Русская экспортная компания

- повышение качества изображения, скорости сканирования в допплеровских режимах, совершенствование базовых режимов;- улучшение эргономики/удобства приборов для врачей и медицинского персонала. Ниже мы рассмотрим эти три направления в целом и на конкретных примерах. Совершенствование базовых режимов. Новые сканеры появляются и появляются, а качество картинки в В-режиме радикально не улучшается. Причинами этого являются ограничения, накладываемые физикой ультразвукового сканирования.

Невозможно добиться компромисса между разрешающей способностью и глубиной проникновения УЗ-луча. Также проблемой является фокусировка луча. Классические методики повышения разрешающей способности практически исчерпали себя: это как физические, так и программно-алгоритмические ухищрения. Среди такихстарых - повышение количества пьезоэлементов в одномерных датчиках. Метод эффективен до уровня 256 элементов на одномерную матрицу. Поскольку пьезоэлементы нужно умещать на фиксированный по апертуре датчик (обусловлено клиническими требованиями), из этого следует, что при увеличении количества элементов нужно уменьшать ширину каждого элемента в отдельности. Технологически создать узкий пьезоэлемент очень сложно, а согласовать по параметрам матрицу из 300 и более элементов ещё сложнее.

Повышается количество брака и увеличивается цена конечного продукта. Эти проблемы заметны уже на 256-элементных датчиках. К тому же электронное конвексное и линейное секторное сканирование предполагает последовательный опрос группы элементов вдоль всей апертуры, что в итоге приводит к пропорциональному замедлению частоты кадров при сканировании с увеличением количества элементов. Поэтому сейчас производители остановились на золотой середине в 192 элемента на датчик. - расширение частотного диапазона датчиков. Первые датчики были моночастотные. Затем появилась мультичастотная технология, которая обязана физическим улучшениям пьезоэлементов и цифровым алгоритмам фильтрации и обработки сигналов, позволившим расширить полосу частот, получаемых на одном датчике.

Сейчас многие производители сканеров заявляют совершенно фантастические диапазоны частот для своих сканеров, например 3-12 МГц для линейных датчиков, 2-10 МГц для конвексных датчиков и т. д. Стоит обратить внимание на то, что ряд производителей оперирует частотными диапазонами: к ним относятся такие фирмы как Medison, Sonoscape. В этих сканерах на датчике выбирается полоса частот сканирования. Например, в сканерах фирмы MEDISON: режим enetration (глубокое проникновение, т. е. низкие частоты, к примеру 2-4МГц на абдоминальном датчике), режим General (общий режим, т. е. средние частоты, 4-6 МГц на абдоминальном датчике) и режим Resolution (высокое разрешение, т. е. высокие частоты, 6-8 МГц).

Другие же производители оперируют понятием переключаемых частот - таких сканеров большинство (ALOKA, Toshiba, Acuson, GE и др). Выбирается конкретная центральная частота сканирования, например, 2 МГц, 4 Мгц и т. д. На каждом датчике обычно можно выбрать 4 переключаемых частоты в В-режиме, плюс дополнительные в допплеровских и гармонических режимах. Какие из производителей более правы в своём представлении мультичастотного режима сказать невозможно, поскольку с одной стороны, спектр полосы частот имеет максимум на какой-то центральной частоте, а с другой стороны, сигнал формируется по всей ширине спектра вокруг центральной частоты. На рисунке ниже представлено пояснение относительно вышесказанного. Из вышеприведённого рисунка также можно понять, откуда производители берут неадекватно широкие диапазоны частот. Обратите внимание на красную линию: допустимый уровень сигнала.

Когда сигнал опускается ниже, он становится зашумлённым, качество изображения падает. Однако в формальном смысле, производитель имеет право заявить, что датчик работает на диапазоне частот 3-12 МГц и в данном случае он лукавит - на краях этого диапазона изображение плохое и зашумлённое. Самый честный подход в этом отношении у сканеров фирмы GE. В ряде спецификаций GE указывает, что их переключаемые частоты указаны для допустимого уровня сигнала -20 дБ. Этот уровень соответсвует высококачественному и незашумлённому изображению и можно сказать что центральные частоты соответствуют компромиссу разрешение-глубина-шум.

