Двухмерная эхокардиография позволяет получать динамические изображения сердца посредством преобразования отражений излучаемого ультразвука. Эхокардиограф излучает короткий импульс ультразвуковых волн, которые распространяются в ткани и отражаются структурами сердца. Отраженный ультразвук распространяется обратно в сторону ультразвукового датчика, который фиксирует временной интервал задержки для каждого возвращающегося отраженного сигнала.

Поскольку скорость распространения ультразвука в тканях постоянна, временной интервал задержки позволяет точно рассчитать расстояние до отражающей структуры сердца, на основе чего аппарат, собственно, и создает изображение сердца. Неудивительно, что для адекватной визуализации сердца необходимо ясно представлять взаимодействия ультразвуковых волн и тканей.

Звук представляет собой вибрацию физической среды. При клиническом эхокардио-графическом исследовании механический вибрирующий элемент, известный как датчик, контактирует с пищеводом (транспищеводная эхокардиография [ТПЭ]), кожей (трансторакальная эхокардиография [ТТЭ]) или сердцем (эпикардиальная эхокардиография), вызывая вибрацию тканей.
Образующаяся вибрация тканей или звуковые волны состоят из зон сжатия (компрессии), в которых молекулы уплотнены, и зон разрежения, в которых молекулы рассеяны, образуя подобие синусоидальных волн.

Амплитуда звуковой волны отражает ее пиковое давление и оценивается как громкость. Уровень энергии звука в конкретной точке ткани рассматривается как его интенсивность. Интенсивность звукового сигнала пропорциональна амплитуде в квадрате и представляет собой важный фактор, характеризующий потенциальную способность ультразвука повреждать ткани.

Например, при литотрипсии используется звук с высокой интенсивностью сигнала, что позволяет фрагментировать камни в почках. Для сравнения: ультразвук, применяемый в эхокардиографии, характеризуется низкой интенсивностью сигнала, что не вызывает значимых биологических эффектов. Поскольку величина давления звука варьирует в широких пределах, удобно пользоваться логарифмической шкалой децибел (дБ): децибел (дБ) = 10 lg III, = 10 lg A2/A2r = 20 lg A/Ar, где А — измеренная амплитуда интересующего звукового сигнала; Аr — стандартный уровень звука сравнения; I — интенсивность; Ir — стандартная интенсивность сравнения.

Если упростить это уравнение, то каждое удвоение давления звука равняется усилению 6 дБ. В связи с наличием риска повреждения тканей и нервной системы вследствие механического воздействия (обусловленного кавитацией или образованием микропузырьков из-за разрежения) и температурного воздействия Комитет США по пищевым продуктам и лекарственным препаратам (FDA) ограничивает максимальную интенсивность выходного сигнала аппаратов эхокардиографии значением 720 Вт/см2.

Клиницистам рекомендуется руководствоваться так называемым принципом ALARA (As little as reasonably achievable) — принципом наименьшей разумно возможной величины и в минимальной степени подвергать пациентов воздействию ультразвука.

Частота и длина ультразвуковой волны

Звуковые волны также характеризуются частотой (/) или высотой тона, которая выражается в количестве колебаний в 1 секунду, или герцах (Гц), и длиной волны (h). Эти характеристики в значительной степени определяют глубину проникновения звуковой волны в ткани и разрешение изображения, генерируемого ультразвуковым аппаратом.

Скорость распространения ультразвука

Скорость распространения звука (у) определяется только лишь свойствами среды, в которой он проходит. Например, скорость звука в мягких тканях составляет приблизительно 1540 м/с. Скорость можно рассчитать как произведение длины волны и частоты: v = h хf.

Очевидно, что длина волны и частота имеют обратно пропорциональную зависимость:
А = v х 1/f
Х = (1500 м/с)/f

Что особенного в ультразвуке?

Несколько положительных физических свойств ультразвука объясняют пользу от его применения для визуализации в клинике. Ультразвук представляет собой звуковые волны с частотой выше различимой ухом человека (порог 20 000 Гц). При клинических эхокардиографических исследованиях используются частоты в диапазоне от 2 до 10 МГц. Высокочастотный коротковолновой ультразвуковой луч удобен для манипуляций, фокусирования и придания направления в сторону конкретного объекта. Разрешение изображений также возрастает с ростом частоты применяемых звуковых волн.

- Читать "Взаимодействие тканей сердца и ультразвука. Акустический импеданс"

1. Свойства ультразвуковых волн. Особенности ультразвука ЭхоКГ
2. Взаимодействие тканей сердца и ультразвука. Акустический импеданс
3. Зеркальное и рассеянное отражение ультразвука. Характеристика
4. Рефракция (преломление), поглощение ультразвука тканями. Характеристика
5. Ультразвуковой датчик. Формирование ультразвуковых волн
6. Трехмерная конфигурация ультразвукового луча. Поля сканирования эхокардиографии
7. Разрешение эхокардиографии: аксиальное, латеральное, вертикальное. Характеристика
8. Посторонние ультразвуковые лучи эхокардиографии. Характеристика
9. Обработка электрического сигнала ультразвуковым датчиком. Характеристика
10. Форматы отображения информации при эхокардиографии. Характеристика