УЗ диагностические приборы (иначе именуемые сканерами) конструктивно представляют собой систему, состоящую из излучателя/приёмника УЗ сигналов (датчика) и связанного с ним преобразователя отражённых УЗ сигналов эхографической информации в видеосигналы.

 Преобразователь УЗ сигналов в видеосигналы является основным блоком прибора, выполняется, как правило, на базе электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с чёрно-белым или цветным монитором и оснащается средствами для запоминания получаемых изображений путём видеозаписи на бумажный или магнитный носитель или разъёмами для подсоединения таких средств (видеопринтера, видеомагнитофона и т. п.). Основной блок обычно размещён в жёстком корпусе, снабжённом посадочными гнёздами для датчиков УЗ сигналов, как это показано на рис. 1. Для получения изображения исследуемого органа пациента используются УЗ волны частотой от 2 до 20 МГц, которые генерируются пьезокристаллическими элементами, вмонтированными в датчики. Определение времени, проходящего между отправкой и получением сигнала, отражённого от исследуемого объекта (например, ткани) с большой плотностью, позволяет определять расстояние до этого объекта и воссоздавать статическое одно- или двухмерное изображение в реальном масштабе времени.

Облучение УЗ волнами движущихся объектов сопровождается эффектом изменения частот посланного и принятого сигналов. Определение разности частот посланного и отражённого сигналов позволяет определять скорость и другие динамические характеристики. В частности, если движущимися объектами являются эритроциты крови, то определяются динамические характеристики кровотока. УЗ датчик, обеспечивающий такие измерения, называют доплеровским датчиком (по фамилии учёного, открывшего используемый физический эффект).  В современной лечебной практике используются линейные, конвексные и секторные датчики. Для примера на рис. 2...5 изображены датчики указанных типов японской фирмы «Шимадзу» (Shimadzu). В линейных датчиках (рис. 2) блок пьезокристаллических элементов, излучающих УЗ волны, размещён на плоской поверхности, а в конвексных датчиках (рис. 3) на выпуклой. Зону сканирования линейного датчика условно считают прямоугольной, а конвексного датчика трапециедальной. Управление коммутацией пьезокристаллов осуществляется программно с помощью электронных средств, поэтому такие датчики называют электронными. В отличие от линейных и конвексных датчиков зона сканирования секторного датчика имеет форму сектора (рис. 4). Это позволяет производить исследования труднодоступных мест, например, сердца через межреберья, а мозга новорожденного через роднички. Секторные датчики подразделяют на электронные (называемые также фазорешётчатыми) и механические. В электронных секторных датчиках (рис. 4) подвижных частей нет, но имеется множество излучающих пьезокристаллов, волны которых фокусируются для создания секторной формы излучения. В механических секторных датчиках имеется всего лишь один или несколько излучающих пьезокристаллов, установленных на вращающейся или колеблющейся платформе, которая соединена с каким-либо приводом. При вращении платформы в плоскости направления обзора образуется непрерывный плоский угол сканирования, а при вращении в плоскости, перпендикулярной направлению обзора кольцевой телесный угол, где количество колец соответствует числу излучающих пьезоэлементов. Секторные датчики с величиной телесного угла 180° (360°) часто называют панорамными.

Кроме этих датчиков следует указать на наличие линейных датчиков со смещаемым (как правило, на 10 15°) направлением обзора (рис. 5) и секторных датчиков с изменяемым углом обзора. Это обусловило появление дополнительного способа сканирования: «сканирования со смещаемыми лучами».  Кроме указанных основных типов датчиков, многие фирмы-изготовители предлагают датчики специального назначения, форма которых диктуется узкой областью использования. В частности, к таковым относятся пальчиковые датчики, надеваемые на палец врача и предназначенные для обследования, например, новорождённых в инкубаторах, высокочастотные датчики для исследования малых органов (желёз), периферийных сосудов, интраоперационные датчики, а также различные зонды. При этом под зондами понимаются датчики, конструктивное исполнение которых позволяет выполнять внутриполостные неинвазивные или инвазивные исследования. Зонды (рис. 6), как и наружные датчики, обеспечивают любые способы сканирования, в частности, в эндоскопических зондах чаще всего используется панорамный способ сканирования.

