МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

Аналитико – синтетическое исследование

по дисциплине «Средства съема диагностической информации и подведения лечебных воздействий»

Тема: Датчики, используемые в диагностических УЗ системах. Основные характеристики диагностических УЗ систем.

Студентка гр. 7502		Даутова К.Р.
Студентка гр. 7502		Ковтунова А.А.
Преподаватель		Глазова А.Ю.

Санкт-Петербург

2020

План выполняемого аналитико-синтетического исследования (итоговой презентации):

1. Рассмотреть минимум 3 современных образца определенного в теме исследования типа датчиков (электродов) с указанием их основных характеристик, преимуществ и недостатков, рекомендуемых областей использования, стоимости. В случае, если в рамках рассматриваемой темы существуют различные типы датчиков, желательно рассмотреть образцы всех известных типов.

2. Привести существующие в РФ нормативные документы (ГОСТы, методические рекомендации, СНИПы), регламентирующие обращение данного типа датчиков (или приборов, использующих их) в медицине.

3. Выявить те характеристики датчиков, которые наиболее существенны при применении датчиков в медицинском приборостроении в зависимости от медико-технических характеристик, выдвигаемых к конечному устройству.

4. Выделить текущий мировой фронтир (граница, на которой в настоящий момент остановилось развитие) в развитии рассматриваемых датчиков в медицинской сфере. Сформулировать причины, не позволяющие перейти на следующий уровень развития датчиков в медицинской сфере.

5. Указать на положение отечественных производителей в данной области.

6. Сформулировать краткое аналитическое заключение по теме исследования.

7. Привести список источников, использованных при подготовке исследования.

Ультразвуковое исследование (УЗИ), или сонография, в медицине является методом неинвазивного исследования человеческого организма с помощью ультразвуковых волн. Применение ультразвука в медицинской диагностике связано с возможностью получения изображения внутренних органов и структур. Собственно, получение изображения можно разделить на две части. Первая — излучение коротких ультразвуковых импульсов, направленное на исследуемые ткани, и второе — формирование изображения на основе отраженных сигналов [1].

За многие годы применения данного метода в медицине было разработано множество подвидов ультразвуковых исследований, например:

1. Трехмерное УЗИ — создает 3D изображение в любом ракурсе.

2. Эхоконтрастирование — УЗИ с применением внутривенного контраста, содержащего микроскопические газовые пузырьки. Отличается повышенной точностью диагностики.

3. Тканевая, или 2-я гармоника (THI) — технология с улучшенным качеством и контрастностью изображения, показана пациентам с избыточным весом.

4. Соноэластография — УЗИ с применением дополнительного фактора — давления, помогающего по характеру сокращения тканей определять патологические изменения.

5. Ультразвуковая томография — методика, аналогичная по информативности КТ и МРТ, но при этом совершенно безвредная. Собирает объемную информацию с последующей компьютерной обработкой изображения в трех плоскостях.

6. 4D-УЗИ — технология с возможностью навигации внутри сосудов и протоков, так называемый «взгляд изнутри». По качеству изображения похоже на эндоскопическое исследование.

Основные характеристики диагностических уз систем

Количество моделей ультразвуковых диагностических приборов, выпускаемых различными фирмами, достаточно велико, и для того, чтобы ориентироваться в этом многообразии, полезно ввести определенную классификацию приборов.

Универсальные УЗ системы можно разделить на три основных типа в зависимости от используемых в них рабочих режимов.

1. Ультразвуковые сканеры. Приборы, предназначенные, прежде всего для получения двухмерного черно-белого акустического изображения [2].

Основные режимы работы (modes):

- В (или 2D) - двухмерное изображение;

- М (или ТМ) - одномерная яркостная эхограмма с разверткой во времени.

Дополнительные режимы: В + В, В + М.

2. УЗИ аппараты со спектральным допплером. Иногда они называются дуплексными приборами. Отличаются от обычных ультразвуковых сканеров тем, что дополнительно имеют возможность оценивать спектр скоростей кровотока допплеровским методом.

Основные режимы работы:

- B (2D);

- М (ТМ);

- D - спектральный анализ скоростей кровотока с использованием им-пульсноволнового допплера (PW) и в ряде случаев непрерывноволнового допплера (CW).

Дополнительные режимы: В + В, В + М, В + D (дуплексный).

3. Ультразвуковые системы с цветовым допплеровским картированием. Иногда они называются приборами с цветовым допплером. Это приборы с максимальным количеством функций. Помимо режимов, которые имеются в сканерах со спектральным допплером, этот класс приборов имеет возможность отображения двухмерного распределения скоростей кровотока, выделяемых цветом на двухмерном серошкальном изображении тканей.

Основные режимы работы:

- B (2D);

- М (ТМ);

- D (PW и CW);

- CFM - цветовое допплеровское картирование кровотока.

Дополнительные режимы: В + В, В + М, В + D (дуплексный), В + D + CFM (триплексный).

Помимо перечисленных могут использоваться специальные режимы:

- PD - энергетический допплер;

- TD - тканевый допплер;

- 3D - трехмерное изображение;

- тканевая (нативная) гармоника.

К группе специализированных ультразвуковых диагностических приборов относятся приборы достаточно ограниченного медицинского применения. 1. Офтальмологические ультразвуковые приборы (эхоофтальмометры). Это диагностические приборы для визуализации структур глаза, использующие двухмерное и (или) одномерное изображение.

