Sonografie

Videoclip cu ultrasunete al unui făt de 11 săptămâni

Sonografia sau sonografia , cunoscută și sub numele de ecografie și examinare cu ultrasunete , sau „ultrasunete” colocvial, este un proces imagistic care folosește ultrasunetele pentru a examina țesuturile organice din medicină și medicina veterinară , precum și structurile tehnice.

Imaginea cu ultrasunete se mai numește sonogramă .

Aplicații în medicină

Domenii de aplicare

Examenul sonografiei cardiace a unui sugar

Un avantaj major al sonografiei față de razele X, care sunt de asemenea utilizate frecvent în medicină, este inofensivitatea undelor sonore utilizate . Nici țesuturile sensibile, cum ar fi cele la nenăscut, nu sunt deteriorate, iar examinarea este nedureroasă.

Pe lângă cardiotocografie , este o procedură standard în îngrijirea prenatală . O examinare specială a diagnosticului prenatal pentru depistarea tulburărilor de dezvoltare și a caracteristicilor fizice este ecografia fină .

Sonografia este cea mai importantă metodă în diagnosticul diferențial al unui abdomen acut , calculi biliari sau în evaluarea vaselor și a permeabilității acestora, în special la nivelul picioarelor. De asemenea, este utilizat ca standard pentru examinarea glandei tiroide , a inimii - numită apoi ecocardiografie sau cardiografie cu ultrasunete (UKG) - rinichii , tractul urinar și vezica urinară . Utilizarea amplificatorilor de contrast de ecou ( substanțe de contrast ) poate, în cazuri adecvate, îmbunătăți și mai mult diagnosticul.

În ginecologie, o sondă introdusă vaginal este utilizată pentru a examina ovarele și uterul .

Aplicarea ultrasunetelor este adecvată pentru evaluarea inițială și pentru verificări ulterioare, în special în cazul tratamentului medicinal sau radioterapeutic al bolilor maligne.

Cu ultrasunete, focarele de cancer suspectate pot fi identificate și se pot obține indicații inițiale ale malignității lor. În plus, pot fi efectuate biopsii și citologii ghidate cu ultrasunete (prelevarea de probe de țesut sau lichid liber).

Înregistrarea secvențelor de imagini cu ultrasunete, în special în legătură cu mijloacele de contrast, permite perfuzarea diferitelor organe, cum ar fi z. B. Ficatul sau creierul prin vizualizarea cursului nivelului de agent de contrast în fluxul sanguin. Aceasta acceptă z. B. un diagnostic precoce de accident vascular cerebral ischemic .

O dezvoltare actuală este diagnosticul fracturilor osoase și urmărirea acestora. În special în cazul fracturilor în copilărie, este posibilă o reprezentare a ultrasunetelor a fracturilor în anumite regiuni cu o precizie care poate face imaginile cu raze X inutile. În prezent, această ultrasunete de fractură poate fi utilizată pentru fracturile antebrațului în apropierea încheieturii mâinii, precum și pentru coatele rupte și humerusul.

Accesibilitatea organelor

Toate organele care conțin apă și sunt bogate în sânge pot fi examinate cu ușurință pentru ultrasunete. Toate organele care conțin gaze sau sunt acoperite de oase sunt greu de examinat, de exemplu intestinele în cazul flatulenței , plămânilor, creierului și măduvei osoase. Unele organe sunt greu de recunoscut în starea normală, dar ușor de recunoscut în starea extinsă patologic (apendicele, ureterul, glandele suprarenale).

Tipuri speciale de sondă, cum ar fi sonda endoscopică, care sunt inserate în corp, fac posibilă examinarea organelor interne, numite ultrasunete endoscopice . De exemplu, o sondă este inserată vaginal pentru a examina ovarele, anal pentru a examina prostata sau oral pentru a examina stomacul sau - mai des - inima ( TEE ).

Organe care pot fi ușor examinate:

Aorta abdominală - artere și vene (cu excepția craniului), de ex. B. Arterele carotide , vena cavă inferioară
Inimă - ficat - splină - rinichi - pancreas
Vezica biliară - canal biliar
Intestinele (parțial)
ureter
Testicule
Pleura
Glanda tiroidă - glandele salivare
Noduli limfatici
Oase (ca parte a ultrasunetelor de fractură )
piele
Mușchii accesibili
Diafragmă (în funcție de întrebare)

Accesibilitate limitată sau printr-o sondă endoscopică, posibil și prin vezica urinară completă :

Rău de examinat:

Creier (excepție: creierul sugarului prin fontanelul deschis ) - nervi
Coloana vertebrală - măduva spinării
În interiorul oaselor - în interiorul articulațiilor
Arterele coronare (IVUS)
Traheea - plămâni

Caracteristici speciale la copii și bebeluși nenăscuți:

Multe mai multe organe pot fi examinate la copii decât la adulți, deoarece osificarea nu a fost încă finalizată sau abia începe la nou-născuți (de exemplu, fontanelul este încă deschis):

Creier - vase cerebrale
Coloana vertebrală - măduva spinării
Glandei suprarenale
Ecografie de fractură la vârsta de până la 12 ani

Copilul nenăscut poate fi examinat aproape complet în uter, deoarece nu există încă o acoperire de gaz și formarea osoasă abia începe.

de asemenea, plămânii - stomacul - oasele extremităților etc.

avantaje

Diagnosticul cu ultrasunete este folosit astăzi de aproape toate disciplinele medicale. Motivele sunt aplicația cu risc scăzut, neinvazivă , nedureroasă și fără expunere la radiații , disponibilitatea ridicată și implementarea rapidă. Costurile de achiziție și de operare sunt mai mici în comparație cu alte metode de imagistică, cum ar fi tomografia computerizată (CT) sau tomografia prin rezonanță magnetică (MRT). În plus, nu este nevoie de măsuri și instrucțiuni extinse de radioprotecție . O tăiere gratuită a sondelor permite controlul imaginii secționale dorite în timp real. Doppler Sonografie poate ( în special la metoda stabilit numai fluxurile lichide fluxului de sânge de grup) în mod dinamic.

Mediile de contrast utilizate sunt singurele care nu părăsesc fluxul sanguin. Acest lucru permite diagnosticarea precisă a modificărilor hepatice în special. La 1 până la 2 ml, cantitatea de potențiator de contrast necesară este de aproximativ 100 de ori mai mică decât la CT și RMN, efectele secundare cunoscute până în prezent sunt mult mai puțin frecvente (alergii, inducerea anginei pectorale și atacuri de astm).

dezavantaj

Procedura are o rezoluție spațială mai mică în țesuturile profunde decât CT și RMN. De țesut moale Rezoluția de contrast poate fi , de asemenea inferioară celei a IRM. Gazele și oasele împiedică răspândirea undelor ultrasunete. Acest lucru face ca sonografia să fie dificilă pentru organele umplute cu gaze ( plămâni , intestine) și sub oase ( craniu , măduva spinării). Spre deosebire de alte proceduri de imagistică, nu există o pregătire standardizată. Prin urmare, există mari diferențe calitative în abilitățile de diagnostic ale utilizatorilor.

Sonografia Doppler nu este complet lipsită de riscuri în timpul sarcinii. Poate duce la o creștere semnificativă biologic a temperaturii în țesutul cu ultrasunete. Datorită riscului potențial de deteriorare a structurilor cerebrale, sonografia Doppler este limitată la a doua jumătate a sarcinii și la cazurile de anumite indicații (cum ar fi suspiciunea de malformații fetale sau modele anormale ale ritmului cardiac). Atunci când se utilizează sonografia Doppler, trebuie să se facă un echilibru atent între beneficiile și riscurile examinării.

Istoria sonografiei

Ideea de bază de a face structurile vizibile prin sunet se întoarce la aplicațiile militare ale efectului de generare a undelor sonore piezoelectrice , cunoscut încă din 1880 . În timpul primului război mondial, francezul Paul Langevin a transmis undele ultrasonice generate de cristalele de cuarț în apă și a dezvoltat astfel o metodă ( sondă de ecou ) pentru localizarea submarinelor . Metoda nu a fost adecvată pentru aplicații medicale, deoarece intensitatea undelor sonore a fost atât de puternică încât peștii loviți de acestea s-au destrămat. Această formă de aplicare a continuat cu dezvoltarea ASDIC și a sonarului de către americani și britanici în timpul celui de-al doilea război mondial.

