101-107

101-107

Strona 1 z 6

101. Metody uzyskania ultradźwięków
- zostało opisane w tych 29 pytaniach od Artura

102. Budowa sondy ultrasonograficznej ultradźwięków i jej rodzaje

103. Właściwości ultradźwięków

Ultradźwięki to fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał

je człowiek. Za granicę uwaŜa się 20 kHz, choć dla większości ludzi granica ta jest znacznie
niŜsza. Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin,
wieloryb, chomik czy nietoperz.

Zastosowanie ultradźwięków w medycynie - metody diagnostyczne i terapeutyczne

wykorzystujące ultradźwięki mają szerokie zastosowanie w medycynie. Metody te
upowszechniły się od początku lat 70. XX wieku.

Zastosowanie diagnostyczne

Ultrasonografia (USG) to badanie narządów wewnętrznych za pomocą fal ultradźwiękowych.
Metoda diagnostyczna jest oparta na zjawisku echa ultradźwiękowego. Informacje uzyskane
tą metodą mogą być przedstawione na ekranie oscyloskopowym w postaci impulsów, lub w
postaci obrazu rozkładu tkanek normalnych i patologicznych. Ultrasonograf holograficzny
(ultradźwiękowy), biopsja pod kontrolą USG.
Ultrasonografia zdobyła szczególną popularność w badaniach serca (echokardiografia),
badaniach naczyń krwionośnych metodą ultrasonografii wewnątrznaczyniowej oraz w
badaniach prenatalnych.

Zastosowanie terapeutyczne

Ogniskując np. wiązkę ultradźwięków na kamieniach nerkowych moŜna spowodować ich
kruszenie.

101-107

Strona 2 z 6

W okulistyce do operacji zaćmy tzw. metodą fakoemulsifikacji. Fale ultradźwiękowe
rozbijają zmętniałe jądro soczewki i zostają zasysane - usuwane z oka. Zabieg jest szybki,
bezbolesny, lecz oczywiście jak kaŜdy zabieg obarczony ryzykiem powikłań.
W fizykoterapii.

Zastosowanie praktyczne

W laboratoriach, medycynie, produkcji chemicznej:
do mycia szkła laboratoryjnego o skomplikowanych kształtach i niewielkich otworach np.
igieł, rurek (od średnicy wew. 0,3 mm), kapilar, stoŜków Imhoffa, końcówek pipet,
węŜownic, tłuszczomierzy itp., mycie przedmiotów metalowych i plastikowych, takich jak
kuwety bioanalizatorów, sita granulometryczne o mikrometrowych oczkach, mycie filtrów i
pierścieni ceramicznych
mycie narzędzi medycznych (w tym laparoskopowych) i stomatologicznych, protetyka
przetworniki ultradźwiękowe umieszczone w rurociągu zapobiegają osadzaniu się
zanieczyszczeń na sondach przyrządów pomiarowych
Myjnie, pełniąc funkcję łaźni ultradźwiękowych, pozwalają:
odgazowywać roztwory chromatograficzne lub absorpcyjne
umoŜliwiają tworzenie emulsji albo dyspergowanie ciał stałych w cieczach
przyspieszają przebieg reakcji chemicznych, zwłaszcza syntez organometalicznych

Parametry ultradźwięków:

Częstotliwość (v) – określona jest budową i właściwościami danego generatora i nie
ulega zmianie przy przechodzeniu tych fal przez róŜne tkanki i narządy. W terapii
najczęściej stosowane są częstotliwości od 800kHz do 1,2 MHz, zaś w diagnostyce od
1 do 15MHz.

