Ультразвуковая диагностика (УЗД) представляет собой неинвазивный метод визуализации биологических тканей, основанный на распространении, отражении и рассеянии ультразвуковых волн в биосредах. Основу метода составляют физические принципы акустики, включая характеристики звука высокой частоты, его взаимодействие с неоднородными структурами, а также регистрацию отклика тканей.
Ультразвуковые волны — это механические продольные волны с частотой выше верхнего предела слышимости человеческого уха (обычно выше 20 кГц). В медицинской диагностике применяются диапазоны от 1 до 20 МГц.
Скорость ультразвука варьируется в зависимости от типа ткани:
Поглощение и рассеяние возрастают с частотой. Это ограничивает глубину проникновения высокочастотного ультразвука и определяет выбор рабочих частот в зависимости от исследуемого органа.
Отражение ультразвука на границе двух тканей происходит из-за разности их акустических импедансов. При большой разнице большая часть энергии отражается (например, на границе «ткань–кость»), что затрудняет визуализацию более глубоких структур.
Акустическое окно — путь минимального затухания, через который проводится сканирование. Например, исследование печени часто проводится через межреберные промежутки, а мозг новорождённого — через родничок.
A-режим (амплитудный режим) Простейшая форма ультразвукового отображения. На экране фиксируются пики отраженного сигнала в зависимости от времени (глубины). Применяется редко, преимущественно в офтальмологии.
B-режим (яркостный режим) Отраженные сигналы преобразуются в точки различной яркости, формируя двумерное серошкальное изображение (ультразвуковое сечение). Основной режим в клинической практике.
M-режим (движущийся режим) Фиксируется движение отражающих структур во времени вдоль одного луча. Применяется для оценки работы клапанов сердца, движения стенок сосудов, дыхательных колебаний плевры.
Допплеровские режимы Позволяют регистрировать движение крови за счёт эффекта Доплера — смещения частоты отраженного сигнала от движущихся объектов:
Основным элементом является пьезоэлектрический кристалл (обычно из титаната бария или цирконата-титаната свинца), который при подаче на него переменного тока излучает механические колебания, а при приёме отраженных волн — генерирует электрические сигналы.
Типы преобразователей:
Аксиальное разрешение — способность различать две точки, расположенные вдоль направления луча. Зависит от длины импульса: чем короче импульс, тем выше разрешение.
Латеральное разрешение — способность различать точки, расположенные поперечно лучу. Зависит от ширины ультразвукового пучка и фокусировки.
Для улучшения разрешающей способности используют многократное фокусирование, аподизацию, компаундирование изображений, цифровую фильтрацию.
Ультразвук в медицинских диапазонах считается безопасным. Однако, при высокой интенсивности возможно:
В клинической практике используются ALARA-принципы (As Low As Reasonably Achievable): минимизация экспозиции при сохранении диагностической эффективности.
Для повышения контрастности сосудистого русла применяются ультразвуковые контрастные вещества — микропузырьки газа, стабилизированные оболочкой. Они усиливают отражённый сигнал от крови и позволяют оценивать перфузию тканей.
Особое значение УЗ-контраст имеет в диагностике опухолей печени, сердца, почек, а также при мониторинге ангиогенеза и ишемии.
Метод оценки жесткости тканей, основанный на регистрации деформации в ответ на приложенное давление (механическое или акустическое). Используется для диагностики фиброза печени, опухолей молочной железы, щитовидной железы и предстательной железы.
Кардиология: эхокардиография с допплеровским анализом кровотока. Позволяет оценить размеры полостей, сократимость, клапанные патологии, внутрисердечные потоки.
Акушерство и гинекология: мониторинг развития плода, выявление пороков, оценка плаценты и околоплодных вод. Трансвагинальное УЗИ даёт высокую детализацию органов малого таза.
Абдоминальные органы: оценка печени, желчного пузыря, поджелудочной железы, селезёнки, почек. Часто используется для выявления опухолей, кист, абсцессов.
Урология: исследование предстательной железы, мочевого пузыря, семенных пузырьков. Определение остаточной мочи, гидронефроза, камней.
Молочная железа: диагностика кист, фиброаденом, злокачественных новообразований. Часто в комбинации с маммографией.
Щитовидная железа: определение узлов, кист, оценка васкуляризации, планирование пункции.
Мускуло-скелетная система: оценка суставов, сухожилий, мышц. Визуализация синовиальных оболочек, выпота, травм.
Поверхностные структуры и сосуды: исследование артерий и вен, выявление тромбозов, стенозов, варикозной болезни. Применяется для контроля сосудистых протезов и фистул.
Развитие технологий ультразвука включает:
Эти технологии позволяют расширять границы диагностики, обеспечивая быстрый, безопасный и точный метод визуализации в реальном времени.