Обычно датчики содержат от 60 до 600 пьезоэлектрических элементов и различаются по организации этих элементов, а также по их функции и форме ультразвукового луча. Существует четыре широко используемых типа датчиков: линейный, конвексный, фазированный и внутриполостной (рис. 1).

В линейных датчиках элементы располагаются на плоской матрице и генерируют параллельные линейные ультразвуковые лучи, с использованием таких датчиков получают прямоугольные изображения (рис. 2). В целом линейные датчики генерируют звуковые волны более высокой частоты (от 5 до 10 МГц) и меньшей длины, обеспечивая очень высокое аксиальное и боковое разрешение.

Линейные датчики также характеризуются очень высоким сагиттальным разрешением, или разрешением толщины среза, из-за относительно плоской формы ультразвукового луча. Тем не менее линейные датчики используются только для визуализации поверхностных структур в относительно узком поле зрения при максимальной глубине 6—9 см.

Линейные датчики идеальны для оценки поверхностных структур, включая кровеносные сосуды, мышцы, нервы и суставы, а также для проведения процедур под ультразвуковым контролем.

Конвексные датчики названы так из-за криволинейной, или конвексной, организации кристаллов. Ультразвуковой луч широкий или трапециевидный с широким полем зрения, но данный тип датчиков характеризуется более низким разрешением в сравнении с линейными датчиками. Наложение ультразвуковых волн в глубинных тканях обеспечивает получение стабильного бокового разрешения.

Конвексные датчики генерируют волны более низкой частоты (от 2 до 5 МГц) и большей длины, которые проходят в глубинные структуры при относительно небольшом затухании, в частности для структур, расположенных на глубине 5—25 см. Ультразвуковые лучи конвексных датчиков характеризуются большей толщиной среза и меньшим сагиттальным разрешением, чем лучи линейных датчиков, это обусловлено тем, что для получения одного двумерного изображения на экране усредняется большее количество структур.

Конвексные датчики идеальны для визуализации органов брюшной полости или таза, включая печень, селезенку, почки и мочевой пузырь, а также для визуализации крупных скелетно-мышечных структур, таких как тазобедренный сустав и позвоночник. Конвексные датчики неидеальны для визуализации сердца и поверхностных структур из-за низкого разрешения в ближнем поле.

Фазированные датчики испускают расходящиеся низкочастотные ультразвуковые лучи (от 1 до 5 МГц), при их использовании получаются эхограммы в форме сектора с корректируемой фокусировкой и наведением (см. рис. 2). Дифференциальное возбуждение пьезоэлектрических элементов и последовательная подача импульсов с большого количества мелких кристаллов в датчике дает быструю развертку электронного луча (рис. 3).

Управление ультразвуковым лучом и его фокусировка обеспечивают получение более широкого поля зрения, чем при использовании линейных датчиков. Технология фазированных датчиков позволяет выполнить более эффективную двумерную визуализацию и идеальна для исследования движущихся структур, таких как сердце. Возможность управлять ультразвуковыми лучами с фазированием позволяет точно измерить скорость, если направление движения не полностью параллельно направлению луча.

Эти уникальные характеристики делают фазированные датчики идеальными для визуализации сердца и органов грудной клетки.

Внутриполостные датчики сочетают в себе небольшое микроконвексное основание и высокочастотный диапазон (от 5 до 8 МГц). Эти датчики характеризуются более широким полем зрения, чем у линейных датчиков, и аналогичным высоким разрешением изображения. Внутриполостные датчики идеальны для проведения трансвагинальной и трансректальной визуализации, а также для внутриоральной оценки перитонзиллярного абсцесса. Как и линейные датчики, внутриполостные датчики неидеальны для визуализации глубинных структур, например органов брюшной полости.

При проведении УЗИ у постели больного также используют и другие типы датчиков. Микроконвексные датчики по строению сходны с конвексными, но генерируют высокочастотные звуковые волны (от 5 до 8 МГц), проникновение которых ограничено глубиной 10—15 см. Небольшое основание микроконвексных датчиков идеально для межреберной визуализации сердца и легких, а также для применения в педиатрии и исследования новорожденных.

На рынке представлены линейные датчики с дизайном «хоккейной клюшки» для визуализации небольших поверхностных структур. Сверхвысокочастотные линейные датчики используют частоты до 70 МГц и обеспечивают получение эхограмм кожи и поверхностных структур, расположенных на глубине от 1 до 4 см, с очень высоким разрешением. При проведении трансэзофагеальной эхокардиографии (ТЭЭ) применяется уникальный датчик, который будет рассмотрен далее.

а) Манипуляции с датчиком. При проведении УЗИ имеется четыре основных варианта перемещения датчика. В обучении и обсуждении важно использовать стандартные определения. Стандартная номенклатура была введена Американским институтом ультразвука в медицине (American Institute of Ultrasound in Medicine — AIUM) в 1999 г. Несмотря на существование и других соглашений относительно терминологии, номенклатура AIUM чаще всего цитируется в различных медицинских специальностях. В данной, книге будут использоваться следующие определения (рис. 4).

• Скольжение: перемещение датчика по поверхности кожи; это процесс физического перемещения точки контакта между датчиком и кожей. Данный маневр позволяет определить оптимальную позицию для получения желаемого изображения, в частности при визуализации межреберного пространства.

• Поворот: означает вращение датчика вдоль его центральной оси, аналогично вращению штопора. Поворот часто используется для выравнивания направления ультразвукового луча относительно длинной или короткой оси структуры.

