Көрініске келтірудің ультрадыбыстық әдістері

Рентгендік сәуле шығару — электромагниттік толқындар спектрінде ультракүлгін сәулелену мен гамма-сәулеленудің арасында орналасқан, толқын ұзындығы шамамен 10^-14–10^-8 м аралығындағы электромагниттік толқын.

Рентген және гамма-сәулелердің энергия аймақтары бірін-бірі жартылай жаба алады; екеуі де электромагниттік сәулеленуге жатады және фотон энергиясы тұрғысынан эквивалентті болуы мүмкін. Айырмашылығы — олардың пайда болу механизмінде:

Рентген түтікшесінде катодтан ұшқан электрондар анод пен катод арасындағы жоғары кернеу әсерінен үдетіліп, анодқа соқтығысқанда тежеледі. Нәтижесінде рентген сәулелері пайда болады. Сонымен қатар атомның ішкі электрондық қабаттарынан электрондар жұлынып, бос орындарға басқа қабаттан электрондар ауысқанда сипаттамалық рентген сәулелері туындайды (ол анод материалына тәуелді).

Рентген сәулелері оптикалық тұрғыдан мөлдір емес материалдардан өте алады, бірақ әртүрлі тіндерде әрқалай жұтылады. Дәл осы жұтылудың айырмашылығы рентген суреттерін алудың негізгі физикалық негізі болып саналады.

Интенсивтілік жұтушы қабат қалыңдығына қарай экспоненциалды түрде кемиді: I = I₀e^-kd, мұнда d — қабат қалыңдығы. Коэффициент k шамамен Z³λ³-ке пропорционал, мұнда Z — элементтің реттік нөмірі, λ — толқын ұзындығы.

Сондықтан реттік нөмірі жоғары элементтерден тұратын құрылымдар рентген сәулесін көбірек жұтады. Мысалы, сүйекте кальций қосылыстары көп (Z = 20), сондықтан ол жұмсақ тіндерге қарағанда рентгенограммада айқын көрінеді.

Ангиография — қан тамырларын контрастпен рентгенологиялық зерттеу әдісі. Ол тамырлардың функционалдық күйін, коллатеральды қан айналымын және патологиялық процестің ұзақтығын бағалауға мүмкіндік береді.

Компьютерлік томография — биологиялық нысанның ішкі құрылысын қабат-қабат (тілім бойынша), бүлдірмей зерттеу әдісі. Әдісті 1972 жылы Годфри Хаунсфилд пен Аллан Кормак ұсынған; осы еңбегі үшін олар 1979 жылы Нобель сыйлығын алған.

КТ рентген сәулесінің әртүрлі тығыздықтағы тіндерде әрқалай әлсіреуін есептеуге және күрделі компьютерлік өңдеуге негізделеді. Қарапайым рентгенографияда мүшелердің «көлеңкелері» бір-біріне қабаттасып (суперпозиция) қалатындықтан, ұсақ патологиялық өзгерістер көрінбей қалуы мүмкін. КТ осы мәселені шешіп, жеке тілімнің айқын бейнесін береді.

Компьютерлік томографтардың дамуы детекторлар санының артуымен тығыз байланысты: алғашқы буында детекторлар өте аз болса, кейінгі буындарда жүздеген және мыңдаған детектор қолданылып, реконструкция уақыты қысқарып, рентген түтігінің айналу жылдамдығы артты. Бұл КТ-ның клиникалық қолданылуын айтарлықтай кеңейтті.

МРТ — ішкі мүшелер мен ұлпаларды ядролық магниттік резонанс (ЯМР) құбылысын пайдаланып, томографиялық түрде зерттеу әдісі. Әдіс күшті тұрақты магнит өрісінде орналасқан сутегі ядроларын (протондарды) радиожиіліктік импульстер арқылы қоздырып, олардың жауабын өлшеуге негізделеді.