 Настоящий тематический обзор включает 4 типа УЗ диагностических приборов: приборы общего назначения (стационарные и переносные) и специализированные приборы для исследования гемодинамики (стационарные и переносные). Объём измерений и вычислений для каждой модели зависит от объема программного обеспечения, заложенного в память компьютерного блока УЗ прибора. Как правило, программное обеспечение современных моделей позволяет определять все показатели, измеряемые в основных абсолютных единицах (метрах, секундах, градусах и т. п.), а также производные расчётные показатели (площади, объемы, градиенты и т. п.). Кроме абсолютных показателей, эти программы обеспечивают также расчёты и относительных показателей типа «отношения», «индексы», «коэффициенты» и т. п. Расшифровка некоторых редко применяемых в лечебной практике России наименований относительных показателей приведена в таблице А. В группе «Функциональная оснащённость» отражено, по крайней мере, наличие и состав комплекта датчиков, основные типы которых описаны выше, а также некоторых специальных датчиков и зондов. В группе «Технические показатели» следует, кроме традиционных, отметить показатель «Объём кинопамяти, кадров», т. е. число последних кадров, постоянно хранящихся в видеопамяти. Этот показатель, характерный для режимов «M» и «D», используется многими производителями столь же часто, как и производный показатель «Время просмотра кинопамяти, с», характерный для режима «В». Поэтому в строке «Объём кинопамяти, кадров» указывается один из этих показателей: значение первого показателя отпечатано прямым шрифтом, а второго курсивом, с указанием размерности.

Таблица А

121. Стационарные УЗ сканеры общего назначения

 Стационарные УЗ диагностические приборы предназначены для работы в специально предназначенных кабинетах для приёма ходячих пациентов. Хотя эти приборы и не предназначены для частых перемещений, они, как правило, снабжаются колёсиками для передвижения в пределах кабинета. Технико-экономические данные стационарных УЗ диагностических приборов общего назначения приведены в таблице 1. Номенклатура их технических характеристик и показателей разбита на 6 групп.

 Первая группа характеристик позволяет оценивать данные приборы по количеству заложенных в них режимов отображения. Основными режимами являются следующие:

 Режим «A» одномерный статический режим, при котором изображение имеет вид кривой, располагаемой вдоль направления распространения УЗ волн. При этом на одной оси (обычно горизонтальной) представлена глубина залегания отражающего объекта, а по другой амплитуда отраженного сигнала. В настоящее время данный режим используется только для офтальмологических и ринологических исследований, а поэтому из характеристик УЗ сканеров, рассматриваемых в данном выпуске, исключён.

 Режим «B» двухмерный статический режим, при котором изображение получается в плоскости перемещения УЗ волн. При этом координаты элементов изображения соответствуют координатам отражающих объектов, а яркость элементов изображения соответствует амплитуде отраженного сигнала. В публикациях немецких, австрийских и некоторых др. европейских фирм этот режим иногда обозначается как режим «2D».

 Режим «M» одномерный динамический режим, при котором изображение получается вдоль направления распрoстранения УЗ волн. При этом глубина залегания отражающего объекта представлена обычно по вертикальной оси, текущее время по другой, а яркость соответствует амплитуде отражённого сигнала.

 Режим «D» доплеровский режим отображения изображений: импульсный (PWD), высокочастотного повторения импульсных пачек (HPRF) и/или непрерывный (СWD). Используется для изучения движущихся объектов, например, кровотока в сердце и в кровеносных сосудах.

 Режим «CFM» цветной доплеровский режим. Позволяет визуально определять направление кровотока. В частности, потоки условно окрашиваются (картируются) красным цветом в направлении на датчик, и синим от датчика.

 Режим «PD» энергетический доплеровский цветовой режим, обеспечивающий псевдотрёхмерную визуализацию динамически малоподвижных тканей, таких как стенки сосудов, мышцы и др.

 Режим «3D» трёхмерный статический режим, обеспечивающий получение трёхмерного изображения при послойном сканировании тканей в режиме «В» с последующей компьютерной реконструкцией. При параллельном сканировании (с помощью специальных матричных датчиков) процесс получения изображения происходит практически в реальном масштабе времени, а при последовательном (с помощью традиционных датчиков) в машинном масштабе времени с некоторой константой времени запаздывания получения изображения.

