ВЫПОЛНИЛА:
Студентка 1451 группы 1 курса Степанова Виктория Алексеевна 

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ УЛЬТРОЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА

Ультразвуковая диагностика (УЗД, сонография, эхография) – метод лучевой диагностики, при котором используются высокочастотные звуковые (ультразвуковые) волны для получения изображения внутренних органов и структур человеческого тела.
Основой метода является взаимодействие ультразвука с тканями тела человека. регистрация отраженных от внутренних структур ультразвуковых волн – эхо
Собственно получение изображения можно разделить на две части. Первая — излучение коротких ультразвуковых импульсов, направленное в исследуемые ткани, и второе — формирование изображения. Его получают путем регистрации и компьютерного анализа отраженных от биологических тканей ультразвуковых волн. 
Часто для названия метода используют термин сонография, эхография или эхосонография. Иногда используют название ультразвуковая томография или сонотомография (поскольку изображения получают в определенных плоскостях или срезах). Аббревиатура УЗД (ультразвуковая диагностика) служит для обозначения данного метода в общем смысле – например «врач ультразвуковой диагностики» или «отделение ультразвуковой диагностики» 
Волна переносит энергию, но не материю. В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения звука необходима среда — он не может распространяться в вакууме. Как и все волны, звук можно описать рядом параметров. Это частота, длина волны, скорость распространения в среде, период, амплитуда и интенсивность. Частота, период, амплитуда и интенсивность определяются источником звука, скорость распространения — средой, а длина волны — и источником звука, и средой. Частота — это число полных колебаний (циклов) за период времени в 1 секунду.

В современных ультразвуковых приборах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 МГц и выше. Период — это время, необходимое для получения одного полного цикла колебаний

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела человека составляет 1540 м/с — на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов. Скорость распространения ультразвука (С), частота (f) и длина волны (λ) связаны между собой следующим уравнением: С = f × λ. Так как в нашем случае скорость считается постоянной (1540 м/с), то оставшиеся две переменные f и λ связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. Чем выше частота, тем меньше длина волны и тем меньше размеры объектов, которые мы можем увидеть. Еще одним важным параметром среды является акустическое сопротивление (Z). Акустическое сопротивление — это произведение значения плотности среды и скорости распространения ультразвука. Сопротивление (Z) = плотность (р) × скорость распространения (С).

Для мягких тканей пространственная протяженность импульса (мм) равна произведению 1,54 (скорость распространения ультразвука в мм/мкс) и числа колебаний (циклов) в импульсе (n), отнесенному к частоте в МГц. Или ППИ = 1,54 × n/f. Уменьшения пространственной протяженности импульса можно достичь (а это очень важно для улучшения осевой разрешающей способности) за счет уменьшения числа колебаний в импульсе или увеличения частоты. Амплитуда ультразвуковой волны — это максимальное отклонение наблюдаемой физической переменной от среднего значения
УЗИ широко используется в клинической практике. За последние несколько десятилетий метод стал одним из наиболее распространенных и важных, который обеспечивает диагностику многих заболеваний. Методика не имеет противопоказаний, безопасна, ее отличает достаточно высокая диагностическая точность, простота, отсутствие лучевой нагрузки (позволяет исследовать беременных и детей), неинвазивность, возможность многократного исследования, а также то, что она проводится в режиме реального времени. Большей частью его можно проводить без какой-либо подготовки пациента. Ультразвуковую аппаратуру можно доставить в любое лечебное учреждение для обследования тяжелых, нетранспортабельных больных. Еще одним достоинством является одномоментное исследования многих органов и систем, что особенно важно при сложной клинической картине. Существенным преимуществом по сравнению с другими методами лучевой диагностики является экономичность метода. Так, стоимость ультразвукового исследования в несколько раз меньше, чем традиционного рентгеновского метода, и в десятки раз меньше, чем РКТ и МРТ. Поэтому УЗИ может применяться в качестве скринингового метода для исследования многих органов и систем.
Вместе с тем ультразвуковому методу присущи некоторые недостатки: существенные ограничения в исследовании ряда органов и систем (легкие, внутренняя костная структура, головной мозг у взрослых, кишечник, заполненный газом), зависимость качества получаемого изображения от класса аппарата, субъективность в интерпретации получаемых изображений, т.е. зависимость точности диагностики от квалификации врача, плохая демонстративность застывших изображений, соответственно – относительно низкие возможности в документировании изображений.
УЗИ в настоящее время стало методом, наиболее часто применяемым в клинической практике. В диагностике заболеваний ряда органов и систем УЗИ может рассматриваться как предпочтительный или основной метод диагностики. В диагностически сложных случаях данные УЗИ позволяют наметить план дальнейшего обследования больных с использованием более эффективных лучевых методов.
УЗИ широко применяется для диагностики заболеваний различных органов и систем. УЗД обладает достаточно высокой диагностической эффективностью при исследовании пищеварительной системы (печени, желчного пузыря, желчевыводящих протоков, поджелудочной железы), сердечно-сосудистой системы, мочеполовой (почек, надпочечников, матки, яичников), в акушерстве, (пренатальной диагностике), поверхностно расположенных органов.
Ультразвуковой метод исследования позволяет получать не только информацию о структурном состоянии органов и тканей, но и характеризовать потоки в сосудах. В основе этой способности лежит эффект Допплера – изменение частоты принимаемого звука при движении относительно среды источника или приемника звука или тела, рассеивающего звук. Он наблюдается из-за того, что скорость распространения ультразвука в любой однородной среде является постоянной. Следовательно, если источник звука движется с постоянной скоростью, звуковые волны, излучаемые в направлении движения, как бы «догоняют» предыдущие, увеличивая частоту звука. Волны, излучаемые в обратном направлении, соответственно, как бы «отстают», вызывая снижение частоты звука. Путем сопоставления исходной частоты ультразвука с измененной возможно определить доплеровский сдвиг и рассчитать скорость. При этом объект должен удаляться или приближаться к источнику излучения (в нашем случае – к датчику или от датчика). Если объект движется вдоль датчика, т.е. не приближается и не удаляется, то он остается «невидимым» для допплеровского исследования.
Получение допплеровского спектра с одного контрольного объема позволяет оценивать кровоток в небольшом участке. Цветовая визуализация потоков (цветовое допплеровское кодирование или картирование – ЦДК) позволяет получать двумерную информацию о кровотоках в реальном времени в дополнение к обычной серошкальной двумерной визуализации. Сигналы, отраженные от неподвижных структур, распознаются и представляются в серошкальном виде. Если отраженный сигнал имеет частоту, отличную от излученного, то это означает, что он отразился от движущегося объекта. Обычно направление потока к датчику кодируется красным, а от датчика – синим цветом. Яркость цвета определяется скоростью потока. Чаще всего доплеровские технологии используют для изучения движения крови в сосудах, в большинстве случаев движение «к датчику» соответствует движению крови в артериях, «от датчика» - в венах.

