Принципи ультразвукової візуалізації серця

10.07.2015

Принципи ультразвукової візуалізації серця
Фізика ультразвуку

Ультразвук — це звук з частотою більше 20000 коливань в секунду (або 20 кГц). Швидкість, з якою ультразвук поширюється в середовищі, залежить від властивостей цього середовища, зокрема, від її щільності. Швидкість поширення ультразвуку в тканинах людини при температурі 37°С дорівнює 1540 м/с. Звук має хвильову природу і його поширення підпорядковується таким самим законам, що і процес поширення світла. Знання цих основних законів суттєво для розуміння принципових основ ехокардіографії.

Якщо щільність, структура і температура однакові по всій середовищі, то таке середовище називається гомогенною. В гомогенної середовищі хвилі поширюються лінійно. Різні середовища володіють різними властивостями, з яких для нас особливо важливий акустичний імпеданс. Акустичний імпеданс дорівнює добутку щільності середовища на швидкість поширення в ній звуку і характеризує ступінь опору середовища поширення звукової хвилі. Швидкість поширення ультразвукової хвилі в тканинах практично постійна, тому в ехокардіографії акустичний імпеданс — лише функція щільності тієї або іншої тканини. Різні тканини: міокард, перикард, кров, стулки клапанів і т. д. — мають різну щільність. Навіть при незначній різниці густин між середовищами виникає ефект «розділу фаз» [interface]. Ультразвукова хвиля, яка досягла межі двох середовищ, може відбитися від кордону або пройти через неї. При цьому: 1) кут падіння дорівнює куту відбиття; 2) з-за відмінностей акустичних імпедансів середовищ кут заломлення не дорівнює куту падіння.

Співвідношення між кутом падіння (відображення) і кутом заломлення описується формулою: n1/n2 = sin q2/sin q1, де n — акустичний імпеданс, t — кут між напрямком поширення звукової хвилі і перпендикуляром до межі фаз.

Чим менше кут падіння (тобто чим ближче напрям поширення звукової хвилі до перпендикуляру), тим більше частка відбитих звукових хвиль. Частка відбитого ультразвуку визначається трьома факторами: 1) різницею акустичного імпедансу середовищ — чим більше ця різниця, тим більше відображення; 2) кутом падіння — чим ближче він до 90°, тим більше відображення; 3) співвідношенням розмірів об’єкта і довжини хвилі — розміри об’єкта повинні бути не менше 1/4 довжини хвилі. Для вимірювання менших об’єктів потрібно ультразвук з більшою частотою (тобто з меншою довжиною хвилі).

Просторова роздільна здатність методу [resolution] визначає відстань між двома об’єктами, при якому їх ще можна розрізнити. Наприклад, частота 2,0 МГц дає роздільну здатність в 1 мм. Однак, чим вище частота, тим менше проникаюча здатність ультразвуку (глибина проникнення): тим легше відбувається його загасання [attenuation]. Таким чином, важливо знайти оптимальну частоту, яка дає максимальну роздільну здатність при достатній проникаючої здатності. В табл. 1 наведені значення «половинного загасання» для різних середовищ, тобто відстані, на яких ультразвукові хвилі з частотою 2,0 МГц втрачають половину своєї енергії.

Таблиця 1. половинного Значення загасання ультразвукових хвиль з частотою 2,0 МГц у різних середовищах

Короткий опис статті: ультразвукові датчики узд,

Джерело: Принципи ультразвукової візуалізації серця

Також ви можете прочитати