Основные принципы УЗИ

     Ультразвуковое изображение начинается с механического колебания кристалла, который возбуждается электрическим импульсом. Эти колебания (пьезоэлектрический эффект, о котором упоминалось ранее) испускаются кристаллом как звуковая волна  (направленные вниз стрелки на рисунке 3) точно так же, как звуковые волны испускаются мембраной громкоговорителя. Звуковые волны от датчика, состоящего из множества кристаллов, проникают через ткани. Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая – отражается и возвращается как эхо (направленные вверх стрелки на рисунке 3) к датчику. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

Рисунок 3. Принцип распространения и отражения ультразвука.

     Вернувшиеся эхосигналы в обратном порядке преобразуются пьезокристаллами в электрические импульсы и используются затем компьютером для построения сонографического изображения.

     Звуковые волны отражаются от границы раздела (А, В, С) между средами с различной акустической плотностью (т.е. различным распространением звука). Отражение звуковых волн пропорционально разнице акустической плотности: умеренная разница (граница А на рисунке 3 слева) будет отражать и возвращать часть звукового луча к датчика, оставшиеся звуковые волны будут передаваться и проникать дальше в слои тканей, лежащие глубже.

     Если разница в акустической плотности больше (граница А на рисунке 3 справа), интенсивность отраженного звука также увеличивается, а интенсивность проникающего дальше звука пропорционально уменьшается. Если акустическая плотность существенно различается (граница В на рисунке 3 справа), звуковой луч полностью отражается, и в результате образуется тотальная акустическая тень (полное отражение). Акустическая тень наблюдается позади костей (ребра), камней (в почках или желчном пузыре) и газа (газ в кишечнике).

     Эхосигналы не появляются, если нет различий в акустической плотности граничащих сред: гомогенные жидкости (кровь, желчь, моча и содержимое кист) выглядят как эхонегативные (черные) структуры.

     Отражение ультразвуковых волн зависит также от угла падения на зону воздействия – чем больше угол падения, тем больше коэффициент отражения. Поэтому ультразвуковой излучатель должен прикасаться к коже всей своей поверхностью.

     Процессор рассчитывает глубину, на которой возникло эхо, путем регистрации разницы времени между моментами излучения акустической волны и получения эхосигнала. Эхосигналы от тканей, лежащих рядом с датчиком (А), возвращаются раньше (t_a), чем от тканей, лежащих на глубине (t_b, t_c).

     Воздух сильно поглощает ультразвук, поэтому непосредственный контакт между датчиком и кожей обеспечивается нанесением контактного геля.