Информационный портал по ультразвуковой диагностике

Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрический эффект представляет собой явление, которое наблюдается в образцах некоторых анизотропных материалов и заключается в нарушении равновесного распределения электрических зарядов под действием механической деформации образца. Возможен и обратный пьезоэлектрический эффект, состоящий в механической деформации среды под действием внешнего электрического поля.

Пьезоэлектрическим эффектом обладают материалы различного типа. К одному из классов таких материалов относятся естественные кристаллы и кристаллические материалы (к ним относятся также кости человека), причем наиболее важными с точки зрения практического применения являются кварц и ниобат лития. Другой важный класс объединяет сегнетоэлектрики — аморфные материалы типа некоторых керамик и пластмасс, имеющих микрокристаллическую структуру. В этих материалах устойчивый пьезоэлектрический эффект может быть создан под действием сильного электрического поля (такой процесс называется поляризацией).

Достаточно сложно дать исчерпывающую характеристику электромеханических свойств таких материалов. По своей природе они являются анизотропными, т. е. их свойства зависят от выбранного направления относительно кристаллографических осей или осей поляризации. При этом для описания взаимосвязи между различными электрическими и механическими характеристиками пьезоэлектри-ков необходимо использовать тензорно-матричные уравнения. К основным параметрам, характеризующим свойства различных материалов, следует отнести: коэффициент электромеханической связи, определяющий ту часть электрической энергии, которая может быть преобразована в упругую энергию и наоборот; пьезоэлектрический модуль, представляющий собой отношение наведенного электрического поля к единичной деформации и наоборот; диэлектрическую проницаемость; тангенс угла диэлектрических потерь — частотно-зависимую величину, определяющую ту часть энергии, которая теряется за период колебаний; плотность, упругую податливость и удельный акустический импеданс. В практическом плане важную роль играют также напряженность электрического поля пробоя, временная и температурная стабильность параметров, а также устойчивость к воздействию воды и химических веществ.

Значения перечисленных параметров для некоторых практически важных материалов представлены в табл. 2.1. С учетом того что в подавляющем большинстве медицинских и биологических приложений пьезоэлектрические преобразователи работают в режиме возбуждения только продольной моды колебаний (по толщине), в таблице приведены значения соответствующих параметров, относящиеся лишь к этой моде. Однако нельзя пренебрегать возможностью возбуждения и других мод колебаний, а также взаимодействием между различными модами. В дальнейшем мы еще вернемся к этому вопросу.

Между указанными материалами существуют некоторые важные с точки зрения практики различия. Так, например, кварц, относящийся к естественным кристаллическим материалам, характеризуется очень низкими потерями и, следовательно, обладает резко выраженными резонансными свойствами. Пластинки кварца помимо своей основной частоты могут с достаточно высокой эффективностью работать на целом ряде своих высших гармоник как в качестве излучателей, так и приемников ультразвука. С другой стороны, из-за низкого значения коэффициента электромеханической связи для кварцевых пластинок характерна сравнительно слабая чувствительность вне резонанса. Поэтому они непригодны для работы в широкой полосе частот или для использования в качестве приемников сигналов в тех случаях, когда отсутствует строгий контроль за частотой. В силу указанных причин кварц с его чрезвычайно высокой стабильностью параметров используется для измерения акустических характеристик материалов на различных фиксированных частотах. Он применяется, например, для точных измерений коэффициента поглощения и скорости звука в растворах биомолекул, для оценки соотношений между дозой ультразвука и биологическим эффектом. Однако кварц, вообще говоря, непригоден для использования в диагностике или дозиметрии.

Сегнетокерамические материалы типа цирконаттитаната свинца имеют сравнительно высокий коэффициент электромеханической связи и обладают заметной чувствительностью вне резонанса, что позволяет их использовать для работы в широкополосном режиме. С учетом высокой диэлектрической проницаемости из этих материалов могут быть изготовлены преобразователи достаточно малых размеров, электрический импеданс которых не будет чрезмерно большим. Значения коэффициента электромеханической связи сегне-тоэлектриков обычно почти на порядок превосходят соответствующие значения для кварца. Поэтому сегнетокерамические материалы стали широко применяться для генерации и приема акустических волн в медицинских приложениях.

Устойчивый пьезоэлектрический эффект может быть также получен в некоторых синтетических полимерах посредством их поляризации в сильных постоянных электрических полях при повышенных температурах. Среди этих материалов наиболее перспективным представляется поливинилиденфторид (ПВДФ). Хотя он обладает несколько более низким коэффициентом электромеханической связи и значительно меньшей по сравнению с цирконат-титанатом свинца диэлектрической проницаемостью, его удельный акустический импеданс близок к импедансу воды и мягких тканей, а его очень низкая механическая добротность Q обеспечивает возможность работы в широкой полосе частот. Кроме того, технологически его можно изготовить в виде тонкой гибкой пленки, что имеет большое практическое значение в ряде приложений.

Сегнетоэлектрические материалы можно резать, придавать им необходимую форму и компоновать самым различным образом. Это позволяет создавать весьма универсальные и эффективные устройства генерации акустических полей. Некоторые из этих устройств будут рассмотрены в дальнейшем, а на первом этапе мы исследуем характеристики одной из простейших, но в то же время основных конструкций. Речь идет о преобразователе, рабочий элемент которого выполнен в форме плоского диска радиуса а с параллельными поверхностями. Типичная конструкция такого преобразователя показана на рис. 2.2.

