Сучасні особливості УЗ датчиків

13 січня 2022

Ультразвуковий датчик – невід’ємний атрибут УЗ-сканерів. Як правильно підібрати ультразвуковий датчик відповідно до поставлених задач, щоб отримати максимально якісне зображення зони інтересу? Спробуємо розібратися.

Ми не будемо детально описувати як генеруються ультразвукові хвилі та формується зображення, адже фізика ультразвуку – це основа знань кожного фахівця, що займається ультразвуковою діагностикою.

Почнемо з короткої класифікації. В першу чергу – це класифікація за конструктивними параметрами:

Конвексний датчик. Використовує частоту 2,5-7,5 МГц. Має меншу довжину, тому домогтися рівномірності його прилягання до шкіри пацієнта простіше. Однак, при використанні конвексних датчиків отримується зображення по ширині на кілька сантиметрів більше розмірів самого датчика. Для уточнення анатомічних орієнтирів лікар зобов'язаний враховувати цю невідповідність. За рахунок меншої частоти глибина сканування досягає 20-25 см. Зазвичай використовується для дослідження глибоко розташованих органів - органи черевної порожнини і зачеревинного простору, сечостатевої системи, тазостегнові суглоби.

Лінійний датчик. Використовує частоту 5-15 МГц. Перевагою лінійного датчика є повна відповідність досліджуваного органу положенню самого датчика на поверхні тіла. Недоліком лінійних датчиків є складність забезпечення в усіх випадках рівномірного прилягання поверхні датчика до шкіри пацієнта, що призводить до спотворень одержуваного зображення по краях. Також лінійні датчики за рахунок більшої частоти дозволяють одержувати зображення досліджуваної зони з високою роздільною здатністю, проте глибина сканування досить мала (не більше 10 см, хоча часто виробники пишуть глибину набагато більшу – це не відповідає дійсності). Використовуються в основному для дослідження поверхнево розташованих структур - щитовидної залози, молочних залоз, невеликих суглобів і м'язів, а також для дослідження судин.

Фазований/секторний датчик. Працює на частоті 1,5-5 МГц. Має ще більше невідповідність між розмірами датчика і одержуваним зображенням, тому використовується переважно в тих випадках, коли необхідно з маленької ділянки тіла отримати великий огляд на глибині. Найбільш доцільне використання секторного сканування при дослідженні, наприклад, через міжреберні проміжки. Типовим застосуванням секторного датчика є ехокардіоскопія - дослідження серця, дослідження судин мозку (транскраніальне сканування), дослідження плевральних порожнин та легеневої тканини

Біплановий датчик. Це поєднання двох видів випромінювачів (конвекс+конвекс або конвекс+лінійка), що дозволяє отримати зображення в продольному та поперечному зрізі. Існують навіть трьохпланові датчики, проте широкої популярності в ультразвуковій діагностиці вони так і не набули. Біпланові датчики наразі використовується в основному в урології для оцінки передміхурової залози

Олівцевий датчик (сліпий CW). Олівцеві доплерівські датчики застосовуються для дослідження магістральних судин кінцівок і шиї з частотою 2-8 МГц за допомогою постійно-хвильового доплера (CW-доплера). Датчики, що містять окремий випромінювач та приймач – можуть працювати в В-режимі та КДК. Проте, у зв’язку з тим, що наразі використання CW-доплера в сучасних УЗ-сканерах можливо на всіх датчиках, доцільність використання олівцевих датчиків втратила актуальність. Наразі, враховуючи низьку ціну на ці датчики вони досі виготовляються виробниками та застосовуються у медичній практиці

Внутрішньопорожнинний датчик. В свою чергу поділяються на вагінальні, ректальні, вагінально-ректальні, трансуретральні. Скануюча поверхня може бути представлена конвексом, фазою або лінійкою. Кут огляду та частота таких датчиків достатньо різноманітна. Існує великий спектр внутрішньопорожнинних датчиків безпосередньо для біопсій, біопсійна голка проходить безпосередньо через тіло самого датчика. Найпопулярніший серед клініцистів внутрішньопорожнинний датчик – датчик з конвексною скануючою голівкою, з частотою сканування 5-9 МГц, кут огляду – від 90 ° до 180 °

Модифікації традиційних датчиків:

Мікроконвексні датчики. Це конвексний датчик, який використовується в педіатрії та для нейросонографії.