 Режим «4D» трёхмерный динамический режим, обеспечивающий получение трёхмерного изображения, изменяющегося во времени.

 Режим «Рентген» трёхмерный режим, обеспечивающий получение трёхмерного изображения как всего выбранного объёма, так и отдельных фрагментов, находящихся внутри него, с преобразованием в прозрачные других объёмов.

 Режим «Лупа» режим, позволяющий производить без ухудшения качества увеличение какого-либо участка изображения, расположенного в любой точке экрана дисплея, с перемещением его в определённую точку экрана (чаще всего в центр). Иногда этот режим называют также режимом ROI (region of interest) или режимом PiP (picture in picture).

 Вторая группа характеристик отображает почти все возможные варианты измерений и вычислений, выполняемые современными УЗ диагностическими приборами, т. к. именно стационарные УЗ сканеры общего назначения обеспечивают наиболее полный объём выполнения этих функций.

 Говоря о функциональных возможностях, т. е. о третьей группе технических характеристик, следует отметить, что все современные стационарные УЗ сканеры имеют возможность усиления (GAIN), масштабирования (ZOOM или MAGNIFICATION) и замораживания изображения (FREEZING), поэтому данные характеристики в отличие от номенклатуры характеристик, приводившихся в прошлых выпусках журнала, из таблиц исключены.

 Возможность отображения ЭКГ обусловлена наличием специального блока усиления кардиосигналов. Возможность работы с сетью «Интернет», которая связывает врача-диагноста с консультационными центрами (например, для уточнения диагнозов), обусловливается хранением информации в формате JPEG и наличием модема.Возможность работы по протоколу DICOM, которая обеспечивает подсоединение УЗ аппарата к локальной компьютерной сети лечебного учреждения (например, для связи с его различными базами данных), обусловлена наличием специального интерфейса и соответствующего программного обеспечения.

 Функциональная оснащённость стационарных УЗ приборов (четвёртая группа технических показателей) для стационарных сканеров также является максимальной. При этом слово «есть» в таблице 1, означает вхождение датчиков или других принадлежностей в базовый (минимальный) комплект поставки. Т. к. специальные датчики и зонды могут реализовывать любой  способ сканирования, то аббревиатуры, стоящие после слов «есть» и «зак», указывают способ сканирования, реализуемый конструкцией датчика или зонда, а числа, стоящие рядом с аббревиатурой, значения частот (в МГц), на которых происходит сканирование.Указание двух частот, разделённых дефисом, означает, что данные датчики или зонды являются широкополосными, а указанные значения соответствуют границам полосы пропускания частот.Указание двух или трёх частот, разделённых дробной чертой, означает, что данные датчики или зонды являются двух- или трёхчастотными, т. е. работающими на одной из двух или трёх номинальных частот. Конкретное значение частоты устанавливает врач-оператор с помощью кнопки-переключателя на датчике или на клавиатуре в зависимости от требуемой глубины просмотра (меньшая частота большая глубина просмотра) или режима сканирования.Однако, трансвагинальные и трансректальные зонды некоторых фирм реализуют одновременно и несколько способов сканирования, например, линейный и секторный. Такие зонды называют комбинированными. Некоторые виды зондов обеспечивают секторное сканирование в двух взаимноперпендикулярных плоскостях (двухплоскостные зонды) или в одной плоскости, вращаемой оператором вручную или с помощью встроенного электродвигателя (многоплоскостные зонды). Эти конструктивные особенности зондов указаны в строке «Дополнительные данные».