În perioada dintre războaie, rusul SJ Sokoloff și americanul Floyd A. Firestone au dezvoltat metode asistate de ultrasunete pentru a detecta defectele materiale ale materialelor. Prima aplicare medicală a fost făcută în 1942 de către neurologul Karl Dussik (1908–1968), care a afișat un ventricul lateral al cerebrului folosind măsurarea în modul A (afișarea amplitudinii). El și-a numit procedura hiperfonografie .

De la sfârșitul anilor 1940, sonografia s-a dezvoltat simultan în cadrul diferitelor specialități medicale. Primele examinări cardiologice folosind măsurători în modul A au fost efectuate de Wolf-Dieter Keidel , primele măsurări în modul M (curbe de amplitudine la rând) au fost efectuate de Inge Edler și Carl Helmut Hertz de la Universitatea Lund din Suedia. Cam în aceeași perioadă, englezul John Julian Wild (1914-2009, a imigrat în SUA după cel de-al doilea război mondial) și americanii Douglass H. Howry (1920-1969) și Joseph H. Holmes (1902-1982) primul B -Mode -imagini în secțiune (fascicul în mișcare, afișare a luminozității asemănătoare radarului pulsului ) generate din zona gâtului și a abdomenului . Metoda utilizată pentru aceasta a fost procesul compus , în care subiectul testat a stat într-un butoi umplut cu apă și sonda cu ultrasunete a rătăcit în jurul lor pe o cale circulară.

În aceeași perioadă, primele aplicații au fost făcute în oftalmologie (GH Mundt și WF Hughes, 1956) și ginecologie ( Ian Donald ). Prima aplicare a principiului Doppler (detectarea mișcării bazată pe efectul Doppler ) a fost făcută în 1959 de japonezul Shigeo Satomura (1919–1960), care a câștigat rapid un loc în angiologie și cardiologie . Afișajele Doppler cu cod color au fost posibile doar din anii 1980, cu disponibilitatea unor computere puternice.

Imagistica

Prezentare generală

Ecografia este sunet cu o frecvență peste limita de auz uman, de la 20 kHz la 1 GHz. În diagnosticare, frecvențele între 1 și 40 MHz sunt utilizate cu o intensitate medie a sunetului de 100 mW / cm². Un dispozitiv cu ultrasunete conține electronice pentru generarea sunetului, procesarea și afișarea semnalului, precum și interfețe pentru un monitor și imprimantă, precum și pentru medii de stocare sau camere video. O sondă cu ultrasunete schimbabilă , numită și traductor, este conectată la aceasta prin cablu .

Sonde

Undele ultrasonice sunt generate de efectul piezoelectric cu cristale dispuse în sondă și sunt, de asemenea, detectate din nou. Impedanța , adică rezistența care contracarează propagarea undelor, este importantă pentru propagarea sunetului într-un material . Sunetul se reflectă puternic la interfața dintre două substanțe cu o diferență mare de impedanță. Această diferență este între aer și z. B. Apa este deosebit de pronunțată (vezi mai jos în capitolul Bazele fizice ), motiv pentru care sonda cu ultrasunete trebuie cuplată folosind un gel cu un conținut ridicat de apă , astfel încât sunetul să nu fie reflectat de buzunarele de aer dintre capul sondei și suprafață. a pielii.

Sonda cu ultrasunete vaginale

Sonda emite impulsuri de undă sonoră scurte și direcționate care sunt reflectate și împrăștiate în grade diferite la straturile limită ale țesuturilor și în țesuturile neomogene, care este denumită ecogenitate . Adâncimea structurii reflectante poate fi determinată din timpul de tranzit al semnalelor reflectate. Puterea reflexiei este afișată de dispozitivul cu ultrasunete ca o valoare de gri pe un monitor. Structurile cu ecogenitate scăzută devin întunecate sau negre, structurile cu ecogenitate ridicată sunt afișate în lumină sau alb. Lichidele precum conținutul vezicii urinare și sângele sunt deosebit de scăzute. Oasele, gazele și alte interfețe puternic reflectante ale sunetului au o ecogenitate ridicată.

Pentru documentație, sunt realizate tipăriri, așa-numitele sonograme sau ocazional înregistrări video din imaginile monitorului. Femeilor însărcinate li se oferă adesea și o imagine a copilului lor nenăscut.

O metodă de examinare conexă este tomografia cu coerență optică . Totuși, acolo se folosește lumina în locul sunetului, iar adâncimile de penetrare sunt în consecință mici. Nu timpul de tranzit, ci lungimea relativă a căii optice este evaluat pe baza interferenței.

Metoda puls-ecou

Secvența schematică a procesului ecou-impuls

Imaginea cu un dispozitiv cu ultrasunete se bazează pe așa-numita metodă de puls-ecou . Un impuls electric de la un generator de înaltă frecvență este convertit într-un impuls de sunet în traductor prin efectul piezoelectric și emis. Unda sonoră este parțial sau complet împrăștiată și reflectată la neomogenități în structura țesutului . În primul caz (reflexie / împrăștiere parțială) trenul de unde pierde energie și continuă să funcționeze cu o presiune acustică mai slabă până când energia sonoră este complet transformată în căldură prin efecte de absorbție. Un ecou care se întoarce este convertit într-un semnal electric în traductor. Apoi, electronica amplifică semnalul, îl evaluează și îl poate transmite utilizatorului în diferite moduri, de exemplu pe un monitor (vezi metodele de afișare ).

Cu metodele bidimensionale (cum ar fi cel mai frecvent utilizat modul B ), impulsul sonor ulterior este emis de pivotarea mecanică sau electronică automată a sondei generatoare de sunet într-o direcție ușor diferită. Ca rezultat , sonda scanează o anumită zonă a corpului și creează o imagine secțională bidimensională.

Următorul impuls poate fi transmis numai atunci când toate ecourile din pulsul ultrasonic anterior au decăzut. Rata de repetare este, prin urmare, dependentă de adâncimea de penetrare; acesta este intervalul maxim în obiectul examinării. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mică adâncimea de penetrare a sunetului. Cu toate acestea, cu cât frecvența este mai mare, cu atât rezoluția spațială este mai mare , adică capacitatea de a distinge obiectele care sunt apropiate. Prin urmare, trebuie selectată întotdeauna cea mai mare frecvență posibilă, ceea ce permite doar o examinare la adâncimea dorită pentru a obține cea mai bună rezoluție posibilă.

De exemplu, inima are o adâncime de aproximativ 15 cm. Frecvența care trebuie utilizată este de 3,5 MHz (a se vedea principiile fizice , tabelul 2 ). Timpul de călătorie al impulsului sonor către inimă este atunci ${\ displaystyle f}$

{\ displaystyle \ Delta t = {\ frac {\ Delta s} {c}} = {\ frac {0 {,} 15 \, \ mathrm {m}} {1500 \, \ mathrm {\ frac {m} { s}}}} = 0 {,} 0001 \, \ mathrm {s} = 100 \, {\ text {µs}}}

cu viteza sunetului în grăsime / apă / creier / mușchi. Durează de două ori mai mult până când ecoul ajunge din nou la traductor. Rata de repetare a impulsurilor individuale (nu rata cadrelor imaginii secționale complete) este . ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle f = {\ tfrac {1} {2 \ cdot \ Delta t}} = 5 \, \ mathrm {kHz}}$

Metode de prezentare

Amplitudinea semnalului de scanare în modul A versus întârzierea impulsului

În funcție de cerințe, se poate efectua o examinare cu ultrasunete cu diferite sonde cu ultrasunete și diferite evaluări și reprezentări ale rezultatelor măsurătorilor, care se numește mod (în engleză pentru: metodă, procedură). Denumirile din microscopia acustică de scanare raster (engl.: Scanning Acoustic Microscopy, SAM ) sunt ușor diferite datorită focalizării fasciculului și se referă în primul rând la diferitele dimensiuni (modul de scanare A, B, C).