Черезстравохідні датчики. Використовуються для проведення ехокардіографії. Є педіатричні і дорослі з різною довжиною і діаметром. Робоча частота 4-9 МГц, кут – близько 90 °. Сучасні варіації припускають бі-планову будову, але найчастіше це секторні і мікроконвексні датчики.

Лапароскопичні/інтраопераційні датчики. Застосовуються при лапароскопічних втручаннях. Їх особливістю є можливість управління джойстиком. Інтраопераційні датчики УЗД апарату призначені для візуалізації дій хірурга в операційному полі.

Об’ємний (3D/4D) конвексний або лінійний датчик. Сканування здійснюється за допомогою скануючої голівки яку приводить в рух мотор, що розташований в самому датчику. Для отримання трьовимірних зображень. Використовується найширше в акушерстві.

Наступним важливим параметром ультразвукових датчиків є технологія виробництва. По технологіям, що використовуються в ультразвукових датчиках, виділяють:

П’єзокристалічні (стандартні) датчики. Найпопулярніші по використанню в клінічній практиці, через відносно малу вартість та поширене виробництво. Чим щільніше розташовані елементи, тим більшу роздільну здатність ми можемо отримати. Наприклад, конвексні та лінійні датчики стандартної щільності, містять 128 елементів, аналогічні випромінювачі високої щільності – 192 елементи. Проте, важлива не сама кількість елементів. Вирішальне значення має щільність ліній, яка залежить від геометричних параметрів датчиків (апертури, кута огляду, радіуса).

Монокристалічні датчики. Відмінність по технологічному процесу полягає в тому, що стандартні - п’єзокристалічні датчики збираються з окремих п’єзоелементів. Вони, хоч і незначно, проте різні, це негативно впливає на якість отриманого зображення. В монокристалічних датчиках п’єзоелементи «нарізаються» з одного кристалу. Отримане на таких датчиках зображення – менш «зашумлене» (більш чисте), ще до будь-яких вже комп’ютерних опрацювань сигналу.

Матричні датчики. В класичних УЗ-випромінювачах п’єзоелементи (128-256) розташовані в один ряд. Матричні датчики мають від 3 до 10 таких рядів - матрицю. Декілька рядів п’єзоелементів формують промінь, більш тонкий та більш рівномірний по товщині. Чим вужчий промінь, тим вище розширення зображення. Такий ефект дають високощільні датчики, проте тільки на певній глибині (в фокусі). Матричні датчики, однаково гарно візуалізують ближню, середню та дальню зону сканування. Такі випромінювачі в 2 рази дорожчі за класичні. В залежності від кількості рядів, виділяють 1.5D та 2D (коли кількість елементів практично однакова з обох сторін і можна отримати об’ємне зображення).

Заключним кроком, обираючи ультразвуковий датчик, потрібно звернути на геометричні та акустичні параметри - апертура (робоча поверхня), радіус кривизни та кут огляду – відповідно.

Якщо умовно поділити ультразвукові сканери всіх наявних виробників на 3 групи: базові (апарати низького класу), середнього класу та експертні УЗ сканери, варто відмітити, що кількість підтримуваних датчиків прямопропорційно росте з класом апарату. Так, базові апарати обмежені 1-2 стандартними датчиками для основних видів обстеження. Апарати середнього класу мають достатньо широкий вибір датчиків з різною частотою, підтримка монокристальної технології. Експертники, як правило, в своєму арсеналі мають не один десяток датчиків, що задовольнить навіть самого вибагливого клініциста, матричні датчики виробники виготовляють виключно для «експертників». Враховуючи ці особливості, при виборі датчика, намагайтеся витиснути максимум з ультразвукової машини та отримати максимально якісне та чітке зображення, що не дасть шансів лікарю на діагностичну помилку.