Импульсная ультразвуковая диагностика
Рассмотрим вначале импульсную ультразвуковую диагностику. Здесь отраженные импульсы принимает тот же преобразователь, который излучал их. Электронные схемы аппарата работают то в передающем режиме и при этом возбуждают преобразователь, излучающий ультразвуковые колебания, то переключаются на прием и усиливают изменение электрического напряжения на преобразователе, воспринимающем отраженную энергию. Результаты исследования отображаются на экране осциллографа. Расстояние между импульсами на экране (при известном масштабе времени) позволяет точно определить расстояние до отражающей поверхности. Обычно на экране появляется три различных импульса. В левой части экрана виден импульс большой амплитуды, который отмечает время излучения импульса. В этот момент включается пилообразное напряжение, подаваемое на горизонтальные отклоняющие пластины осциллогоа-фа. Импульс, видимый в середине экрана, отражен от исследуемой граничной поверхности.- Его малая амплитуда объясняется тем, что на отражающую поверхность ультразвуковые волны, как правило, падают не перпендикулярно, следовательно, лишь часть отраженной энергии достигает небольшой (в несколько квадратных сантиметров) поверхности приемопередающего преобразователя, с другой стороны, уменьшение энергии вызвано и поглощением.
И, наконец, в правой части экрана видим большой импульс. Он отразился от противоположной граничной поверхности, при эхо-энцефалографии, например, это импульс, отраженный от противоположной стороны черепа. Амплитуда этого импульса больше, чем у среднего импульса, так как он отражен от граничной поверхности ткань—воздух, т. е. от границы сред с большой разницей сопротивления звуковым волнам, при этом происходит почти 100%-е отражение. Естественно, если в «просвечиваемой» среде (например, в черепе) есть несколько отражающих поверхностей, то на экране будут видны несколько отраженных импульсов.
Имеет смысл сказать и о выборе частоты применяемых ультразвуковых волн. Для того чтобы лучше сфокусировать и направлять луч и обеспечить лучшее разрешение, целесообразно использовать как можно более высокую частоту. Однако с увеличением частоты почти квадратически возрастает и поглощение (т. е. в среде теряется сравнительно много энергии) и обратно к приемному преобразователю возвращается лишь слабый сигнал. В этом случае появляется опасность того, что слабый отраженный сигнал потеряется в помехах от фона, поэтому требуется большее усиление. Выбирая частоту, следует идти на своеобразный компромисс — обычно частоту ультразвука выбирают в диапазоне 1...15 МГц. Но и в этом случае может возникнуть необходимость использовать для усиления принятых сигналов сложный нелинейный усилитель. Дело в том, что чем глубже лежит отражающая поверхность, тем слабее отраженный сигнал, ведь ультразвуковым волнам предстоит проделать этот путь дважды. Поэтому часто применяют такой усилитель, усиление которого начиная с момента излучения ультразвукового импульса экспоненциально возрастает. В результате на эране осциллографа появляются импульсы практически одинаковой амплитуды, ведь чем глубже отражающая поверхность, тем позднее прибывает отраженный импульс, причем его амплитуда уменьшается со временем возвращения экспоненциально. Амплитуда отраженного импульса существенно меньше, если он приходит от более глубоко расположенных поверхностей, но чем позже он поступает, тем, больше усиление приемного устройства.
Казалось бы, нетрудно увеличить отраженный сигнал, повысив интенсивность ультразвука, излучаемого на исследуемую часть тела. Однако излучение с чрезмерно большой интенсивностью может вызвать различные нежелательные эффекты, а длительное облучение может даже причинить вред. Поэтому в ультразвуковой диагностике вообще работают при интенсивности ультразвука менее 50 мВ/см2. Это столь незначительная величина, что облучение наверняка не причинит никакого вреда, даже если оно попадет на самые чувствительные органы. В этом-то и состоит большое преимущество ультразвуковой диагностики по сравнению, например, с рентгеновской. Поэтому рассматриваемым способом можно изучать даже эмбрион, столь чувствительный в генетическом отношении.
Первое диагностическое исследование с помощью ультразвука осуществил в 1934 г. австриец Дуссик на черепе одного пациента. Это было, по сути дела, исследование, связанное с поглощением ультразвука, благодаря которому удалось сделать понятный снимок опухоли на мозге. Позже многие прибегали к этому методу, но было установлено, что метод, основанный на изучении отражения ультразвука, намного ценнее. Этот метод используется в первую очередь для выявления отклонений во внутренних структурах головного мозга. Если объем одного полушария мозга увеличивается (опухоль мозга, кровоизлияние и т. д.), то другое полушарие сдавливается и уменьшается в объеме. А это равнозначно тому, что щель, разделяющая два полушария мозга, смещается от среднего положения.
Смещение срединной щели нетрудно обнаружить с помощью двух приемопередающих ультразвуковых головок, размещенных в области правого и левого виска. Легко замечается смещение срединной щели даже меньше 1 мм, но патологией считается только смещение, превышающее 2 мм. Этот метод особенно важен при лечении больных с повреждением черепа. Дело в том, что с помощью эхо-энцефалографа можно быстро и без всяких сложностей установить факт и размер внутричерепных кровоизлияний. Например, при серьезных повреждениях срединная щель может сместиться за несколько часов даже на 7...8 мм, что вызывает, как правило, очень тяжелые функциональные осложнения. Следует заметить, что для точного определения места кровоизлияния не следует пренебрегать и рентгеновским исследованием с контрастным веществом, ведь эхо-энцефалография указывает только наличие процесса, уменьшающего пространство.