- уменьшение шумов - проводится как технологическими методами (повышение требований к пьезоэлементам, заземление элементов корпусов и электронных плат), так и алгоритмическими (программы фильтрации шумов). Методы расширения полосы частот и уменьшения шумов уже практически исчерпали себя. Из того же рисунка выше ясно, что дальнейшее расширение полосы частот возможно при уменьшении уровня шумов, а в силу волновой природы ультразвука всегда есть минимальный уровень шума, ниже которого невозможно опуститься. Дальнейшее программное подавление шумов приведёт к уничтожению и фактуры тканей на изображении. - повышение количества фокусов на передачу. Метод эффективен до 4-х одновременных фокусных точек на передачу.

При увеличении числа фокусов падает частота кадров (скорость) сканирования - это ограничение также связано с физикой ультразвука, а не с микропроцессорными мощностями прибора. Да и сам принцип фокусных зон не позволяет получить равномерно сфокусированное изображение по всему полю. Плюс к тому фокусировка вдоль плоскости сканирования не решает проблему фокусировки поперёк луча (по толщине луча), которая уже давно застопорилась на уровне улучшения материала и геометрии акустической линзы и полуторомерных 1.

5D матричных датчиках. - алгоритмические/программные технологии - сложносоставное мультилучевое сканирование (минус - уменьшает частоту кадров), тканевая гармоника (существующие технологии фазоинверсной гармоники разработаны уже много лет и в этой технологии никакого улучшения не предвидится)Современное совершенствование B-изображения идёт по пути создания новых подходов - новые технологии производства пьезоэлементов.

Сейчас набирает обороты монокристальная технология. Пьезоэлементы вытачиваются из единого кристала, что позволяет получить очень высокую согласованность параметров элементов на датчике. Это уменьшает шумы, тем самым позволяет расширить полосу частот. Сейчас по монокристальной технологии датчики изготавливают такие фирмы как hilips и Alpinion. - отказ от классического секторного сканирования. Секторное конвексное и линейное сканирование на протяжении десятилетий является алгоритмической основой получения ультразвукового изображения на экране.

В секторном сканировании изображение формируется путём соединения нескольких секторов вдоль плоскости датчика. Каждый сектор сфокусирован на какую-то глубину. Благодаря этому достаточно простой методикой была достигнута хорошая фокусировка на определённой глубине сканирования. С развитием цифровых микропроцессоров скорость обработки данных многократно возрасла и появилась возможность в реальном времени обрабатывать большие массивы информации, поступающие из ультразвукового датчика в сканер. Сейчас появляются новые методики формирования УЗ-изображения, в которых учитывается гораздо больше параметров при построении изображения: скорость распостранения ультразвуковой волны в тканях, сдвиг фаз, изменение частоты ультразвука. Производители неохотно делятся информацией о новых методах формирования изображения.

Так у Siemens имеется технология синтетической апертуры, а у Zonare - технология зонного сканирования. Получило развитие сложносоставное мультичастотное сканирование, когда на малую глубину сканирование производится на высокой частоте, а на большую - на низкой и затем изображение сшивается в одно. Эти методики - отход от зонной фокусировки в классическом понимании. Их новая цель - равносфокусированное изображение по всему полю сканирования без потери в частоте кадров.

- развитие полноценных двумерных матричных датчиков. Ещё в начале 2000-х годов GE стали изготавливать полуторомерные 1. 5D матричные датчики. Матрицы были уровня 128х8 элементов. Такие матрицы позволяли производить электронную фокусировку по толщине луча. Полноценные же двумерные матричные датчики появились совсем недавно. И на переднем крае тут находится компания hilips.

Они формируют новую философию сканирования. Датчики, которые называются xMatrix имеют фазированную решётку с более чем 9000 элементами и позволяют производить сканирование и фокусировку луча в любом направлении без физического поворота головки датчика. В таких датчиках возможно сканирование в реальном времени в таких режимах, как 3D, 4D, мультисрезовое сканирование, мультиплановое сканирование в трёх проекциях, допплеровские режимы (включая CW). Можно с уверенностью сказать, что эту технологию через 5-10 лет ждёт повсеместное распостранение. Плюсы: благодаря электронной фокусировке в любом направлении возможно повышение разрешающей способности, гибкость в построении двумерных срезов и 3D/4D в реальном времени, удобство для врача (нет нужды манипулировать датчиком механически, поскольку в матричных фазированных датчиках можно менять плоскость сканирования электронно с панели управления сканером).

