается у специалистов с небольшим стажем работы. Поэтому следует проводить измерения в B- режиме в конце диастолы в том случае, если М-режим не может быть применен. В настоящее время ряд фирм предложили использовать анатомический М- режим, позволяющий изменить угол курсора. На графике М-разверстки по вертикали откладывается расстояние, по горизонтали - время. В зависимости от положения курсора на экране, можно получить график колебания серии точек, расположенных вдоль курсора, вытянутый во времени, т.е. проследить за их колебанием в систолу и в диастолу.
3. Допплер-эхокардиография, включая импульсный, непрерывно-волновой, цветовой, цветовой М-режим, энергетический, тканевой цветовой, тканевой импульсный, тканевой С-режим и т. д., - метод, позволяющий неинвазивно оценить параметры центральной гемодинамики. Активное применение методики в медицине можно отнести к началу 80-х годов.
Проведение допплеровского исследования подразумевает высокий технический навык в проведении двухмерного исследования, знание топографической анатомии и гемодинамики сердца.
В эхокардиографии используют следующие варианты допплера:
Импульсный допплер (PW - pulsed wave).
Импульсный высокочастотный допплер (HFPW - high frequency pulsed wave).
Постоянноволновой допплер (CW - continuouse wave).
Цветовой допплер (Color Doppler).
Цветовой М-модальный допплер (Color M-mode).
Энергетический допплер (Power Doppler).
Тканевой скоростной допплер (TissueVelosity Imaging).
Тканевой импульсный допплер (Pulsed Wave Tissue Velosity Imaging).
Импульсный допплер (Pulsed Wave, или PW). Графическая разверстка импульсно-волнового допплера отражает характер кровотока в конкретной данной точке, в месте установки контрольного объема. Точка установки контрольного объема называется базовой линией. По вертикали на графике откладывается скорость потока, по горизонтали - время. Все потоки, которые в конкретной данной точке движутся к датчику, располагаются на графике выше базовой линии; все потоки, которые движутся от датчика - ниже нулевой линии. Помимо формы и характера кровотока на графике можно зафиксировать щелчки открытия и закрытия створок клапанов, дополнительные сигналы от хорд створок и стенок сердца. Импульсный допплер имеет скоростной предел (не более 2,5 м/с), поэтому с его помощью нельзя зарегистрировать потоки, имеющие высокую скорость. Импульсный высокочастотный допплер (HFPW - high frequency pulsed wave). Несколько контрольных объемов распологаются один за другим на различной глубине. Это позволяет регистрировать кровоток, скорость которого превышает 2,5 м/с.
Постоянно-волновой допплер (CW - Continuous Wave Doppler). Позволяет регистрировать высокоскоростные потоки. Недостаток метода состоит в том, что на графике регистрируются все потоки по ходу луча. Методика CW допплеровского исследования позволяет произвести расчеты давления в полостях сердца и магистральных сосудов в ту или иную фазу сердечного цикла, рассчитать степень значимости стеноза и т.д. Основным уравнением CW является уравнение Бернулли, позволяющее расчитать разницу давления или градиент давления. С помощью уравнения можно измерить разницу давления между камерами в норме и при наличии патологического, высокоскоростного
Цветовой допплер - аналог импульсного допплера, где направление и скорость кровотока картируется различным цветом. Так кровоток к датчику принято картировать красным цветом, от датчика - синим цветом. Турбулентный кровоток картируется сине-зелено-желтым цветом. Цветовой M-модальный допплер (Color M-mode). Сопоставление M-модального режима и цветового допплера при проведении курсора через ту или иную плоскость, позволяет разобраться в фазами сердечного цикла и патологическим кровотоком.
Энергетический допплер (Power Doppler). Применяется для регистрации низкоскоростного кровотока. При этом регистрируется амплитуда отраженного от движущегося объекта сигнала в виде бело-оранжевого изображения, которое не отражает направление кровотока. В настоящее время энергетический допплер используют в сочетании с контрастными веществами (левовист и др.) для изучения перфузии миокарда.
Тканевой допплер (Tissue Velocity Imaging). Принцип данного метода основан на картировании направления движения тканей определенным цветом. Таким образом, красным цветом обозначают движение к датчику, синим - от датчика. Изучая направления движения стенок левого и правого желудочков в систолу и диастолу с помощью TVI можно обнаружить скрытые зоны нарушения локальной сократимости. Совмещение двухмерного исследования в режиме TVI с M-модальным увеличивает точность диагностики.
Тканевой импульсный допплер (Pulsed Wave Tissue Velocity Imaging). Позволяет оценить графически характер движения стенки желудочков в конкретной данной точке. Выделяют систолический компонент, ранний и поздний диастолический компоненты.Данный вариант допплера позволяет проводить картирование миокарда и увеличивает точность диагностики у больных с ишемической болезнью сердца.
Таким образом, допплеровские методики позволяют получить большой объем информации без применения инвазивных методов исследования.
Чреспищеводная эхокардиография (моно-, би-, и мультиплановая). Исследование сердца через пищевод с использованием специальных датчиков. Информативность метода очень высокая. Противопоказанием служит наличие стриктуры пищевода.
Стресс-эхокардиография (с использованием физической нагрузки, чреспищеводной электростимуляции или медикаментозной нагрузки). Широко применяется у больных с ишемической болезнью сердца.
Трехмерное и четырехмерное моделирование сердца - компьютерный анализ изображения и построение объемного изображения камер сердца, створок клапанов, кровотока и т. д.
Внутрисосудистый ультразвук - исследование коронарных артерий с использованием специального внутрисосудистого датчика малого диаметра. Инвазивный ультразвуковой метод. Используется параллельно с коронарографией.
Контрастная эхокардиография - применяется для контрастирования правых камер сердца при подозрении на дефект, или левых камер сердца для исследования перфузии миокарда. Информативность метода контрастирования левых камер сердца сопоставима со сцинтиграфией миокарда. Положительным фактором является отсутствие лучевой нагрузки на больного. Отрицательными факторами являются инвазивный характер метода и высокая цена препарата ( левовист, альбунекс и т.д.).
Cкрининговое исследование сердца можно провести на любом ультразвуковом приборе, при наличии соответствующего кардиологического датчика и В- и М- режимов. При этом можно использовать недорогие ультразвуковые сканеры. Уровень диагностики и процент ошибки в этом случае во многом зависят от квалификации специалиста.
Современное эхокардиографическое исследование должно включать, помимо В- и М- режимов, цветовой допплер, импульсно-волновой и непрерывно-волновой допплер. При наличии патологии, только непрерывноволновой допплер позволит измерить высокоскоростные патологические потоки, провести все необходимые расчеты и измерения, оценить гемодинамику.
Объем получаемой информации зависит от возможности датчика. Внутрисосудистые датчики применяются параллельно с ангиографическим исследованием, используются кардиохирургами. Чреспищеводные датчики могут быть моноплановыми, биплановыми и мультиплановыми.
Современные технологии (тканевой допплер, контрасты) позволяют во много раз повысить информативность исследования, особенно, у больных с патологией миокарда.