Для однозначного понимания приведенных в таблице 1 технических показателей стационарных УЗ диагностических приборов (пятой группы технических характеристик и показателей) следует учесть, что значения показателей «Глубина просмотра», выраженные в виде двух чисел, разделённых многоточием, означают пределы регулирования «от до»; показатель «Число зон выравнивания усиления» определяется числом ползунковых регуляторов в блоке STC или DGC японских УЗ-приборов или в идентичном блоке TGC приборов немецких, итальянских и некоторых других фирм. Значения показателей «Пределы регулирования мощности излучателя», сопровождаемые знакосочетанием (N cт), следует понимать как регулирование ступенчатое с N ступенями регулирования. Значения показателя «Количество градаций серой шкалы» для УЗ сканеров с цветным дисплеем соответствует количеству цветов в цветовой палитре. Значения показателей «Частота излучения», «Ширина сканирования» и «Угол обзора», выраженных в виде двух и более чисел, разделённых точкой с запятой, означают наличие набора датчиков.

 Шестая группа технических характеристик и показателей «Экономические показатели» содержит только один показатель «Ориентировочная цена», в состав которой входит также и стоимость расходных материалов (ультразвукового геля, бумаги для принтера и др.) на 1 год работы.

122. Переносные УЗ диагностические приборы общего назначения

 Переносные УЗ диагностические приборы (сканеры) общего назначения предназначены для работы вне специальных кабинетов, например, для использования в чрезвычайных ситуациях, для обследования лежачих больных в больнице или на дому, для ветеринарных обследований и т. д. Для этой цели переносные УЗ диагностические приборы снабжаются (рис. 7) ручкой для переноски прибора на любые расстояния и имеют ограничения по массе (как правило, не более 17 кг). Для удобства транспортирования переносных УЗ сканеров и дополнительной аппаратуры многие фирмы-изготовители предлагают (по отдельным заказам) также и специальные тележки.
 Технико-экономические данные переносных УЗ сканеров общего назначения приведены в таблице 2 обзора. Для номенклатуры технико-экономических показателей предусмотрены те же 6 групп, что и для стационарных приборов, но количество показателей в каждой из групп меньше.
Большинство переносных УЗ сканеров общего назначения, как и стационарные, применяются для абдоминальных, вагинальных, ректальных и интраоперационных исследований, для акушерских и гинекологических обследований и расчетов, а также для исследования малых органов (желёз). Однако, т. к. низкая масса для переносных УЗ сканеров является одним из главных требований, то эти приборы характерны и более низким, по сравнению со стационарными, уровнем функциональной оснащенности. Снижение уровня функциональной оснащённости произведено, в основном, за счёт исключения или сокращения объёма кардиологических исследований, уменьшения количества типоразмеров наружных датчиков и зондов и т. д. Вместе с тем анализ динамики появления новых моделей УЗ сканеров на рынке медицинской техники показывает, что за последние 5 лет к производству сканеров в переносном исполнении приступает всё большее число фирм-изготовителей, при этом уровень функциональной оснащённости новых приборов имеет тенденцию сближения с уровнем стационарных при сохранении требований к транспортабельности.

123. Стационарные УЗ сканеры для исследования гемодинамики

 Стационарные УЗ сканеры для исследования гемодинамики сердечно-сосудистой системы многие фирмы называют также эхокардиографами. Приборы данного класса являются специализированными УЗ-диагностическими приборами для кардиологических исследований с обязательным режимом доплера и расширенным математическим программным обеспечением для расчёта целого ряда специфических параметров сердечно-сосудистой системы. На рис. 8 изображён один из них УЗ диагностический кардиологический прибор «Вайвид файв» (Vivid Five) американской корпорации «Дженерал Электрик Медикал системз» (General Electric Medical systems).Сведения о стационарных приборах для УЗ исследований гемодинамики приведены в таблице 3. По сравнению со стационарными УЗ диагностическими приборами общего назначения для номенклатуры технико-экономических характеристик предусмотрено только 5 групп, т. к. из их числа исключена группа «Функциональные возможности». Это исключение обусловлено тем, что во всех стационарных УЗ приборах для исследования гемодинамики сердечно-сосудистой системы в связи с их спецификой обязательно имеются функции отображения ЭКГ и, естественно, функции усиления, ослабления, масштабирования и замораживания изображения. Отсутствует функция управления биопсией. Из группы характеристик «Измерения и вычисления» исключены характеристики, не применяемые в кардиологии, и расширено число характеристик, относящихся к деятельности сердечно-сосудистой системы. Группа характеристик «Функциональная оснащённость» отличается обязательным наличием секторных датчиков (механических или электронных). Наличие карандашных (транскраниальных) датчиков для исследования сосудов головного мозга отмечается в строке «Дополнительные данные» как разновидность секторных датчиков. Номенклатура специальных датчиков и зондов ограничена только зондами, предназначенными для исследования состояния сердца и сосудов.
В группе «Технические показатели» рабочие частоты излучения датчиков дифференцированно указаны для импульсного и непрерывного доплеровских режимов без указания способа сканирования, осуществляемого этими датчиками. При этом частота излучения датчиков в импульсном режиме находится в пределах от 1,9 до 3,25 МГц, а в непрерывном режиме от 1,9 до 10 МГц. Введены также показатели, характеризующие мощностные характеристики доплеровского излучения.

