Интенсивность принимаемого эхо-сигнала зависит от того, какая часть посланного сигнала отразилась от границы раздела фаз и вернулась к датчику. Интенсивность принятых эхо-сигналов может быть графически представлена на осциллоскопе (экране эхокардиографа) в различных режимах (рис. 1.1). Это могут быть электрические импульсы различной амплитуды; при этом по другой оси координат откладывается расстояние от датчика до исследуемых структур. Такая форма графического представления эхо-сигналов получила название А-модального режима эхокардиографии (А — от «амплитуда»). Недостаток такого режима эхокардиографии — невозможность изобразить движение. Изображение регистрирует расстояние между объектом и датчиком, измеренное данным сигналом в данный момент времени. Чтобы зарегистрировать движение какой-либо структуры, нужно представить на экране ее положение в разные моменты времени, соответствующие серии эхо-сигналов. А-модальное изображение не содержит временной оси координат и не может поэтому регистрировать движение.
Рисунок 1.1. Технические основы эхокардиографии: способы получения изображений. Вверху: парастернальная позиция длинной оси левого желудочка; датчик для М-модального исследования приставлен к грудной клетке, ультразвуковой луч направлен перпендикулярно к ее поверхности и проходит через стенку грудной клетки (CW), переднюю стенку правого желудочка (RVW), межжелудочковую перегородку (Sept), переднюю створку митрального клапана (AML), заднюю створку митрального клапана (PMV), заднюю стенку левого желудочка (LVW). Эффект раздела фаз на границе этих структур с кровью вызывает отражение ультразвукового луча, регистрируемое датчиком в период, когда он работает в качестве приемника сигналов. Давление, оказываемое ультразвуком на пьезоэлектрический элемент датчика, преобразуется в электрические сигналы, регистрируемые на экране осциллоскопа (экране эхокардиографа) по мере их поступления. В А-модальном режиме (A-mode) интенсивность принятых эхо-сигналов представлена в виде электрических импульсов различной амплитуды. В В-модальном режиме интенсивность эхо-сигналов представлена в виде яркости свечения отдельных точек. А-модальный и В-модальный режимы представляют интенсивность эхо-сигналов в реальном времени. Развертка В-модального режима по времени превращается в М-модальный режим. Внизу: различные способы получения двумерного изображения сердца. Ультразвуковой луч перемещается (сканирует) в пределах сектора, создавая изображение сердца в реальном времени. Режим двумерного изображения сердца является развитием В-модального режима: интенсивность принятых эхо-сигналов соответствует яркости точек. В датчике с фазово-кристаллической решеткой (Phased Array) сканирование достигается последовательным возбуждением кристаллов, имеющих относительно малый диаметр. В механическом датчике (Mechanical Rotation) электрический мотор вращает три или четыре датчика для М-модального исследования мимо окна, граничащего с поверхностью грудной клетки. Работа осциллирующих датчиков (Oscillation) основана на колебании одного пьезоэлектрического элемента. В линейных датчиках (Multicristal) пьезоэлектрические элементы выстроены в один ряд и посылают параллельно направленные ультразвуковые лучи, поэтому изображение и исследуемые объекты имеют одинаковые размеры. Межреберные промежутки слишком узки для использования линейных датчиков в эхокардиографии. Schiller N.В., Himelman R.В. Echocardiography and Doppler in clinical cardiology, in: Cardiology, ed. Parmley W.W., Chatterjee K., J.B. Lipincott Co., 1991, материал предоставил проф. Norman H. Silverman.
Для увеличения объема информации, содержащейся в изображении, интенсивность принятых эхо-сигналов может быть представлена не в виде амплитуды, а в виде яркости свечения точки: чем больше интенсивность принятых эхо-сигналов, тем больше яркость свечения соответствующих им точек изображения. Такой режим называется В-модальным (В — от «brightness», «яркость»).
От этого режима легко перейти к режиму развертки яркости структур сердца по времени, — к М-модальному режиму (М — от «motion», «движение»). В М-модальном режиме одна из двух пространственных координат заменена временной. Исторически М-модальное исследование было первым эхокардиографическим режимом. В М-модальном режиме на экране эхокардиографа по вертикальной оси откладывается расстояние от структур сердца до датчика, а по горизонтальной оси — время. Датчик при М-модальном исследовании может посылать импульсы с частотой 1000 с–1; это обеспечивает очень высокую частоту смены изображений (высокую временную разрешающую способность). М-модальное исследование дает представление о движении различных структур сердца, которые пересекаются одним ультразвуковым лучом. Главный недостаток М-модального исследования — одномерность.
Режим двумерного изображения сердца [two-dimensional], иначе называемый режимом изображения в реальном времени, тоже является развитием В-модального режима. Для получения двумерного изображения сердца в реальном времени производится сканирование (изменение направления ультразвукового луча) в секторе 60—90°. При двумерном изображении мы получаем на экране поперечное сечение сердца, состоящее из множества точек, соответствующих В-модальным эхокардиограммам при различных направлениях ультразвукового луча. Частота смены кадров при двумерном исследовании — от 25 до 60 мин–1. Технически в разных датчиках изменение положения ультразвукового луча (сканирование) достигается разными способами.
Легкие и ребра очень ограничивают доступ к сердцу, поэтому датчики с параллельным направлением ультразвуковых лучей, так называемые линейные датчики [linear array scanners], имеющие большие размеры, в эхокардиографии не используются. Основные два типа датчиков в эхокардиографии — это механические [mechanical sector scanners] и электронные датчики; последние называют также датчиками с электронно-фазовой решеткой [phased array sector scanners], они имеют от 32 до 128 пьезоэлектрических элементов. Механические датчики в целом обладают несколько более высокой разрешающей способностью, однако они больше по размерам и значительно менее долговечны. Превосходство датчиков с электронно-фазовой решеткой стало очевидным с появлением допплеровских исследований: оказалось, что они приспособлены для них значительно лучше, чем механические датчики. Датчики с циркулярным расположением пьезоэлектрических элементов, так называемые аннулярные датчики [annular array scanners], позволяют фокусировать ультразвуковые лучи в пространстве. Современные аннулярные датчики сочетают в себе свойства механических датчиков и датчиков с электронно-фазовой решеткой.
