93693 (Рынок медицинских услуг), страница 3

Попытки усовершенствовать 3D-аппарат возобновились только в 1996 году, когда благодаря развитию компьютерных технологий появился сканер. Он мог считывать и передавать объемное изображение в режиме реального времени. На его основе разработали датчик (трансдюсер) для «трехмерного» УЗИ-аппарата. По виду он практически ничем не отличается от обычного, только в несколько раз больше по размеру. Внутри него заключен обычный двухмерный датчик, который постоянно перемещается туда-сюда и передает в мощный компьютер, установленный внутри сканера, множество статичных двухмерных изображений. А внутри специального встроенного модуля они суммируются, и на экран монитора выводится объемная картинка. Частота сканирования, интенсивность и мощность звуковых волн остаются прежними.

Многие будущие мамы ошибочно полагают, что УЗИ опасно для их малыша. Выводы эти они сделали потому, что во время проведения сеанса кроха в животике ведет себя беспокойно, толкается, как будто чувствует дискомфорт. Между тем, статистика показывает, что реакцию малыша во время УЗИ чувствует примерно половина женщин. В остальных случаях внутри мамы - полное спокойствие. Это говорит о том, что в некоторых случаях время проведения эхограммы (так еще называют УЗИ) совпадает со временем активности малыша. Врачи ручаются, что УЗИ - самый безопасный из всех методов лучевой диагностики (флюорографии, рентгена, компьютерной томографии, ядерно-магнитного резонанса).

За многие годы использования в медицинской практике двухмерного ультразвукового исследования врачи разработали систему анализа данных, полученных в ходе процедуры. Так, например, каждому сроку соответствуют определенные размеры головки, других частей тела и органов малыша. То есть 2D УЗИ позволяет довольно точно определить состояние мамы и ребенка, выявить возможные отклонения в развитии беременности.

Данные трехмерного исследования дополняют и уточняют картину, полученную «по старинке». С его помощью можно добыть важные сведения о некоторых пороках развития, особенно конечностей, таких частей тела, как лицо, руки, позвоночный столб. Если врач заподозрил неладное после 2D-исследования, он может назначить сеанс трехмерного УЗИ. То есть сочетание двух методов дает наиболее ясное представление о состоянии будущей мамы и крохи.

Кстати сказать, не всегда мама, да и врач тоже, могут ясно и отчетливо увидеть чадо на экране. Это зависит от нескольких моментов: положения крохи в утробе; активности малютки. Чем больше он двигается, тем яснее будет изображение и интереснее «кадры». Если кроха не желает «дефилировать», врач может предложить прекратить на время исследование и возобновить его через некоторое время. В этот момент маме рекомендуется выпить какой-нибудь сладкий напиток. Это, как правило, «возбуждает» малыша через 10-15 минут; расположения пуповины и плаценты; количества околоплодных вод. Чем их меньше, тем хуже изображение; избыточного веса будущей мамы; наличия рубцов на животе после перенесенных операций.

Что же увидит на экране мама во время сеанса трехмерного УЗИ? Это зависит от срока беременности. Рассмотреть зарождающуюся внутри вас жизнь можно уже в первые недели после зачатия, когда размер эмбриона составляет всего 15 миллиметров.

К 8-ой неделе уже можно различить головку и туловище эмбриона, формирующиеся конечности. И, главное, понять, а не ожидаете ли вы двойню.

С 10-й по 16-ю недели можно увидеть малыша, так сказать, во всей красе: позу, в которой он лежит, ручки, ножки, пуповину. Личико вы тоже увидите, но оно еще совсем не похоже на лицо человека.

15-30 недель - самое подходящее время для настоящего знакомства. После 20 недели уже можно различить каждый пальчик малютки. С 28 недели, если повезет, вы сможете увидеть, как он улыбается, сосет пальчик, «почесывается», сжимает кулачки и строит забавные рожицы. После 23-25 недель чадо становится настолько большим, что получить его изображение целиком практически невозможно. На экране поочередно можно увидеть голову, плечики, ручки, туловище, ножки.

Дополнительно, по рекомендации врача, на сроке 15-16 недель можно проверить нервную систему малыша, в 26-29 недель - наличие воспалительных процессов, в 33-34 недели - исключить развитие гипотрофии.