Сегодня такие датчики дороги и относительно ненадёжны, однако создание новых пеьзоматериалов и совершенствование технологии решат эти проблемы в будущем. Потенциал у технологии большой. Новые диагностические режимы Дальнейшее улучшение качества изображения в В-режиме требует больших вложений в технологии и аппаратную часть сканера (датчики, специальные микропроцессоры обработки).

Добавление же новых функций и диагностических методик обычно является делом программистов, поэтому новые режимы и функции сейчас появляются в УЗИ гораздо чаще, чем что-либо другое. Рассмотрим новые методики, за которыми теперь наперегонки гоняются производители ультразвуковых сканеров:- эластография. Ещё три года назад мало кто слышал об эластографии, однако сейчас каждый производитель УЗ-сканеров считает делом престижа добавить эту функцию в свои сканеры не только экспертного, но и высокого классов. Началом распространения эластографии в многопрофильных УЗИ-сканерах является HITACHI.

Методика позволяет визуально оценить эластичность тканей. При одинаковой эхогенности ткани в В-режиме реальная ткань может иметь разную природу и обладать разной эластичностью. Это может ввести врача в заблуждение. Доказано, что ряд онкологических новообразований обладают такой особенностью. Таким образом, эластография помогает врачу обнаружить слабозаметные в обычном режиме подозрительные области.

Пример на Рисунке (ультразвуковой фантом): образования имеют одинаковую с окружающим веществом эхогенность, не позволяющую их быстро идентифицировать, выделить от окружающих тканей. Благодаря разной эластичности тканей мы сразу выделяем эти образования. Пример на Рисунке (ультразвуковой фантом): образования имеют одинаковую эхогенность, однако на эластограмме слева мы видим, что это разные ткани с разной эластичностью. Пример на Рисунке: инфильтрационный рак молочной железы. Опухолевый очаг более ригидный, чем окружающие ткани, с четкой визуализацией направления инфильтрирующего роста. Получено на сканере HITACHI (технология HI-RTE) Эластичность ткани можно определить только в динамическом режиме, поэтому большинство реализаций данной технологии предполагает механические вибрирующие движения датчиком в зоне сканирования.

У ряда компаний эластография не требует механических вибраций датчиком - это Zonare, FibroScan/SuperSonic - здесь вибрация происходит засчёт энергии ультразвукового луча. Это более удобно для врача, поскольку не отвлекает сложными механическими манипуляциями от ультразвукового изображения на экране. Также ряд сканеров предлагает количественную оценку эластичности ткани (в единицах давления), в отличие от сравнительно-цветовой по шкале hard-soft (твёрже-мягче).

Пример реализации технологии эластографии на сканерах MEDISON Accuvix V10 (технология Elastoscan). Пример реализации технологии эластографии на сканерах Acuson S2000 (технология eSie touch). Эластография есть уже у практически всех производителей УЗИ-сканеров. Отстают в этом плане пока только китайцы. - автоматическое измерение индекса NT (Index Nuchal Translucency - толщина воротникового пространства у плода). Воротниковое пространство расположено позади шеи плода и заполнено жидкостью. В 65-85% случаях утолщения воротникового пространства позже у детей диагностируется трисомия хромосом (трисомия по 21-й хромосоме - синдром Дауна). Толщина воротникового пространства у плода - расстояние между двумя крестиками Синдром Дауна диагностируется путем амниоцентеза с помощью забора образца генетического материала плода.