В данном случае диск расположен на плоской границе раздела между двумя полубесконечными средами, одной из которых может быть вода или биологическая ткань, а другая представляет собой изолирующую среду, которой обычно является воздух.

При сборке преобразователя необходимо обеспечить механическое крепление диска, причем способ этого крепления в существенной степени определяется конкретным назначением устройства. При излучении и приеме непрерывных волн или «тональных» импульсов большой длительности на заданной частоте преобразователь должен обладать высокой добротностью. Для ее обеспечения диск закрепляется только в периферийной области и с тыльной стороны «нагружается на воздух». При излучении и приеме коротких (широкополосных) импульсов желательно, чтобы преобразователь имел приблизительно равномерную частотную характеристику. С этой целью можно задемпфировать колебания диска при резонансе посредством его соединения с тыльной нагрузкой, которая в идеальном случае должна быть согласована с преобразователем по акустическому импедансу. Осуществить такое соединение можно, например, с помощью заливки из эпоксидной смолы. Обычно в качестве демпфера используется эпоксидная смола с наполнителем из вольфрамового порошка, а в случае пьезокерамических дисков им может служить элемент из той же самой, но неполяризованной керамики.

В дальнейшем будет показано, что материал тыльной нагрузки должен обладать заметным поглощением акустической энергии, с тем, чтобы предотвратить рассеяние или отражение (особенно когерентное) возбуждаемых в тыльной нагрузке волн в обратном направлении к диску. По этой причине форма и композиционный состав тыльной нагрузки должны быть тщательно подобраны.

Одна из трудностей, возникающих при использовании пьезоэлектрических керамических материалов, связана с высокими значениями их удельного акустического импеданса по отношению к воде (табл. 2.1). Различие импедансов приводит к плохому акустическому согласованию между преобразователем и рабочей средой. Так, например, в гл. 1 было показано, что при отношении импедансов, равном 14, потери энергии при двустороннем излучении определяются коэффициентом 0,062, т. е. составляют 12 дБ. Обычно для преодоления этих трудностей на поверхность преобразователя наносят один или два четвертьволновых согласующих слоя (см. разд. 1.7.4). Такой согласующий слой обеспечивает также механическую защиту электродов преобразователя и изготавливается из материала, обладающего хорошей смачиваемостью для предотвращения возможности образования воздушной прослойки на поверхности (разд. 1.7.4).

Помимо указанных выше требований к акустическому демпферу при разработке конструкции корпуса преобразователя необходимо учитывать и целый ряд других специфических моментов. Необходимо, чтобы подводящие электрические провода и электроды могли пропускать большие мгновенные токи. При этом важно обеспечить надежность контактов, что достигается обычно с помощью низкотемпературной пайки. Изоляция должна выдерживать высокие электрические напряжения и должна быть непроницаемой для воды. Преобразователи, предназначенные для работы в эхо-импульсном режиме или режиме приема, должны быть надежно экранированы, поскольку довольно часто возникает задача приема и выделения на фоне шумов акустических сигналов с мощностью порядка 10"¹² Вт. Если для электрической экранировки используются металлические корпуса, то они должны быть очень хорошо акустически развязаны с рабочим элементом преобразователя. В противном случае эти корпуса будут работать как достаточно эффективные акустические линии задержки.

Обычно при теоретическом рассмотрении предполагается, что преобразователи, сконструированные в соответствии с указанными выше требованиями, будут совершать колебания подобно простому поршню, т. е. с одинаковой колебательной скоростью по всей площади поверхности рабочего элемента преобразователя. Однако такая модель является слишком упрощенной по крайней мере по двум причинам. Во-первых, некоторая часть акустической энергии будет расходоваться на возбуждение радиальных и изгибных мод колебаний, а во-вторых, при том или ином способе механического крепления рабочего элемента он может оказаться зажатым в периферийной области. Последний эффект, представляющий собой некоторую разновидность аподизации или маскирования, может играть и положительную роль, поскольку, как будет показано в дальнейшем, он приводит к уменьшению доли энергии, приходящейся в пространственной структуре пучка на боковые лепестки. Нередко также наблюдается, что дефекты, возникающие в процессе изготовления (например, при нарушении адгезии излучателя с тыльной нагрузкой или согласующим слоем), могут быть причиной явно выраженного аномального поведения преобразователя. Тем не менее теорию «простого поршневого преобразователя» можно рассматривать как неплохое первое приближение к поведению реальных устройств.

Второе основное упрощение большинства простых теоретических моделей сводится к предположению о непрерывном режиме возбуждения волн. Несмотря на такую идеализацию (см. далее разд. 2.3), соответствующие теоретические расчеты дают весьма наглядные результаты, которые непосредственно применимы на практике для описания ультразвуковых полей терапевтических или

Рис. 2.3. Расчетные структуры полей плоских поршневых излучателей: а —нормированное распределение амплитуды звукового давления вдоль оси круглого излучателя радиуса а в случае равномерного возбуждения (а/\ - 1); 6-1 — то же для круглого излучателя с а/\ = 5; 6-2 — то же для излучателя квадратной формы со стороной / в случае //2Х = 5; 6-3 — то же для круглого излучателя с а/\ = 5 при использовании аподизирующей функции Гаусса; в — распределения амплитуды давления в радиальном направлении при фиксированных расстояниях по оси (кривые в-1, в-2 и в-3 соответствуют кривой 6-1, кривая в-4 демонстрирует влияния аподизации).

