Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое датчики узи, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое датчики узи, устройство узи, принцип работы узи, классификация узи, ультразвуковой датчик , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы .
Конструктивно ультразвуковой датчик состоит из сканирующей головки, кабеля и коннектора.
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.
Смотрите видео структуры УЗИ датчика, где мы не только рассказали, но и показали датчик в разрезе!
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.
Подписывайтесь на нашу рассылку, где Вы будете получать интересные статьи про узи, узи датчики и другую актуальную информацию из медицинской сферы.
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.
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.
Через ультразвуковой пьезоэлектрический 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.
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 поочередно 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.
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 прием. 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.
Существуют и другие режимы работы УЗ-сканера, в которых работа датчика отличается от изложенных выше, как программно, так и аппаратно.
Для всех типов датчиков указаны основные параметры и характеристики, описание, области применения. Рассмотрим основные (типовые) неисправности и поломки каждого типа и ремонт УЗИ датчиков.
Каждый тип датчика современного УЗИ аппарата имеет ряд характеристик:
В буклетах, промо материалах и даже на сайтах производителей и поставщиков не всегда указываются все эти параметры и характеристики. Часть из них не актуальна для определенных типов датчиков ( так же можно встретить термин ультразвуковой трансдьюсер от англ. "transducer" - датчик). Безусловно важно обращать внимание на частоту (частоты) датчика, но помимо этого необходимо всегда учитывать области применения и совместимые режимы работы, поскольку сама по себе частота не несет исчерпывающую информацию о конкретном датчике.
Можно встретить также название абдоминальный датчик (из-за основной обрасти его применения)
Частота датчиков такого типа варьируется обычно от 2 до 7,5 МГц, причем в некоторых аппаратах частоты работы датчика могут быть и выше. Многие модели датчиков могу работать с так называемыми гармониками, что делает визуализацию качественнее во многих видах исследований.
Глубина проникновения датчиков этого вида - около 25 см., что вполне достаточно для всех областей его применения. Габариты отображения исследуемого органа на несколько сантиметров шире самого датчика. т.е. конвексные датчики обладают относительно широким полем зрения.
Ультразвуковые датчики данного типа применяются для исследования глубоко расположенных объектов: абдоминальные исследования (общие исследования брюшной полости), тазобедренные суставы, половая система и др. То есть, конвексные датчики применяются как в общей практике, в акушерстве и гинекологии, так и в других областях.
Конвексный датчик поставляется с большинством современных аппаратов УЗИ. он, конечно, может отсутствовать в некоторых случаях, но в основном представить без абдоминального конвексного датчика многоцелевой УЗИ сканер широкого профиля практически невозможно.
Частые неисправности данного типа узи датчика:
Датчик по своему строению идентичен конвексному, разница только в том, что микроконвексный датчик меньше в размерах.
Применяется он, как правило, для тех же исследований, но только в педиатрии.
Если говорить о технических параметрах, радиус кривизны сканирующего модуля у микроконвексного датчика больше, так как сам модуль меньше по габаритам.
Частоты работы в общем соответствуют обычным конвексным датчикам, но могут быть выше, поскольку микроконвексному типу датчиков не требуется такая высокая проникающая способность.
Частота данного типа узи датчиков варьируется от 5 до 15 МГц. Глубина сканирования составляет не более 11 см. Основная особенность линейного датчика - полная пропорциональность исследуемого объекта положению линейного узи датчика, но сложностью является, что невозможно обеспечить полное прилегание узи датчика к исследуемым поверхностям. Данные датчики используются для исследований поверхностных структур, таких как молочная железа, щитовидная железа, маленьких суставов и мышц и для осмотра сосудов.
Частые неисправности данного типа узи датчиков:
Частота данного типа датчика варьируется от 1,5 до 5 МГц. Используется для ситуаций, когда необходимо получить широкий обзор небольшого участка. В основном, используется для обзора сердца и промежутков между ребрами.
Частые проблемы с секторными датчиками:
Данный вид датчиков активно используется в кардиологии. При помощи секторной решетки появляется возможность корректировки угла ультразвукового луча в зоне сканирования, что дает возможность посмотреть за родничок, ребра или глаза.
Датчик имеет возможность работать в режиме PW и CW, по причине того, что у него есть возможность автономного приема и передачи разных частей фазированной решетки.
Данный типа датчика используется для исследований органов таза: акушерство, гинекология, урологию.
В данную группу входят вагинальные и трансректальные и ректально-вагинальные ультразвуковые датчики.
Биплановые узи датчики имеют несколько излучателей.
При помощи этого есть возможность получить изображения в продольном и поперечном срезах.
Данный вид датчика используется для получения трехмерных изображений.
Возможность такой визуализации обеспечивается благодаря датчику, который вращается (качается из стороны в сторону) внутри колпака.
Чаще всего можно столкнуться со следующими проблемами 3D/4D датчиков:
Данные датчики можно поделить на полуторомерные и двумерные.
Полуторомерные матричные датчики дают возможность получить максимальное разрешение по толщине
Двумерные дают возможность получать объемное изображение в режиме реального времени и выводить на экран некоторое количество проекций и срезов.
Данный тип датчика предусматривает разделение приемника и излучателя.
Используется для исследования артерий, вен ног и шеи.
Трансэзофагеальные датчики узи .
Данный тип датчиков используется для чреспищеводной эхокардиографии. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Достаточно сложное строение данного датчика разработано для специфичных исследований.
Рабочая частота данного типа датчика от 2,5 до 10 МГц.
Основные неисправности этих датчиков:
Полостные ультразвуковые датчики используются в акушерстве, гинекологии и урологии.
К полостным датчикам относятся:
Как правило разница между этими видами датчиков - это угол(кривизна)сканирующего модуля.