Эта инвазивная процедура несёт в себе 1%-ый риск выкидыша. Поэтому направление на амниоцентез должно быть сделано с использованием надежного и точного источника. Измерение индекса NT на 12-й недели беременности является таким источником. сагиттальную проекцию плода и двуточечным методом измеряет максимальную толщину пространства в воротниковой области. Полученный результат сравнивается со среднестатистическими данными, после чего можно сделать тот или иной вывод о вероятности развития трисомии. При таком ручном измерении возникают погрешности, связанные со сложностью точного выведения срединной саггитальной проекции, определением зоны максимальной толщины и аккуратного размещения маркеров измерения на границах воротникового пространства.

С похожей проблемой сталкиваются врачи при измерении комплекса интима-медии (КИМ) стенки сосуда. Об автоматическом измерении КИМ мы писали в. Однако, в случае с КИМ средние значения толщины, полученные усреднением нескольких ручных измерений и автоматическое измерения практически совпадают. К тому же сам параметр КИМ не является жизненно важным. Точное определение индекса NT несёт в себе гораздо более серьёзные последствия, начиная от психологических потрясений матери, связанных с ложно положительным результатом и заканчивая проблемами с ложно отрицательным результатом. Поэтому сейчас на помощь врачам производители сканеров создают программы полу- и полностью автоматического измерения индекса NT. Полуавтоматическое измерение снимает только часть погрешностей: врач должен самостоятельно вывести срединную сагиттальную проекцию и указать на зону воротникового пространства.

Прибор же автоматически найдёт максимальную толщину и измерит её. У GE эта технология получила название SonoNT, у HITACHI ALOKA - Auto NT. Данные показывают, что вариабельность при определении толщины индекса NT резко падает при полуавтоматическом измерении:Видеоролик, демонстрирующий технологию SonoNT в сканерах GE Voluson E8 / S8:Полуавтоматическое измерение не решает проблему точного выведения срединной сагиттальной проекции плода, на которой и должно измеряться воротниковое пространство. Практика показывает, что каждый врач по-разному выводит эту проекцию. Возникают погрешности в определнии индекса NT.

Тут полуавтоматическая методика никак не помогает, т. к. она проводит измерения на уже выведенной врачом проекции. Для решения этой проблемы компания SAMSUNG MEDISON предложила технологию полностью автоматического измерения толщины воротникового пространства - Volume NT. Процедура измерения следующая: врач проводит трёхмерное сканирование плода объёмным датчиком (3D). Трёхмерный массив данных включает в себя проекции во всевозможных направлениях. Это позволяет сканеру по ряду признаков автоматически вычислить срединно-сагиттальную проекцию и на ней произвести автоматическое вычисление индекса NT. На сегодня такое авто измерение индекса NT есть в сканерах: Hitachi Aloka Alpha 6 / Alpha 7 (опция Auto NT), Samsung Medison Accuvix V20 (опция Volume NT), GE Voluson E8 / S8 (опция Sono NT).

Вероятно в ближайшем будущем все компании обзаведутся похожими программами. Автоматические измерения будут применяться всё чаще и чаще для разных диагностических целей (во многих сканерах уже доступны автоизмерения КИМ, быстрый расчёт параметров кровотока по допплеровскому спектру в реальном времени и т. д. )- технологии совмещения ультразвукового изображения с данными КТ/МРТ-томографии. Развитие высокотехнологичных компаний идёт по пути консолидации разработок. Поэтому сейчас большинство крупных производителей медицинского оборудования имеют в своём ассортименте как ультразвуковые сканеры, так и КТ/МРТ томографы.

Hitachi и GE реализовали в своих сканерах технологию одновременного отображения на одном экране изображения ультразвукового сканирования в реальном времени и срезов из КТ / МРТ / ПЭТ томографии, проекции которых автоматически выводятся на экран из ранее сохранённой томограммы.

Отображение идентичных проекций происходит благодаря электро-магнитной системе позиционирования УЗ-датчика. Технология GE называется Volume Navigation и доступна на сканере Logiq E9, а технология Hitachi на сканерах reirus называется Hitachi Real-time Virtual Sonography (HI RVS). Порядок работы с помощью этих методик следующий: к ультразвуковому датчику подсоединяются дополнительные магнитные сенсоры, которые определяют положение УЗ-датчика в пространстве независимо от того, как его будет двигать и наклонять врач. Далее в УЗИ-сканер загружается трёхмерный массив томограммы (например, передача по сети DICOM с единого больничного сервера).

Оба изображения, ультразвуковое и томографическое, выводятся рядом друг с другом на монитор сканера. Врач выводит определённую проекцию обоих изображений, на котоые устанавливается ряд идентичных калибровочных меток. После этого УЗИ-сканер будет автоматически отслеживать положение датчика в пространстве и изменять вместе с ним и томографические проекции.

Изображения можно располагать как рядом друг с другом, так и одно поверх другого с разной прозрачностью. Таким образом можно отслеживать изменения в процессе лечения или легко находить нужную точку интереса. Видеоролик, демонстрирующий технологию Volume Navigation в сканерах GE Logiq E9:Эта методика хорошо показывает будущее развитие диагностической аппаратуры, направленной прежде всего на интеграцию данных, получаемых с разных приборов. Первой вехой тут было создание единого медицинского протокола DICOM, который стандартизировал данные, экспортируемые с медицинской аппаратуры. В будущем же врачи получат возможность пользоваться всем массивом данных о пациенте не только на внешней рабочей станции (компьютере у себя на столе), но и прямо на медицинском оборудовании в реальном времени в момент проведения диагностики.

- технология электромагнитного позиционирования позволяет отслеживать не только положение ультразвукового датчика в пространстве, но и кончика биопсийной иглы. Применение биопсийных адаптеров позволяют зафиксировать иглы относительно датчика наводиться в плоскости сканирования. Однако применение насадок имеет и обратную сторону медали - фиксированная позиция иглы относительно датчика часто не позволяет провести биопсию из-за расположенных жизненно важных тканей между точкой ввода иглы и точкой взятия биопсии.

Врачу требуется навести иглу на конкретную точку в объёме и не ограничиваться жёсткой фиксацией с помощью биопсийных адапетров. Несколько компаний уже создали для своих УЗИ-сканеровпрограммы высокоточной биопсии, в которых отслеживается положение кончика иглы независимо от того, вошла ли игла в ткань или нет.

Компания Ultrasonix разработала технологию SonixG S, а GE - технологию G S Volume Navigation. Врачу достаточно разместить задать точку взятия биопсии и далее прибор автоматически отслеживает положение иглы и датчика, что позволяет высокоточно навестись иглой до начала процедуры и без применения биопсийных адаптеров. Видеоролик, демонстрирующий технологию G S навигации кончика биопсийной иглыРассмотрев вышеприведённые новые функции современных УЗ-сканеров, можно сказать, что в целом направление развития идёт по упрощению для врача проведения диагностики. Во многом это связано с разделением функций специалиста-техника УЗД, который проводит само исследование и сбор материала, и специалиста-врача, который проводит диагностику на основании полученных техником данных.

Такое разделение существует в ряде западных стран. В России же такого разделения пока нет и врач-УЗД фактически может обойтись без этих технологий (его компетенция позволяет проводить исследования и без новых технологий). Для западных специалистов-техников повышение степени автоматизации процедуры диагностики существенно упрощает работу. Под упрощением нужно понимать не только защиту от различных погрешностей и ошибок, но и повышение эффективности работы - уменьшения затрат времени на проведения исследований каждого пациента без потери качества диагностики.

Этому посвящена следующая часть статьи. Улучшение эргономики/удобства приборов для врачей и медицинского персонала. Последние несколько лет появление новых моделей сканеров сопровождается многочисленной рекламой, связанной с улучшением эргономики и дизайна ультразвуковых сканеров. Во-первых, миниатюризация электронных компонентов позволила уменьшить и сами сканеры. Гробы-холодильники а-ля Acuson 128X уже прошлом. На их место пришли лёгкие и мобильные машины весом до 100 кг с подвижной панелью управления и монитором, вращающимся в любой плоскости. - программируемыми сенсорными экранчиками сейчас никого не удивить и производители пошли дальше: сенсорными стали делать не только отдельные экраны, но и основной монитор сканера.