доплеровских диагностических аппаратов. Некоторые примеры расчета поля, создаваемого круглым поршневым излучателем в режиме непрерывного возбуждения, представлены на рис. 2.3. Как видно, по мере роста апертуры излучателя, выраженной в длинах волн X, наблюдается тенденция к увеличению направленности (но также и к возрастанию сложности структуры поля). Кроме того, на представленных графиках можно видеть границу (определяемую достаточно условно «френелевским расстоянием» между ближним полем или зоной дифракции Френеля со сложной структурой и дальним полем или зоной дифракции Фраунгофера, где структура пучка упрощается, а интенсивность начинает спадать обратно пропорционально квадрату расстояния по оси излучателя.

Равномерное возбуждение плоского круглого излучателя по всей поверхности представляет собой частный, но достаточно важный случай. Вопрос о «фокусирующих» излучателях, т. е. об излучателях с определенным законом изменения фазы и амплитуды в пределах их апертуры, рассматривается в разд. 2.4. Для сравнения на рис. 2.3 показана также структура поля плоского излучателя квадратной формы.

ОСНОВЫ ФИЗИКИ УЛЬТРАЗВУКА

Приборы медленного сканирования

В настоящее время приборы медленного (ручного, сложного) скани-рования представляют лишь исторический интерес. Морально они умерли с появлением приборов быстрого сканирования (приборов, работающих в реальном времени). Однако их основные компоненты сохраняются и в со-временных приборах (естественно, с использованием современной эле-ментной базы). Сердцем прибора является главный генератор импульсов

(в современных аппаратах – мощный процессор), который управляет всеми системами ультразвукового прибора

Генератор импульсов посылает электрические импульсы на трансдьюсер, который генерирует ультразвуковой импульс и направляет его в ткани, принимает отраженные сигналы, преобразовывая их в электрические колебания. Эти электрические колебания далее направляются на радиочастотный усилитель, к которому обычно подключаются временно-амплитудный регулятор усиления (ВАРУ) и регулятор компенсации тканевого поглощения по глубине. Ввиду того, что затухание ультразвукового сигнала в тканях происходит по экспоненциальному закону, яркость объектов на экране с увеличением глубины прогрессивно падает. Использование линейного усилителя, т.е. усилителя, пропорционально усиливающего все сигналы, привело бы к переусилению сигналов в непосредственной близости от датчика при попытке улучшения визуализации глубоко расположенных объектов. Использование логарифмических усилителей позволяет решить эту проблему. Ультразвуковой сигнал усиливается пропорционально времени задержки его возвращения – чем позже вернулся, тем сильнее усиление. Таким образом, применение ВАРУ позволяет получить на экране изобра-жение одинаковой яркости по глубине. Усиленный таким образом радио-частотный электрический сигнал подается затем на демодулятор, где он выпрямляется и фильтруется, и еще раз усиленный на видеоусилителе по-падает на экран монитора. Для сохранения изображения на экране монито-ра необходима видеопамять. Она может быть разделена на аналоговую и цифровую. Первые мониторы позволяли представлять информацию в ана-логовой бистабильной форме. Устройство, называемое дискриминатором, позволяло изменять порог дискриминации – сигналы, интенсивность кото-рых была ниже порога дискриминации, не проходили через него и соответствующие участки экрана оставались темными. Сигналы, интенсивность которых превышала порог дискриминации, представлялись на экране в виде белых точек. При этом яркость точек не зависела от абсолютного значения интенсивности отраженного сигнала – все белые точки имели одинаковую яркость. При таком способе представления изображения – он получил название "бистабильный" – хорошо были видны границы органов и структуры с высокой отражающей способностью (например почечный синус), однако, оценить структуру паренхиматозных органов не представлялось возможным. Появление в 70-х годах приборов, которые позволяли передавать на экране монитора оттенки серого цвета, знаменовало начало эры серошкальных приборов. Эти приборы давали возможность получать информацию, которая была недостижима при использовании приборов с бистабильным изображением. Развитие компьютерной техники и микро-электроники позволило вскоре перейти от аналоговых изображений к цифровым. Цифровые изображения в ультразвуковых установках формируются на больших матрицах (обычно 512×512 пикселов) с числом градаций серого цвета 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 бит). При визуализации на глубину 20 см на матрице 512×512 пикселов один пиксел будет соответствовать линейным размерам в 0,4 мм. На современных приборах имеется тенденция к увеличению размеров дисплеев без потери качества изображения и на приборах среднего класса 12-дюймовый (30 см по диагонали) экран становится обычным явлением.

Электронно-лучевая трубка ультразвукового прибора (дисплей, мони-тор) использует остро сфокусированный пучок электронов для получения яркого пятна на экране, покрытом специальным фосфором. С помощью отклоняющих пластин это пятно можно перемещать по экрану. При А-типе развертки (А – вместо английского слова "амплитуда" (Amplitude)) по одной оси откладывается расстояние от датчика, по другой – интенсивность отраженного сигнала. В одних приборах А-тип развертки практически не используется, в других В-тип развертки (В – вместо английского слова "яркость" (Brightness)) позволяет вдоль линии сканирования получить информацию об интенсивности отраженных сигналов в виде различия яркости отдельных точек, составляющих эту линию. М-тип (иногда ТМ) развертки (М – вместо английского слова "движение" (Motion)) позволяет регистрировать движение (перемещение) отражающих структур во времени. При этом по вертикали регистрируются перемещения отражающих структур в виде точек различной яркости, а по горизонтали – смещение положения этих точек во времени. Для получения двумерного томографического изображения необходимо тем или иным образом произвести перемещение линии сканирования вдоль плоскости сканирования. В приборах медленного сканирования это достигалось перемещением датчика вдоль поверхности тела пациента вручную.