Modul A

Prima formă de reprezentare utilizată a fost modul A ( A înseamnă Amplitude Mode Scan , adică înregistrarea curbei de amplitudine). Ecoul primit de sondă este prezentat într-o diagramă, cu adâncimea de penetrare pe axa x (axa timpului) și puterea ecoului pe axa y. Cu cât deviația curbei de măsurare este mai mare, cu atât țesutul este mai ecogen la adâncimea specificată. Denumirea modului se bazează pe amplificarea dependentă de timp (până la 120 dB) a semnalelor de către electronica de evaluare din dispozitivul cu ultrasunete (compensarea câștigului de timp) , deoarece o distanță mai mare a undelor de la straturile mai profunde duce la o amplitudinea semnalului datorită absorbției. Modul A este utilizat, de exemplu, în diagnosticul ORL pentru a determina dacă sinusurile paranasale sunt umplute cu secreții.

Modul B

Ecografia 2D a unui făt uman de 9 săptămâni

Modul B ( B pentru modularea luminozității în limba engleză ) este o reprezentare diferită a informațiilor modului de amplitudine , în care intensitatea ecoului este convertită într-o luminozitate. Prin deplasarea sondei mecanic, fasciculul de măsurare mătură peste o zonă într-un plan aproximativ perpendicular pe suprafața corpului. Valoarea gri a unui pixel pe ecran este o măsură a amplitudinii unui ecou în acest moment.

Mod 2D în timp real (2D în timp real)

Sonografia unui șold normal (stâng) și inflamat (drept) al unui copil. Ulterior colorat albastru mai jos: marginile oaselor (fiecare pe arborele stâng, pe nucleul capului drept, separat de zona de creștere) colorate în roșu: capsulă.

În modul 2D în timp real , în prezent cea mai obișnuită aplicație a ultrasunetelor, se generează în timp real o imagine în secțiune bidimensională a țesutului examinat prin pivotarea automată a fasciculului de măsurare și sincronizarea afișajului în modul B. Imaginea secțională este compusă din linii individuale, prin care un fascicul trebuie transmis și primit pentru fiecare linie. Forma imaginii generate depinde de tipul sondei utilizate . Modul 2D în timp real poate fi cuplat cu alte metode, cum ar fi modul M sau sonografia Doppler. În funcție de adâncimea de penetrare și de tipul sondei, pot fi afișate doar câteva sau până la o sută de imagini bidimensionale pe secundă.

Mod M

Inima câinelui (modul 2D / M): mișcarea mușchiului inimii este reprezentată de-a lungul liniei verticale în imaginea 2D (superioară) din zona M inferioară

Ilustrație 3D a unui făt uman. Fața și o mână sunt clar vizibile.

O altă formă de reprezentare frecvent utilizată este modul M sau TM (în engleză pentru mișcare (de timp) ). Un fascicul este utilizat la o frecvență mare de repetare a impulsurilor (1 - 5 kHz). Amplitudinea semnalului este prezentată pe axa verticală; trenurile de ecou generate de impulsurile consecutive sunt deplasate una împotriva celeilalte pe axa orizontală. Prin urmare, această axă reprezintă axa timpului.

Mișcările țesutului sau ale structurilor examinate duc la diferențe în ecourile individuale ale impulsurilor, secvențele de mișcare ale organelor pot fi reprezentate unidimensional. Afișajul în modul M este adesea cuplat cu modul B sau 2D.

Această metodă de examinare este utilizată în principal în ecocardiografie , pentru a putea examina mai precis mișcările zonelor musculare cardiace individuale și ale valvelor cardiace . Rezoluția temporală a acestui mod este determinată de rata maximă de repetare a impulsurilor sonore și este deja peste 3 kHz la o adâncime de 20 cm.

Aplicație multidimensională

Ecografia tridimensională a fost dezvoltată ca o aplicație suplimentară în ultimii ani (începutul secolului 21) . 3D cu ultrasunete produce imagini statice spatiale, iar ecografia 4D ( de asemenea , numit în direct 3D : 3D plus dimensiunea temporală) permite o reprezentare tridimensională în timp real. Pentru o imagine tridimensională, planul este rotit în plus față de scanarea într-un singur plan. Unghiul de scanare a zonei este salvat în același timp cu imaginea bidimensională. O altă posibilitate este utilizarea unui aranjament bidimensional al traductoarelor cu ultrasunete într-o așa-numită matrice fazată (a se vedea sonda cu ultrasunete ), în care fasciculul este pivotat electronic mai degrabă decât mecanic.

Datele sunt introduse într-o matrice 3D de către un computer pentru procesarea și vizualizarea imaginilor. În acest fel, reprezentările planurilor de tăiere pot fi generate din orice punct de vedere al obiectului sau pot fi proiectate călătorii virtuale prin corp. Pentru a evita artefactele de mișcare cauzate de activitatea inimii, înregistrarea este controlată cu ajutorul unui ECG .

Metoda Doppler

Valoarea informativă a sonografiei poate fi crescută considerabil prin utilizarea efectului Doppler . Se face distincția între metodele unidimensionale ( Doppler cu undă pulsată , Doppler cu undă continuă , denumit și modul D ) și aplicațiile bidimensionale, codificate prin culoare ( Doppler color - modul F ). Combinația de imagine B cu undă pulsată Doppler (PW Doppler) se mai numește duplex .

Metodele Doppler sunt folosite pentru a determina viteza fluxului sanguin, pentru a descoperi și evalua defecte ale inimii (valvei), constricții ( stenoze ), ocluzii sau conexiuni de scurtcircuit ( șunturi ), vezi sonografia Doppler codificată prin culoare .

principiu

Unghiul dintre direcția fluxului de sânge și fasciculul sonor

Eroare de măsurare de 7,5 ° la două unghiuri diferite. Eroarea unghiului are efecte mai mari la unghiuri mari.

Efectul Doppler apare întotdeauna când emițătorul și receptorul unei unde se mișcă unul față de celălalt. Pentru a determina viteza fluxului de sânge în vasele de sânge sau în inimă, este detectat ecoul reflectat de celulele sanguine ( eritrocite ). Semnalul reflectat este deplasat cu o anumită frecvență în comparație cu frecvența emisă de traductor: frecvența Doppler . O undă a frecvenței emană de la transmițătorul „în repaus”, traductorul ; o particulă în mișcare cu viteza de curgere reflectă sunetul cu schimbarea frecvenței . Deplasarea totală a frecvenței (cu unghiul dintre traiectoria particulelor și fasciculul sonor: viteza sunetului) este ${\ displaystyle f}$ ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle \ Delta f_ {1}}$ ${\ displaystyle \ theta =}$ ${\ displaystyle c}$

{\ displaystyle \ Delta f_ {1} = 2f {\ frac {v} {c}} \ cos \ theta}

.

Direcția de curgere poate fi reconstituită din semnul său . La o viteză dată, cu cât este mai mare frecvența de transmisie, cu atât este mai mare schimbarea frecvenței . În intervalul de la 2 la 8 MHz și viteza de curgere de la câțiva mm / s până la 2 m / s este de aproximativ 50 Hz la 15 kHz. Pentru a măsura exact viteza, este necesar să se determine unghiul (unghiul Doppler) dintre direcția de propagare a sunetului și direcția de mișcare a eritrocitelor (direcția vaselor de sânge). Deoarece principiul Doppler este dependent de unghi și funcția cosinusului este inclusă în calculul vitezei, influența acelorași erori de măsurare a unghiului asupra vitezei calculate pe măsură ce creșterea funcției cosinusului se modifică odată cu creșterea unghiului. Deoarece mișcările traductorului cu greu pot fi evitate în realitate, erorile cauzate de această variație a unghiului cresc disproporționat dacă unghiul dintre propagarea sunetului și direcția vasculară variază din cauza examinării. Prin urmare, în general, se recomandă să nu faceți afirmații despre viteze la examinări cu un unghi Doppler> 60 °. Cu toate acestea, dependența de unghi poate fi eliminată, de exemplu, folosind capete de măsurare stereo . ${\ displaystyle f}$ ${\ displaystyle \ Delta f}$

Procedurile în detaliu

Cu metoda Doppler de undă continuă (CW Doppler), un transmițător și un receptor din traductor funcționează simultan și continuu. Prin amestecarea cu semnale adecvate de înaltă frecvență și cu filtre electronice, spectrul frecvențelor sau vitezelor Doppler și, de asemenea, direcția pot fi determinate din unda de întoarcere în electronica de evaluare . Dezavantajul acestei metode este că adâncimea țesutului din care provine ecoul Doppler nu poate fi determinată. Pe de altă parte, se pot înregistra și viteze relativ mari.