124. Переносные УЗ диагностические приборы для исследования гемодинамики

 Использование переносных УЗ-диагностических приборов чаще всего ограничено исследованиями гемодинамики периферийных сосудов и сосудов головного мозга (транскраниальные исследования). Все приборы данного класса характерны наличием аудиоканалов для прослушивания пульса. Возможность прослушивания обеспечивается величиной доплеровского приращения, которая мала настолько, что попадает в область слышимого звука (от 20 до 16000 Гц). Поэтому данные приборы обязательно снабжены звуковыми усилителями с выходом на динамические громкоговорители или на стереонаушники.Общей функцией для всех приборов данного класса является определение наличия кровотока и локализация атеросклеротических поражений. В некоторых, более сложных приборах выполняются функции измерения (скорости кровотока, частоты сердечных сокращений и др.) и вычисления относительных параметров (индексов) кровотока.Сведения о переносных диагностических приборах для УЗ исследований гемодинамики приведены в таблице 4. По сравнению со стационарными УЗ приборами для номенклатуры технико-экономических показателей переносных приборов предусмотрено только 4 группы показателей, т. к. из их числа исключена группа «Режимы отображения». Это обусловлено тем, что во всех переносных УЗ приборах для исследования гемодинамики в связи с их спецификой имеется только один режим отображения режим доплера. При этом в данных узкоспециализированных приборах применяются только электронные датчики секторного типа (в т. ч. карандашные): для исследования периферийных сосудов с высокой частотой излучения от 4 до 20 МГц, работающие в непрерывном режиме (CW), а для исследования сосудов головного мозга с более низкой частотой излучения от 1,9 до 5 МГц, работающие в импульсном режиме (PW). Выход информации может быть реализован на головной телефон в виде фонендоскопа, на жидкокристаллический знаковый индикатор или на бумажную ленту с помощью соответствующего принтера. На рис. 9 изображён простейший прибор «Версадоп 5» (Versadopp 5) американской компании «Дайэгностик Алтресаунд» (Diagnostic Ultrasound), имитирующий своим внешним видом пишущую ручку. В дистальном конце этого прибора размещён доплеровский излучатель/приёмник, работающий в непрерывном режиме излучения УЗ с частотой 5 МГц , а далее в корпусе миниатюрный электронный преобразующий блок и батарея электропитания, которые соединены с головными телефонами. На рис. 10 изображён переносной аппарат «Мини Доплекс» (Mini Dopplex) английской фирмы «Эйч-Эн-И Хэлзкэйр» (HNE Healthcare) с карандашным датчиком 4 или 8 МГц, работающим в непрерывном волновом режиме, с выводом информации о скоростях кровотока в периферийных сосудах на жидкокристаллический знаковый дисплей.С целью расширения функциональных возможностей некоторые переносные УЗ диагностические приборы по отдельному заказу могут доукомплектовываться низкочастотными датчиками (2 или 3 МГц) для проведения акушерско-гинекологических исследований.

Прочие специализированные УЗ диагностические приборы

 Кроме УЗ диагностических приборов для исследования гемодинамики известны также УЗ диагностические приборы и других клинических назначений. Сведения о них, как правило, публикуются в специальных выпусках нашего журнала. Так, сведения об УЗ диагностических приборах, используемых в урологии, акушерстве и гинекологии, а также в офтальмологии, уже были опубликованы соответственно в журналах «Конус-Медик» NN 8 и 9 за 1996, N 14 за 1997 и N 22 за 1998 год.