Długość fali (λ) ultradźwiękowej – wynika ze znanej zaleŜności: λ=c/v, gdzie c to
prędkość rozchodzenia się fali. W wodzie fale ultradźwiękowe o częstotliwości 1
MHz mają długość około 1,5 mm i są około 5 razy dłuŜsze niŜ fale tej samej
częstotliwości w powietrzu

Prędkość (c) rozchodzenia się fali ultradźwiękowej – jest taka sama, jak i dźwiękowej.
W temp. 20˚C w powietrzu wynosi 340 m/s, a w wodzie około 1500 m/s. W tkankach
teŜ występuje róŜna prędkość: w kościach czaszki – 3360, w mózgu 1510, w tkance
tłuszczowej 1440, w mięśniach 1575-1590m/s

NatęŜenie (I) ultradźwięków (gęstość mocy) – I = E/S * t, gdzie E – to energia
przenoszona przez fale, S – powierzchnia prostopadła do kierunku rozchodzenia się
fali, t – czas. W medycynie natęŜenie najczęściej podawane jest w W/cm
kwadratowych.

Przemienne ciśnienie (P) - fala ultradźwiękowa rozchodząc się w róŜnych ciałach, np.
w tkankach, wywołuje w miejscach zagęszczeń zwyŜki ciśnienia, a miejscach
rozrzedzeń zniŜki. Dla natęŜenia 2 W/cm kwadratowy te wahania ciśnienia wynoszą
około 2,6 atm. P =pierwiastek z 2*I*gęstość*prędkość

Ultradźwięki to fale spręŜyste podlegające podobnym prawom, jak fale dźwiękowe, jednak
wykazują szereg szczególnych właściwości w zakresie dyfrakcji, rozprzestrzeniania się,
odbicia i załamania zbliŜających je do fal świetlnych; mogą być silnie ogniskowane, w
wiązkach fal ultradźwiękowych moŜliwe jest uzyskanie duŜych gęstości strumienia energii, a
dzięki temu moŜliwe jest wykorzystanie ich w wielu procesach, np. rozdrabnianie cząstek
zawiesin lub uzyskiwanie zawiesin, ich koagulacja, skrawanie lub drąŜenie materiałów,
wspomaganie procesów obróbki plastycznej materiałów, niszczenie Ŝywych komórek i
tkanek, zabijanie drobnych owadów itp.;

101-107

Strona 3 z 6

Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach

przeszkód oraz w ich pobliŜu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale
wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.
Dyfrakcja uŜywana jest do badania fal, oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i
kryształów, ogranicza zdolność rozdzielczą układów optycznych.

Odbicie to nagła zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków

powodująca, Ŝe pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie moŜe dawać obraz
lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej
źródła.

Załamanie w fizyce to zmiana kierunku rozchodzenia się fali (refrakcja fali)

związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Inna prędkość
powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

101-107

Strona 4 z 6

104. Podstawy ultrasonografii echowej

Ultrasonografia, USG – nieinwazyjna, atraumatyczna metoda diagnostyczna,

pozwalająca na uzyskanie obrazu przekroju badanego obiektu. Metoda ta wykorzystuje
zjawisko rozchodzenia się, rozpraszania oraz odbicia fali ultradźwiękowej na granicy
ośrodków, przy załoŜeniu stałej prędkości fali w róŜnych tkankach równej 1540 m/s. W
ultrasonografii medycznej wykorzystywane są częstotliwości z zakresu ok. 2-50 MHz. Fala
ultradźwiękowa najczęściej generowana jest oraz przetwarzana w impulsy elektryczne przy
uŜyciu zjawiska piezoelektrycznego. Jednym z bardzo popularnych obecnie zastosowań
ultrasonografii jest USG naczyń krwionośnych z wykorzystaniem zjawiska Dopplera. USG
doppler pozwala na ocenę prędkości oraz kierunku przepływu krwi w naczyniach. Jako
metoda całkowicie nieinwazyjna jest obecnie najpopularniejszym typem badania naczyń
pozwalającym na dokładną ocenę zmian w zdecydowanej większości przypadków.
Stosując niŜsze częstotliwości (2-5 MHz, np. podczas badania jamy brzusznej lub
echokardiograficznego badania serca) uzyskuje się obrazy struktur głębiej połoŜonych
kosztem niŜszej rozdzielczości. Natomiast korzystając z częstotliwości wyŜszych (7,5-16
MHz, np. badanie przezpochwowe, przezciemiączkowe, diagnostyka węzłów chłonnych, aŜ
do 50 MHz w ultrasonografii wewnątrznaczyniowej naczyń Ŝylnych oraz tętniczych)
uzyskuje się obrazy dokładniejsze, ale tylko struktur płycej połoŜonych.
Nowa generacja przenośnych aparatów ultrasonograficznych umoŜliwia wykonywanie badań
ultrasonograficznych, w tym dopplerowskich, w domu pacjenta, a przy zasilaniu bateryjnym
w zasadzie w dowolnym miejscu. Badania w domu pacjenta pozwalają na uniknięcie obciąŜeń
związanych z transportem do przychodni lub szpitala osób w podeszłym wieku, z chorobami
onkologicznymi, czy np. chorobą Alzheimera.

