Helilainete ja kudede koostoime

Kui heli läbib kude, peegeldatakse teatud osa kiiri andurisse tagasi. Peegel­du­mine leiab aset siis, kui kudede liitekohad on erineva heli­takistusega (joonis 8). Tagasi saabuva kaja amplituud määrab ühe koe helitakistuse absoluutse erinevusena teisest koest. Mida sarnasem on ühe koe helitakistus teisega, seda nõrgem on tagasi saabuv kaja (Herring, Bjornton, 1985).

Ultraheli liikumine kudedes (SFK…, 2004d)
Joonis 8. Ultraheli liikumine kudedes (SFK…, 2004d)

Iga kaja, mis peegeldub tagasi andurisse, muudetakse seal elektriliseks impulsiks ja kuvatakse läbi katoodkiirelambi ekraanil. Ultraheliskanner arvu­tab aja, mis kulub pulsi väljakiirgamisest kuni selle kaja tagasi­peegeldu­miseni, see võimaldab omakorda arvutada akustilise faasi täpse kauguse andurist. Helikiir liigub pehmes koes umbes 1540 m/s. Seega ainus tunnus, mis põhjus­tab heli üldtakistuse erinevusi pehmete kudede vahel, on nende tihedus. Kui kaks erineva tihedusega kude on teine­teise­ga kokkupuutes, siis see tekitab akustilise liidese või peegelduva pinna (Herring, Bjornton, 1985).

Heli liigub läbi luude kiirusega umbes 3100 m/s. Luude tihedus on tunduvalt erinev pehmete kudede tihedusest. Seepärast on pehme koe ja luu piiril väga suur üldtakistuse erinevus (Herring, Bjornton, 1985). Eri kudede akustilise üldtakistuse absoluutväärtus on suhteliselt tähtsu­setu, kuid akustilise üldtakistuse erinevus on oluline kudede piiril, sest see määrab tagasi­peegel­du­va kiire tugevuse (Rantanen, Ewing, 1981). Kiirust mõõdetakse järgmise vale­miga:

Kiiruse valem

Koe tiheduse või helikiiruse muutus põhjustab kudedes ultraheli peegel­dumise või hajumise (Amin, 1995). Erinevate pehmete kudede omadused ja liitepinnad määravad lõplikult ära, kui palju helilaineid tagasi peegeldub ja muunduri poolt vastu võetakse. Kiirus kasvab, kui tihedus suureneb (tabel 1). Tihedamad koed (näiteks luud) peegeldavad helilaineid paremini. Peegelduse erinevused võrreldes pehmete kude­dega tekivad selle tõttu, et helilaine läbib selle punkti teistsuguse kiiru­sega. Pehmete bioloogiliste kudede läbimise kesk­mine kiirus on umbes 1540 meetrit sekundis.

Helikiirus varieerub vastavalt koe tüübile ja temperatuurile. Enamik reaalaja skannereid on kalibreeritud ultraheli vee läbimise kiirusele keha­temperatuuril.

Tabel 1. Helilaine kiirus erinevates keskkondades

Keskkond

V. Amin, 1995,
J. R. Stouffer, 1988

H. Morneburg, 1995

Helikiirus m/s Helikiirus m/s Tihedus g/cm3
Õhk 330 331 0,0013
Vesi (20 °C) 1500 1492 0,9982
Nahk 1700
Rasvkude 1430 1470 0,97
Lihas 1620 1568 1,04
Pehme kude (keskm) 1540
Luu (kompaktne) 3500 3600 1,7
Luuüdi 1700 0,97
Maks 1540 1,055
Aju 1530 1,02

Pehmeid kudesid läbides kaotab helilaine energiat. Sellist energiakadu käsit­letakse kui sumbumist. Sumbumine on põhjustatud valdavalt kahest protsessist: neeldumisest ja helilaine hajumisest. Neeldumine on ultraheli korrapärase liikumise muutumine soojuse korrapäratuks liiku­miseks. Neeldu­mine suureneb koos helilaine sagedusega. Kui heli läbib õhukesi koe­kihte, põhjustab see helilaine energiakao – helilaine haju­mine. Heli hajumise inten­siiv­sus suureneb sageduse tõustes. Et fakto­rid, mis põhjustavad laine neeldumist ja hajumist, sõltuvad heli sage­dusest, kasutatakse pehmete kudede läbimiseks tunduvalt madalama sagedusega heli (Rantanen, Ewing, 1981). Sel põhjusel on palju sobi­vam kasutada 3 MHz andurit keha sügavamate kohtade (s.o lihaste piirkond) uurimiseks, kuna 5 MHz andur on edukalt kasutatav, ana­lüüsimaks kudesid, mis on keha välispinnale lähemal (pekipaksus).

Kvaliteetse kujutise saamiseks on vaja kasutada sidusainet nii lihakeha kui ka tiinuse hindamisel. Ilma sidusaineta peavad ultrahelilained liiku­ma läbi õhu, mis on halb ultraheli edastaja. Sidusaine loob lainete liiku­miseks parema keskkonna kui õhk. Taimeõli (lihakeha hindamisel) ja ultraheli geel (tiinuse hindamisel) on parimad sidusained. Mine­raalõli võib samuti kasutada, kuid see on muunduri pinna suhtes palju abrassiivsem (Perkins, 1997).

 
 
 
 
 
Alo Tänavots