Основные режимы работы:

- B(2D);

- А - одномерная эхограмма с отображением амплитуд сигналов на различных глубинах.

- D (PW и CW).

2. Фетальные мониторы. Ультразвуковые приборы, предназначенные для измерения частоты сердечных сокращений (ЧСС) плода допплеровским методом.

Основной режим работы: измерение ЧСС плода и статистическая оценка параметров изменения ЧСС.

3. УЗИ аппараты для внутрисосудистых исследований.  Приборы, в которых используются специальные датчики для инвазивного обследования сосудов.

Основной режим работы: В (2D).

4. Приборы для транскраниальных обследований (эхоэнцефалоскопы). Применяются для обследования мозга (обычно через височную область черепа). Основные режимы работы:

- А - одномерная амплитудная эхограмма;

- D (PW) - дополнительно к режиму А.

5. Приборы для литотрипсии. Это приборы, обеспечивающие наведение фокуса ударного воздействия на конкременты, а также контроль за процессом разрушения конкрементов. Основные режимы работы:

-B(2D);

-В+В (В/В).

Функциональные возможности перечисленных выше универсальных и специализированных приборов определяются не только имеющимися в них режимами работы, но и набором датчиков и дополнительных устройств, которые могут быть подключены к УЗИ аппарату, вычислительными программами, устройствами запоминания, архивирования и регистрации диагностической информации.

Области медицинского применения в основном определяются типом датчиков, работающих с ультразвуковым прибором и наличием специализированных режимов работы.

В качестве детектора или трансдьюсера в УЗ системах применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен или тысяч мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одинаковом или разных режимах, аналогично цифровым антенным решеткам [3].

Конструктивно ультразвуковой датчик состоит из сканирующей головки, кабеля и коннектора.

• Коннектор предназначен для присоединения датчика к УЗИ-аппарату и имеет множество контактов, выполненных в виде штырьков или металлических площадок. Довольно часто в корпусе коннектора располагается электронный блок предварительного усиления, в некоторых случаях блок первичного усиления находится в корпусе сканирующей головки.

• Кабель представляет собой гибкий жгут из нескольких сотен микропроводников, соединяющих коннектор и пьезокристаллы сканирующей головки [4].

• Сканирующая головка состоит из:

1 - акустической линзы, предназначенной для формирования геометрии акустического пучка. Линза изготавливается из специального пластика, непосредственно контактирует с гелем и телом пациента, может быть различных цветов (часто это серый, синий или красный).

2 - согласующих слоев, предназначенных для эффективного проникновения акустических волн. Они представляют собой комбинацию различных полимерных материалов.

3 - матрицы пьезокристаллов, предназначенной для излучения ультразвуковых волн. Это представляется возможным благодаря пьезоэлектрическому эффекту.

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая, получаемые с них сигналы, мы можем получать изображение на экране УЗИ-аппарата.

4 - демпфера из твердого материала, предназначенного для устранения чрезмерных вибраций с целью укорочения длины импульса и увеличения разрешающей способности.

5 - пластикового корпуса с гибким окончанием 

6 - муфты - резиновой накладки для предотвращения перегибания и повреждения кабеля в месте выхода из корпуса датчика [5].

Виды датчиков:

Электронные датчики содержат решётки излучателей, обеспечивающих за счет цифрового формирования луча три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдьюсеры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа [6].

Основные типы датчиков УЗИ:

• Конвексный датчик

• Микроконвексный датчик

• Линейный датчик

• Секторный датчик

• Фазированный секторный датчик

• Внутриполостной датчик (трансректальный / анальный, трансвагинальный, трансуретральный)

• Биплановый датчик

• 3D / 4D (Live-3D) датчик

• Матричный объемный датчик

• Карандашный доплеровский датчик

• Чреспищеводный TEE датчик

• Видеоэндоскопический датчик

• Биопсийные датчики

• Катетерный (интраоперационный) датчик

• Внутрисосудистый датчик

• Лапароскопические датчики

• Монокристальные датчики

• Механические датчики

• Офтальмологические датчики

• Транскраниальный датчик

• Отолорингологические датчики

• Ветеринарные датчики

Важные характеристики УЗИ датчика

Каждый тип датчика современного УЗИ аппарата имеет ряд характеристик:

• Частота [МГц] (основная рабочая частота / набор частот для мультичастотного датчика)

• Радиус кривизны сканирующего модуля [мм] (для конвексных и микроконвексных дачтичков)

• Длина (габариты) сканирующего модуля [мм] для линейных, секрторных и некоторых других датчиков

• Угол поля зрения [градусы]

• Глубина [мм], проникающая способность

• Совместимость с биопсийными наборами

• Перечень совместимых (поддерживаемых) моделей УЗИ аппаратов

• Области применения, режимы и виды УЗИ исследований (совместимые наборы настроек в программно обеспечении УЗИ аппарата)

• Габариты [мм]

• Производитель

1. Рассмотреть минимум 3 современных образца определенного в теме исследования типа датчиков (электродов) с указанием их основных характеристик, преимуществ и недостатков, рекомендуемых областей использования, стоимости. В случае, если в рамках рассматриваемой темы существуют различные типы датчиков, желательно рассмотреть образцы всех известных типов.