vol. 4 2/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
108
artykuł
\
article
ultrasonografia
\
ultrasonography
kształt wachlarza, a jego szerokość zwiększa się wraz z głębokością
penetracji.
Mechaniczne głowice sektorowe
Jest wiele sposobów przeszukiwania sektorowego za pomo-
cą głowic mechanicznych. Urządzenia można podzielić na dwa
typy: głowicę rotacyjną oraz głowicę Wobblera. Istnieje kilka
typów głowic Wobblera. Głowica jednoelementowa Wobblera
zawierająca tylko jeden kryształ piezoelektryczny. Kryształ ten
jest zarówno nadajnikiem, jak i odbiornikiem echa. W głowicy
pierścieniowej Wobblera element piezoelektryczny ma kształt
pierścienia. Taka budowa odbiornika nadawczo-odbiorczego
daje możliwości ogniskowania w dwóch wymiarach.
W głowicy rotacyjnej trzy kryształy piezoelektryczne są
umieszczone na rotorze obracającym się jednostajnie wokół
własnej osi, sąsiednie przetworniki tworzą kąt 120°. W obudo-
wie głowicy znajduje się okienko przepuszczające ultradźwię-
ki. Aktywowany przy tym jest zawsze tylko jeden kryształ, ten,
który znajduje się w danej chwili na wysokości okienka. Wysyła
on impulsy ultradźwiękowe, a następnie odbiera wytworzone
przez nie echa. Jeśli dzieje się to w sposób ciągły (tzn. nieustan-
nie – na przemian – emituje i rejestruje ultradźwięki), to tkanki
są przeszukiwane sektorowo i w wyniku tego powstaje obraz
o odpowiedniej geometrii. Następnie do okienka „podchodzi”
kolejny kryształ i w podobny sposób sonduje tkanki podczas
przesuwania się wzdłuż okienka. W ten sposób powstaje drugi
obraz itd. Głowica rotacyjna umożliwia uzyskiwanie 30 obrazów
na sekundę. W głowicach z trzema kryształami nadawczymi po-
wierzchnia przyłożenia ma długość około 4 cm – dzięki temu na-
rządy położone powierzchniowo, np. pęcherzyk żółciowy, mogą
być przedstawiane na ekranie w całości.
Rolę ośrodków wywołujących fale i powodujących ich na-
kładanie się odgrywają pojedyncze przetworniki w głowicach
liniowych z dokładnie dobranymi odległościami pomiędzy są-
siednimi przetwornikami i opóźnieniem między kolejnymi pobu-
dzeniami, tak aby największa energia sygnału skierowana była
tylko w jednym kierunku. W czasie odbioru proces przebiega
odwrotnie. Front falowy dochodzi do poszczególnych prze-
tworników w różnym czasie, zależnym od odległości pomiędzy
przetwornikami i reflektorem. Aby wyrównać czas pojawiania
się echa na przetwornikach, należy wprowadzić odpowiednie
opóźnienie w każdym z kanałów, tak aby echa sumowały się.
Zasada działania sondy liniowej
W głowicy liniowej 8-elementowej wszystkie elementy biorą
udział zarówno w nadawaniu, jak i odbiorze fal. Element 1 i 8 po-
budzane są do drgań jako pierwsze, następnie 2 i 7, poźniej 3 i 6
i na końcu 4 i 5. Opóźnienie pomiędzy pobudzeniami jest tak do-
brane, aby wypadkowa fala skupiała się w odpowiednim ognisku
1. W następnym kroku pobudzamy parami osiem elementów od
2 do 9, wytwarzając wiązkę ultradźwięków skupioną w ognisku
2. Ogniskowanie wiązki jest różne w czasie nadawania impulsów
i odbioru ech. W trakcie nadawania kontrolujemy czas, w któ-
rym poszczególne elementy głowicy pobudzane są do drgań.
Jednocześnie nadany impuls z grupy sąsiednich przetworników
tworzy czoło fali, która rozchodzi się tak jakby nadawana była
z przetwornika o stałym ognisku. Proces taki możemy powtó-
rzyć kilka razy. Nie stosuje się jednak więcej niż 4 strefy ognisko-
wania, ponieważ z ilością stref maleje proporcjonalnie częstość
odświeżania obrazu. W głowicy liniowej do drgań pobudzanych
jest jednocześnie od 16 do 64 elementów. Pamiętajmy, że z licz-
bą elementów rośnie jakość, ale musi być także bardziej rozbu-
dowana część elektroniczna i przetwarzająca.
Obecne rozwiązania głowic mają przetworniki ułożone w po-
staci matrycy składającej się z wierszy i kolumn.
Z kolei wśród głowic endoultrasonograficznych do badań bez-
pośrednio w wybranych jamach rozróżniamy:
1.
głowice przezprzełykowe,
2.
głowice dopochwowe,
3.
głowice rektalne.
Istnieją też głowice śródoperacyjne i obrazowania wewnątrz-
naczyniowego. Częstotliwość badań wewnątrznaczyniowych
przekracza 20 MHz.
Obrazowanie trójwymiarowe 3D
Głowice 3D mają budowę matrycową, sterowanie poszczególny-
mi elementami lub grupami formuje i odchyla wiązkę. Głowice 3D
mają kwadratowe powierzchnie zawierające kilkadziesiąt rzędów
i kolumn przetworników. W USG 3D zazwyczaj wykorzystuje się
standardowe głowice z elektronicznie odchylaną wiązką, a modyfi-
kacjapolega nadodatkowymurządzeniu i algorytmiedowyznacza-
nia położenia głowicy/trójwymiarowej płaszczyzny obrazowania.
Bibliografia
1.
M. Nałęcz (red.):
Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000 fi-
zyka medyczna
, 9, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2000.
2.
A. Nowicki:
Wstęp do ultrasonografii – podstawy fizyczne i instru-
mentacja
, Medipage, Warszawa 2003.
3.
A. Nowicki:
Ultradźwięki w medycynie. Wprowadzenie do współ-
czesnej ultrasonografii
,
Roztoczańska Szkoła Ultrasonografii,
Warszawa 2010.
4.
A. Nowicki:
Diagnostyka ultradźwiękowa. Podstawy fizyczne
ultrasonografii i metod dopplerowskich
, Makmed, Gdańsk 2000.
5.
G. Małek:
Ultrasonografia dopplerowska. Zastosowanie kliniczne.
1, MediPage, 2003.
6.
A. Stavros Thomas:
Ultrasonografia piersi
, MediPage, 2007.
Rys. 1
Typy głowic USG – kształty wiązek
