Работа УЗИ-аппарата основана на регистрации отраженных от структур организма ультразвуковых волн, что позволяет получать визуальные изображения в реальном времени, без лучевой нагрузки для пациентов. Благодаря высокой точности, доступности и отсутствию противопоказаний ультразвуковое исследование широко применяется в клинической практике для диагностики различных заболеваний.
В данной статье мы рассмотрим устройство, принцип работы УЗИ-аппарата и его функциональные особенности.
Принцип работы УЗИ-аппарата: как формируется изображение
Принцип работы аппарата УЗИ основан на физических свойствах ультразвуковых волн и их взаимодействии с тканями организма. Ультразвук — это механическая продольная волна с частотой выше 20 кГц, которая распространяется в среде за счет чередующихся зон сжатия и разрежения молекул. В диагностическом исследовании используют диапазон аппарата УЗИ 2–15 МГц, поскольку он обеспечивает оптимальное сочетание разрешающей способности и глубины проникновения.
Когда ультразвуковая волна достигает границы между различными тканями, она частично отражается обратно к датчику, а часть — проходит дальше. Данный механизм зависит от разницы акустического сопротивления тканей, которое определяется их плотностью и эластичностью. Чем больше эта разница, тем сильнее отражение ультразвуковых волн. Например, граница между мягкими тканями и воздухом полностью отражает волну, что объясняет необходимость использования специального геля между кожей и датчиком для устранения прослоек воздуха.
Датчик ультразвукового аппарата преобразует отраженные сигналы в электрические импульсы, которые затем обрабатываются для формирования изображения. Важным аспектом является частота ультразвукового аппарата, о которой мы напишем в следующих разделах.
Обработка полученных сигналов позволяет формировать изображение внутренних органов в реальном времени. В процессе формирования изображения учитывается также ослабление ультразвука при прохождении через ткани из-за поглощения, рассеяния и затухания энергии волны. В результате на экране отображается карта отражений, которая позволяет специалисту оценить внутреннее строение исследуемых органов.
Подытожим: механизм работы УЗИ-аппарата основан на способности ультразвука проникать внутрь тканей, отражаться от границ различных структур и возвращаться к датчику для последующей обработки.
Устройство и строение аппарата УЗИ
Устройство ультразвукового аппарата представляет собой сложную систему, состоящую из нескольких ключевых элементов: монитор, панель УЗИ-аппарата, компьютерная часть (материнская плата, оперативная память, карты расширения и жесткий диск).
Для формирования изображений используются специальные модули и платы, которые управляют датчиками УЗИ и формируют картинку в режиме реального времени. Датчики — это важнейшие компоненты системы, они действуют в связке с блоками питания, позволяя получать высококачественные изображения.
Основные виды датчиков, которые различаются рабочей частотой, величиной и формой:
-
линейный,
-
конвексный,
-
секторный (кардиологический).
Блок питания и источник бесперебойного питания (ИБП), который мы рекомендуем приобретать дополнительно, отвечают за надежность работы аппарата даже при перебоях электроснабжения. Все компоненты УЗИ-сканера тесно связаны между собой.
Схема работы и внутренняя архитектура УЗИ-сканера
Схема ультразвукового аппарата:
Схема ультразвуковой системы экспертного класса Philips EPIQ Elite:
|
1. Cкладывающийся ЖК-монитор 2. Шарнирный кронштейн с возможностью перемещения во всех плоскостях 3. Сенсорная панель управления 4. Ручка для управления 5. Регулируемая по высоте панель управления с возможностью поворота до 360° |
6. Держатели для датчиков и флаконов с гелем 7. Отсек для периферийных устройств для удобного размещения до двух устройств печати или обработки документации 8. 4 порта для подключения датчиков 9. Фиксаторы колес 10. Ножной тормоз |
Механизм УЗ-сканирования в целом представляет собой последовательность процессов:
-
генерация ультразвука (через блоки, расположенные внутри корпуса), который передается на датчик через порт;
-
передача ультразвука путем соприкосновения датчика с телом пациента;
-
взаимодействие ультразвука с тканями, отражение его от внутренних структур организма;
-
обработка отраженного сигнала — преображение его в электрический сигнал;
-
визуализация изображения на мониторе или вывод на термопринтеры.
Дополнительные функции: воспроизведение звука аппарата УЗИ через динамики, управление настройками через панель управления, а также возможность сохранения изображений и видео на съемных носителях.
