Современные особенности УЗ датчиков

Ультразвуковой датчик – неотъемлемый атрибут УЗ-сканеров. Как правильно подобрать ультразвуковой датчик в соответствии с поставленными задачами, чтобы получить максимально качественное изображение зоны интереса? Попробуем разобраться.

Мы не будем подробно описывать, как генерируются ультразвуковые волны и формируется изображение, ведь физика ультразвука – это основа знаний каждого специалиста, занимающегося ультразвуковой диагностикой.

Начнём с короткой классификации. В первую очередь – это классификация по конструктивным параметрам:

Конвексный датчик. Использует частоту 2,5-7,5 МГц. Имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента проще. Однако, при использовании конвексных датчиков получается изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 20-25 см. Обычно используется для исследования глубоко расположенных органов – органы брюшной полости и брюшинного пространства, мочеполовой системы, тазобедренные суставы.

Линейный датчик. Использует частоту 5-15 МГц. Преимуществом линейного датчика является полное соответствие изучаемому органу положению самого датчика на поверхности тела. Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности датчика к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям. Также линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высоким разрешением, однако глубина сканирования достаточно мала (не более 10 см, хотя часто производители пишут намного большую глубину – это не соответствует действительности). Используются, в основном, для исследования поверхностно расположенных структур – щитовидной железы, молочных желез, небольших суставов и мышц, а также для исследования сосудов.

Фазированный/секторный датчик. Работает на частоте 1,5-5 МГц. Обладает еще большим несоответствием между размерами датчика и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее предпочтительно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки. Типичным применением секторного датчика является эхокардиоскопия – исследование сердца, исследование сосудов мозга (транскраниальное сканирование), исследование плевральных полостей и легочной ткани.

Биплановый датчик. Это сочетание двух видов излучателей (конвекс+конвекс или конвекс+линейка), позволяющее получить изображение в продольном и поперечном срезе. Существуют даже трехплановые датчики, однако широкой популярности в ультразвуковой диагностике они так и не приобрели. Биплановые датчики используют в основном в урологии для оценки предстательной железы.

Карандашный датчик (слепой CW). Карандашные доплеровские датчики применяются для исследования магистральных сосудов конечностей и шеи с частотой 2-8 МГц с помощью постоянно-волнового доплера (CW-доплера). Датчики, содержащие отдельный излучатель и приемник могут работать в В-режиме и КДК. Однако, в связи с тем, что использование CW-доплера в современных УЗ-сканерах возможно на всех датчиках, целесообразность использования карандашных датчиков потеряла актуальность. В настоящее время, учитывая низкую цену на эти датчики, они до сих пор производятся производителями и применяются в медицинской практике.

Внутриполостный датчик. В свою очередь делятся на вагинальные, ректальные, вагинально-ректальные, трансуретральные. Сканирующая поверхность может быть представлена ​​конвексом, фазой или линейкой. Угол обзора и частота таких датчиков достаточно многообразны. Существует большой спектр внутриполостных датчиков непосредственно для биопсии, биопсийная игла проходит непосредственно через тело самого датчика. Самый популярный среди клиницистов внутриполостный датчик – датчик с конвексной сканирующей головкой, с частотой сканирования 5-9 МГц, угол обзора – от 90° до 180°.

Модификации традиционных датчиков:

Микроконвексные датчики. Это конвексный датчик, используемый в педиатрии и нейросонографии.

Чрезпищеводные датчики. Используются для эхокардиографии. Есть педиатрические и взрослые с разной длиной и диаметром. Рабочая частота 4-9 МГц, угол – около 90°. Современные вариации подразумевают би-плановое строение, но чаще всего это секторные и микроконвексные датчики.

Лапароскопические/интраоперационные датчики. Используются при лапароскопических вмешательствах. Их особенностью является возможность управления джойстиком. Интраоперационные датчики УЗИ аппарата предназначены для визуализации действий хирурга в операционном поле.

Объемный (3D/4D) конвексный или линейный датчик. Сканирование осуществляется с помощью сканирующей головки, которую приводит в движение мотор, расположенный в самом датчике. Для получения трехмерных изображений. Используется шире всего в акушерстве.

Следующим важным параметром ультразвуковых датчиков является разработка производства. По технологиям, используемым в ультразвуковых датчиках, выделяют:

Пьезокристаллические (стандартные) датчики. Самые популярные по использованию в клинической практике из-за относительно малой стоимости и распространенного производства. Чем плотнее расположены элементы, тем большее разрешение мы можем получить. Например, конвексные и линейные датчики стандартной плотности содержат 128 элементов, аналогичные излучатели высокой плотности – 192 элемента. Однако важно не само количество элементов. Решающее значение имеет плотность линий, зависящая от геометрических параметров датчиков (апертуры, угла обзора, радиуса).

Монокристаллические датчики. Отличие по технологическому процессу состоит в том, что стандартные – пьезокристаллические датчики собираются из отдельных пьезоэлементов. Они, хоть и незначительно, но разные, это отрицательно влияет на качество полученного изображения. В монокристаллических датчиках пьезоэлементы «нарезаются» из одного кристалла. Полученное на таких датчиках изображение – менее «зашумленное» (более чистое), еще до любых компьютерных обработок сигнала.

Матричные датчики. В классических УЗ-излучателях пьезоэлементы (128-256) расположены в один ряд. Матричные датчики имеют от 3 до 10 таких рядов – матрицу. Несколько рядов пьезоэлементов формируют луч, более тонкий и равномерный по толщине. Чем уже луч, тем выше расширение изображения. Такой эффект дают высокоплотные датчики, но только на определенной глубине (в фокусе). Матричные датчики одинаково хорошо визуализируют ближнюю, среднюю и дальнюю зону сканирования. Такие излучатели в 2 раза дороже классических. В зависимости от количества рядов выделяют 1.5D и 2D (когда количество элементов практически одинаково с обеих сторон и можно получить объемное изображение).

Заключительным шагом, выбирая ультразвуковой датчик, следует обратить на геометрические и акустические параметры – апертура (рабочая поверхность), радиус кривизны и угол обзора – соответственно.

Если условно разделить ультразвуковые сканеры всех имеющихся производителей на 3 группы: базовые (аппараты низкого класса), среднего класса и экспертные УЗ-сканеры, следует отметить, что количество поддерживаемых датчиков прямопропорционально растет с классом аппарата. Да, базовые аппараты ограничены 1-2 стандартными датчиками для основных видов обследования. Аппараты среднего класса имеют достаточно широкий выбор датчиков с разной частотой, поддержка монокристальной технологии. Эксперты, как правило, в своем арсенале имеют не один десяток датчиков, что удовлетворит даже самого прихотливого клинициста, матричные датчики изготовляют исключительно для «экспертников». Учитывая эти особенности, при выборе датчика старайтесь выжать максимум из ультразвуковой машины и получить максимально качественное и четкое изображение, что не даст шансов врачу на диагностическую ошибку.

Автор: Дмитрий Яковенко, врач УЗИ, аппликант компании Harwind