• Наклон: отклонение также называют разверткой веером или качанием. Датчик удерживают на месте на поверхности кожи, изменяя угол плоскости визуализации. При помощи отклонения датчика можно получить серию изображений поперечных срезов структуры с использованием одного акустического окна. Отклонение датчика часто используют для получения серийных поперечных изображений солидных органов, например почек, чтобы исследовать интересующую структуру целиком, от левого до правого края или от головного до хвостового конца.

• Покачивание: при покачивании датчик в плоскости ультразвукового луча наклоняют к маркеру ориентации датчика или от него, удерживая датчик в одной и той же точке на поверхности кожи. Качание аналогично наклону датчика, движение при котором происходит в перпендикулярной плоскости. При таком движении «в плоскости» вдавливается один из углов датчика в поверхность кожи и выполняется центрирование изображения на экране.

б) Тонкости и ловушки:

• Датчики являются чувствительными и дорогостоящими инструментами. Можно легко сломать внутренние компоненты головки датчика, особенно пьезоэлектрические элементы, даже при незначительном внешнем воздействии. Необходимо обеспечить сохранность датчиков, крепко удерживая их или подвешивая на стойку ультразвукового аппарата.

• Линейные датчики идеальны для визуализации поверхностных структур, расположенных на глубине <6 см, таких как кровеносные сосуды, мышцы, суставы, нервы и глаза. При проведении процедур под ультразвуковым контролем с отслеживанием иглы в реальном времени чаще всего используют линейные датчики.

• Низкочастотные датчики оптимальны для визуализации структур, расположенных глубже 5 см. В целом конвексные или фазированные датчики используют при проведении УЗИ органов брюшной полости либо таза. Фазированные датчики — единственный тип, который можно использовать для исследования сердца.

• Аксиальное разрешение преимущественно определяется частотой звуковых волн, а латеральное разрешение — шириной ультразвукового луча. Для повышения латерального разрешения при визуализации глубинных структур скорректируйте глубину фокальной зоны и убедитесь, что целевая структура расположена в фокальной зоне.

в) Контрольные вопросы:

1. Какой тип разрешения в основном определяется частотой ультразвукового луча?
A. Аксиальное.
Б. Боковое.
B. Сагиттальное.
Г. Временное.

Ответ: А. Аксиальное разрешение в основном определяется частотой ультразвукового луча. При использовании высокочастотных более коротких звуковых волн получаются эхограммы с более высоким аксиальным разрешением структур, расположение которых выравнено относительно направления ультразвукового луча.

2. Какой тип разрешения в основном определяется частотой генерации импульсов?
A. Аксиальное.
Б. Боковое.
B. Сагиттальное.
Г. Временное.

Ответ: Г. Временное разрешение определяется частотой подачи импульсов и глубиной визуализации. Частота подачи импульсов — это интервал между испусканием ультразвуковых волн, но не частота звуковых волн.

Чем больше частота подачи импульсов, тем больше импульсов звуковых волн датчик испускает в секунду, в результате возвращения эха будет регистрироваться изображение с более высоким временным разрешением. Кроме того, при визуализации структур, расположенных на меньшей глубине, частота подачи импульсов выше, чем при визуализации глубинных объектов, поскольку в этом случае эху требуется меньше времени, чтобы вернуться к датчику.

3. Какой тип разрешения в основном определяется шириной ультразвукового луча?
A. Аксиальное.
Б. Боковое.
B. Сагиттальное.
Г. Временное.

Ответ: Б. Боковое разрешение определяется преимущественно шириной ультразвукового луча. Максимальное боковое разрешение наблюдается в фокальной зоне — самой узкой части ультразвукового луча. В идеале для достижения максимального разрешения целевые структуры должны располагаться в фокальной зоне.

4. Какой тип датчика чаще всего используют при проведении УЗИ глаз?
A. Конвексный.
Б. Внутриполостной.
B. Линейный.
Г. Фазированный.

Ответ: В. Эхограммы поверхностных структур (расположенных на глубине <6 см) с максимальным разрешением можно получить с использованием линейных датчиков, поскольку они передают параллельно ориентированные высокочастотные ультразвуковые волны.

Линейные датчики используют для визуализации любых поверхностных структур, включая кровеносные сосуды, кожу/мягкие ткани, суставы, глаза, яички, щитовидную железу, лимфатические узлы и нервы.

5. Какой датчик лучше всего подходит для УЗИ сердца?
A. Конвексный.
Б. Внутриполостной.
B. Линейный.
Г. Фазированный.

Ответ: Г. Несмотря на то что УЗИ сердца можно провести с использованием других типов датчиков, фазированные датчики имеют оптимальный дизайн для визуализации сердца. Фазированные датчики генерируют низкочастотные звуковые волны, достаточно эффективно проникающие в ткани, чтобы визуализировать сердце.

Быстрое качание ультразвукового луча, испускаемого фазированными датчиками, идеально для визуализации подвижных структур, таких как сердце.

6. Сопоставьте изображения, приведенные ниже, с типами датчиков, с использованием которых они получены.
1. Конвексный. Ответ = В.
2. Внутриполостной. Ответ = А.
3. Линейный. Ответ = Б.
4. Фазированный. Ответ = Г.
A. Рис. 5
Б. Рис. 6
B. Рис. 7
Г. Рис. 8

- Вернуться в оглавление раздела "Ультразвуковое исследование (УЗИ)"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 24.12.2023