Задачи, которые решает врач УЗД при проведении ультразвукового исследования:
- оценка положения органа, отношение его к другим органам и системам;
- оценка его размеров, формы, контуров;
- оценка его структуры (эхогенности), поиск очагов, зон патологической эхогенности (нарушений структуры);
- оценка функции органа или системы;
- оценка кровотока исследуемого органа, области;
- сопоставление получаемой ультразвуковой картины с клиническими, лабораторными и др. данными для составления ультразвукового заключения.

Принцип работы узи
Датчик испускает и принимает ультразвуковой сигнал определенной частоты. За счет измерения временного интервала между отражением и получением УЗИ-сигнала, интеллектуальная система способна построить эхограмму и произвести количественные измерения, с помощью которых, специалист может определить ушибы, гематомы и различные нетравматические патологии тканей. Работа УЗИ-сканера невозможна без датчика. Специалист рукой направляет его в исследуемую область и проводит сканирование. В устройство входит:
Акустическая линза – фокусирует ультразвуковые сигналы. Линза постоянно находится в контакте с телом пациента и выполняет защитную функцию для датчика.
Согласующий слой – необходимы для того, чтобы пучок ультразвуковых волн при переходе от кристалла к линзе не менял своих характеристик, сводят к минимуму эффекты преломления и рассеивания УЗ-волн.
Демпфер – предназначен для устранения лишних вибраций. Состоит из твердых материалов.
Контроллер – небольшая плата со своим программным обеспечением. Необходима для корректной работы датчика и сканера. 
Кабель – соединяет датчик и коннектор. Кабель содержит 80 тончайших проводников. Их количество зависит от общего числа активных пьезоэлементов и от некоторых других параметров
Коннектор – соединяет УЗИ-аппарат и датчик. Существует два типа контактной площадки: с контактами в виде отдельных пинов (выступающие из корпуса проводники, штырьки) и с гладкими контактными площадками.
Корпус – состоит из ударопрочного пластика эргономичной формы. Выполняет защитную функцию для всех внутренних элементов.
В зависимости от типа исследования и глубины расположения области интереса, необходимо выбрать правильный датчик. К примеру, для исследования поверхностно-расположенных сосудов подойдет линейный датчик – из-за прямоугольной области сканирования и пропорциональной передаче размеров тканей и исследуемых структур он обладает хорошей визуализацией в ближней зоне. Рабочие частоты таких датчиков находятся в пределах 2,5–12 МГц.
Если необходимо осмотреть более глубокие структуры – печень, почки — тут не обойтись без конвексного датчика. Сканирующая область Конвексных датчиков имеет изогнутую (полукруглую) форму, благодаря которой хорошо видны органы и ткани, расположенные на глубине от 15 см. Диапазон частот – 2,5-7,5 МГц.
В кардиологии, акушерстве, гинекологии, урологии и других сферах используются и иные типы датчиков, каждый из которых помогает эффективно решать поставленные диагностические задачи. Именно датчики во многом определяют функциональность всей ультразвуковой системы, поэтому на их выбор стоит обращать особое внимание. Здесь важную роль играет не только тип и частоты датчиков, но и другие характеристики.
Существует несколько способов получить ультразвук, но чаще всего в технике используются кристаллы пьезоэлектрических элементов и основанный на их применении пьезоэлектрический эффект: природа пьезоэлектриков позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения, чем выше частота напряжения, тем быстрее (чаще) начинает вибрировать кристалл, возбуждая высокочастотные колебания в окружающей среде.

Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл напротив начинает генерировать электроэнергию. Включив такой кристалл в электрическую цепь и определенным образом, обрабатываю получаемые с него сигналы мы можем формировать изображение на дисплее УЗИ-аппарата.

Принцип построения изображения на основе ультразвукового сканирования
В основе этого принципа лежит различный акустический импеданс или сопротивление газообразных, жидких и твердых сред. Кости, мягкие ткани и жидкости тела пропускают и отражают ультразвук в различной степени, частично поглощая и рассеивая его. Весь процесс исследования можно разбить на микропериоды, и лишь малую часть каждого периода датчик испускает звук. Остальное время уходит на ожидание ответа. При этом время межу передачей и получением сигнала напрямую переводится в расстояние от датчика до “увиденного” объекта.  Информация о расстоянии до каждой точки помогает построить модель изучаемого объекта, а также используется для измерений, необходимых при ультразвуковой диагностике. Данные кодируются цветом - в результате мы получаем на экране УЗИ необходимое изображение.

Визуализация костной ткани и других  твердых  образований представляет из себя светлые  участки (в основном - именно белого цвета), поскольку от твердых поверхностей звук отражается лучше всего и почти в полном объеме возвращается к датчику.

В качестве примера можно отчетливо видеть белые области - камни в почках пациента. Визуализация жидкости или пустот напротив представлена черными участками на снимке, поскольку, не встречая преград звук проходит дальше в тело пациента, и мы не получаем никакого ответа.
Мягкие ткани, как например, структура самой почки будут представлены областями с различной градацией серого цвета. Именно от качества визуализации таких объектов и будет во многом зависеть точность диагноза и здоровье пациента.

Вывод

Ультразвуковая диагностика — это метод лучевой диагностики, для которого используются ультразвуковые волны. Ультразвук проходит сквозь изучаемый объект, с помощью датчика отдает и принимает ультразвуковой сигнал, а затем передает изображение на экран. Применяются разные датчики в зависимости от типа исследования и глубины объекта. Волна переносит энергию и работает в определенной среде, а не вакууме.
С помощью технологий визуализации определяется дальнейшая тактика ведения пациентов, осуществляются динамический контроль над заболеванием и особые хирургические вмешательства, а также проводится отбор в разных сферах клинической медицины. Стремительное развитие науки и индустрии медицинского оборудования, особенно в таких областях, как онкология, акушерство и гинекология, гепатология, повышают требования к точности и производительности медицинского оборудования.
Широкому внедрению ультразвукового сканирования органов и систем человека способствовали доступность, относительная простота исследования. По точности, специфичности и чувствительности исследования УЗИ не уступают компьютерной томографии (КТ и МРТ). Понятия УЗИ и ультразвуковая томография стали идентичными. По темпам развития и внедрения современных компьютерных технологий методы ультразвуковой диагностики намного опережают другие методы лучевой диагностики. Каждый год примерно 5-6 новых ультразвуковых технологий внедряются в практическое применение. Отсутствие ионизирующего излучения при наличии превосходящих возможностей привело к тому, что количество ультразвуковых исследований в клинике стали намного превышать количество рентгеновских исследований.

Ссылки на источники

https://studfile.net/preview/9893396/

http://ultrasound.net.ua/materiali/organi-ta-sistemi/teorija-ultrazvukovoji-diagnostiki/bezpechnist-ultrazvuka/fizika-ultrazvuka/

https://remontuzi.ru/kak-rabotaet-uzi-apparat/

https://ersplus.ru/stati/uzi/fizika

https://www.lvrach.ru/2036/partners/15437982