În contrast, cu Doppler cu undă pulsată (PW Doppler), așa-numita poartă poate fi setată pentru o măsurare a vitezei selectivă a locației în modul B convențional . Se măsoară doar viteza particulelor de sânge care curg prin această poartă . Semnalele cu ultrasunete de scurtă durată sunt trimise de la un traductor care funcționează atât ca emițător, cât și ca receptor. Axială Rezoluția spațială este o măsură a capacității dispozitivului de a distinge obiectele care sunt apropiate în direcția de propagare a unui impuls. Cu cât ar trebui să fie mai bună rezoluția spațială axială, cu atât trebuie să fie mai mare lățimea de bandă a semnalului de transmisie. De obicei, prin urmare, se folosesc impulsuri foarte scurte de aproximativ 2-3 trenuri unde. Cu cât durata impulsului este mai scurtă, cu atât este mai nedeterminată frecvența acestuia și cu atât este mai mare lățimea de bandă. Deoarece micile schimbări Doppler nu mai sunt vizibile pe un pachet cu o singură undă din cauza zgomotului semnalului prezent în semnal , frecvența Doppler este determinată printr-o metodă utilizând mai multe impulsuri de transmisie succesive diferite. În cele din urmă, se măsoară întotdeauna schimbarea distanței particulelor împrăștiate prezente în volumul de măsurare pe unitate de timp. Este o măsurare indirectă a frecvenței Doppler în domeniul timpului. Dacă se depășește o limită de viteză dependentă de rata de repetare a pulsului , viteza nu mai poate fi atribuită în mod clar. Acest efect se numește efect alias .

În sonografia Doppler codificată prin culoare , frecvența Doppler locală (= viteza medie a debitului) și intervalul său de fluctuație sunt determinate pentru o zonă mare a unei imagini cu ultrasunete convenționale (fereastră color) . Cu aceasta se dorește estimarea turbulenței fluxului. Cu toate acestea, datorită mișcărilor statistice ale particulelor împrăștiate, intervalul de fluctuație al vitezei de curgere este întotdeauna mai mare decât turbulența. Rezultatul este suprapus în culori false pe imaginea B, adică în nuanțe de roșu și albastru pentru diferite viteze ale sângelui și verde pentru turbulențe. Aici, culoarea roșie reprezintă de obicei mișcarea către traductor, în timp ce fluxurile departe de sondă sunt codificate cu nuanțe albastre. Zonele de viteză 0 sunt suprimate de electronică.

Utilizarea metodei Doppler într-un examen cardiac: insuficiență a valvei mitrale
Doppler color și Doppler PW. Datorită vitezei mari de curgere și a efectului de aliasing rezultat, viteza din stenoză este codificată în albastru.
Doppler tisular în miocard

O aplicație specială este Doppler tisular (de asemenea , Doppler tisular ), în care nu se măsoară și se afișează viteza fluxului sanguin, ci viteza țesutului, în special miocardul. În comparație cu metoda convențională Doppler, schimbările de frecvență sunt semnificativ mai mici și, prin urmare, această metodă de examinare necesită modificări speciale ale dispozitivului. O aplicație a Dopplerului tisular este imagistica prin tulpină ( elasticitate ) și rata de deformare (rata de elasticitate): aici se măsoară contractilitatea secțiunilor individuale de țesut ale mușchiului cardiac , care se speră să poată face afirmații mai bune despre mișcarea regională a peretelui.

Mai multe tehnici

Progresele în procesarea semnalului digital cu o putere de calcul crescută au deschis noi aplicații pentru dispozitivele cu ultrasunete. Prin intermediul codificării undelor sonore digitale , este posibil să se diferențieze în mod clar zgomotul ambiental de unda sonoră utilizată pentru generarea imaginii și astfel să se îmbunătățească rezoluția. Procesele bazate pe efecte similare sonografiei 3D permit generarea de imagini panoramice .

Au fost dezvoltate alte metode Doppler. Doppler cu coduri de amplitudine (Powerd-Doppler) nu înregistrează viteza de curgere, dar cantitatea de mișcare particulelor și , astfel , permite detectarea mult mai lent curge decât este posibil cu metoda Doppler clasic.

Utilizarea mijloacelor de contrast sonografice ( ultrasunete cu contrast ) sau afișarea fluxurilor de sânge în modul B rafinează posibilitățile de diagnostic vascular. O importanță crescândă este acordată în special mediilor de contrast, deoarece cu ajutorul lor se pot face afirmații despre demnitatea (benignă sau malignă) a noilor formațiuni tisulare.

La sfârșitul anilor 1990, afișajul imaginii B ar putea fi îmbunătățit din nou în contrast și rezoluție spațială cu Tissue Harmonic Imaging (THI). Această metodă este standard în sistemele ultrasunete comerciale de astăzi.

Erori de imagine

Vezică biliară Gb , umbrire laterală LS , anulare a sunetului distal SA în spatele diafragmei foarte reflectorizante, amplificare SV a sunetului distal

Reverberații RV

Artefactul cozii KS Comet în spatele unei bucle a intestinului subțire

Atunci când se generează imagini cu ajutorul ultrasunetelor, pot apărea artefacte (erori de imagine) care nu sunt întotdeauna considerate a fi perturbatoare, dar care pot furniza și informații suplimentare despre țesuturi sau materiale.

Un artefact foarte caracteristic este zgomotul de pete , care este cauzat de interferența undelor sonore. Este cauza petelor luminoase și întunecate distincte care alternează pe o distanță mică în imaginile cu ultrasunete.

Un artefact obișnuit este umbrirea ( dispariția sunetului distal ) din spatele obiectelor foarte reflectante, cu o impedanță care diferă semnificativ de restul țesutului, cum ar fi oasele, aerul sau concrețiile (depozitele). Există un ecou puternic atunci când sunetul este incident aproape vertical, dar nu și atunci când incidentul este înclinat.

Un câștig de sunet distal este excesiv de luminos, prezentat în spatele țesutului (distal), o structură care absoarbe puțin. În general, pentru a compensa atenuarea țesutului și, de exemplu, pentru a afișa omogen țesutul hepatic pe întreaga adâncime , semnalele mai profunde sunt din ce în ce mai amplificate cu ajutorul compensării câștigului de timp sau, de asemenea, a compensării câștigului de adâncime . De exemplu, dacă există o vezică biliară în ficat, țesutul hepatic este semnificativ mai ușor decât restul țesutului hepatic, deoarece bila este mai puțin atenuantă decât țesutul hepatic, dar țesutul din spatele vezicii biliare este ușurat cu același factor de amplificare ca și cel din jur țesut.

În cazul obiectelor tăiate circular, razele marginale pot fi reflectate; imaginea lipsește apoi de structurile de margine și există umbrire ( umbrire laterală ).

În cazul interfețelor cu reflexie ridicată, pot apărea reflexii multiple ( artefactul cozii cometei , de asemenea, fenomen inelar ) sau artefacte oglindă sub formă de imagini virtuale ale obiectelor situate în fața interfeței.

Obiectele pot apărea deplasate în spatele unor zone cu o viteză diferită a sunetului.

La marginea organelor umplute cu lichid, un impuls mai puțin concentrat generează ecouri cu rezistență redusă și contururi fuzzy atunci când lovește o suprafață înclinată înclinată. În special în organele goale umplute cu lichid, cum ar fi urina și vezica biliară, acest artefact cu grosimea stratului poate simula structuri care nu există de fapt.

Cuplarea inadecvată a traductorului la suprafața pielii face ca ecourile multiple să apară la aceeași distanță fără a crea o imagine evaluabilă ( reverberații ).

Aspecte de securitate

Utilizarea ultrasunetelor este o metodă sigură pentru imagistică. Generarea de căldură și cavitația sunt posibile surse de daune pentru oameni și animale .

