Pozwala na obserwację przestrzeni anatomicznych oraz wielkości, kształtów i położenia organów oraz ich wnętrza. Zaletą tej metody jest nieinwazyjność oraz bezpieczeństwo stosowania dla pacjenta, nawet w krótkich odstępach czasowych pomiędzy badaniami. Diagnostyczna możliwość zobrazowania odpowiedniej struktury uwarunkowana jest w dużej mierze zastosowaniem dedykowanej sondy. Potrzeba poprawiania obrazu USG ciągle wymusza konstruowanie nowych, anatomicznie dopasowanych konstrukcji sond.

W artykule przedstawiono zasady działania aparatu USG oraz wyjaśniono zjawiska występujące podczas badania ultradźwiękami. Podstawą działania aparatury ultrasonograficznej jest ruch falowy, który odbywa się na zasadzie przekazywania części energii drgającej kolejnym cząstkom danego ośrodka. Pod wpływem siły przyłożonej z zewnątrz, makrocząsteczka zostaje przesunięta ze stanu równowag, jednak na skutek sił sprężystych i bezwładnościowych ośrodka jest zmuszona do ruchu powrotnego.

Wykonuje drgania wokół położenia równowagi. Energia cząsteczki zostaje przekazana z opóźnieniem innym cząsteczkom, wobec czego ruch drgający w danym ośrodku przesuwa się z określoną prędkością. Omówione zjawisko przekazywania energii nazywa się ruchem falowym, a prędkość jego rozchodzenia zależy od prędkości fali. Rozchodzenie się fal ultradźwiękowych zależy od układów generujących drgania, intensywności fal ultradźwiękowych oraz przede wszystkim od budowy strukturalnej i właściwości mechanicznych ośrodków materialnych. Fale ultradźwiękowe są drganiami mechanicznymi o częstotliwościach większych niż 20 kHz, rozchodzącymi się w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych. Ultradźwięki można rozpatrywać jako falę ciśnienia lub jako przekazywanie energii dalszym cząsteczkom ośrodka. Wraz z przekazywaniem ruchu drgającego następuje przekazywanie energii. W aparatach ultradźwiękowych wykorzystuje się głównie fale o częstotliwościach od 2 MHz do 15 MHz.

Fale ultradźwiękowe rozchodzące się w wodzie i w tkankach miękkich są falami podłużnymi. W tkankach miękkich charakteryzujących się pewną niewielką sprężystością postaciową, mogą również propagować fale poprzeczne. Z kolei w tkankach kostnych mogą być wytwarzane fale poprzeczne, podłużne lub powierzchniowe. Rozważyć należy znaczenie takich wielkości fizycznych jak ciśnienie akustyczne, natężenie dźwięku, temperatura, prędkość drgających cząsteczek. Natężenie dźwięku lub inaczej natężenie fali dźwiękowej (w tym przypadku jest to bardziej trafne określenie) jest proporcjonalne do kwadratu amplitudy i kwadratu pulsacji. Należy zaznaczyć, że jest to czynnik działający niekorzystnie na badane tkanki.

Pojęcie to obejmuje stosunek mocy danej fali ultradźwiękowej do powierzchni prostopadłej w kierunku jej rozchodzenia się. W diagnostyce, ze względu na bezpieczeństwo badanych pacjentów, stosuje się niewielkie natężenie fali. Należy brać pod uwagę również fakt zmniejszania się natężenia wraz ze wzrostem głębokości wnikania ultradźwięków. Ważnym parametrem fali ultradźwiękowej jest jej prędkość, która zależy od sprężystych i bezwładnościowych właściwości ośrodka. Nie zależy natomiast, w przypadku diagnostycznego zastosowania ultradźwięków, od częstości przekazywanych ośrodkom drgań. Prędkości fal we krwi, tkankach miękkich oraz w wodzie mają podobne wartości. W tkance kostnej prędkości rozprzestrzeniających się fal są zbliżone do prędkości w ciałach stałych.

Prędkość w materii żywej zależy od złożonych czynników, takich jak wielkość i kształt, wzajemne przestrzenne oddziaływanie cząsteczek ośrodka oraz ciśnienie. Prędkość fal w tkankach wiąże się również z ich stanem czynnościowym oraz składem biochemicznym tkanek. Prędkość rozchodzącej się fali ultradźwiękowej zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości płynu w tkance i odwrotnie – zmniejsza się, kiedy tkanka jest słabo ukrwiona. Dla scharakteryzowania ośrodków sprężystych, wprowadza się także pojęcie oporności akustycznej właściwej. Jest to reakcja ośrodka na przemieszczającą się w nim falę ultradźwiękową. Pojęcie oporności akustycznej właściwej jest pomocne przede wszystkim w ilościowym opisie odbicia fal ultradźwiękowych. Fale sprężyste podlegają różnym zjawiskom fizycznym podczas propagacji przez tkanki. Podstawowym zjawiskiem jest propagacja fali ultradźwiękowej. Propagacja dotyczy przechodzenia i rozprzestrzeniania się fal ultradźwiękowych w różnych tkankach. Znaczne różnice w sposobie oddziaływania fali ultradźwiękowej z tkankami powodują powstanie różnych fal. W tkankach miękkich fala rozchodzi się w postaci fali podłużnej.

Cały artykuł pod linkiem

Źródło: dwumiesięcznik Inżynier i Fizyk Medyczny www.inzynier-medyczny.pl
INDYGO Media, ul. Tęczowa 7, 53-601 Wrocław
T: +48 71 796 41 59, M: 604 586 979 E: jacek@zahir.pl