Основные части УЗИ-аппарата: панель, экран, клавиатура, датчики
Панель управления аппарата УЗИ — это интерфейс оператора, включающий в себя клавиатуру УЗИ-аппарата, трекбол и регуляторы. С их помощью специалист настраивает параметры исследования, выбирает режимы работы и управляет процессом получения изображений.
Экран аппарата УЗИ — это визуальный интерфейс, на котором отображается полученное изображение внутренних органов и тканей. Современные мониторы обеспечивают высокое разрешение и четкость изображения, что позволяет врачу точно оценить состояние пациента.
Датчики или ультразвуковые преобразователи — это чувствительные элементы системы, которые излучают ультразвуковые волны и принимают отраженные сигналы от внутренних структур организма. Именно благодаря датчикам формируется изображение в реальном времени. Они взаимодействуют с блоками питания и платами формирования изображения для обеспечения стабильной работы.
Панель управления: кнопки, элементы интерфейса и назначение
-
Кнопки узи-аппарата — это основные функциональные клавиши, позволяющие быстро переключать режимы сканирования (например, B-режим, доплер, М-режим), сохранять изображения, вызывать меню настроек и выполнять другие операции.
-
Трекбол — используется для навигации по меню, перемещения курсора и выбора параметров на экране.
-
Регуляторы (крутилки или слайдеры) — позволяют точно настраивать параметры изображения (яркость, контрастность, глубину сканирования) и другие важные параметры исследования.
Эта комбинация элементов обеспечивает удобное и интуитивное управление аппаратом, позволяя оператору быстро и точно настраивать параметры исследования в процессе диагностики.
Частота и диапазон работы: что влияет на точность и глубину сканирования
Одним из важнейших параметров ультразвукового исследования является частота аппарата УЗИ, которая напрямую влияет на качество изображения и глубину проникновения ультразвука в ткани. В УЗИ-системах диапазон рабочих частот обычно составляет от 2 до 10 МГц, при этом специалист имеет возможность настраивать этот параметр в соответствии с задачами конкретного исследования.
Чем ниже частота ультразвуковых волн, тем глубже они способны проникать в тело пациента. Например, для обследования органов брюшной полости используют датчики с частотой около 2–5 МГц, что обеспечивает большую проникающую способность. В то время как для менее глубинных структур, таких как щитовидная железа, применяют высокочастотные датчики — до 10 МГц.
Длина УЗ-волны обратно пропорциональна частоте: чем выше частота, тем короче длина волны. Это важно для определения минимального расстояния между объектами, которое может быть различимо на изображении. Если объекты расположены ближе друг к другу, чем длина волны или чем 2–3 длины волн, их отражения могут сливаться в одно размытое пятно. Однако увеличение частоты ухудшает способность волны проникать вглубь тканей, что ограничивает использование высокочастотных датчиков при необходимости обследовать глубокие органы. Поэтому при необходимости высокой детализации используют высокие частоты, а при необходимости глубокого проникновения — низкие.
Мощность и потребление энергии: технические параметры аппарата
Потребляемая мощность УЗИ-аппарата — важный технический показатель, определяющий его работоспособность и эффективность. Она оказывает влияние на качество формирования ультразвуковых волн, а также на стабильность работы датчиков и электронных компонентов. Обычно мощность аппарата УЗИ регулируется в зависимости от режима исследования и типа датчика, что позволяет оптимизировать визуализацию и снизить нагрузку на устройство.
Потребление энергии зависит от конкретной модели и назначения аппарата. Стационарные УЗ-сканеры, как правило, требуют больше энергии (от нескольких сотен Вт до нескольких кВт) для обеспечения высокой производительности и стабильной работы. В то время как портативные модели отличаются меньшим энергопотреблением, например, современные портативные ультразвуковые аппараты характеризуются низким энергопотреблением — 100–300 Вт. Такие устройства могут работать от аккумулятора до 2–4 часов без подзарядки, что значительно расширяет возможности мобильной диагностики.
Паспорт, габариты и технические характеристики аппарата
Паспорт ультразвукового аппарата — документ, содержащий основные сведения о модели устройства: название, производитель, серийный номер, дата выпуска и сертификаты соответствия.
Габариты аппарата УЗИ и вес — параметры физического устройства. Например, типичный портативный УЗИ-аппарат может иметь размеры 50 × 30 × 20 см и вес 6–8 кг, что обеспечивает его мобильность и удобство использования в различных условиях. Существуют также планшетные и карманные варианты весом менее килограмма. Более крупные стационарные системы могут иметь размеры до 1 м в длину и вес до 125 кг.