Cavitație

Cavitația (latină: cavis, -is = peștera) este efectul în care sunt create cavități sau bule de gaz în țesut în faza de presiune negativă a unei unde sonore, care se prăbușesc în faza de presiune și pot provoca leziuni ale țesuturilor. Acesta este același efect care este utilizat într-un produs de curățat cu ultrasunete . Cu cât frecvența cu ultrasunete este mai mare, cu atât presiunile de vârf sunt mai mari pe care țesutul (sau fluidele) le poate tolera. Dacă se utilizează frecvențe diagnostice interesante între 2 și 20 MHz, presiunea sonoră negativă nu poate depăși 15 MPa pentru a evita cavitația în apă pură și degazată . Cu toate acestea, țesutul în sine conține așa-numiții "germeni de cavitație", care promovează formarea bulelor de cavitație, astfel încât cavitația din țesut poate apărea chiar și la presiuni sonore negative semnificativ mai mici. Cavitația apare în mod frecvent la tranzițiile dintre medii (materiale) cu o diferență mare în impedanța acustică. Astfel de tranziții se găsesc în organism în principal între țesuturile moi și oase sau între țesuturile moi și zonele umplute cu aer (plămâni, intestine). În prezent, se presupune că cavitația din corpul uman nu apare sub o presiune de vârf negativă de 4 MPa. Cavitația poate fi, de asemenea, promovată de mediile de contrast cu ultrasunete, motiv pentru care cavitația poate apărea sub 4 MPa atunci când sunt utilizate astfel de medii de contrast.

căldură

Cantitatea de căldură generată depinde de intensitatea sunetului absorbit; Căldura este disipată prin fluxul sanguin și prin conducerea căldurii. Chiar și o creștere a temperaturii pe termen lung de 1,5 K este inofensivă pentru țesuturile sănătoase. Cu toate acestea, timpul de expunere ar trebui să fie limitat. Procedurile individuale în detaliu:

În modul B , puterea introdusă pe impuls de sunet este de 1 până la 10 mW și este distribuită pe un volum mare într-un timp de sonicare (pentru impulsul unic) mai mic de 1 µs și o frecvență de repetare a impulsului cu mult sub 5 kHz.

În modul (T) M , în locul unui volum, o linie de țesut este transmisă cu o rată de repetare a impulsului de aproximativ 1 kHz.

Metoda puls Doppler este , de asemenea , realizată static, dar frecvența de repetiție a impulsului de până la 30 kHz este mult mai mare și supraîncălzire nu mai poate fi exclusă. Prin urmare, secvența impulsurilor și presiunea sonoră de transmisie trebuie selectate într-un raport adecvat și timpul de examinare trebuie să fie cât mai scurt posibil.

Cu metoda Doppler cu undă continuă , o putere de aproximativ 10 până la 100 mW este aplicată constant într-un volum mic. Ca și în cazul Dopplerului cu impulsuri, timpul de examinare trebuie să fie cât mai scurt posibil.

General

Un risc pentru sănătate este puțin probabil din cauza intensităților utilizate în clinică sau din cauza ajustării și optimizării atente a parametrilor (puterea de transmisie, secvența pulsului, durata aplicării). O investigație efectuată de Food and Drug Administration ( FDA ) din SUA a arătat următorul interval de siguranță: daunele nu apar atâta timp cât intensitatea aplicată timpului de expunere rămâne sub 50 W · s / cm² , deși acest lucru nu ar trebui privit ca un limită ascuțită. ${\ displaystyle J}$ ${\ displaystyle t}$ ${\ displaystyle J \ cdot t \ leq 50 \, {\ tfrac {\ mathrm {Ws}} {\ mathrm {cm} ^ {2}}}}$

Există un standard internațional de siguranță pentru dispozitivele cu ultrasunete (IEC 60601-2-37), care nu specifică valori limită și necesită doar dezvăluirea anumitor parametri acustici ai unui dispozitiv, cu condiția ca unul dintre următoarele criterii să fie îndeplinit: negativ presiune acustică peste 1 MPa, spațială maximă, temporală Intensitate medie peste 100 mW / cm², intensitate bazată pe aria traductorului de sunet de peste 20 mW / cm². Producătorul trebuie să creeze un sistem de gestionare a riscurilor. Producătorul trebuie să specifice o limită pentru parametrii relevanți de siguranță (index mecanic MI și index termic TI) pentru dispozitivul său și să o justifice în ceea ce privește aplicația.

În plus, FDA avertizează împotriva examinărilor prenatale inutile pentru crearea de imagini sau videoclipuri ca „suveniruri” fără nicio indicație medicală (justificare), așa cum sunt oferite de unii comercianți și medici dubioși. Deși nu există indicații fiabile ale efectelor biologice cauzate de expunerea la instrumentele de diagnostic utilizate în prezent, este posibil ca astfel de efecte să fie recunoscute în viitor.

Bazele fizice

Sonografia ca metodă imagistică în diagnosticul medical se bazează pe faptul că undele sonore se propagă la viteze diferite în diferite medii . Ele sunt parțial reflectate la interfețe cu impedanță de undă diferită , o altă parte se răspândește mai departe - adesea cu direcția schimbată. Pentru a simplifica lucrurile, de exemplu, examinarea unei persoane poate fi descrisă cu cea a unui lichid în care parametrii importanți dependenți de material din țesuturile umane și apa se schimbă brusc (vezi Tabelul 1). Pe măsură ce diferența de impedanță de undă crește, crește și porțiunea reflectată. Datorită vâscozității de forfecare reduse , numai undele longitudinale nepolarizabile se pot propaga în materiale moi .

Tabelul 1: Dimensiuni materiale (valori aproximative)
mediu	Viteza sunetului ${\ displaystyle c}$	Impedanță de undă ${\ displaystyle Z}$	densitate ${\ displaystyle \ rho}$
aer	0340 m / s	410 kg / m³	1,2 kg / m³
Grăsime / apă / creier / mușchi	1500 m / s	1,5 x 10 ⁶ kg / m³	1000 kg / m³
Os (compact)	3600 m / s	6 x 10 ⁶ kg / m³	1700 kg / m³

Următoarele valori pentru parametrii de sunet sunt obișnuite pentru o examinare sonografică de diagnostic:

Frecvența cu ultrasunete : ${\ displaystyle f = 1 \ ldots 40 \, \ mathrm {MHz}}$
intensitatea medie a sunetului : ${\ displaystyle J = 100 \, {\ tfrac {\ mathrm {mW}} {\ mathrm {cm} ^ {2}}}}$
schimbarea presiunii medii (raportată la presiunea atmosferică) . ${\ displaystyle \ Delta p <0 {,} 6 \ cdot 10 ^ {5} \, \ mathrm {Pa}}$

Fenomene sonore

La fel ca în optica undelor, propagarea sunetului este însoțită de fenomenele de reflexie , refracție , difracție , împrăștiere și absorbție . Undele sonore reflectate și împrăștiate sunt înregistrate ca ecouri de către sonda cu ultrasunete și, prin evaluarea punctelor tari și a timpilor de tranzit, este posibilă cartografierea obiectului iradiat.

reflecţie

Pentru reflecția sub incidență perpendiculară a sunetului la interfețe netede între zone cu impedanță diferită , factorul de reflecție (adică raportul dintre reflectat și amplitudinea sunetului incident) se calculează în funcție de: ${\ displaystyle Z}$ ${\ displaystyle R}$

{\ displaystyle R _ {\ mathrm {Ampl}} = {\ frac {Z_ {2} -Z_ {1}} {Z_ {2} + Z_ {1}}}}

Următoarele se aplică raportului intensităților sunetului:

{\ displaystyle R _ {\ mathrm {Int}} = \ left ({\ frac {Z_ {2} -Z_ {1}} {Z_ {2} + Z_ {1}}} \ right) ^ {2}}

Cu cât diferența de impedanță este mai mare, cu atât reflectarea este mai puternică. Comparativ cu optica , impedanța se comportă în mod analog cu indicele de refracție . Pentru a pierde cât mai puțină intensitate posibilă din cauza reflexiei în timpul tranziției de la sonda generatoare de sunet la subiectul examinării, impedanțele sondei și ale corpului ar trebui să fie mici. Aerul duce la o cuplare slabă a sunetului în corp (vezi Tabelul 1: rezultă valorile ), deci un gel pe bază de apă este utilizat ca mediu de tranziție. Din același motiv, organele umplute cu aer, cum ar fi plămânii și tractul gastro-intestinal sau zonele închise de oase, sunt dificil sau imposibil de accesat pentru examinările cu ultrasunete: undele sonore aduse în corp din exterior sunt reflectate la interfețele acestor organe. ${\ displaystyle R}$ ${\ displaystyle R \ approx 99 {,} 9 \, \%}$