Приборы быстрого сканирования

Приборы быстрого сканирования, или, как их чаще называют, прибо-ры, работающие в реальном времени, в настоящее время полностью заме-нили приборы медленного, или ручного, сканирования. Это связано с це-лым рядом преимуществ, которыми обладают эти приборы: возможность оценивать движение органов и структур в реальном времени (т.е. практи-чески в тот же момент времени); резкое уменьшение затрат времени на ис-следование; возможность проводить исследования через небольшие аку-стические окна. Если приборы медленного сканирования можно сравнить с фотоаппаратом (получение неподвижных изображений), то приборы, работающие в реальном времени, – с кино, где неподвижные изображения (кадры) с большой частотой сменяют друг друга, создавая впечатление движения. В приборах быстрого сканирования используются, как уже го-ворилось выше, механические и электронные секторные датчики, элек-тронные линейные датчики, электронные конвексные (выпуклые) дат-чики, механические радиальные датчики. Некоторое время назад на ряде приборов появились трапециевидные датчики, поле зрение которых имело трапециевидную форму, однако, они не показали преимуществ относительно конвексных датчиков, но сами имели целый ряд недостатков. В настоящее время наилучшим датчиком для исследования органов брюшной полости, забрюшинного пространства и малого таза является конвексный. Он обладает относительно небольшой контактной поверхностью и очень большим полем зрения в средней и дальней зонах, что упрощает и ускоряет проведение исследования.

При сканировании ультразвуковым лучом результат каждого полного прохода луча называется кадром. Кадр формируется из большого количе-ства вертикальных линий. Каждая линия – это как минимум один ультра-звуковой импульс. Частота повторения импульсов для получения серош-кального изображения в современных приборах составляет 1 кГц (1.000 импульсов в секунду). Существует взаимосвязь между частотой повторения импульсов (ЧПИ), числом линий, формирующих кадр, и количеством кадров в единицу времени: ЧПИ равна числу линий, умноженных на частоту кадров. На экране монитора качество получаемого изображения будет определяться, в частности, плотностью линий. Для линейного датчика плотность линий (линий/сантиметр) является отношением числа линий, формирующих кадр, к ширине части монитора, на котором формируется изображение. Для датчика секторного типа плотность линий (линий/градус) – отношение числа линий, формирующих кадр, к углу сектора. Чем выше частота кадров, установленная в приборе, тем (при заданной частоте повторения импульсов) меньше число линий, формирующих кадр, тем меньше плотность линий на экране монитора, тем ниже качество получаемого изображения. Правда, при высокой частоте кадров мы имеем хорошее временное разрешение, что очень важно при эхокардиографических исследованиях.

Организация и методы работы сонолога

Рабочее место (ультразвуковой аппарат, кровать для исследования и кресло) играют значительную роль в снижении риска развития профессиональной патологии скелетно-мышечной системы у сонологов, однако рабочая поза сонолога является самым критическим фактором риска в развитии этих повреждений.

Важно помнить, что WRMSD являются следствием совокупной травмы, вызванной на клеточном уровне неправильными позами во время сканирования, длительными статическими положения и чрезмерными нагрузками. Особенно выражено напряжение при повторяющихся движениях, когда сонолог выполняет один тип исследования в течение длительного промежутка времени без достаточного времени отдыха для восстановления.

Мышцы и сухожилия предназначены для регулярной работы. Однако, когда рабочая нагрузка является слишком частой и слишком длительной, мышцы и сухожилия больше не могут приспосабливаться к такой нагрузке. Как только сухожилие повреждено, мышца, к которой оно прикреплено, компенсаторно выполняет большую нагрузку, чтобы поддержать конечность и сустав.

Большие нагрузки на мышцы, а также статические позы, уменьшают поставку кислорода к мышцам и способствуют накоплению молочной кислоты, приводя к усталости, напряжению и последующим повреждениям (отечности, воспалению и дегенерации, возникновению микротрещин, после которых формируются рубцы). Воспаленные мягкие ткани также могут повреждать нервы, сдавливая их.

WRMSD затрагивают не только производительность сонолога и моральные аспекты, но могут также воздействовать на деятельность сонолога в свободное от работы время. Изучая причины неправильной рабочей позы, сонолог может устранять их, изменяя эргономическую ситуацию к лучшему, следить за поддержанием правильного положения во время сканирования, чтобы снизить воздействие этих факторов для развития WRMSD.

Риск WRMSD может быть минимизирован, следуя принципам:

• Уменьшать продолжительность статических поз

• Уменьшать давление, оказываемое на датчик, и силу захвата датчика

• Минимизировать неудобные позы

• Повышать толерантность тканей путем физических упражнений и адекватного отдыха

Постоянно следите за поддержанием правильной рабочей позы. Избегайте длительных статических положений.