Технические характеристики
-
Частотный диапазон датчиков — например, от 2 до 15 МГц (подходит для поверхностных и глубоких исследований).
-
Разрешение изображения — зависит от модели; современные аппараты обеспечивают как правило 1920 x 1080 пикселей.
-
Количество каналов — например, 128 или более, что влияет на качество и скорость обработки данных.
-
Интерфейсы подключения — USB, HDMI, Ethernet.
-
Питание — обычно от сети 220 В; мощность варьируется от 100 до 200 Вт.
Все эти данные позволяют выбрать необходимый для конкретных задач аппарат: портативный для выездных исследований или стационарный для клиник.
Погрешности и особенности измерений при использовании
При исследовании возможны погрешности аппарата УЗИ, обусловленные разными факторами.
-
Асимметрия тканей и артефакты — неоднородность тканей, наличие кальцинатов или газов могут искажать изображение, снижая точность границ структур.
-
Положение датчика — неправильный угол наклона или давление могут привести к деформации изображаемых объектов и ошибкам в измерениях.
-
Разрешение датчика — низкое разрешение ограничивает точность определения мелких структур и границ.
-
Движение пациента — непроизвольные движения или дыхание вызывают смещение картинки, что влияет на точность измерений.
Особенности проведения:
-
Соблюдение стандартных методов позиционирования датчика и минимизация давления для повышения точности.
-
Использование нескольких срезов и усреднение данных для снижения погрешностей.
Понимание этих факторов помогает минимизировать ошибки при использовании аппарата УЗИ и повышает достоверность результатов сканирования.
Области применения и назначение УЗИ-аппарата
Ультразвуковые сканеры активно применяются в медицине для диагностики и отслеживания различных состояний организма.
Наиболее распространенные области применения аппарата УЗИ:
-
Кардиология — оценивание состояния сердца, выявление пороков и нарушений кровотока.
-
Акушерство и гинекология — контроль развития плода, диагностика заболеваний репродуктивных органов.
-
Урология — обследование почек, мочевого пузыря и мочевыводящих путей.
-
Педиатрия — диагностика у детей, оценка развития внутренних органов.
-
Травматология и ортопедия — выявление повреждений мягких тканей, суставов и костей.
Благодаря универсальности и безопасности УЗИ-аппарат — незаменимый инструмент в современном медицинском диагностическом арсенале.
Советы по эксплуатации и уходу за УЗИ-аппаратом
Для того чтобы обеспечить надежную работу ультразвукового аппарата и продлить его срок службы, необходимо соблюдать ряд правил эксплуатации и регулярного ухода:
-
Перед началом работы
— Проверьте наличие всех необходимых аксессуаров: датчиков, кабелей, геля.
— Убедитесь в исправности источника питания и отсутствии видимых повреждений корпуса. -
Правильное использование
— Используйте только рекомендованный гель для ультразвуковых исследований, избегая попадания посторонних веществ на датчики.
— Не допускайте чрезмерного давления датчика на кожу пациента, чтобы избежать деформации и повреждения чувствительных элементов.
— Соблюдайте правильное положение датчика для получения качественного изображения и минимизации погрешностей. -
Обслуживание и чистка
— После каждого использования аккуратно протирайте датчики мягкой тканью, смоченной специальным средством для очистки ультразвуковых датчиков или мягким мылом.
— Не используйте агрессивные химические средства или абразивы, чтобы не повредить чувствительное покрытие.
— Регулярно проверяйте кабели и разъемы на наличие повреждений или изломов. -
Хранение
— Храните аппарат в сухом, защищенном от пыли месте при температуре от +10°C до +40°C.
— Избегайте воздействия прямых солнечных лучей и влажности, чтобы предотвратить коррозию и повреждение электронных компонентов. -
Техническое обслуживание
— Проводите плановые проверки и калибровки согласно рекомендациям производителя.
— В случае обнаружения неисправностей или ухудшения качества изображения обращайтесь в сервисный центр для профессионального ремонта. -
Обучение персонала
— Организуйте регулярное обучение операторов: они должны знать, как правильно эксплуатировать аппарат и ухаживать за ним. Это снизит риск ошибок и повреждений.
Следуя этим рекомендациям, клиника снизит риск поломок и обеспечит долгий срок службы ультразвукового оборудования, что обеспечит высокое качество диагностики.