Если сделать несколько сеансов трехмерного УЗИ на протяжении всей беременности, можно «отснять» целый документальный фильм о жизни крохи до рождения. Вам разве не было бы интересно, как там жилось, внутри? Наверно, и ваш малыш не откажется от таких впечатлений, когда подрастет. И на вопрос «Где я был, когда меня не было?», который всегда ставит родителей в тупик, вы будете отвечать легко и просто!

В России обязательным минимумом считается 4 посещения кабинета УЗИ-диагностики в течение 9 месяцев.

1-й раз: срок - до 7 недель.

Врач фиксирует присутствие плода в матке, чтобы исключить внематочную беременность.

2-й раз: срок 8-11 недель

Благодаря исследованию, на данном сроке можно выявить грубые аномалии в развитии ребенка, генетические заболевания. Кроме того, устанавливается срок беременности. Контролируется сформировавшаяся к этому моменту сердечная деятельность.

3-й раз: срок 19-21 неделя

Оценивается развитие основных внутренних органов и систем малыша, которые сформировались к этому времени.

4-й раз: за 2-3 недели до предполагаемого срока родов.

На данном сроке выявляются плацентарная или сосудистая недостаточность, фиксируется положение плода (вперед головкой или ягодичками), размер малыша и маминых родовых путей.

Провожая уходящий век, сообщество ведущих мировых производителей УЗ-медицинского оборудования вступает в динамичный период кардинальной смены поколений диагностических систем. Казавшиеся фантастическими еще каких-то десять лет назад, новые технические решения де-факто стали общепринятыми стандартами средств визуализиции. Применительно к УЗ-платформам речь прежде всего идет о широкомасштабном внедрении цифровой технологии формирования луча, используемой как при приеме, так и при излучении зондирующих сигналов. В сочетании с полномерной цифровой обработкой сигнала эта технология позволяет реализовывать новые подходы к формированию диаграммы направленности УЗ-датчиков. Что это за подходы и в чем их достоинства? Каково их практическое применение?

Цифровое формирование диаграммы направленности излучателей в УЗ-платформах позволяет добиться высокой идентичности амплитудно-частотных характеристик приемных каналов, скорректировать их в соответствии с заданным эталоном и легко устранять неизбежные технологические погрешности, возникающие в процессе изготовления датчиков. Это обеспечивает высокую чувствительность диагностической системы и длительную стабильность параметров тракта обработки сигнала. Благодаря отсутствию присущих аналоговым цепям параметрических уходов и потерь отпадает необходимость в частой калибровке устройства. Как следствие, эксплуатационная надежность диагностических платформ возрастает. Опираясь на цифровое диаграммообразование, можно эффективно динамически фокусировать излучение датчика по глубине исследуемого объекта, меняя весовые коэффициенты при фазировании в зависимости от номера отсчета АЦП или порядкового номера группы. При этом не нужно, как это делалось раньше, отключать часть излучателей, что приводило к потере энергии [1]. Появляется возможность чрезвычайно гибко управлять угловыми размерами, формой, направлением распространения, интенсивностью (в режиме зондирования) и разрешением (в режиме приема) УЗ-луча.

Реализация датчиков на базе цифровых решеток обеспечила одновременный многолучевой прием сигналов во всем рабочем секторе и тем самым позволила сократить время формирования УЗ-изображения. При этом сигнал передатчика может быть расфокусирован, “засвечивая” широкий телесный угол, а реализация сверхрелеевской разрешающей способности по направлениям прихода сигналов, их доплеровской частоте и времени задержки способствует достижению требуемой детализации изображения. Сегодня известен достаточно обширный арсенал методов обеспечения сверхрелеевского разрешения [2–4], позволяющих в зависимости от отношения сигнал/шум проводить раздельную селекцию до десяти “точечных” фантомов в пределах главного лепестка приемной диаграммы направленности УЗ-датчика. На рис. 1 представлены полученные автором результаты сверхрелеевского разрешения двух сигналов [4], соответствующие различным соотношениям начальных фаз радиоимпульсов.