Правильная поза сонолога

правильная поза сонолога • спина выпрямлена

• лицо прямо перед монитором, верх монитора на уровне глаз

• локти сбоку от туловища и плечо отведено менее чем на 30 градусов

• предплечья параллельны полу и спереди от туловища

• запястья в нейтральной позиции (прямо или слегка опущены)

Сонологи должны знать, чем обусловлены неправильные рабочие позы, вызывающие боль, и как их изменить.

Статическое положение плеча

Не поддерживайте статические положения в течение длительных промежутков времени

неудобное положния запястья

Неудобное положение запястья

Запястье должно находиться в нейтральной позиции

Эргономические принципы рабочего места эффективны только в том случае, если сонолог использует их должным образом для поддержания правильной рабочей позы:

• Ультразвуковой аппарат и кровать должны быть расположены как можно ближе к сонологу, насколько это возможно. Минимизируя расстояния для лучшего доступа к пациенту и аппарату, устраняются изгибы туловища и чрезмерное отведение руки.

• Положение панели управления должно позволять руке принимать расслабленную позицию с минимальным отведением плеча и углом в локтевом суставе в 90°.

• Высота стула и кровати должна быть отрегулирована таким образом, чтобы уменьшить отведение сканирующей руки до 30° или менее. Пациент также должен быть размещен правильно, чтобы сканируемая зона как можно ближе располагалась к сонологу, что также уменьшит отведение руки и изгибы туловища.

• Во время исследования всегда поддерживайте руку в правильном положении: предплечье должно находиться спереди от туловища и параллельно полу, держите локти как можно ближе к туловищу, с минимальным отведением руки (менее 30°). Если рука отведена более чем на 30°, то утомление сканирующей руки может наступить уже через 7 минут, поскольку мышцы задействованы на 100% во время поддержания статического положения.

неправильная поза сонолога

Неправильная поза сонолога.

Искривление туловища и чрезмерное отведение сканирующей руки около 90° из-за трудной досягаемости сканирующей зоны и вытягивание шеи из-за высоко находящейся зоны просмотра монитора обусловлены ненадлежащей регуляцией высоты сиденья кресла (слишком низко), а также расположения пациента, который находится слишком далеко от сонолога.

правильное расположение пациаента и сонолога при исследовании Кресло и пациент расположены правильно.

Положение кресла позволяет правильно просматривать монитор (без вытягивания шеи) и уменьшить отведение руки.

Пациент расположен близко к сонологу, устраняя изгиб туловища и уменьшая отведение руки до 30°.

• Монитор дожжен быть расположен прямо перед сонологом, примерно на расстоянии вытянутой руки. Верх монитора должен находиться на уровне глаз, чтобы зона просмотра находилась слегка ниже линии глаз.

• Мини перерывы, которые включают релаксацию мышц шеи и рук, покоя для глаз играют значительную роль в восстановлении мышц. Делайте короткие, но частые перерывы. Мини-перерывы каждые 8 минут позволят мышцам полностью расслабиться.

• Периодически выполняйте легкие упражнения для рук и шеи:

> Сжимайте в кулак и разжимайте пальцы кистей

> Вращайте плечами

> Встряхивайте руками, опустив их

> Наклоняйте и поворачивайте голову в стороны

• Делайте микро-перерывы: непосредственно во время сканирования периодически полностью расслабляйте мышцы рук, шеи и спины в течение нескольких секунд.

Периодически смотрите вдаль, рефокусируйте глаза на отдаленные объекты в течение нескольких секунд.

Чередуйте различные типы исследований, чтобы избегать длительных повторяющихся движений, вызванных одним типом исследования. Также чередуйте легкие и сложные исследования.

При сканировании в положении сидя сонолог должен иметь хорошую поддержку ног, которая обеспечивает устойчивую основу для туловища и плечевого пояса.

• Исключайте неудобные позы, изменяйте позы в течение дня, выполняйте сканирование сидя или стоя, в зависимости от типа исследования.

• При исследовании пациентов с ожирением сканирование должно проводиться в положении стоя, а не сидя.

Чередование положений тела во время сканирования.

При сканировании в положении стоя испытывается меньшее напряжение в мышцах шеи и плеч, чем в положении сидя.

Выполнение сканирования в положении стоя может быть полезным у пациентов с ожирением и у беременных женщин.

Но при сканировании в положении стоя происходит нагрузка на ноги и позвоночник, поэтому чередуйте с исследованиями в положении сидя, которое обеспечивает периоды отдыха для ног и спины.

• При сканировании в положении стоя сонолог должен равномерно распределить свой вес на обеих ногах.

• Используйте специальные смягчающие прокладки для пола или мягкие стельки, когда выполняете исследования в течение длительных промежутков времени на твердом полу.

• Уменьшите давление, оказываемое на датчик, а также ослабьте силу захвата датчика.

Несмотря на то, что при абдоминальном сканировании часто требуется пальцевой захват датчика, старайтесь применять захват датчика всей кистью. Захват датчика должен быть всей кистью, как можно максимально. Минимизируйте использование только пальцев для захвата датчика.

захват датчика всей кистью Датчик захвачен всей кистью.

Длинная цилиндрическая рукоятка датчика способствует максимальному захвату датчика всей кистью.

Максимальный захват датчика всей кистью позволит поддерживать кисть и запястье в удобном положении при сканировании в течение длительного промежутка времени.