Первыми ими обзавелись переносные сканеры - Toshiba (сканер Viamo), модели-планшетники от Sonosite, GE. Теперь сенсорный монитор стали делать и на стационарных моделях сканеров. Например, у Hitachi в модели reirus монитор имеет сенсорную зону интерактивных кнопок ниже изображения. В этом есть здравый смысл. Раньше сенсорный экран был расположен на панели управления сканером и его основное преимущество было в программируемости, но пододвинуть к себе всю панель для врача часто было проблематично, когда он занят проведением диагностики у пациента и манипуляциями датчиком.

Неудобное расположение сканера приводило к профессиональным болезням ультразвуковиков-диагностов, связанных с неудобной позой во время исследования. Разные производители пытаются решить эту проблему как могут. В сканерах попроще используются программируемые ножные педали управления сканером и регулируемая по высоте и по горизонтали панель управления. Toshiba и ALOKA придумали использовать инфракрасный пульт дистанционного управления, повышающей степень свободы врача.

Сенсорный монитор у Hitachi reirus на длинном плече-кронштейне решает эту же проблему, ведь гораздо проще пододвинуть к себе экран с возможностью сенсорного управления, чем всю панель управления сканером. Несмотря на минус, связанный с заляпыванием экрана пальцами и ультразвуковым гелем, рано или поздно все сканеры получат эту функцию. Этому будет способствовать развитие сенсорных панелей. В своё время жидкокристаллические мониторы похоронили индустрию производства ЭЛТ-мониторов и у пользователей просто не осталось выбора. - программируемые протоколы исследований. Раньше в сканерах были зашиты отдельные программы медицинских измерений и расчётов.

Где-то можно было программировать и свои формулы. Врачу необходимо было заходить в меню каждый раз, когда он хотел сменить направление исследования (например, с брюшной полости, на щитовидную железу) или вывести очередную программу расчёта.

Однако такая нужная функция, как программирования исследования целиком появляется только сейчас. Такие функции как rotocol Assistant у ALOKA Alpha 6 / Alpha 7 или Scan Assistant у GE Logiq E9 (и подобные у других производителей) позволяют запрограммировать работу врача-диагноста от начала до конца. Практика показывает, что проведение поликлинических исследований, или скрининг требуют от врача выполнения идентичных действий во время диагностики: выбрать нужный датчик, выбрать требуемую проекцию, включить нужный режим, провести измерения, включить другой режим и т. д. Программируемые протоколы не просто задают порядок проведения расчётов, но также программируют последовательность применения режимов сканирования, настройки изображения, выбор датчиков и т.

д. Специалисты GE подсчитали, что программирование работы позволяет на 80% снизить количество нажатий на кнопки панели управления и работу с меню, и на 50% снизить время, затрачиваемое на диагностику пациента. - улучшение эргономики датчиков. Современные ультразвуковые датчики стали лёгкими и удобными для руки, а кабель достаточно эластичным и гибким, чтобы оказывать минимальное сопротивление манипуляциям врача. В будущем механические трёхмерные датчики, которые сейчас являются самыми неудобными для врачей из-за больших габаритов и веса, будут заменены лёгкими матричными.

Коннекторы датчиков также эволюционируют и всё чаще становятся бесштырьковыми, позволяющими быстрое переключение датчиков между портами без нужды выключать сканер. Заключение. Можно сказать, что производители сканеров взяли на вооружение новые прогрессивные технологии, отказываясь от совершенствования аппаратуры старыми методами.

Развитие микроэлектроники сделало своё дело и в ближайшее время мы увидим поразительное совершенствование ультразвуковой диагностической техники по всем направлениям. У программистов больше нет ограничений, связанных с производительностью приборов, что позволяет создавать новые режимы, о которых раньше можно было только мечтать, у конструкторов-дизайнеров стало больше манёвра для создания удобного интерфейса, удешевление компонентов позволяет снизить цены на приборы без потери качества изображения. Новое поколение ультразвуковых приборов появляется только сейчас: это и новая платформа GE Logiq Ex, первым флагманом которой стал E9, своего рода тестовый стенд для отладки новых технологий в клинической практике; новая платформа от ALOKA roSound Fхх c флагманской моделью F75, которая должна заменить серию AL HA, сканер экспертного-класса Hitachi reirus, Medison V20 restige.

.