В целом же благодаря высокому, недостижимому с помощью аналоговой техники динамическому диапазону цифровые методы формирования луча обеспечивают близкие к предельным значениям точность оценивания параметров сигналов, их осевое, поперечное и контрастное разрешение с улучшенной дифференциацией тканей по яркостному признаку. Кроме того, применение технологии цифрового диаграммообразования позволяет максимально унифицировать узлы и блоки аппаратуры, упростить процесс реконфигурации и модификации УЗ-систем, сводящийся зачастую лишь к замене программного обеспечения, а также адекватно цифровыми методами моделировать процессы, протекающие в тканях организма при прохождении УЗ-сигнала. И наконец, благодаря запоминанию и хранению практически в течение неограниченного времени больших информационных массивов, возможна их многократная модификация в процессе визуализации с помощью разнообразных программных фильтров, улучающих как восприятие УЗ-изображения, так и детализацию тонких анатомических структур.

Следует отметить, что техника цифрового диаграммообразования по сути отличается от методов, используемых в традиционных средствах цифровой обработки сигналов фазированных решеток излучателей. Основная особенность современных систем цифрового диаграммообразования – применение АЦП в каждом приемном канале с оцифровкой сигнала, как правило, на несущей частоте (рис.2). При этом исключаются операции преобразования частоты, детектирования сигналов с выделением огибающей и, тем самым, уменьшаются энергетические потери, повышается чувствительность приемной системы и упрощается конструкция установки. Тактовые импульсы разводятся от генератора так, чтобы АЦП приемных каналов срабатывали одновременно. Затем данные, описывающие в виде отсчетов АЦП или их частичных сумм мгновенное распределение УЗ-поля на раскрыве датчика, сбрасываются в буферное ЗУ. Дальнейшее формирование диаграммы направленности приемного луча осуществляется программным способом с помощью процессоров обработки сигнала (DSP), выполняющих синфазное суммирование значений напряжений всех сигналов для заданных угловых направлений. При цифровом формировании зондирующего луча – наоборот, синтезированные с помощью процессора сигнала цифровые значения напряжений зондирующего импульса поступают на ЦАП, с выхода которых снимаются усиленные и отфильтрованные аналоговые сигналы. Эти сигналы поступают на соответствующие УЗ-излучатели. Такой принцип цифрового диаграммообразования – достаточно общий. В конкретных устройствах он может быть изменен в соответствии с возможностями элементной базы, а также опытом и теоретической подготовкой разработчиков.

Среди производителей, успешно решающих проблемы цифрового диаграммообразования в современных УЗ-системах, прежде всего нужно отметить фирму Analog Devices – одного из крупнейших поставщиков сигнальных процессоров, АЦП и ЦАП. Пакет УЗ-сигналов в типичной УЗ-платформе фирмы генерирует электромеханический преобразователь передающей схемы, контактирующей с телом пациента (рис.3) [5]. Частота несущей в зависимости от модели датчика равна 1–13 МГц. В каждом приемном канале системы предусмотрен усилитель с цифровой временной регулировкой усиления (TGC) типа AD600/602/603, компенсирующий потери энергии эхосигналов, приходящих с глубины тела. В своих системах фирма чаще всего использует десятиразрядные АЦП типа AD 9040А с частотой дискретизации 40 МГц. Сигналы, снимаемые с выхода АЦП, суммируются и обрабатываются сигнальным процессором (как правило, схемы типа ADSP–2181, ADSP–2171 или ADSP–21062). В систему могут также входить доплеровский канал для измерения скорости кровотока и канал визуализации УЗ-изображения. Таким образом, в системах Analog Devices новейшие технологии реализуются на достаточно распространенной и отнюдь не экзотической элементной базе. Разработка 12-разрядных АЦП с максимальной частотой дискретизации 105 МГц (AD 9432) и 250-МГц сигнальных процессоров типа TigerSHARC служит предпосылкой для дальнейшего упрочнения позиций фирмы на рынке перспективного УЗ-оборудования.