захват датчика кончиками пальцев

Для захвата датчика используются только пальцы.

Такой захват требует большего напряжения мышц кисти и предплечья, что приведет к быстрой усталости руки.

Минимизируйте использование только пальцев для захвата датчика

Сонологи должны знать: из какого доступа при сканировании быстрее получить лучший скан, это ускорит исследование и уменьшит количество ненужных движений.

Применение валиков и подушек для опоры руки во время сканирования способствует тому, что мышцы верхней конечности не будут поддерживать весь вес и движения руки, таким образом, уменьшается напряжение, усталость мышц и они релаксируются.

• Неправильное положение кабеля также может способствовать проявлению скелетно-мышечных расстройств.

Кабель должен иметь достаточную длину, соответствующую выполняемой процедуре, чтобы обеспечить неограниченный доступ и минимизировать неудобные положения сонолога. Однако, кабель также должен быть достаточно коротким, чтобы минимизировать вес, который должен быть поддержан во время исследования.

Вращение кабеля при сканировании вызывает неустойчивое положение датчика, он может закручиваться на предплечье и оказывать сопротивление свободным движениям сканирующей руки. Чтобы разрешить эту проблему сонологи иногда совершают ошибки, располагая кабель вокруг шеи или зажимая кабель между бедрами и кроватью для исследования. Эти приемы могут повредить шейный или поясничный отдел позвоночника.

На рисунке слева сонолог выполняет сканирование в неудобной позе, кабель расположен на спине.

На рисунке справа сонолог находится в удобной позе, спина выпрямлена, кабель фиксирован манжетой на предплечье сканирующей руки.

Надлежащий путь состоит в том, чтобы кабель фиксировать в держателях, которые расположены на ультразвуковом аппарате, а также применять манжету, фиксирующую кабель и поддерживающую его вес, которая одевается на предплечье ниже локтя и зажимает кабель застежкой на липучке.

Правильная позиция:

Кабель фиксирован манжетой на предплечье, рука

поддерживается валиком, захват датчика кистью.

Используемые перчатки должны быть соответствующего размера. Перчатки должны быть настолько тонкими, насколько возможно, для того чтобы минимизировать сопротивление, улучшить тактильную функцию и уменьшить силу, требуемую для захвата и удерживания датчика.

Использование не по размеру маленьких перчаток создает сопротивление движениям пальцев и кисти, требуя дополнительной силы.

Использование не по размеру больших перчаток приводит к выступанию излишних частей перчатки, вызывая препятствия для адекватного захвата датчика, и также требует дополнительной силы.

Также при использовании перчаток уменьшается тактильная чувствительность пальцев, поэтому сонолог должен оказывать больше силы для адекватного контроля датчика. Перчатки должны быть очень тонкими.

• Используйте емкость для геля достаточно небольших размеров, чтобы исключить широкий захват и с большим отверстием в емкости для уменьшения силы, которая нужна при его сжатии для выдавливания геля.

Рекомендации по ультразвуковому исследованию пациентов с ожирением

Для снижения риска развития скелетно-мышечных расстройств (или уменьшения уже имеющихся) множественные повторные ультразвуковые исследования пациентов с ожирением должны быть исключены. Если визуализация неадекватна вследствие клинического ожирения (BMI >35) пациента, то в таком случае только одно повторное исследование должно быть назначено. Если исследование остается неполным при второй попытке, то в ультразвуковом заключении должна быть сделана запись о невозможности проведения полного исследования вследствие повышенного индекса массы тела (BMI) и последующие исследования не назначаются. Сонолог должен знать для каких исследований ожирение будет ограничением и рекомендовать для таких пациентов проведение других типов исследований и методов диагностики.

Рекомендации по ультразвуковому исследованию беременных женщин с ожирением

Для снижения риска развития WRMSD (или уменьшения уже имеющихся) множественные повторные ультразвуковые исследования у женщин с клиническим ожирением (BMI >35) следует исключать. Если визуализация при рутинном скрининге патологии в 18-20 недель гестации неадекватна вследствие клинического ожирения матери, то повторное исследование должно быть назначено в 22-23 недели гестации.

Если же повторное исследование остается неполным из-за увеличенного материнского BMI, то это должно быть отражено в заключении и никакие дальнейшие исследования для скрининга патологии не назначаются. И назначаются исследования только для оценки роста плода и его предлежания в 36 недель беременности у многорожавших женщин и в 32 недели у женщин при первой беременности.

Ультразвуковые исследования обычно не должны выходить за рамки обозначенных сроков.

Источники:

Sonography Engineering, Administrative and Work Practice Controls http://www.osha.gov

Sonography Ergonomic Guidelines, www.medicalpositioning.com

Society of Diagnostic Medical Sonography - exercises for sonographers http://www.sdms.org/msi/exercise.asp

Preventing work-related injuries among sonographers and sonologists Contemporary OB/GYN Jul 1,2007

Preventing Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health

Guidelines For Professional Working Standards Ultrasound Practice, United Kingdom Association of Sonographers, October 2008