Для трансвагинальных кривизна равна 8-10мм, для трансректальных - 10-14мм.
Производителями выпускаются как 2D так и 3D виды полостных узи датчиков.
При помощи небольшого радиуса возможно получение полной картины внутренних органов, хотя площадь пьезоэлементов в данном типе узи датчика достаточна мала.
Рис. 3 и 4 позволяют систематически организовать форматы изображений, объединить их по типам и моделям датчиков с дальнейшим учетом вариантов сканирования, выбора режимов и определенных плоскостей.
Для классификации форматов преобразователей часто объединяют аббревиатуры, описывающие определенные отношения графики и преобразователя.
Определение по типу процесса сканирования:
М — механический;
Е — электронный;
F — фиксированный, отсутствие сканирования.
Сканирующий процесс по направлениям:
L — линейное;
< — угловое;
С — изогнутое;
комбинации направлений.
Это способствует точному определению сканируемой плоскости. Для получения результатов в двухмерном формате используется плоскость ХZ.
Ориентируясь на указанные описания, все преобразователи можно связать с различными типами сканирования и плоскостями.
Так, на рисунке 4а можно увидеть:
Это позволяет сокращать конечные обозначения: сочетания ELxz и Fyz подходят форматам 1 и 4 на схеме 3.
Комбинированный вид — рис. 1 на рис. 3. Трапециевидный тип обозначен цифрой 4 на рис. 2. он представляет собой прямоугольный формат, имеющий два частичных сектора на концах для линейного массива на схеме 4а.
Фазированный вид решетки на рис 4в имеет связь с форматом секторного характера 2, расположенным на схеме 3 и предыдущими плоскостями.
На рис. 3 и 4 можно ознакомиться со всеми преобразователями и форматами, а с типами датчиков — на схеме 5.
Семейство датчиков:
Левый верхний квадрат: три верхних датчика – чрезпищеводные; два нижние –эндовагинальные.
Правый верхний квадрат: микроконвексный датчик в центре и по два фазированных с каждой стороны.
Нижний правый квадрат, слева направо: конвексный датчик, три линейных датчика, изогнутый линейный датчик, фазированный датчик.
Нижний левый квадрат, слева направо: два хирургических зонда и два интраоперационных.
Изогнутый/конвексный вариант датчиков похож на линейный формат. Отличие заключается в том, что компоненты располагаются на изогнутой, а не линейной поверхности. Данный формат имеет сходство с сектором окружности или куском торта без верхушки и подробно описывается в качестве поля зрения (FOV). Это определяет его угловое расположение латерального характера. В приведенном примере использован электронный вариант линейного сканирующего исследования Е в плоскости ХZ и фиксированный фокус F в области YZ. Сокращенно это выглядит: ECxz и Fyz в формате 3 на рис.4в.
Трехмерная визуализация приобретает все больше популярности и актуальности. По этой причине важно знать все детали и подробности. В трехмерном варианте сканируется не плоскость, а объем. Это видно по контуру на рис 2в. При использовании решетки двухмерного или матричного типа, сканирование бывает угловым в двух направлениях и носит электронный характер. Такой объем сканирования отражается пирамидальной формой — на рис. 7, рисунке 3.
Фокусировка электронного типа находится в двух плоскостях с угловым вариантом сканирования. Обозначения и формат изображения — вида “Е”.
Для получения альтернативного рентабельного трехмерного рисунка, массивы линейного и выпуклого характера механически сканируются в области оси Х в плоскости YZ. В данном варианте происходит перемещение массивов в акустически прозрачных камерах, которые наполнены жидкостью. Так, массив линейного типа (А) разворачивается по кругу оси Z, для создания серии рисунков на плоскости (в виде формата 1 или 4). В результате имеем сканируемый преобразователь механического характера типа F, проиллюстрированный на рисунке 4, а также изображение в объеме 5 на рис. 3.
Точно таким образом решетка криволинейного или выпуклого вида (С), прокручивается вокруг оси для формирования нескольких плоских форм изображений (3). В результате получаем механический вариант датчика G, отображенного на графике 4 и изображение в объеме 6 — на рис. 3.
Для полной картины электронно управляемого перемещения решетки одномерного вида (А, В, С) можно перемещать механическим путем в ручном трехмерном режиме свободной руки. Сформированная картина собирается в трехмерный объем.
Заметим, что изменение рисунка для данного режима располагает предположениями о фиксированном интервальном значении или пространственными данными для каждого типа плоскости в формате пространственной визуализации. Это достигается благодаря датчикам положения.
Результаты исследования, полученные при помощи одноэлементных преобразователей, применяемых для внутрипросветного или катетерного способа (внутрисосудистое или внутрисердечное УЗИ), отображены на иллюстрации 8 и 9, рис. 3.
Датчик, на рис. 4н способен проводить механическое сканирование для получения двух- и трехмерных результатов, как это продемонстрировано на рис. 8-9, рис. 3.
Для формата 8 датчик (на рис. 4н) перемещен под углом по всей площади окружности для получения картины в образе пончика. Имеется и матричный вариант данного эндоваскулярного УЗИ-устройства. При повороте и перемещении по оси Y преобразователя механического типа, образуется рисунок в цилиндрическом объемном варианте, формат 9 (рис.3)
Все варианты преобразователей, отображенные на рис. 4 сопоставляются с разными форматами изображений, как на рис. 3, при помощи форматов и обозначений в процессе сканирования, указанного преобразователя (рис.4).
Исследование, описанное в статье про датчики узи, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое датчики узи, устройство узи, принцип работы узи, классификация узи, ультразвуковой датчик и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы
Комментарии
Оставить комментарий
Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы
Термины: Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы