Властивості звукової хвилі і ультразвуку

Характеристики поширення хвиль. Звукові хвилі мають декілька основних властивостей:

• Поширення звукових хвиль. Звукові хвилі поширюються через повітря, рідини і тканини людського організму майже виключно у вигляді пружних хвиль. Останні являють собою зони, в яких молекули, які складають середовище, поперемінно розріджуються або ущільнюються. Таким чином, звукові хвилі можуть поширюватися через речовину і не поширюються у вакуумі.

• Швидкість розповсюдження. Швидкість звуку при проходженні будь-яких речовин відносно мала (для тканини близько 1540 м/с). Отже, час проходження звукової хвилі може бути точно виміряний і співвіднесений з пройденою відстанню з використанням принципу «час-відстань».

• Відображення (часткове або повне) звукових хвиль від поверхонь: ступінь відображення падаючих на поверхню звукових хвиль залежить від акустичного опору (імпедансу):

- Імпеданс - відношення інтенсивності падаючої звукової хвилі до тієї її частини, яка була пропущена середовищем.

- Акустичний опір проведення щільності і швидкості звуку. Характеризує розсіювання енергії хвиль в речовині.

• Ефект Доплера. Згідно ефекту Доплера, частота відбитої звукової хвилі змінюється при наближенні або віддаленні джерела звуку від пристрою одержувача. Відповідно до закону «час-відстань», добуток часу і швидкості дорівнює пройденій відстані. Таким чином, для визначення напрямку і швидкості кровотоку в судинах і серці можуть бути проаналізовані зміни частоти відображення звукових хвиль від рухомих еритроцитів.

Параметри ультразвуку

Частота ультразвуку. Якість ультразвукового дослідження (УЗД) залежить від двох критеріїв, пов'язаних з властивостями звукових хвиль:

• Максимально можливої роздільної здатності (вища частота передавача).

• Адекватності глибини проникнення звуку (нижча частота передавача).

Правило: звукові хвилі меншої довжини дають більший роздільну здатність, але меншу глибину проникнення ультразвуку

Швидкість поширення звуку. Цей показник залежить від щільності середовища (приблизно 1500-1600 м/с в м'яких тканинах і рідинах, 331 м/с у повітрі і 3500 м/с в кістках). Ультразвукові інструменти відкалібровані для середньої швидкості звуку 1540 м/с.

Осьова розподільна здатність. Звуковий імпульс складається двома (або трьома) звуковими хвилями, випущеними в поздовжньому (осьовому) напрямку. Максимальна здатність до розрізнення двох окремих точок в поздовжньому напрямку дорівнює 1/2 довжини імпульсу, або приблизно довжині однієї звукової хвилі. Наприклад, при робочій частоті 3,5 МГц роздільна здатність дорівнює приблизно 0,5 мм.

Латеральна розподільна здатність. Зі збільшенням глибини ультразвуковий промінь спочатку звужується, а потім відбувається його розширення зі зниженням інтенсивності і розподільної здатності. Фокусна зона променя («звуження») має ширину 3-4 довжини звукової хвилі і характеризується максимальною латеральною розподільною здатністю. При частоті 3,5 МГц латеральна розподільна здатність складає приблизно 2 мм, тобто дві сусідні точки будуть розцінені як різні, якщо відстань між ними не менше 2 мм.

Фокусування. Метою фокусування ультразвукового променя при ехосонографії є отримання максимальної розподільної здатності та поліпшення розпізнавання для розрізнення дрібних деталей.

Технічні можливості - використання передавача з увігнутою поверхнею, що дозволяє ге генерувати промінь, який звужується (ефект віддзеркалення від увігнутої поверхні);

• Механічне фокусування. Створює фіксовану зону фокуса, яка не може бути зміщена (система фіксованого фокусу), хоча деяка модифікація її можлива при скануванні через рідке середовище.

• Електронне фокусування. У цьому випадку зона фокусу може бути установлена на будь-яку необхідну глибину. Наприклад, зона фокусу може бути встановлена ​​таким чином, щоб дати чітку картину жовчного міхура, або розтягнута на всю глибину поля зображення.

• Корекція фокуса під час УЗД. Володіння цією методикою характеризує досвід лікаря. Однією з ознак високоякісної ультразвукової системи є чітка зміна розподільної здатності при зсуві зони фокусу.