Звук представляет собой механические колебания газообразной, жидкой или плотной среды. Каждый звук характеризуется определенной частотой, скоростью и интенсивностью. Частота звука представляет собой число циклов разрежения и сжатия в секунду. Единицей измерения частоты звука является герц (Гц) и его производные. 1 Гц соответствует 1 циклу в секунду. Также используются понятия кГц (1 кГц = 103 Гц) и МГц (1 МГц = 106 Гц). Часто та звука воспринимается человеческим ухом как высота звука. Длина волны — это расстояние, которое проходит звук за один цикл разрежения и сжатия, что соответствует расстоянию между двумя последовательными пиками. Частота и длина волны взаимосвязаны. Поскольку звук преодолевает определенное расстояние за секунду, чем больше циклов звуковых колебаний в секунду (больше частота), тем короче длина волны. Скорость звука = Частота х Длина волны.Скорость звука измеряется в метрах в секунду (м/с) и определяется свойствами среды, в которой звук распространяется. В мягких тканях скорость звука составляет 1540 м/с. Интенсивность или громкость звука измеряется в децибелах. Чем выше интенсивность звука, тем больше расстояние, на котором он слышен. Звук с частотой выше, чем воспринимаемая человеческим ухом (более 20 кГц), называется ультразвуком. Методика, использующая ультразвук для исследования сердца, получила название эхокардиографии (ЭхоКГ).
Ультразвук образуется благодаря свойству некоторых кристаллов совершать механические колебания под воздействием электричества. Данный эффект получил название пьезоэлектрического (давление-электричество). Если подать электрическое напряжение на пьезоэлектрический кристалл, он начинает вибрировать. Ультразвуковой датчик содержит несколько кристаллов, которые передают образовавшиеся ультразвуковые волны через тело пациента.
Большая часть ультразвуковых волн рассеивается или поглощается тканями, и лишь небольшая их часть отражается и улавливается датчиком. Отраженные волны деформируют пьезоэлектрические кристаллы с образованием электрического поля. Отраженный сигнал несет информацию о глубине и характере исследуемой ткани. В наибольшей степени отражение ультразвука происходит на границе тканей с различной плотностью. Величина электрического поля, образованного отраженными ультразвуковыми волнами, определяет интенсивность и яркость изображения на экране прибора.Структуры с высокой отражающей способностью (например, кости) в серошкальном изображении будут белого цвета, структуры с низкой отражающей способностью (например, мышцы) — серого цвета, не отражающие ультразвук структуры (например, воздух) — черного цвета.Расположение на экране структуры, отразившей ультразвук, зависит от задержки между переданным и принятым ультразвуковым импульсом. Более глубоко расположенные структуры отображаются в нижней части изображения, тогда как поверхностные структуры — в верхней части экрана. Таким образом, изображение на экране имеет вид треугольника с верхней вершиной, образованной ультразвуковым датчиком (рис. 1.3).При распространении ультразвука в однородной среде происходит постепенное рассеивание и затухание сигнала в первоначальном направлении. При прохождении ультразвука через среды с различной плотностью на границе сред часть ультразвуковых волн отражается в обратном направлении.Именно отраженные ультразвуковые волны воспринимаются датчиком и анализируются ультразвуковым прибором. Длина ультразвуковой волны связана со скоростью и частотой следующим отношением (Длина волны = Скорость/Частота). Поскольку длина волны обратно пропорциональна частоте, чем выше частота ультразвука, тем короче длина волны. Чем короче длина волны, тем больше разрешающая и меньше проникающая способность. Таким образом, высокочастотные датчики (от 5,0 до 7,5 МГц) обеспечивают хорошее разрешение при исследовании поверхностных структур и у детей (табл. 1.1). Чем ниже частота ультразвука, тем больше длина волны. Чем больше длина волны, тем меньше разрешающая и больше проникающая способность. Таким образом, низкочастотные датчики (от 2,5 до 3,5 МГц) обеспечивают хорошую проникающую способность при исследовании более глубоких структур и у взрослых пациентов.