împrăștiere

În cazul interfețelor aspre care nu sunt dispuse perpendicular pe fasciculul de ultrasunete, se poate înregistra încă un ecou deoarece un con de radiație difuz este împrăștiat înapoi. Răspândirea neomogenităților generează semnale caracteristice unei structuri de țesut din zonele dintre interfețe, prin care tipurile de țesuturi pot fi diferențiate. Puterea împrăștierii se schimbă în funcție de diametrul centrului de împrăștiere. În zona „geometrică” (pentru , cu : lungimea de undă a sunetului) împrăștierea este puternică, de ex. B. în vase. Sunt mai ușoare în imaginile în modul B. În zona „stochastică” ( ) ca și în ficat, dispersia este medie și reprezintă aproximativ 20% din absorbția totală. În „Rayleigh range” ( ) dispersia este slabă, de exemplu în sânge. ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle a \ gg \ lambda}$ ${\ displaystyle \ lambda}$ ${\ displaystyle a \ approx \ lambda}$ ${\ displaystyle a \ ll \ lambda}$

absorbţie

Câmpurile sonore sunt absorbite datorită împrăștierii, fricțiunii interne , compresiei neizentropice și excitării gradelor interne de libertate (rotație moleculară, oscilație) ale mediului sonor. Energia este transformată în căldură. Slăbirea are loc exponențial odată cu creșterea distanței de la traductor: . Coeficientul de absorbție este țesut și puternic dependent de frecvență. Deoarece este aproximativ proporțional cu frecvența, o atenuare specifică poate fi specificată în dB / (cm · MHz) . Pentru țesuturile moi este de 1 dB / (cm · MHz). Pe măsură ce frecvența sunetului crește, gama scade. Prin urmare, trebuie selectată o frecvență adaptată la adâncimea de penetrare necesară (vezi Tabelul 2) pentru a putea examina un anumit obiect cu o amplificare posibilă din punct de vedere tehnic. Deoarece rezoluția este mai bună la frecvențe mai mari, se alege întotdeauna cea mai mare frecvență posibilă. Semnalele de la adâncimi mai mari trebuie amplificate mai mult în electronica de evaluare, dar acest lucru se opune limitelor tehnice. Tabelul următor se bazează, prin urmare, pe aceste limite tehnice de detecție, care sunt peste 100 dB până la aproximativ 10 MHz și scad la aproximativ 50 dB până la 40 MHz. ${\ displaystyle x}$ ${\ displaystyle J (x) = J (0) e ^ {- \ mu x}}$ ${\ displaystyle \ mu}$

Tabelul 2: Dependența de frecvență a intervalului de examinare
frecvență ${\ displaystyle f}$	Max. Sub- suchungstiefe ${\ displaystyle x}$	Zonă de studiu
1 MHz	50 cm
2-3,5 MHz	25-15 cm	Fetus, ficat, inimă, medicină veterinară (animale mari)
3,5 MHz	15 cm	Rinichi, medicină veterinară (câini mari)
5 MHz	10 centimetri	Creier, medicină veterinară (câini de talie medie)
7,5 MHz	7 cm	Tiroida, glanda mamară, vase superficiale, medicină veterinară (câini mici, pisici)
8-9 MHz	6 cm	Prostat ( endoscopic )
10 MHz	5 cm
11-12 MHz	4–3 cm	Pancreas (intraoperator)
7,5-15 MHz	7-2 cm	Diagnosticul mamar
20 MHz	1,2 cm
21-24 MHz	1,1-0,9 cm	Ochi, piele
40 MHz	0,6 cm	Piele, vase

Generarea și detectarea ultrasunetelor

Generarea ultrasunetelor și detectarea ecourilor care se întorc au loc mai ales electromecanic într-un traductor care face parte din sondă și se bazează pe efectul piezoelectric : Într-un material piezoelectric, deformarea mecanică creează o polarizare electrică, o încărcare la suprafață și astfel o tensiune electrică generată. Când materialul vibrează, se generează tensiune alternativă (dovadă a vibrațiilor sonore). În schimb, aceste cristale vibrează mecanic atunci când se aplică o tensiune alternativă electrică (generarea de vibrații sonore). Mai presus de toate, sunt utilizate ceramice precum titanatul de bariu, titanatul de plumb, zirconatul de plumb și metaniobatul de plumb. Acestea sunt polarizate prin încălzirea intensă și răcirea ulterioară cu aplicarea unei tensiuni electrice.

Câmpul sonor al unui traductor circular cu ultrasunete

Câmpul sonor al unui traductor cu ultrasunete de 4 MHz nefocalizat cu lungimea câmpului apropiat N = 67 mm, amplitudinile presiunilor sonore sunt afișate

Propagarea și distribuția intensității undelor sonore emise, care sunt limitate de difracție, pot fi derivate la o bună aproximare din presupunerea principiului lui Huygens că fiecare punct de pe suprafața traductorului emite o undă sferică. Rezultatul poate fi împărțit în zone în funcție de distanța până la convertor: ${\ displaystyle z}$

Domeniul apropiat este caracterizat de o interferență puternică, care are ca rezultat o distribuție foarte neomogenă a intensității. În intervalul îndepărtat, se formează o grindă care se lărgește continuu. În domeniul focal (între intervalul apropiat și cel îndepărtat) intensitatea este grupată și scade perpendicular pe axa fasciculului. Cu : diametrul traductorului: lungimea de undă a sunetului, se află între ${\ displaystyle D}$ ${\ displaystyle \ lambda}$

{\ displaystyle z = \ left (1 \ ldots 2 \ right) \ cdot {\ frac {D ^ {2} - \ lambda ^ {2}} {4 \ lambda}},}

unde expresia sau aproximarea sa este denumită și lungimea câmpului apropiat. ${\ displaystyle N = (D ^ {2} - \ lambda ^ {2}) / (4 \ lambda)}$ ${\ displaystyle N \ approx D ^ {2} / (4 \ lambda)}$

Exemplul arată câmpul sonor al unui traductor ultrasonic nefocalizat cu o frecvență f = 4 MHz, un diametru al traductorului de 10 mm pentru apă cu o viteză a sunetului de c = 1500 m / s, determinată prin calcule de simulare . Amplitudinile presiunilor sonore sunt afișate. Lungimea câmpului apropiat este N = 67 mm. Se recunoaște fisurile puternice ale câmpului sonor în intervalul apropiat și decăderea treptată a presiunii sonore în intervalul îndepărtat.

Câmpul sonor al unui traductor cu ultrasunete focalizat

Câmpul sonor al aceluiași traductor cu ultrasunete (4 MHz, N = 67 mm) cu o suprafață a traductorului curbată sferic cu raza de curbură R = 30 mm. Sunt afișate presiunile sonore.

Ecografia poate fi focalizată prin curbura suprafeței traductorului, prin utilizarea unui obiectiv acustic sau - cu traductoare multicanal proiectate corespunzător - printr-un control adecvat cu întârziere a elementelor individuale. Practic, focalizarea are loc pe un punct din lungimea câmpului apropiat, care este de obicei vizat în zonă . În principiu, nu este posibil să vă concentrați pe locații mai îndepărtate decât lungimea câmpului apropiat. ${\ displaystyle z = (0 {,} 2 \ ldots 0 {,} 8) \ cdot N}$

Exemplul arată câmpul sonor al aceluiași traductor ultrasonic determinat prin calcule de simulare ca în secțiunea anterioară. Focalizarea se realizează prin curbura suprafeței traductorului (raza de curbură R = 30 mm). Amplitudinile presiunilor sonore sunt afișate.

Putere de rezoluție

Rezoluția spațială este o măsură a capacității unui dispozitiv de măsurare de a percepe separat obiectele apropiate. Se face distincția între rezoluția în direcția axei fasciculului (axială) și perpendiculară pe axa (laterală).

Lateral

Câmpul de trimitere / recepție al traductorului cu ultrasunete nefocalizat (4 MHz, N = 67 mm) în focalizare la N = 67 mm.

