CC BY
125
УДК 615.47:616-073.4-8
особенности нового поколения медицинских ультразвуковых приборов
Е.в. гальперин, Институт ФСБ России, г. Н. Новгород
Гальперин Евгений Вадимович - e-mail: [email protected]
Рассмотрены основные технические характеристики современного ультразвукового прибора, способы его оптимальной настройки для обеспечения высокого качества изображения и диагностической информативности. Определен необходимый набор и технологические возможности современных ультразвуковых датчиков. Сформулированы основные принципы постобработки (постпроиессинга) ультразвукового изображения в реальном времени, режиме заморозки и на сохраненном материале.
Ключевые слова: технические характеристики, ультразвуковой прибор,
ультразвуковой датчик, постпроиессинг.
The basic technical characteristics of the advanced ultrasonic scanners, ways of its optimum adjustment for maintenance of high quality images and diagnostics are considered. The necessary sets and technological possibilities of modern ultrasonic transducers are defined. Optimal methods of ultrasonic image postprocessing in real time, in «freeze» mode and on the saved films and pictures are discussed.
Key words: technical characteristics, the ultrasonic scanner, the ultrasonic transducers, postprocessing.
Сегодня наряду с традиционным рентгенологическим исследованием в клинике широко применяются такие высокоинформативные методы диагностики, как ультразвуковое исследование, компьютерная томография и магнитнорезонансная томография (МРТ). Однако, небольшая распространенность магнитно-резонансных томографов и высокая стоимость исследования не позволяют считать МРТ методом выбора.
Современное ультразвуковое исследование считается наиболее подходящим методом быстрой и доступной клинической диагностики. Благодаря новым высокоинформативным ультразвуковым приборам, использующим все достижения современных компьютерных технологий, стало возможным получение даже более точной диагностической информации, чем при МРТ. Все это обуславливает повышенный интерес к ультразвуковому исследованию как среди практических врачей, так и среди специалистов по лучевым методам диагностики.
Качество изображения и диагностическая информативность ультразвукового прибора определяется набором, качеством и высокими технологическими возможностями ультразвуковых датчиков, а также рядом основных технических характеристик самого сканера. К последним относятся чувствительность, пространственная, контрастная и временная разрешающая способность, динамический диапазон, регулировка частоты кадров, усреднения по кадрам, плотности акустических строк, количество фокусных зон, зон усиления по глубине, разнообразные варианты предустановок и, что особенно важно, постобработка изображения. Под «постобработкой» или «постпроцессингом» имеется в виду возможность изменения оператором характеристик изображения в реальном времени, в режиме «заморозки» и изображений, сохраненных в памяти прибора. Назначение постпроцессинга - подчеркнуть одни (например, слабые по амплитуде) и
заглушить другие (чрезмерно сильные) эхосигналы, снизить уровень шумов, оставив как можно больше необходимой видеоинформации. На какие технические характеристики ультразвукового прибора следует обратить внимание с точки зрения их влияния на качество визуализации? Это, в первую очередь, количество приемно-передающих каналов в электронном блоке прибора, количество пьезоэлементов в датчиках, качество и размер экрана монитора, число градаций серой шкалы, число предустановленных программ для различных областей сканирования (abdominal, gynecology, renal, breast, small parts, cardiac, vascular, urology и т. д.), а также возможность создания пользовательских настроек. Большое значение имеет наличие режима тканевой базовой и инверсной гармоник (THI) - выделения гармонической составляющей колебаний внутренних органов, вызванных прохождением сквозь тело базового ультразвукового импульса. Широкополосная тканевая гармоника позволяет увеличить разрешающую способность ультразвуковой системы, редуцировать артефакты, повысить контрастное разрешение. Это значительно улучшает качество диагностики и снижает затраты на проведение ультразвуковых исследований.
Современные ультразвуковые приборы высокого класса немыслимы без разнообразных допплеровских методик исследования, таких как цветовое и энергетическое допплеровское картирование, спектральный импульсный (PW) и постоянноволновой (CW) допплер, триплексный режим сканирования. Без этих технологий невозможна оценка сосудистой архитектоники в патологическом очаге и проведение мониторинга лечения.
Чрезвычайно важно оснащение ультразвукового сканера специальными пакетами программ для проведения и обработки результатов измерений (акушерских, ангиологичес-ких, педиатрических и т. д.). Обязательно должна быть возможность записи отдельных изображений и видеофрагментов
РАЗДЕЛ I
РАЗДЕЛ I
ЕЮ
на современные носители и на жесткий диск прибора, а также передачи информации в международном стандарте DICOM.
Современное ультразвуковое исследование основано на использовании широкополосных, высокочастотных датчиков ^ с высокой плотностью элементов, которые обеспечивают высочайшее точечное разрешение диагностических изображений. Датчики с высокой плотностью элементов (high density probes) характеризуются большим числом передающих каналов. В наиболее совершенных системах число одновременно задействованных излучающих элементов датчика и, соответственно, число передающих каналов равно 128, что позволило значительно улучшить качество электронного сканирования. Современное электронное сканирование обеспечивает-^ ся компьютерным управлением задержками и фазами ультразвуковых импульсов и получило название фазированного. Его применение имеет ряд преимуществ. Малый размер датчика и небольшая рабочая поверхность, контактирующая с пациентом, удобна при обследовании как взрослых, так и детей. Высокая частота кадров обеспечивает лучшую визуализацию быстро движущихся структур.
Важнейшей характеристикой ультразвуковых датчиков является рабочая частота. По этому показателю датчики подразделяются на высокочастотные (7,5-12 МГц), низкочастотные (2,5-6 МГц) и мультичастотные. Выбор частоты датчика обусловлен максимальной глубиной расположения исследуемых органов и структур - чем глубже расположен орган, тем более низкочастотный датчик необходимо использовать для его визуализации. Современные мультичастотные датчики позволяют выбирать центральную рабочую частоту, в зависимости от поставленной задачи и вида ультразвукового исследования. Число переключаемых частот в мультичастот-ных датчиках обычно от 2 до 5.
В современных приборах все большее применение находят широкополосные датчики. Эти датчики конструктивно отличаются тем, что используют ультразвуковой преобразователь с широкой полосой рабочих частот. Чем шире полоса частот, тем выше разрешающая способность датчика. В широкополосных датчиках ширина полосы рабочих частот превышает 1.0, что позволяет существенно улучшить разрешение на глубине, особенно в ближней и средней зонах.
Важной особенностью электронной системы современных ультразвуковых сканеров является так называемое двойное формирование луча - компьютерное дублирование акустических строк принимаемого ультразвукового сигнала. Этим достигается виртуальное увеличение количества приемнопередающих каналов и акустических строк, формирующих окончательное изображение (более 1000), что обеспечивает высокое качество «картинки». К достоинствам современных ультразвуковых систем относится наличие направляемого 19-22-дюймового жидкокристаллического монитора с разрешающей способностью 1024х1280, что позволяет врачу ультразвуковой диагностики существенно уменьшить нагруз-
ку на глаза. Активные порты для датчиков, удобство и высокая скорость их переключения, эргономичная ретро-освещаемая клавиатура, оснащенная многофункциональными кнопками, позволяют сократить время обследования пациента. Группировка клавиш по эрго-зонам в современных ультразвуковых системах сформирована в интуитивном режиме и, как правило, включает регулятор громкости звука, клавиши секторального усиления по глубине (TGC), функциональные клавиши доступа к экранному меню, эргономичные вращающиеся кнопки типа «всё в одном» (В-режим/ усиление, CFM/усиление, PW/усиление, фокус, zoom), шариковый курсор и удобные переключатели «вправо/ влево». Обязательно присутствует группа клавиш для сохранения видеоклипов, отдельных изображений, кинопетли и их просмотра. Для сохранения, записи на съемный носитель и передачи видеоинформации (отдельных снимков и видеоклипов) по сети Интернет современный ультразвуковой прибор должен быть оснащен встроенным жёстким диском большой ёмкости, CD/DVD-приводом, несколькими USB портами, модемным портом (DICOM-стандарт), композитным видеовыходом.