Пример приборов, удачно сочетающих максимальный набор технологических новаций, – семейство диагностического оборудования фирмы General Electric, в которое входят цифровые платформы LOGIC 400 MD, LOGIC 500 MD LOGIC 700 MR [6]. Эти устройства, несколько отличаясь друг от друга характеристиками и назначением, имеют одну и ту же фундаментальную архитектуру: цифровой формирователь луча с линией задержки цифровых сигналов и устройством их суммирования, а также схема цифровой обработки акустических сигналов. Систему LOGIC 700 MR, выполненную на базе решетки с 1024х4 излучателями, с полным правом можно считать лидером на рынке. Датчики системы изготовлены по перспективной технологии активных матричных кристаллов, что позволяет эффективно динамически фокусировать луч в двух плоскостях. За счет применения новых материалов и методов сборки сканеров фирме удалось повысить их чувствительность, расширить линейный динамический диапазон акустических преобразователей, повысить частоту несущей сигнала. В частности, по такому параметру, как проникающая способность 12-МГц датчика, система LOGIC 700 MR сопоставима с традиционным оборудованием с частотой несущей 5 МГц. А увеличение частоты несущей позволило улучшить качество изображения.

Заслуживает внимания и большая проникающая способность (18 см) системы LOGIC 700 MR с 7-МГц датчиком, превосходящей этот показатель для обычных устройств с 3-МГц датчиком. При частоте дискретизации fd = 40 МГц разрешающая способность системы равна 70 мкм. В ближайшие планы фирмы входит переход к излучателю с частотой несущей 20 МГц. Появление такой системы, по-видимому, будет хорошо встречено УЗ-диагностами, что позволит General Electric еще больше оторваться от конкурентов. Остается надеяться, что это не приведет к пропорциональному повышению стоимости оборудования (до сих пор цена на системы фирмы была далеко не средней: установка LOGIC 700 MR стоит 300 тыс. долл.). Впрочем, учитывая постоянное снижение стоимости комплектующих цифровых схем и появление большого числа конкурентов, можно предположить, что разброс цен на цифровое УЗ-оборудование будет постепенно нивелироваться, а абсолютная их величина для быстро устаревающих образцов – падать.

Достаточно большой опыт разработки диагностического оборудования с цифровым диаграммообразованием имеет также компания ATL Ultrasound (США) [7], выпускающая приборы с высокой четкостью изображения семейства HDI (High Definition Image). К ним относятся HDI-1000, HDI-3000 (стоимость минимального комплекта 99 тыс. долл.) и новая система HDI-5000. В последней предусмотрено 512 широкополосных цифровых каналов, обеспечивающих динамический диапазон сигналов около 150 дБ [8]. Быстродействие процессора обработки сигналов превышает 14Ч103 MIPS, что позволило полностью реализовать цифровое широкополосное диаграммообразование. Уровень чувствительности к профилю гемодинамики, устойчивость к артефактам движения тканей позволяют HDI-5000 при цветовой визуализации кровотока зафиксировать движение крови, в том числе вокруг сгустка или через него даже в самой маленькой вене.

К числу традиционных поставщиков УЗ-платформ с цифровым диаграммообразованием луча в середине 1998 года присоединилась и компания Toshiba. На ее американском филиале – Toshiba America Medical Systems (TAMS) создана усовершенствованная УЗ-система для кардиологических исследований модели PowerVisionTM 6000 [9]. Уникальная модульная архитектура системы с 256 цифровыми каналами обеспечивает простоту внедрения будущих технологических новшеств. В частности, предусмотрена возможность трехмерной УЗ-визуализации. Поскольку цифровое формирование луча с дискретизацией аналоговых сигналов осуществляется на более ранней стадии, чем в традиционных УЗ-устройствах, в системе PowerVisionTM 6000 достигнуто предельно возможное отношение сигнал/шум при почти 10-кратном улучшении точности визуализации. Пространственное разрешение системы – примерно 500 мкм по всей глубине зондирования.

Среди оригинальных решений, заложенных в PowerVisionTM 6000, следует отметить одновременное формирование четырех УЗ-лучей при приеме, что позволяет увеличить скорость обновления изображения и плотность линий в два раза, а также ослабить влияние артефактов. Другая особенность системы – наличие так называемого “цифрового оптимизатора изображения” (DIO), автоматически нейтрализующего программным способом изменение интенсивности эхосигналов. При этом визуализация эхосигналов оптимизирована по всей глубине и сохранена высокая цветовая чувствительность к перфузии в доплеровском режиме. УЗ-платформа фирмы Toshiba – одна из наиболее проработанных в эргономическом отношении систем.