Rezoluția laterală este determinată prin măsurare prin împingerea unui obiect asemănător unui punct în zona focală din fața transductorului perpendicular pe direcția de propagare a sunetului și trasarea amplitudinii semnalului de ecou în funcție de locație (adică distanța de la axa fasciculului). Lățimea la care amplitudinea semnalului primit a scăzut cu 6 dB față de maxim, pe ambele părți ale maximului, este luată ca o măsură a rezoluției spațiale laterale. Următoarele se aplică aproximativ ( : diametrul unui traductor circular) în zona focală. În afara intervalului focal, rezoluția laterală scade odată cu creșterea distanței față de traductor. ${\ displaystyle d}$ ${\ displaystyle d = D / 3}$ ${\ displaystyle D}$

Matematic, rezoluția laterală rezultă din limita de 6 dB a așa-numitului câmp de transmisie-recepție, adică pătratele presiunilor sonore calculate pentru aranjamentul de măsurare respectiv. Cadrarea presiunilor sonore are în vedere faptul că efectul direcțional al traductorului cu ultrasunete este eficient atât la transmiterea cât și la recepție.

Exemplul prezintă o secțiune x / y a traductorului cu ultrasunete descris mai sus (4 MHz, diametrul traductorului 10 mm, lungimea câmpului apropiat N = 67 mm) în focalizarea la z = 67 mm. Limita de 6 dB este colorată în galben și are o lățime de aproximativ 2,8 mm.

Axial

Două straturi de țesut care se află unul în spatele celuilalt în direcția sunetului pot fi percepute separat dacă două ecouri distincte emană de pe suprafețele limită. Principalii factori care determină rezoluția axială sunt:

frecvența sunetului și
durata și forma semnalului de excitație

Dacă se utilizează metoda ecoului simplu, puterea de rezolvare se îmbunătățește odată cu creșterea frecvenței și se deteriorează odată cu lungimea semnalului de excitație. De obicei, traductoarele cu ultrasunete în bandă largă sunt utilizate și stimulate cu un impuls dreptunghiular scurt. Lungimea și forma semnalului de excitație nu sunt, de obicei, variabile, iar semnalele de ecou rezultate dintr-un strat de țesut au aproximativ 2 sau 3 oscilații cu un înveliș care crește și cade treptat . Semnalele recepționate se pot distinge numai dacă nu se suprapun în timp. Datorită traseului dublu al sunetului în metoda ecoului pulsului (acolo și înapoi), un semnal de transmisie cu o lungime de 3 oscilații necesită o distanță minimă între straturile de 1,5 lungimi de undă ultrasonice. În cazul unui semnal cu o frecvență de 5 MHz, de exemplu, rezultă o lungime de undă și deci o rezoluție axială de aproximativ 0,45 mm. ${\ displaystyle \ lambda = 0 {,} 3 \, \ mathrm {mm}}$

Atunci când se utilizează semnale de excitație în bandă largă special codificate, durata semnalului de excitație nu este singurul factor decisiv, deoarece semnalele de ecou pot fi foarte scurtate și astfel separate prin metode matematice adecvate. Funcția de corelație a semnalelor transmise și recepționate este evaluată prin metoda de compresie a impulsurilor cu, de exemplu, semnale de chirp . În acest fel, în ciuda duratei mai mari a semnalului, se obține o rezoluție semnificativ mai bună a semnalului și eliberarea de zgomot decât cu metoda simplă de ecou. În prezent este utilizat în principal în cercetare.

Valorile uzuale

Rezoluțiile spațiale tipice care pot fi realizate în funcție de frecvența de transmisie sunt:

Frecvență:	2-15 MHz
Lungimea de undă (în mușchi)	0,78-0,1 mm
Adâncimea de penetrare (simplă)	12-1,6 cm
Rezoluție spațială laterală	3,0-0,4 mm
Rezoluție spațială axială	0,8-0,15 mm

Piața ultrasunetelor

Prețul dispozitivelor cu ultrasunete variază foarte mult în funcție de echipament (de exemplu, numărul de sonde și software suplimentar) și de calitate. Dimensiunea variază de la dimensiunea smartphone- ului la formatul laptopului și dimensiunea sistemelor de 200 kg, care seamănă cu un birou îngust cu un computer pe roți. Dispozitive Doppler simple pentru a asculta bătăile inimii fetușilor sunt, de asemenea, pe piață.

Volumul total al vânzărilor „cu ultrasunete” în 2004 a fost de aproximativ patru miliarde de dolari în întreaga lume și crește anual cu aproximativ trei până la patru procente. Cei mai importanți furnizori sunt GE, Philips, Siemens și Toshiba, cu cote de piață de 20% fiecare. Segmentele cu afișaj 3D și 4D cresc cel mai mult. În plus, piața dispozitivelor portabile crește rapid; aici Sonosite este lider de piață. Aproximativ cât mai multe sisteme sunt plasate în segmentele de cardiologie și radiologie ca în obstetrică.

Instruire

Instruirea în domeniul sonografiei are loc în zona de limbă germană parțial deja în timpul studiilor medicale. Cu toate acestea, cea mai mare parte a instruirii se desfășoară în timpul instruirii de specialitate respective. Există diverse sub-specializări în sonografie: B. Ecocardiografie, care se învață în timpul pregătirii de specialitate corespunzătoare pentru a deveni cardiolog.

Spre deosebire de aceasta, există programe speciale de formare sau cursuri de studiu în alte sisteme de sănătate care urmăresc, de exemplu, să devină sonograf (SUA).

simulare

În timpul școlii medicale sau al pregătirii pentru rezidențiat, poate fi dificil să fie practicați atât pacienții, cât și diagnosticați cu ultrasunete cu experiență în același timp. În consecință, s-a dezvoltat o piață pentru simulări și simulatoare.

Fantomele

Fantomele sunt replici care se comportă similar cu corpul uman pe un aparat cu ultrasunete. Fantomele ar trebui să prezinte imagini realiste.

Simulatoare

Simulatoarele cu ultrasunete sunt dispozitive care, printre altele, ar trebui să reprezinte un traductor pentru a simula examinarea cu ultrasunete. Imaginile sunt de obicei generate artificial, similar cu un joc pe computer.

Aplicații de simulare cu ultrasunete

Aplicațiile de simulare cu ultrasunete au devenit recent disponibile, adică aplicații pentru smartphone-uri . Ele oferă avantajul că multe cazuri de boală nu pot fi prezentate și practicate local. Imaginile generate sunt autentice de la unii producători, astfel încât este posibil un grad mai mare de realism. Controlul are loc pe o tabletă sau smartphone. Smartphone-ul poate forma un traductor virtual pentru a controla tableta.

Prima aplicație de simulare cu ultrasunete realistă a fost dezvoltată în 2018 de compania Scanbooster.

Vezi si

Tehnici speciale: Ecografie intravasculară · Ecografie endobronșică
Domenii de aplicare: diagnostic prenatal · ecocardiografie · ecografie fină · endosonografie · ecografie mamară
Proceduri similare: elastografie · tomografie cu coerență optică · tomografie cu neutroni · scanare cu laser

literatură

Cornelius Borck: Diagnostic cu ultrasunete. În: Werner E. Gerabek , Bernhard D. Haage, Gundolf Keil , Wolfgang Wegner (eds.): Enzyklopädie Medizingeschichte. De Gruyter, Berlin / New York 2005, ISBN 3-11-015714-4 , p. 1428 f.
Christoph F. Dietrich (Ed.): Curs cu ultrasunete. Prezentarea de organe a cursurilor de bază, avansate și finale. Conform liniilor directoare ale KBV, DEGUM, ÖGUM și SGUM. Ediția a 6-a, complet revizuită și extinsă. Deutscher Ärzteverlag, Köln 2012, ISBN 978-3-7691-0615-2 .
Olaf Dössel : Proceduri de imagistică în medicină. De la tehnologie la aplicații medicale . Prima ediție. Springer, Berlin și colab. 2000, ISBN 3-540-66014-3 .
H. Fendel (Ed.): Praenatale Dopplerdiagnostik. Sonografia Doppler și morfologia aprovizionării vasculare uterofetoplacentare la sarcinile cu risc ridicat . Steinkopff, Darmstadt 1992, ISBN 3-7985-0919-0 .
T. Grau (Ed.): Ecografie în anestezie și medicină de terapie intensivă. Manual de diagnosticare cu ultrasunete . Deutscher Ärzte-Verlag, Köln 2007, ISBN 978-3-7691-1200-9 .
Heinz Morneburg (ed.): Sisteme de imagistică pentru diagnostic medical. Diagnosticare și angiografie cu raze X, tomografie computerizată, medicină nucleară, tomografie cu rezonanță magnetică, sonografie, sisteme informatice integrate . A treia ediție revizuită și extinsă în mod substanțial. Publicis MCD Verlag, Erlangen 1995, ISBN 3-89578-002-2 .
Carl-Detlev Reimers, Hartmut Gaulrapp, Henrich Kele (eds.): Sonografia mușchilor, tendoanelor și nervilor. Tehnica examinării și interpretarea constatărilor . A doua ediție revizuită și extinsă. Deutscher Ärzte-Verlag, Köln 2004, ISBN 3-7691-1188-5 .
Günter Schmidt (Ed.): Carte de curs cu ultrasunete. Conform liniilor directoare ale DEGUM și KBV . A 4-a ediție complet revizuită și extinsă. Thieme Verlag, Stuttgart și colab. 2004, ISBN 3-13-119104-X .
Günter Schmidt (Ed.): Diagnostic diferențial sonografic. Atlas didactic pentru analiza sistematică a imaginii cu peste 2500 de exemple de descoperiri . Thieme Verlag, Stuttgart și colab. 2002, ISBN 3-13-126141-2 .
Bernhard Widder, Michael Görtler: Sonografia Doppler și duplex a vaselor care alimentează creierul . A 6-a ediție extinsă și complet revizuită. Springer, Berlin și colab. 2004, ISBN 3-540-02236-8 .
Klaus Vetter : sonografie Doppler în sarcină. Weinheim și alții, Basel și alții 1991, ISBN 3-527-15472-8 .