Аксиальный срез	См. Поперечный срез.
Акустическая тень	Снижение эхогенности тканей, расположенных кзади от структуры, в которой происходит выраженное затухание ультразвуковых волн. Противоположностью акустической тени является акустическое уси-ление (см. выше).
Акустический луч	Пучок ультразвуковых волн (энергии), производимый трансдьюсером (датчиком). Может быть дивергентным, фокусированным или параллельным.
Акустическое окно	Ткань или структура, не препятствующая распространению ультразвуковых волн и таким образом яв-ляющаяся окном для визуализации более глубоко расположенных структур. Например, заполненный жидкостью мочевой пузырь создает великолепное акустическое окно, через которое происходит визуа-лизация тазовых структур. Обычно правую почку легче визуализировать через печень, чем через толстые мышцы спины. В этом случае печень является акустическим окном.
Акустическое сопротивление	Сопротивление тканей колебаниям частиц, создава-емым ультразвуковыми волнами. Оно равно произ-ведению плотности среды на скорость распространения ультразвуковой волны в среде. Визуализация различных сканируемых частей тела возможна вследствие наличия различного акустического со-противления сред (тканей).
Акустическое усиление	Увеличение эхогенности (яркости эхо) тканей, лежащих кзади от структуры, в которой происходит либо очень слабое затухание, либо вообще не происходит затухания ультразвуковой волны, например — в заполненной жидкостью кисте. Противоположностью акустическому усилению является акустическая тень.
Анэхогенный (анэхоидный)	Не дающий отражений; эхосвободный. Например, нормальные моча и желчь анэхогенны, так как они не создают внутренних отраженных эхосигналов.
Артефакт	Образование, имеющее место на ультразвуковом изображении, не соответствующее, однако, какой-либо анатомической или патологической структуре ни по форме, ни по направлению или расстоянию. Например, реверберации (см. ниже) являются артефактом. Некоторые артефакты помогают в интер-претации изображения, но некоторые приводят к неправильной постановке диагноза.
Взвесь (осадок)	Эхогенная внутренняя структура различных разме-ров, формы, с неровным контуром в объемной струк-туре, содержащей жидкость. Может быть подвижной, изменяющейся при перемене положения тела пациента или при его движении.
Внутренняя эхоструктура	Ультразвуковые отражения от тканей с различным акустическим сопротивлением в одном органе. Внутренняя эхоструктура может, например, появляться в желчном пузыре при наличии конкрементов, взвеси в полости абсцесса.
Гиперэхогенньш (гиперэхоидный)	Таким образом описываются ткани, создающие бо-лее яркие отраженные эхосигналы, чем рядом рас-положенные ткани, например кости, паранефраль-ная клетчатка, стенка желчного пузыря, цирротическая печень (по сравнению с нормальной печенью).
Гипоэхогенный (гипоэхоидный)	Таким образом описываются ткани, создающие бо-лее темные отраженные эхосигналы, например лим-фатические узлы, некоторые опухоли или жидкость. Необходимо отметить, что жидкость не всегда является гипоэхогенной структурой.
Граница	Линия, разделяющая два вида тканей, по-разному проводящих ультразвук, определяемая как зона от-ражения на поверхности раздела.
Длина волны	Длина одного колебания ультразвуковой волны. Обратно пропорциональна частоте и определяет разрешающую способность сканера.
Доплера эффект	Изменение частоты волны, имеющее место в результате движения источника волн относительно транс-дьюсера. Изменение частоты пропорционально скорости движения.
Затухание	Снижение интенсивности ультразвуковых волн при прохождении их через ткани, измеряемое в децибелах на сантиметр. Затухание происходит в результате поглощения, отражения, рассеивания и дивергенции луча. В большинстве тканей затухание увеличивается практически линейно с увеличением частоты ультразвуковых сигналов.
Зеркальный отражатель	Отражающая структура с гладкой поверхностью, большая по размерам, чем длина ультразвуковой волны, например стенки сосудов или тканевые перегородки. В зависимости от угла падения ультразвукового луча может происходить полное или частичное отражение.
Киста	Жидкость (содержащая структура, объемное образование) с тонкой стенкой. Простая киста характеризуется анэхогенным (эхосвободным) содержимым, наличием сильного усиления по задней стенке иуси-лением кзади от кисты. Гистологически киста может быть доброкачественной и злокачественной.
Отражение	Изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела сред, при этом ультразвуковой луч не проходит через вторую среду. Также известно как «эхо». См. также Зеркальный отражатель.
Перевернутое изображение	Неправильная ориентация изображения, например левая часть изображения расположена на правой стороне монитора, или изменена ориентация «голова — ноги». Это можно исправить переворотом датчика на 180° или, в некоторых ультразвуковых системах, электронным способом. Иногда «перевернутое изображение» означает изменение кодировки эхо-генности таким образом, что структуры, обычно визуализирующиеся черными, выглядят белыми. Этот тип перевернутого изображения корригируется эле-ктронным способом.
Плоскость сканирования	Срез тканей, через который проходит ультразвуковой луч.
Помехи изображения	Искажение ультразвуковых сигналов отражениями от других тканей или суммой небольших колебаний от прилегающих отражающих структур в рассеива-ющей среде, например в паренхиме печени. В результате артефактное изображение накладывается на нормальную структуру. Этого наложения можно избежать изменением угла наклона датчика.
Поперечный срез (аксиальный срез)	Ультразвуковой срез под прямым углом к длинной оси тела. Термин «аксиальный» обычно используется при обозначении срезов мозга, «поперечный» — при обозначении срезов живота и шеи. Плоскость ска-нирования может быть перпендикулярной или направленной немного под углом к голове или ногам пациента. Поперечный срез может быть получен в положении пациента на спине, на животе, в поло-жении стоя или на боку.
Продольный эхогра-фический срез (сагиттальный скан)	Вертикальный срез по длинной оси тела. Термин «са-гиттальный» используется при сканировании в сре-динной плоскости, особенно при исследовании мозга. Ориентирами, через которые проходит срединная плоскость, являются нос, лобковый симфиз, позво-ночник. В случае, если срез не проходит в срединной плоскости, он может называться «парасагитталь-ным». Термин «продольный» чаще используется при исследовании живота и шеи. Продольный срез также может быть получен в положении пациента на спине, на животе, в вертикальном положении, в по-ложении на боку.
Рассеивание	Отражение и преломление ультразвуковых волн сразу во многих направлениях. Это наблюдается в слу-чае, если отражающий объект меньше длины ульт-развуковой волны. В этом случае только небольшая часть передаваемой энергии возвращается в транс-дьюсер.
Реверберация	Отражение ультразвуковых волн назад и вперед между двумя сильно отражающими поверхностями, параллельными или почти параллельными. В этом случае происходит задержка возвращения отраженного сигнала к датчику, в результате чего изображения отражающих поверхностей расположены глуб-же, чем они есть на самом деле. Это также может проявляться в удвоении или утроении изображения. Например, реверберации могут наблюдаться в пе-редних отделах перерастянутого мочевого пузыря или между параллельными мышцами стенки брюшной полости (см. с. 37).
Сагиттальный срез	См. Продольный срез.
Связывающий агент (контактный гель)	Жидкость или гель, используемые для заполнения пространства между датчиком и поверхностью кожи таким образом, чтобы не оставалось воздушной про-слойки, мешающей прохождению ультразвука.
Срез во фронтальной плоскости	Плоскость, проходящая через тело по длинной оси (от головы до ног) под прямым углом к срединной плоскости. Чтобы сделать зхографический срез в этой плоскости, необходимо поместить датчик на боковую поверхность тела, направив его к другой боковой поверхности, перемещая его параллельно длинной оси тела. Срез во фронтальной плоскости может быть получен в положении пациента на спине, на животе, стоя или лежа на боку.
Солидная	Описание структуры, не содержащей жидкости или пустот, например солидная опухоль, печень, мышцы, кора почки. При этом будет определяться внут-ренняя эхоструктура и умеренное ослабление ульт-развукового луча.
Трансдьюсер (датчик)	Часть ультразвуковой установки, соприкасающаяся с поверхностью тела пациента. Трансдьюсер преоб-разует электрическую энергию в энергию ультразвуковой волны, проходящей через ткани пациента; он также принимает отраженные волны и преобразует их вновь в электрическую энергию. Трансдьюсер, часто называемый датчиком, соединен с ультразвуковым сканером (генератором и монитором) гибким кабелем. Трансдьюсеры дороги и хрупки, с ними необходимо обращаться очень осторожно.
Усиление задней стенки	Яркое отражениие от задней стенки кисты, имеющее место в результате слабого затухания ультразвуковых волн при прохождении через жидкость в кисте и отражения ультразвуковых волн от изогнутой поверхности стенки кисты.
Фантом	Мггройство, используемое для тестирования или ка-либровки ультразвукового оборудования. Это устройство имеет такое же акустическое сопротивление, как и ткани тела. Ткани «фантома» обычно содержат волокна и другие структуры с заданной эхогенностью, расположенные на заданной глубине.
Фокусировка	Формирование ультразвукового луча таким образом, чтобы он сходился на определенной глубине с целью увеличения разрешающей способности. Фокусировка может быть электронной или осуществляться за счет линз, вставленных в датчик.
Частота	Число полных ультразвуковых волн в одну секунду. Для диагностического ультразвука данное число выражается в мегагерцах. 1 мегагерц (МГц) = 106 Гц = 106 волн в 1 с.
Чувствительность	Усиление отраженных ультразвуковых волн ультразвуковой системой. Отраженным сигналам, идущим от глубокорасположенных тканей, необходимо более интенсивное усиление, чем сигналам, поступающим от тканей, расположенных более поверхностно. В соответствии с этим ультразвуковой аппарат снабжен двумя системами контроля чувствительности прибора. Система изменения чувствительности при исследовании близкорасположенных тканей усиливает отраженные зхосигналы от структур, располо-женных над точкой фокусировки ультразвукового луча, система изменения чувствительности при исследовании глубокорасположенных тканей усилива-ет эхосигналы, отраженные от структур, располо-женных за точкой фокусировки ультразвукового луча. Эти системы существуют для получения оди-наковой эхогенности одних и тех же тканей, но на различной глубине.
Эффект зеркала	Отражение всех или почти всех ультразвуковых волн некоторыми тканями или границами раздела сред, например границей «диафрагма-легкие». Эффект зеркала иногда создает артефакт зеркального отра-жения, дающий удвоение изображения.
Эффект линзы	Сужение ультразвукового луча при его прохождении через определенные ткани. Эффект линзы может в некоторых случаях расщеплять изображение.
Эхоструктура сме-шанной эхогенности	Структура, включающая солидный и жидкостной компоненты. На эхограммах визуализируются участки повышенной зхогенности, анэхогенные участ-ки; ультразвуковое изображение включает участки неоднородной эхоструктуры, а также—анзхогенные участки (гипер- и гипозхогенные компоненты).