105. Podstawy ultrasonografii opartej o zjawisko Dopplera

Efekt Dopplera – zjawisko obserwowane dla fal, polegające na powstawaniu róŜnicy

częstotliwości, a tym samym i długości fali, wysyłanej przez źródło fali oraz zarejestrowanej
przez obserwatora, który porusza się względem źródła fali. Dla fal rozprzestrzeniających się
w ośrodku, takich jak na przykład fale dźwiękowe, efekt zaleŜy od prędkości obserwatora
oraz źródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. W przypadku fal
propagujących się bez udziału ośrodka materialnego, jak na przykład światło w próŜni (w
ogólności fale elektromagnetyczne), znaczenie ma jedynie róŜnica prędkości źródła oraz
obserwatora.

W obrazowych badaniach diagnostycznych cenną informację jest nie tylko kształt

anatomicznych struktur, lecz takŜe kierunek i prędkość poruszania się tkanek. Ruch takich
płynów ustrojowych jak krew moŜna obserwować mierząc zmiany częstotliwości oraz fazy
fal dźwiękowych odbitych od płynącej cieczy.

101-107

Strona 5 z 6

Udoskonaleniem konwencjonalnych aparatów ultrasonograficznych było

wprowadzenie ultrasonografii dopplerowskiej. JeŜeli głowica ultradźwiękowa potrafi
rejestrować nie tylko opóźnienie echa wysyłanego dźwięku, lecz równieŜ jego wysokość lub
fazę, wtedy na obrazie diagnostyczny moŜna kolorami umownymi zobrazować ruch ciała.

Przykładem moŜe być tutaj echokardiografia. Dla kardiochirurgów bardzo waŜne jest

określenie nie tylko struktury anatomicznej serca, ale równieŜ prędkości i kierunku ruchu
krwi przepływającej w tej biologicznej pompie. Obserwacja bijącego serca płodu umoŜliwia
wykrycie wad rozwojowych jeszcze w łonie matki. Lekarze mając wiedzę o zagroŜeniu mogą
przygotować się na trudności po porodzie.

Efekt Dopplera wykorzystywany jest takŜe w metodzie laserowo-dopplerowskiego

pomiaru ukrwienia skóry, która pozwala na nieinwazyjny pomiar stopnia ukrwienia tkanek
skóry właściwej przy diagnozowaniu takich schorzeń jak cukrzyca czy zespół Raynaud.

Źródło fali porusza się względem ośrodka, w którym rozchodzi się fala, a obserwator

spoczywa względem tego ośrodka. W czasie równym jednemu okresowi fali T

źródło

przebywa drogę:

Długość fali emitowanej przez źródło jest powiązana z długością fali odbieranej

następującym wzorem

ZaleŜności dla fal:

skąd:

Prowadzi to do wzoru na częstotliwość fali odbieranej:

gdzie:
s - droga,
T

- okres fali generowanej przez źródło,

λ - długość fali odbieranej przez obserwatora,
λ

- długość fali generowanej przez źródło,

v - prędkość fali,
f - częstotliwość fali odbieranej przez obserwatora,
f

- częstotliwość fali generowanej przez źródło,

- składowa prędkości źródła względem obserwatora, równoległa do kierunku łączącego te

dwa punkty.