ЯМР-дың диагностикалық мүмкіндігі ағза тіндерінің сутегімен қанығуына және протондардың әртүрлі молекулалық ортада орналасуына байланысты магниттік қасиеттерінің өзгеруінен туындайды. Протонның магниттік моменті (спині) бар; магнит өрісінде оның кеңістіктегі бағдарлануы өзгереді және резонанстық жиілікте берілген импульстерге жауап береді.

Флюорография — рентгенологиялық бейнені флуоресценттік экранға проекциялап, оны фотоға түсіру арқылы орындалатын зерттеу. Бұл әдіс сәулеленудің салыстырмалы түрде аз дозасында нысанның кішірейтілген бейнесін береді.

Флюорография көбінесе кеуде қуысы мүшелерін зерттеуде кең қолданылады: ол туберкулез және өкпенің қатерлі түзілістерін скринингтеуге тиімді, себебі мұндай өзгерістер кішірейтілген масштабта да айқын байқалуы мүмкін.

ПЭТ — адам немесе жануар ағзасының ішкі мүшелерін радионуклидтік томографиялық әдіспен зерттеу. Әдіс позитрондардың аннигиляциясы кезінде пайда болатын гамма-кванттар жұбын тіркеуге негізделген.

Позитрондар зерттеу алдында енгізілетін радиофармпрепарат құрамындағы радионуклидтің бета-ыдырауы нәтижесінде түзіледі. Кең таралған препараттардың бірі — глюкозаның аналогы 2-дезокси-2-[фтор-18]-фторо-D-глюкоза (18-ФДГ). Фтор-18 изотобының жартылай ыдырау периоды шамамен 110 минут.

УДЗ-ның негізгі физикалық құбылысы — пьезоэлектрлік эффект. Кейбір монокристалдар деформацияланған кезде (мысалы, кварц, барий титанаты) олардың бетінде электр зарядтары пайда болады — бұл тура пьезоэлектрлік эффект.

Керісінше, кристалға айнымалы электр кернеуін бергенде механикалық тербелістер пайда болып, ультрадыбыстық толқын шығарылады. Осылайша бір пьезоэлемент кезекпен әрі қабылдағыш, әрі сәуле шығарғыш бола алады. Бұл бөлік трансдюсер (датчик) деп аталады.

Ультрадыбыс ортада сығылу және сиректелу аймақтары түрінде таралады. Толқындардың негізгі сипаттамалары: тербеліс периоды, жиілік, толқын ұзындығы және таралу жылдамдығы. Таралу жылдамдығы ортаның серпімділігі мен тығыздығына тәуелді, ал толқын ұзындығы жиілікке кері пропорционал.

Ағза тіндері ультрадыбыстың таралуына белгілі бір дәрежеде бөгет жасайды. Әртүрлі ортада акустикалық кедергі (импеданс) әртүрлі болады; ол орта тығыздығына және ультрадыбыстың таралу жылдамдығына тәуелді.

Акустикалық кедергілері әртүрлі екі ортаның шекарасында ультрадыбыстың бір бөлігі жұтылып өтеді, ал екінші бөлігі шағылады. Шағылу коэффициенті шекаралас тіндердің импеданс айырмасына тәуелді: айырма үлкен болса, шағылу күштірек болады және экрандағы сигнал айқынырақ көрінеді.

Шағылу сондай-ақ сәуленің түсу бұрышына (ең тиімдісі — перпендикуляр бағыт) және жиілікке тәуелді: жиілік жоғарылаған сайын шашырау артуы мүмкін.

Ультрадыбыстық диагностикада Доплер эффектісін қолдану ерекше маңызды. Оның мәні — дыбыс көзі мен қабылдағыштың салыстырмалы қозғалысына байланысты жиіліктің өзгеруі.

Қозғалатын нысаннан (мысалы, қан ағысы) шағылған сигналдың жиілігі ығысады. Осы жиілік ығысуын талдау арқылы қозғалыс жылдамдығын және қан ағымының сипатын бағалауға болады.