199178, г. Санкт-Петербург,
наб. реки Смоленки, д. 33

Все о датчиках УЗИ

Полезные статьи и справочная информация по ультразвуковым датчикам

Датчик — важнейший элемент УЗИ аппарата. Именно его качеством и состоянием во многом определяется точность диагноза и безопасность пациента.

Чтобы поддерживать эти параметры на самом высоком уровне, датчиком необходимо правильно пользоваться. Имеют значение:

  • Знание физики основных процессов и режимов работы датчика
  • Правильный выбор модели датчика для Ваших задач
  • Соблюдение инструкций при использовании датчика
  • Своевременное обслуживание и диагностика
  • Правильная обработка датчиков
  • Качественный ремонт

Мы понимаем, как важно всегда иметь под рукой надежный инструмент и знать, как он работает. Поэтому наши эксперты и ведущие инженеры на основе своего опыта собирают и готовят для Вас самые полезные и важные материалы по ультразвуковым датчикам.

Устройство ультразвукового датчика

Конструктивно ультразвуковой датчик состоит из сканирующей головки, кабеля и коннектора.

  • Коннектор предназначен для присоединения датчика к УЗИ-аппарату и имеет множество контактов, выполненных в виде штырьков или металлических площадок. Довольно часто в корпусе коннектора располагается электронный блок предварительного усиления, в некоторых случаях блок первичного усиления находится в корпусе сканирующей головки.
  • Кабель представляет собой гибкий жгут из множества (часто из нескольких сотен) микропроводников, соединяющих коннектор и пьезокристаллы сканирующей головки.
  • Сканирующая головка состоит из:

1 — акустической линзы, предназначенной для формирования геометрии акустического пучка. Линза изготавливается из специального пластика, непосредственно контактирует с гелем и телом пациента, может быть различных цветов (часто это серый, синий или красный).

2 — согласующих слоев, предназначенных для эффективного проникновения акустических волн. Они представляют собой комбинацию различных полимерных материалов.

3 — матрицы пьезокристаллов, предназначенной для излучения ультразвуковых волн. Это представляется возможным благодаря пьезоэлектрическому эффекту.

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая, получаемые с них сигналы, мы можем получать изображение на экране УЗИ-аппарата.

4 — демпфера из твердого материала, предназначенного для устранения чрезмерных вибраций с целью укорочения длины импульса и увеличения разрешающей способности.

5 — пластикового корпуса с гибким окончанием

6 — муфты — резиновой накладки для предотвращения перегибания и повреждения кабеля в месте выхода из корпуса датчика.

При такой сложной структуре с датчиком могут возникнуть самые различные проблемы: дефекты линзы, корпуса, кабеля, коннектора, и даже неисправности внутренней электроники, но благодаря опыту и собственным разработкам в данной области мы можем восстановить датчик УЗИ при повреждении любой сложности.

Принцип работы ультразвукового датчика

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая получаемые с них сигналы, мы можем видеть изображение на экране УЗИ-аппарата.

Меры предосторожности при работе с ультразвуковыми датчиками

Между кристаллической матрицей датчика и телом пациента располагается ряд согласующих материалов для лучшего проникновения и дополнительной фокусировки УЗ-луча. Это согласующие слои самого датчика, акустическая линза и согласующий акустический гель.

Необходимо помнить, что применять следует гель из рекомендуемого производителем списка, поскольку гели отличаются физическими параметрами. Использование «неправильного» геля будет приводить к перегреву пьезокристаллической матрицы, согласующих слоев и линзы, а также к повышенной нагрузке на электронные блоки формирования высокого напряжения и усиления принятого сигнала.

Таким образом, кажущаяся необоснованность и экономия от использования более дешевого геля приведет к поломке датчика и дорогостоящему ремонту самого аппарата, а в некоторых случаях даже электротравмам пациента или врача, так как на головку датчика подается высокое электрическое напряжение.

Если у Вас все же возникла проблема с датчиком, не спешите его списывать:

Несмотря на всю сложность, ремонт датчиков УЗИ возможен практически в любом случае.

Как работает датчик в B-режиме

принцип работы датчика УЗИ

Через датчик в ткани отправляется короткий импульс.

Он распространяется и отражается от объектов, расположенных на разной глубине. Скорость распространения ультразвука в тканях известна, поэтому можно определить определить расстояние до объекта, который отразил данный эхо-сигнал.

Амплитуда принятого сигнала кодируется на экране с помощью оттенков серого цвета. Глаз человека больше всего восприимчив именно к оттенкам серого. Таким образом происходит кодировка амплитуды принимаемого сигнала в яркость на мониторе УЗ-сканера.

При этом работа ультразвукового датчика для пользователя заключается в следующем:

твердые объекты выглядят более светлыми, почти белыми, пустоты наоборот  — черными.

Это происходит потому, что амплитуда отраженного от кости сигнала велика. Если же направить луч в полость (в пустоту),  УЗ-луч пройдет очень глубоко, сильно ослабнет и амплитуда принятого отраженного сигнала будет близка к нулю. Биологические ткани, представляющие наибольший интерес для врача, на дисплее аппарата отображаются в промежуточных градациях серого цвета.

Работа линейных, конвексных и секторных датчиков

Линейный и секторный датчик

В линейных и конвексных датчиках пьезокристаллы излучают группами поочередно, пока не отработают все кристаллы от начала пьезокристаллической матрицы до конца. Один кадр на дисплее обновится тогда, когда все группы поочерёдно отправят и примут ультразвуковой сигнал.

В секторных фазированных датчиках все кристаллы излучают почти одновременно. Специально вводятся небольшие электронные задержки сигнала на каждый кристалл для того, чтобы направлять сканирующий луч. Изображение на дисплее обновится тогда, когда луч просканирует весь сектор обзора.

Принцип работы датчика УЗИ

Работа ультразвукового датчика в режимах допплера

Рассмотрим прам из видов доплера – режиме постоянного доплера. Суть метода заключается в применении эффекта Доплера.

Звук, отражаясь от подвижного объекта, меняет свою частоту. В зависимости от направления движения объекта и его скорости, Эта разница, или сдвиг частот, называется Допплеровским. Он будет изменяться с течением времени.

В данном режиме одна половина кристаллов датчика работает на излучение ультразвука, а вторая – на приём. Сравнивая принятый сигнал с отправленным, мы получим частотный допплеровский сдвиг ультразвука.

По значению сдвига можно высчитать скорость движения тканей или жидкостей в организме. Допплеровский сдвиг часто лежит в пределах слышимых человеком частот (20Гц-20кГц), поэтому его в качестве дополнительного источника информации выводят в форме звука, через динамик аппарата.

Допплеровский сдвиг узи

Существуют и другие режимы работы УЗ-сканера, в которых работа датчика отличается от изложенных выше, как программно, так и аппаратно.