Ultrasonografia jest to nieinwazyjna, atraumatyczna metoda diagnostyczna, pozwalająca na uzyskanie obrazu przekroju badanego obiektu (tkanek i narządów, przestrzeni płynowych) przy pomocy fali ultradźwiękowej, w wyniku odbicia części fal ultradźwiękowych na granicy ośrodków.

Aktualizowany: 06/12/2015 - 21:00



Fala ultradźwiękowa jest to fala akustyczna o swoistej częstotliwości. Fale akustyczne są falami zagęszczania/rozrzedzania; cząsteczki ulegają zagęszczaniu i rozpraszaniu w kierunku rozchodzenia się fali w ośrodkach sprężystych (powietrze, woda, ciała stałe). Zakres częstotliwości fal ultradźwiękowych wynosi 16/20 kHz do ok. 800 MHz. Zakres fal dźwiękowych słyszalnych dla człowieka obejmuje od 16 – 20 Hz do 16 kHz lub nawet (u ludzi bardzo młodych) 20 kHz. Zakres fal ultradźwiękowych wykorzystywanych w prezentacji B obejmuje częstotliwości 2 – 15 MHz; częstotliwości dopplerowskie są nieco niższe. W badaniach USG oka i skóry wykorzystuje się częstotliwości dochodzące do 80-100 Mhz.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:32



Fale ultradźwiękowe opisuje się, uwzględniając ich częstotliwość, pulsację, prędkość, długość, okres drgań, impedancję akustyczną, moc i natężenie.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:33



  • Częstotliwość (f) = cykl/s (herc, Hz)
  • Długość fali (λ) = odległość przebyta w czasie jednego pełnego cyklu.
  • Prędkość propagacji fali dźwiękowej (c) jest zależna od gęstości tkanki ρ i jej sprężystości objętościowej E, więc w różnych ośrodkach jest inna. Prędkość rozchodzenia się dźwięku w bilogicznych tkankach miękkich waha się między 1480 a 1580 m/s. Średnia prędkość dla tkanek miękkich wynosi 1540 m/s i jest wartością odniesienia dla systemu pomiarowego w aparacie ultrasonograficznym. Prędkość ta jest znacznie wyższa w kości – 4080 m/s, natomiast niższa w powietrzu – 330 m/s.
  • Natężenie – jest to ilość energii, przenoszonej przez falę akustyczną, padającą na jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku rozchodzenia się fali, w jednostce czasu. Jednostką natężenia dźwięku w układzie SI jest W/m2.
Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:34



Częstotliwość * długość fali = prędkość dźwięku. Przy danej prędkości dźwięku wielkości te są odwrotnie proporcjonalne (wzrost częstotliwości powoduje zmniejszenie długości fali, i odwrotnie). Prędkość rozchodzenia się ultradźwięków jest wielkością charakterystyczną dla danego ośrodka (tkanki), dlatego przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego zmienia się tylko długość fali – częstotliwość jest określona przez źródło i jest wartością stałą.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:35



Fale o wyższej częstotliwości cechują się mniejszą długością. Fale krótsze mają lepszą zdolność rozróżnienia blisko położonych punktów odbicia. Fale wyższej częstotliwości mają w związku z tym lepszą rozdzielczość przestrzenną, mniejszą zaś zdolność penetracji.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:36



Fale o wyższych częstotliwościach są pochłaniane w większym stopniu niż fale o częstotliwości niższej. Fale o niższych częstotliwościach mają lepszą zdolność penetracji.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:37



Ważny jest dobry kontakt między skórą, żelem i głowicą. Zastosowanie odpowiednio niskiej częstotliwości (niższa częstotliwość = większa zdolność penetracji). Należy rozważyć zastosowanie trybu harmonicznego do tłumienia szumów powierzchownych.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:37



Tutaj również ważny jest dobry kontakt. Penetracja w tym wypadku nie stanowi problemu, można więc stosować wyższe częstotliwości i wykorzystać lepszą rozdzielczość przestrzenną. W przypadku gdy badany obszar leży zbyt płytko w stosunku do strefy ogniskowania głowicy, można stosować podkładki dystansujące.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:38



Fale akustyczne mogą rozchodzić się w przestrzeni w postaci fal podłużnych lub poprzecznych. Ciało człowieka, z wyłączeniem szkieletu, jest traktowane w fizycznym opisie ultrasonografii jako płyn, w którym mogą rozchodzić się jedynie fale podłużne. Fale obu rodzajów rozchodzą się natomiast w tkance kostnej, która musi być traktowana jako ciało stałe; rutynowej diagnostyki USG nie stosuje się w badaniach kośćca.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:39