Link-uri web

Commons : Sonografie - colecție de imagini, videoclipuri și fișiere audio

Wikibooks: Sonografie - materiale de învățare și predare

Wikibooks: Bazele fizice ale medicinei nucleare / sonografiei - materiale de învățare și predare

Dovezi individuale

^ Steiner, Schneider: sonografia Doppler în obstetrică și ginecologie . 3. Ediție. ISBN 3-642-20938-6 , p. 72 f.
↑ R. Kubale și colab.: Sonografie duplex colorată: ultrasunete vasculară interdisciplinară. 2002, ISBN 3-13-128651-2 .
^ David H. Evans, W. Norman McDicken: Doppler Ultrasound - Physics, Instrumental, and Clinical Applications. Ediția a II-a, Wiley, 2000, ISBN 978-0-471-97001-9 .
↑ George R. Sutherland, Liv Hatle, Piet Claus, Jan D'Hooge, Bart H. Bijnens: Doppler Miocardial Imaging: A Manual . BSWK bvba, 2006, ISBN 90-810592-1-1 .
↑ uniklinik-duesseldorf.de (PDF) p. 17.
↑ uniklinik-duesseldorf.de (PDF) p. 18.
↑ Elfgard Kühnicke: Undele elastice în sisteme stratificate cu corp solid - modelare cu ajutorul metodelor de transformare integrală - calcule de simulare pentru aplicații cu ultrasunete. TIMUG e. V., ISBN 3-934244-01-7 .
↑ J. Krautkrämer, H. Krautkrämer: Testarea materialelor cu ultrasunete. Springer, Berlin, ISBN 978-3-540-15754-0 .
↑ T. Misaridis, JA Jensen: Utilizarea semnalelor de excitație modulată în ultrasunete medicale . (Partea I-III). În: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control , 2005, ( ieee-uffc.org ( Memento din 3 iulie 2010 în Internet Archive ; PDF))
↑ PR salt. 27 octombrie 2006; Adus la 28 ianuarie 2009
^ Servicii de cercetare Frost & Sullivan. 26 octombrie 2004; Adus la 28 ianuarie 2009
↑ Seminar de sonografie și stagiu | Spitalul Universitar Ulm. Adus la 26 noiembrie 2019 .
↑ Jurnal de bord (M uste r) Documentare a formării continue în conformitate cu (eșantionul) reglementărilor de formare continuă (MWBO) privind formarea continuă a specialiștilor în medicină internă și cardiologie. (PDF) Asociația Medicală Germană, 18 februarie 2011, accesată la 26 noiembrie 2019 .
↑ Resurse pentru studenți: cerințe preliminare ARDMS și ghiduri de aplicare. Adus la 26 noiembrie 2019 .
↑ Fantoma de examinare cu ultrasunete fetale „SPACEFAN-ST” | Produse: Fantome imagistice pentru instruirea examenului cu ultrasunete / radiologie | Kyotokagaku Co., Ltd. Adus pe 7 decembrie 2019 .
↑ Simulator de ultrasunete transabdominale. În: ScanTrainer - Instruirea abilităților TA. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleză americană).
↑ Simulator de formare a abilităților cu ultrasunete bazate pe curriculum. În: ScanTrainer. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleză americană).
↑ Bun venit la Scanbooster, prima aplicație de ultrasunete realistă din lume. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleza britanică).
↑ Scanbooster PRO Ultrasound Simulator App - Sonografie realistă. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleza britanică).
↑ Bun venit la Scanbooster, prima aplicație de ultrasunete realistă din lume. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleza britanică).

[1] Steiner, Schneider: sonografia Doppler în obstetrică și ginecologie . 3. Ediție. ISBN 3-642-20938-6 , p. 72 f.

[2] R. Kubale și colab.: Sonografie duplex colorată: ultrasunete vasculară interdisciplinară. 2002, ISBN 3-13-128651-2 .

[3] David H. Evans, W. Norman McDicken: Doppler Ultrasound - Physics, Instrumental, and Clinical Applications. Ediția a II-a, Wiley, 2000, ISBN 978-0-471-97001-9 .

[4] George R. Sutherland, Liv Hatle, Piet Claus, Jan D'Hooge, Bart H. Bijnens: Doppler Miocardial Imaging: A Manual . BSWK bvba, 2006, ISBN 90-810592-1-1 .

[5] uniklinik-duesseldorf.de (PDF) p. 17.

[6] uniklinik-duesseldorf.de (PDF) p. 18.

[7] Elfgard Kühnicke: Undele elastice în sisteme stratificate cu corp solid - modelare cu ajutorul metodelor de transformare integrală - calcule de simulare pentru aplicații cu ultrasunete. TIMUG e. V., ISBN 3-934244-01-7 .

[8] J. Krautkrämer, H. Krautkrämer: Testarea materialelor cu ultrasunete. Springer, Berlin, ISBN 978-3-540-15754-0 .

[9] T. Misaridis, JA Jensen: Utilizarea semnalelor de excitație modulată în ultrasunete medicale . (Partea I-III). În: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control , 2005, ( ieee-uffc.org ( Memento din 3 iulie 2010 în Internet Archive ; PDF))

[10] PR salt. 27 octombrie 2006; Adus la 28 ianuarie 2009

[11] Servicii de cercetare Frost & Sullivan. 26 octombrie 2004; Adus la 28 ianuarie 2009

[12] Seminar de sonografie și stagiu | Spitalul Universitar Ulm. Adus la 26 noiembrie 2019 .

[13] Jurnal de bord (M uste r) Documentare a formării continue în conformitate cu (eșantionul) reglementărilor de formare continuă (MWBO) privind formarea continuă a specialiștilor în medicină internă și cardiologie. (PDF) Asociația Medicală Germană, 18 februarie 2011, accesată la 26 noiembrie 2019 .

[14] Resurse pentru studenți: cerințe preliminare ARDMS și ghiduri de aplicare. Adus la 26 noiembrie 2019 .

[15] Fantoma de examinare cu ultrasunete fetale „SPACEFAN-ST” | Produse: Fantome imagistice pentru instruirea examenului cu ultrasunete / radiologie | Kyotokagaku Co., Ltd. Adus pe 7 decembrie 2019 .

[16] Simulator de ultrasunete transabdominale. În: ScanTrainer - Instruirea abilităților TA. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleză americană).

[17] Simulator de formare a abilităților cu ultrasunete bazate pe curriculum. În: ScanTrainer. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleză americană).

[18] Bun venit la Scanbooster, prima aplicație de ultrasunete realistă din lume. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleza britanică).

[19] Scanbooster PRO Ultrasound Simulator App - Sonografie realistă. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleza britanică).

[20] Bun venit la Scanbooster, prima aplicație de ultrasunete realistă din lume. Adus pe 7 decembrie 2019 (engleza britanică).

Languages