10.2. Доплеровские ультразвуковые методы исследований
Эта группа методов исследований использует эффект Доплера в ультразвуковой эхолокации. Сущность этого явления состоит в изменении частоты сигнала, отраженного от движущегося объекта. В аналитической форме эффект можно представить в виде выражения
∆F = F - F0 = ± (2 F0Vcosφ )/с ,
где ∆F - доплеровский сдвиг частоты, F0 - частота зондирующего сигнала, F - частота отраженного сигнала, V - скорость перемещения объекта, φ - угол между направлением зондирования и направлением перемещения объекта, с - скорость звука в исследуемой среде.
Рис. 10.4. Структурная схема аппарата УЗИ
Таким образом, величина ∆F прямо пропорциональна скорости движения объекта. Для большинства биологических процессов (движение крови в сосудах, перемещение сердца, легких и др.) произведение V·cosφ находится в интервале 0…1 м/с. Если частота F0 выбрана в интервале 1…10 МГц, то доплеровский сдвиг частоты лежит в диапазоне слышимых частот. Поэтому стандартный метод субъективного восприятия и качественной интерпретации доплеровских сигналов от движущихся элементов биоструктур состоит в их усилении и прослушивании. Функциональная схема простейшего измерителя скорости кровотока с непрерывным излучением показана на рис. 10.5.
Следует заметить, что при проведении реальных исследований область отражения сигнала с элементами, имеющими различные скорости движения, имеет определенные пространственные размеры. Тогда доплеровский сигнал характеризуется некоторым спектром частот. Наиболее совершенные аппаратные реализации метода основаны на спектральном анализе доплеровского сигнала и, соответственно, получении и распределении скоростей перемещений элементов исследуемой области.
Рис. 10.5. Доплеровский измеритель скорости кровотока
Доплеровские системы с непрерывным излучением не способны разрешать объекты по глубине, так как эхосигналы, получаемые от двух и более элементов, расположенных на разной глубине, воспринимаются как один сигнал. Указанный недостаток устранен в импульсно-доплеровской системе. В ней используется импульсный характер зондирования, подобный методу эхографии для режима С. Отличие состоит в том, что фрагменты А-эхограмм применяются не для визуализации, а для спектрального анализа доплеровского сдвига. Таким образом, импульсно-доплеровская система позволяет получить послойное распределение скоростей движения элементов в исследуемой области, например, скоростей кровотока в магистральных сосудах.
В клинической практике ультразвуковая доплеровская диагностика нашла применение в неинвазивном исследовании механических сокращений мышцы сердца, механической функции миокарда и клапанного аппарата, кровотока в крупных сосудах, жизнедеятельности плода на ранних стадиях беременности.
10.3. Акустическая ультразвуковая микроскопия
Ультразвуковая микроскопия использует возможности пространственного разрешения акустических волн с частотами от десятков – сотен мегагерц до единиц гегагерц. При этом длина волны ультразвука в мягких и водосодержащих биосредах соизмерима с исследуемыми структурами. Для получения изображения могут быть использованы как амплитуда, так и фаза прошедших через объект акустических волн. Принцип реализации метода показан на рис. 10.6.
Рис. 10.6. Структура метода ультразвуковой микроскопии
По сравнению с оптическими и рентгеновскими микроскопами ультразвуковая микроскопия дает повышенную контрастность, позволяет наблюдать микробиообъекты в естественной среде обитания.
В медицинской лабораторной практике метод широкого распространения не получил.