Fala podłużna jest to fala, w której drgania odbywają się w kierunku zgodnym z kierunkiem jej rozchodzenia się. Przykładem fali podłużnej jest fala dźwiękowa.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:39



Fala ultradźwiękowa ulega zjawisku pochłaniana (zamienia na ciepło), załamania (uginania, podobnie jak soczewka ugina falę świetlną), rozpraszania i odbicia.
Ultradźwięki są rozpraszane przez gazy, zaś w ośrodkach o dużej gęstości pochłaniane. Utrudnieniem jest też tkanka tłuszczowa, która tłumi fale dźwiękowe. Obraz staje się wtedy mniej wyraźny.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:40



Zjawisko rozproszenia zachodzi, gdy przeszkoda rozpraszająca jest mniejsza od długości fali (wymiar obiektu << λ) - tzw. zakres Rayleigha.    Odgrywa istotną rolę w rozróżnianiu narządów i tkanek na obrazach sonograficznych. Wewnętrzna struktura tkanek jest niejednorodna zarówno w zakresie organizacji, jak i przestrzennego układu komórek. Powoduje to, że amplituda, ukształtowanie i rozkład przestrzenny echa zależą od natury i stanu badanej tkanki. Wiele zmian patologicznych ma strukturę różną od tkanek prawidłowych. Ponieważ różnice gęstości tkanek miękkich są niewielkie, istotną rolę powinny odgrywać różnice w ich elastyczności. Spośród wszystkich tkanek największą wartość współczynnika sprężystości wykazują włókna kolagenowe tkanki łącznej. Dlatego np. większa amplituda sygnałów echa z marskiej wątroby może być przypisana obecności w niej kolagenu.
Zjawisko rozproszenia ma podstawowe znaczenie w pomiarach dopplerowskich przepływu krwi.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:41



Fala ultradźwiękowa rozchodzi się, oczywiście, zarówno w powietrzu jak i w kościach, jednak zachodzi tutaj zjawisko niedostosowania impedancji akustycznej na granicy powietrze – woda oraz tkanki miękkie – kości, co powoduje prawie całkowite odbicie fali ultradźwiękowej na granicy tych ośrodków.

Natężenie fali przechodzącej zleży od współczynnika transmisji (T).

T = 1 - R                   (R - współczynnik odbicia)

 

Współczynnik odbicia na granicy ośrodków:  R               
 tkanka miękka - powietrze  0,99
 tkanka miękka - płuca  0,52
 tkanka miękka - kość  0,43

 

Dla porównania:

 

Współczynnik odbicia na granicy ośrodków:  R               
 tkanka tłuszczowa - wątroba  0,0079
 tkanka miękka – tkanka tłuszczowa  0,0069
 tkanka miękka - mięśnie  0,0004

 

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:41



Impedancja akustyczna (Z) – jest miara stopnia przechodzenia ultradźwięków przez tkanki i zależy od:

  • gęstości ośrodka (ρ)
  • prędkość propagacji fali ultradźwiękowej poprzez medium (c)

Z = ρ * c

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:57



Niedostosowanie impedancji akustycznej to duża różnica w impedancji akustycznej na granicy ośrodków (powietrze – woda, tkanki miękkie – kości), co w praktyce tworzy nieprzeniknioną barierę dla ultradźwięków.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 19:58



Efekt załamania fali powstaje jeżeli fala pada na granicę dwóch ośrodków o różnych prędkościach propagacji, pod kątem różnym od normalnego.

 

Rycina przedstawiająca załamanie fali dźwiękowej

 

C1, C2 - ośrodki o różnych prędkościach propagacji

φ1 – kąt padania
φ2 – kąt odbicia

 

Ponieważ prędkość dźwięku w tkankach miękkich jest względnie stała (maksymalne odstępstwa od średniej prędkości wynoszą ok. 5%), zjawisko załamania zazwyczaj nie stanowi dużego problemu w ultrasonografii. Dla małych kątów padania fale akustyczne rozchodzą się praktycznie bez zmiany kierunku, pomimo wielokrotnego przechodzenia przez granicę między różnymi strukturami tkankowymi.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:00