Сканеры нового поколения оснащены полным комплектом широкополосных, мультичастотных (4 ступени) датчиков: конвексным, линейным, эндокавитальным, электронным с фазированной решеткой. Датчики имеют высокую плотность пьезоэлементов (более 128), поддерживают как линейный, так и фазированный (секторальный) режимы сканирования, осуществляют электронную фокусировку излучаемого и принимаемого сигналов. Возможность выбора частоты излучения датчика позволяет максимально улучшить изображение в режиме серой шкалы, которая, обычно, имеет не менее 256 градаций.
Ультразвуковые приборы нового поколения оптимизированы (предусмотрен большой выбор предварительных установок) для проведения диагностических исследований во многих областях: акушерство, гинекология, органы брюшной полости, костно-мышечная система, периферические сосуды, урология, поверхностные и малые органы, педиатрия, неона-тология, кардиология, транскраниальные исследования, поддерживают основные виды допплерографического исследования, включая цветовой, энергетический, импульсный и постоянноволновой допплер, тканевой допплер, триплексный режим сканирования, режим тканевой гармоники.
Ультразвуковые сканеры нового поколения имеют богатые возможности постобработки сигнала и позволяют пользователю изменять любые параметры и настройки изображения в реальном времени (мощность и общее усиление, частоту смены кадров, усреднение по кадрам, динамический диапазон), выбрать и настроить необходимое количество фокусных зон, увеличить изображение более, чем в 16-32 раза (цифровой zoom). При необходимости оператор может изменить прямоугольную форму сектора сканирования на трапециевидную (секторно-линейный режим сканирования)
для увеличения угла обзора. В режиме «замороженного» изображения (freeze) пользователь имеет возможность отрегулировать его яркость, четкость, резкость, контрастность (гамма-коррекция, функция edge), добавить необходимые обозначения и аннотации в текстовом формате. Что особенно ценно, вышеперечисленные настройки, а также измерения и расчеты, в современных ультразвуковых приборах доступны на сохраненном в памяти изображении и в режиме кинопетли.
К достоинствам ультразвуковых сканеров нового поколения следует отнести и полный пакет общих и специальных измерительных программ для разных областей исследования (сосудистая, акушерство и гинекология), включающий весь набор необходимых показателей, таблицы норм и формулы расчетов. Необходимо отметить наличие простой и удобной программы оформления результатов исследования и формирования диагностического заключения, включающей регистрацию нового пациента, редактируемые шаблоны протоколов исследования, добавление к тексту протокола сохраненных в памяти изображений и видеоклипов, вывод на экран результатов измерений. Доступна удобная система быстрого поиска и просмотра сохраненных изображений и видеоклипов конкретного пациента. Отдельно следует отме-
тить возможность просмотра на высококачественном мониторе изображений, сделанных на другом ультразвуковом аппарате, что позволяет сравнить несколько эхограмм пациента и оценить ультразвуковую динамику.
В современных ультразвуковых приборах предусмотрена возможность системного апгрейда, установки дополнительного программного обеспечения, а также возможность в короткие сроки провести гарантийное обслуживание.
В ближайшем будущем предусматривается комплектация ультразвуковых сканеров экспертного класса датчиками для получения объемного изображения ^-сканирование).
Таким образом, современные ультразвуковые приборы являются универсальными диагностическими системами, комфортными для работы как в поликлиниках, так и в крупных многопрофильных больницах, частных клиниках.
То, что ещё вчера казалось далеким будущим ультразвуковой диагностики, стало сегодня обычной рутинной практикой и, вероятно, в ближайшее время мы станем свидетелями внедрения новых ультразвуковых диагностических методик в клиническую практику. и
ЛИТЕРАТУРА
1. Осипов Л.В. Ультразвуковые диагностические приборы: Практическое руководство для пользователей. М.: Видар, 1999. 256 с.
РАЗДЕЛ I
