Золотые стандарты медицины: как устроен УЗИ аппарат

На что обратить внимание при подборе аппарата УЗИ. Ответственный выбор УЗИ-сканера по его характеристикам и десяткам модификаций.

Сегодня практически в каждой клинике установлена аппаратура для ультразвукового сканирования. Аппараты УЗИ – это простая и точная диагностика. Это тысячи спасенных жизней, доступность медицинских услуг и комфорт для пациента. Запись на УЗИ популярных направлений проводится заранее. Невозможно без сканера представить работу гинеколога, гастроэнтеролога, специалиста по сердечно-сосудистым заболеваниям.

Человек, не связанный с медуслугами, мало задумывается о модификациях систем УЗИ. На самом деле их десятки. Разница для специалистов – огромная. Модели сканирующих устройств отличаются качеством «картинки», глубиной проникновения, дополнительным функционалом. Иногда – принципом работы. Посмотрим, какие виды сканеров существуют и чем они отличаются.

Принципы работы аппаратов УЗИ: базовые сведения

Сканирование внутренних органов без боли и разрезов расширило границы медицины. Пациент не боится УЗ обследования, охотно идет на контакт с диагностом. К тому же результаты исследования можно зафиксировать на материальных носителях: записать на жесткий диск или распечатать на цветном принтере. Именно по этой причине УЗИ – признанный «золотой» стандарт первичной диагностики.

Ультразвук – единственный «инструмент» врача, но проникает гораздо дальше иглы и скальпеля. УЗИ аппарат работает по принципу эхолокации (отражает волны от поверхности исследуемого участка). Сами волны генерируют кристаллы бария или кварца. Они находятся внутри датчика. Так называют подвижную часть аппарата, соединенную с корпусом посредством гибкого шланга.

Ток определенной мощности вызывает в кристаллах колебания. Они и создают УЗ волны частотой от 1 до 29 МГц. Человеческое ухо их не воспринимает. Чтобы усилить волну и направить ее в нужное место, пользуются устройством для фокусировки звука (акустической линзой). При этом УЗИ аппарат специально настраивают для сканирования определенного органа. Настройки при осмотре печени будут отличаться от параметров исследования щитовидной железы.

Для справки. Интересно, что для каждого вида УЗ диагностики – своя частота. При абдоминальных исследованиях (почки, желудок) нужна маленькая частота – от 1 до 6 МГц. А вот кожу сканируют при показателях от 3 до 12 МГц.

Составные части УЗИ аппарата – как они связаны друг с другом

Визуально УЗИ сканер похож на компьютер. Он состоит из блока питания, монитора, панели управления, ультразвуковых датчиков. «Главная» конструктивная часть прибора – электромеханический преобразователь. Он подает ток к чувствительным элементам и преобразует электросигнал в механические колебания. В УЗИ аппаратуре есть «мозг» – процессор. Он «настраивает» ультразвуковые сигналы на нужную частоту. А также обрабатывает результаты, делает расчеты, меняет характеристики волн по запросу пользователя.

Современный УЗИ аппарат невозможно представить без монитора. На нем отображается диагностируемый орган, окружающие его ткани и сосуды. Чтобы картинка была яркой и четкой, аппаратуру УЗИ оснащают усилителями радиоволн, звука, видеосигналов.

Ткани и органы человека имеют различную структуру и плотность. Они отличаются не только внешним видом и расположением, но и акустическим сопротивлением. Это свойство называют эхогенностью. Для каждого здорового органа величина сопротивления известна. Если она отличается от эталона, это дает основание заподозрить патологические изменения. Так с помощью УЗИ находят повреждения, опухоли, злокачественные образования. На экране патологические участки с нарушенной структурой «подсвечиваются» как более яркие.

Интересно утроен УЗ-датчик. Сканирующая головка состоит из:

• пьезокристаллической матрицы,
• усиливающей линзы,
• шумопоглотителя (демпфера),
• согласующего полимерного слоя.

Датчик – одновременно излучатель и приемник ультразвука. Пьезокристаллы модулируют волны с различными физическими характеристиками, согласующий слой – фильтрует их под задачи конкретного исследования. Именно поэтому кожу пациента смазывают специальным гелем. Он повышает качество звукопроводящей среды.

Важно! Техника УЗИ решает разные задачи, но работает по одному принципу – отражения волн от поверхности. Спрос стимулирует производителей постоянно совершенствовать свои приборы, делая их более точными, функциональными, удобными в применении.

Классификация УЗИ аппаратов по типам датчика

Самый чувствительный орган УЗ аппаратуры – датчик. Этот рабочий орган обеспечивает нужный режим сканирования. Устройства отличаются частотой продуцирования сигнала и глубиной его проникновения, особенностями настройки, физическими характеристиками. По глубине сканирования различают датчики:

• Линейные. Предназначены для исследования верхних слоев тканей. Глубина сканирования небольшая, рабочая частота – 3-12 МГц.
• Эндокавитальные. Работают на средних частотах (2,5-11 МГц). Используются в урологии и гинекологии.
• Конвексные. При низкой частоте имеет наибольшую глубину проникновения (30 см и выше).
• Фазированные секторные. Способны менять угол наклона луча и обследовать участки, закрытые другими органами (мозг, сердце). Широко применяются в кардиологии.

Важно! Линейные датчики обеспечивают четкое изображение, но подходят для поверхностных исследований. Конвексные – проникают в глубоко расположенные органы, но страдают нечеткостью изображения. Каждый датчик нуждается в точной настройке под конкретные задачи.

По виду «головки» датчики бывают «карандашными» (с раздельным приёмником и излучателем.), матричными (с двухмерной решеткой), игольчатыми (микродатчики), внутриполостными. Есть устройства с кольцевым вращением (делают послойное сканирование, представляя орган в формате 3D или 4D). Существуют специальные датчики для сканирования детских органов. Они применяются в педиатрии.

Маркировка аппаратов УЗИ по режимам сканирования

Задача диагноста – изучить орган со всех сторон и составить ясную картинку. Поэтому датчики способны работать в разных режимах. Они показывают орган в реальном времени, «отслеживают» изменения в морфологической структуре тканей.

Современные датчики работают в одном из четырех режимов:

• А – оценивает амплитуду отраженного сигнала;
• В – создает двухмерную «картинку», отслеживает повышенную эхогенность;
• D – делает спектральный анализ, отслеживает скорость кровотока;
• М – делает эхограмму с разверткой во времени.

Очень часто доктора интересует размер исследуемого органа. Тогда режима В вполне достаточно. А вот кардиологу необходимо исследовать сосуды и движение крови. Тогда включается режим D. Также есть возможность комбинировать режимы (modes): В + В, В + М, В + D.

Особого упоминания заслуживают ультразвуковые системы с эффектом Допплера. Они не только дают информацию о состоянии тканей, но и рассчитывают скорость потока крови. Доплерографию делают при мигрени, тромбозе, атеросклерозе. Иногда ее назначают на последних сроках беременности.

Помимо основных режимов работы (M, B), у сканеров с Допплером есть спецрежимы:

• PW (импульсный);
• CW (постоянно волновой);
• PD (энергетический);
• TDI (тканевый);
• 3D (трехмерный);
• CFI (цветное картирование).

Возьмите на заметку! Стоимость ультразвукового сканера зависит в основном от датчиков. Как правило, УЗИ аппарат оборудован не одним сканирующим устройством, а целым комплектом датчиков с разными характеристиками.

Визуализация картинки в УЗИ сканерах

В аппаратах УЗИ первого поколения был чёрно-белый экран. Картинка с маленьким разрешением и, как следствие, нечетким изображением. Сегодня у потребителя есть выбор. Ведь уже появились приборы, работающие в формате 4D. Но и мониторы с двухмерным изображением с рынка не исчезли. Они дешевле, и для многих врачей – привычнее.

Условно все ультразвуковые аппараты делятся на:

• двухмерные 2D,
• трёхмерные 3D,
• четырехмерные – 4D.

Аппараты 2Д по-прежнему широко используются в клиниках, лабораториях, больницах. Такие аппараты активно применяют в акушерстве и гинекологии. С их помощью оценивают состояние щитовидной железы, брюшной полости, органов таза. Мониторы дают черно-белое изображение и вполне способны определить патологию на ранних стадиях. Отражение волн переводится в цифровой формат и даёт важную информацию о размерах органа и структуре тканей.

3Д аппараты более мощные и точные. При исследовании органов врач-узист сможет оценить место двух сразу три параметра. Но и процедура сканирования длится дольше. Такой прибор позволяет рассмотреть картинку во всех деталях. Например, трёхмерный сканер безошибочно укажет пол будущего ребёнка, а двухмерный может «ошибаться».

Аппараты 4Д вместо статичной картинки дают движущееся изображение. По сути, это целый фильм. Можно сделать видеозапись. Остановить в нужном месте, рассмотреть все подробности. Четырехмерные аппараты применяют для обследования тканей и образований со сложной морфологической структурой: кист яичника, сетчатки глаза, предстательной железы, злокачественный опухоли.

Обратите внимание! Иногда беременные женщины записываются на обследование 4Д сканером, чтобы сохранить видеозапись движений малыша в материнской утробе.

Классификация УЗ аппаратов в зависимости от области применения

Здесь все просто. Название сканеру дают по органу, для исследования которого он и придуман. Трансуретральный аппарат предназначен для обследования мочевого пузыря, трансректальный – для изучения прямой кишки. Есть специализированная аппаратура для исследования сердца и сосудов, заболеваний глаз, ЛОР диагностики.

Таким образом, различают приборы:

• универсальные;
• внутриполостные;
• кардиологические;
• узкоспециализированные.

Возьмите на заметку! Аппараты для глубокого проникновения имеют маркировку abdominal probe (дословно – брюшной зонд). Для исследований тканей и органов маленького размера существует small parts probe (мелкий зонд). Название intracavitary probes означает «внутриполостной». Слово cardiac дословно – «сердечный». Аппаратура cardiac probe применяется в кардиологии.

К узкоспециализированным аппаратам относят:

• Эхоофтальмометр. Сканирует структуру глаза в разных режимах (В, М,D). В зависимости от модификации может использовать доплеровские режимы PW и CW.
• Фетальный эхограф. Выполняет кардиотографическую оценку сердечных сокращений у женщины и плода.
• Энцефалоскоп. Исследует зоны головного мозга, оценивает состояние артерий и сосудов. Незаменимый прибор для нейрохирурга.
• Синускоп. Предназначен для сканирования гайморовых пазух. С его помощью ставят диагнозы «гайморит», «синусит», «фарингит».

Список не исчерпывающий и пополняется по мере создания новых технологий. А также корректируется с учетом требований врачебного сообщества.

Как разные характеристики УЗИ аппарата влияют на его цену

Системы УЗ контроля постоянно усложняются. Соответственно, растет их стоимость. Конечно, голографическая картинка дает медикам множество подробностей. Но не всегда бюджет клиники рассчитан на аппаратные новинки последнего поколения. Поэтому всегда есть выбор: купить аппарат УЗИ простой, но надежный 2D сканер или заказать УЗИ-прибор экспертного класса.

Прежде всего покупателя аппарата УЗИ интересует качественное изображение. А качество зависит от количества принимающих и передающих каналов. Чем их больше, тем «лучше» изображение. Нет смазанных контуров. Четко видны ткани с разной плотностью.

По качеству изображения различают:

• сонографы (16 каналов передачи-приёма);
• аппаратуру средней чувствительности; (выше 32-х каналов);
• УЗИ повышенных возможностей (свыше 48);
• приборы с высокой чувствительностью (свыше 64);
• аппараты экспертного класса (более 100 каналов).

Ультразвуковые аппараты стали для медицины настоящей находкой. Но звуковые сигналы встречают на своем пути помехи. Или же проведению исследований мешает нестандартное расположение органов, новообразования, лишний вес пациента. Поэтому современный приборы УЗИ оснащены дополнительным функционалом. Он делает аппаратуру еще более совершенной.

Приведем список дополнительных функций с краткой расшифровкой:

• TP-View – увеличивает обзор линейных датчиков, отображая все параметры на одном снимке;
• ClearVision – делает картинку более контрастной и чёткой, устраняет помехи и шумы;
• XLight – улучшает, детализирует трёхмерную картинку;
• VPan Imaging – создаёт панорамное изображение;
• CrystaLine – позволяет использовать УЗИ аппарат при проведении хирургической операции, так как согласует его работу с настройками лазера.

Коснулись УЗИ аппаратов и технические усовершенствования. Цифровые снимки или видео можно хранить в удобном формате, подвергнуть раскадровке, перемотке, увеличению, детализации. При желании – врач будет иметь полную картину исследований за несколько лет.