Całkowite wewnętrzne odbicie zachodzi gdy fala padająca na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.
W diagnostyce ultrasonograficznej całkowite wewnętrzne odbicie występuje często np. na granicy kamienie nerkowe – miąższ nerek i stanowi istotny element interpretacji obrazu USG.
Kamienie w nerce, pęcherzyku żółciowym silnie błyszczą, odbijają bowiem całą energię akustyczną. Za kamieniami zaś występuje charakterystyczny tzw. "cień akustyczny" ponieważ poza strefę całkowitego wewnętrznego odbicia nie transmituje się żadna energia ruchu falowego.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:01



Osłabienie fali jest to spadek jej natężenia w czasie propagacji przez ośrodek.
Osłabianie fali USG w tkance miękkiej wynosi średnio 0,8dB/cm/MHz. Dla wyższych częstotliwości osłabianie będzie miało w przybliżeniu proporcjonalnie większe wartości.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:02



Ponieważ fale ultradźwiękowe są w znacznym stopniu pochłaniane przez ludzkie tkanki, energia powracającego echa z tkanek głębiej położonych jest o wiele słabsza w porówaniu do sygnału z tkanek położonych bliżej głowicy. Chcąc utrzymać ten sam poziom sygnału przez cały czas odbioru ech, nawet z najgłębszych struktur, należy systematycznie powiększać wzmocnienie toru.
Regulacja ta nosi nazwę TGC (od Time Gain Control).
Osłabianie ultradźwięków w różnych tkankach jest różne, nie jest więc możliwe automatyczne programowanie TGC.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:03



Do głowicy aparatu ultrasonograficznego przesyłany jest krótki impuls elektryczny, który generuje impuls fal ciśnieniowych. Impuls ten jest krótki, trwa bowiem zaledwie kilka cykli. Fala ciśnieniowa rozchodzi się w tkankach, oddalając się od głowicy. Tkanki pochłaniają, rozpraszają, odbijają i załamują czoło fali. Fale odbite zdążają z powrotem ku głowicy (ponownie ulegając zjawisku pochłania, rozpraszania, odbicia i załamania). Głowica przełącza się na tryb odbiorczy i w chwili, gdy odbiera fale dźwiękowe, zamienia je na impulsy elektryczne. Po upływie określonego czasu głowica przestaje odbierać fale dźwiękowe i wysyła następną falę ciśnieniową.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:04



Nie. Każda fala ciśnieniowa tworzy tylko jedną pionową linię obrazu. Każdy obraz składa się z wielu linii pionowych. Linie te w zależności od głowicy mogą albo być ułożone równolegle, albo tworzyć wachlarz.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:04



Fale ultradźwiękowe w aparacie ultrasonograficznym są wytwarzane i emitowane oraz odbierane w głowicy ultradźwiękowej, a więc tej części aparatu, którą bezpośrednio przykłada się do skóry (powłok) badanego, lub wykorzystując naturalne otwory ciała, np. przełyk, odbytnica, pochwa, wprowadza się jak najbliżej badanego narządu.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:05



Fale ultradźwiękowe są bezpośrednio wytwarzane w przetwornikach piezoelektrycznych umieszczonych na przedniej powierzchni głowicy. We współczesnych aparatach USG przetwornikami piezoelektrycznymi są różne ceramiki tytanianu baru lub oparte na bazie cyrkonu i tytanianu ołowiu.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:05



Zjawisko fizyczne polegające na mechanicznej deformacji kryształu pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego (zjawisko piezoelektryczne odwrotne). Zjawisko piezoelektryczne proste polega na powstawaniu na przeciwległych ścianach kryształu ładunków elektrycznych przeciwnego znaku (potencjału elektrycznego) w wyniku deformacji kryształu.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:06



Głębokość określana jest na podstawie czasu, jaki upływa od wytworzenia impulsu w głowicy do jego powrotu do głowicy. Przyjęto, że fale rozchodzą się ze średnią prędkośćią 1540 m/s. Ponieważ pokonują odległość dwukrotnie głębokość = ½ x T x 1540 (m/s).

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:07



Jasność odpowiada sile sygnału odbitej fali (od czerni przy braku ech do bieli dla ech największych). Tkanki, odbijające ultradźwięki w różnym stopniu, są echogeniczne, płyn odbija ultradźwięki w niewielkim stopniu jest więc hipoechogeniczny lub bez echowy.

Aktualizowany: 01/03/2015 - 20:07