Портативный УЗИ: обзор технологии и устройств

В продолжение разговора про устройство для мониторинга здоровья рассмотрим такой прибор, как портативный аппарат УЗИ. Традиционно тема УЗИ вызывает у врачей немалый интерес, т.к. этот метод диагностики очень важен, он неинвазивен и дает много информации о заболевании и общем состоянии пациента. Многие врачи используют его даже во время обхода при осмотре пациента, что крайне удобно.

УЗИ основано на пьезоэлектрическом эффекте, который был открыт еще в 1880 году. Такой датчик состоит из самого корпуса, в котором находится батарейка, и по алгоритму построен вычислительный процесс. Состоит он из пьезоэлектрических кристаллов, которые при подаче на них электрического тока меняют форму. Как мы знаем, все колебания вызывают звуковую волну определенной частоты. Она идет от колебаний этих небольших кристаллов, доходит до органов человека и отражается в разной степени, исходя из характеристик той или иной ткани, на которую идет ультразвуковая волна.

Не секрет, что все ткани имеет разную акустическую проводимость, и когда мы, допустим, делаем УЗИ печени, сердца или желудка, стенки органов обладают разной электрической проводимостью, нежели кровь или кожа, и мы получаем обратную ультразвуковую волну, которая также попадает на эти пьезоэлектрические кристаллы. Таким образом, они не только посылают волну, но и принимают ее, обрабатывая в центральном процессоре, который, зная скорость продвижения волны, может рассчитать, на каком расстоянии какая ткань находится на пути этих волн.

Есть различные аспекты этой темы: например, акустическая линза. Эта линза позволяет делать фокусировку – другими словами, фокусироваться лучам в конкретном положении.

Важно и следующее: есть несколько видов датчика, к примеру - линейный и конвексный являются самыми распространенными. Существуют определенные различия между ними. Форма датчика меняет поле зрения ультразвуковой волны, т.е. при линейном датчике форма одна, и волны идут соответствующим образом, а при конвексном датчике –другая, и волны идут по-другому. Также очень важна частота, потому как от частоты зависит глубина проникновения ультразвуковых волн: чем она ниже, тем дальше волны могут проникать. Соответственно, все датчики, которые рассчитаны на глубинное проникновение, являются конвексными датчиками, которые могут проникать до 25 сантиметров вглубь тела. Их частота при этом будет варьироваться от 2 до 7,5 МГц.

Частота линейного датчика, который предназначен для исследования сосудов, суставов и других околоповерхностных частей тела, варьируется в промежутке 5-15 МГц и имеет до 10 см глубины проникновения. Стоит отметить, что чем выше частота, тем выше разрешение, которое также зависит от количества пьезоэлектрических элементов. Их в таких датчиках может быть 64, 128, 192.

Важным аспектом является и наличие цветного доплера, позволяющего оценить кровоток того или иного участка тела. Он основан на очень интересном эффекте изменения частоты и длины волны в зависимости от движущихся объектов, в данном случае – эритроцитов. Таким образом, когда мы делаем ультразвук, волны отражаются от отдельных эритроцитов, и поскольку они движутся, длина и частота волны меняется. На этом эффекте построено доплеровское сканирование. Когда датчик отмечает, что эритроциты движутся к датчику, он выделяется красным цветом, если синим – значит, от датчика. Таким образом, если при обычном ультразвуковом исследовании мы не можем оценить кровоток, то при подключении доплеровской функции мы можем это сделать, чтобы впоследствии понять, где он нарушен, а где – в состоянии нормы. В портативных приборах УЗИ такие доплеры есть только в топовых моделях, поскольку сильно добавляют стоимость.

Датчики существуют беспроводные и проводные:

• Беспроводной датчик – это вай-фай датчик, внутри которого находятся батарейка, процессор и, собственно, «сердце» датчика. Кроме того, есть небольшой экран, демонстрирующий нам заряд батареи и статус подключения к вай-фаю, а также – беспроводная зарядка. Минусом такой системы является тот факт, что здесь есть лишь один тип датчика. В некоторых фирмах американского производства «тушка» и датчики могут быть сменные, но в китайских образцах он один.
• Что же касается проводных датчиков, то, как это следует из названия, он подключается по поводу к компьютеру или к смартфону, если имеется микро-USB или USB Type-C разъемы. Конечно, такая система будет существенно разряжать смартфон, зато не требует ли батареи, ни дополнительной зарядки. Такой датчик более легкий на вес и компактный.

Довольно важным элементом при использовании датчиков является мобильное приложение. На каких-то аппаратах может располагаться и экранчик, но это не очень удобно для рассмотрения изображения, так что чаще имеются изолированные датчики, которые подключаются к смартфону или к планшету и работают через мобильное приложение. Для работы этого приложения требуется неплохой смартфон с быстрым процессором. Если смартфон стоит 5-10 тысяч рублей, то картинка будет низкого качества и подтормаживать, а на быстрых современных смартфонах изображение получается идеальным.  

Следует также отметить, что в приложении картинку можно определенным образом обрабатывать – например, усиливать контраст, делать что-то ярче, что-то – приглушенным. Один из примеров – система Clear Vision, которая дает нам более четкую картинку, поскольку автоматически достраивает ее исходя из внутреннего алгоритма.

Интересно, что в портативном устройстве может работать искусственный интеллект. Делая УЗИ, мы можем на этапе сканирования определить наличие патологии. Это может пригодиться, допустим, пациентам, использующим прибор самостоятельно в домашних условиях.  Искусственный интеллект может помочь определить локализацию той или иной проблемы, чтобы в дальнейшем передать эту информацию врачу.

Наиболее сложный вопрос заключается в том, что большинство таких аппаратов не имеют регистрации в России. В целом, такой датчик можно купить за стоимость выше 800 долларов. В Китае сейчас довольно много компаний, которые предлагают купить его по такой цене, но это будет, скорее, датчик с не очень высоким разрешением, без доплера и проводной. За 1500-1800 долларов можно купить прибор с более высоким разрешением; за 2000 долларов – с наиболее высоким разрешением и качеством.

К сожалению, эти датчики, как было сказано выше, не имеют регистрации в России, и, если Вы врач, то не имеете право работать с этими датчиками в рамках лечебного учреждения. Это создает определенные сложности на пути вступления приборов на отечественный рынок и выстраивания ценовой политики.  Тем не менее, следует отметить, что в общемировой тенденции такие устройства становятся доступными и, в принципе, могут использоваться не только врачами, но и пациентами. Быть может, с развитием искусственного интеллекта прибор УЗИ некогда трансформируется в домашний диагностический прибор.