Современные тренды ультразвуковой визуализации

Совершенствование технологий ультразвуковой визуализации помогает повысить качество диагностики за счет оперативного получения клинической информации. УЗИ дает возможность быстро получить необходимые клинические данные, что позволяет снизить общие расходы на здравоохранение за счет применения этого метода вместо более дорогих диагностических процедур.

За последние годы ультразвуковая диагностика стала использоваться практически повсеместно — в акушерстве и гинекологии, ортопедии, кардиологии, при оказании неотложной помощи, выявлении рака предстательной железы, рака молочной железы и т.д. Быстродействие, эффективность, низкие издержки и неинвазивный характер исследований выгодно отличают УЗИ от других методов визуализации. Кроме того, ультразвуковое оборудование отличается невысокой стоимостью, — самая современная ультразвуковая система обойдется примерно в пять раз дешевле, чем простейший МР-томограф.

Эволюция ультразвукового оборудования для диагностической визуализации подчиняется закону Мура, касающемуся производительности компьютеров, — он гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года. Ультразвуковая визуализация развивается почти такими же темпами. Миниатюризация устройств и архитектура на базе ПК с операционной средой Windows позволяют создавать все более компактные приборы, которые содержат все большее число обрабатывающих модулей.

Одним из важнейших достижений стало серийное производство портативных ультразвуковых сканеров с расширенными вычислительными возможностями. Число фирм-производителей комплектного ультразвукового оборудования, выпускающих портативные системы, неуклонно увеличивается.

Портативные ультразвуковые системы стремительно совершенствуются и делаются все более популярными среди специалистов во всем мире. Они находят все более широкое применение при экспресс-диагностике в месте оказания медицинской помощи и используются главным образом для исследования брюшной полости, почек, сердца и периферической сосудистой системы. Расширение функциональных возможностей систем, которые могут применяться для диагностики в месте оказания медицинской помощи, помогло им получить признание специалистов.

Еще одно существенное достижение — повышение вычислительной мощности традиционных систем. Они оснащаются все более сложными и совершенными вычислительными алгоритмами для реконструкции и воспроизведения изображений. Важным шагом вперед стал режим тканевой гармоники (Tissue Harmonic Imaging) — технология выделения гармонической составляющей колебаний внутренних органов, вызванных прохождением сквозь тело базового ультразвукового импульса, которая снижает уровень шумов и повышает качество изображений.

3D визуализация в режиме реального времени: будущее ультразвуковых исследований

Важное преимущество ультразвука перед другими методами визуализации, в частности, компьютерной томографией и МРТ, — возможность изучать анатомические структуры в режиме реального времени. Однако в отличие от позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), позволяющей оценивать функциональную активность организма, ультразвук долгое время не мог использоваться для функциональной визуализации.

Поэтому ученые начали исследовать возможности использования ультразвука для оценки изменений, происходящих с течением времени, — постепенного распада контрастных веществ в организме и реакции органов и тканей на введение контрастных агентов. Стимулом для разработки технологий, которые позволяли бы использовать ультразвук для функциональной визуализации и получения объемных изображений, стали три фактора: повышение вычислительной мощности оборудования, поиски недорогих методов объемной визуализации и наличие контрастных агентов для ультразвуковых исследований.

3D УЗИ в режиме реального времени (или ультразвуковая 4D визуализация) дает немалые преимущества при осуществлении интервенционных вмешательств под контролем УЗИ. Самое главное — это возможность визуализации органов и тканей в реальном времени в режиме 3D. Точность и эффективность данного метода делает его предпочтительным по отношению к двумерной визуализации при выполнении хирургических вмешательств и сложных процедур. Быстродействие выгодно отличает ультразвук от таких методов объемной визуализации как КТ и МРТ, — он позволяет получать до 30 объемов в секунду, что обеспечивает хорошую визуализацию.

Рентгеноскопия тоже обеспечивает высокую скорость визуализации, но поскольку полученные изображения являются двумерными, врачу приходится мысленно реконструировать объемные изображения соответствующих органов. Кроме того ультразвуковая 4D визуализация — более безопасная процедура, а небольшие размеры датчика позволяют без труда совмещать ее с различными манипуляциями. При этом УЗ системы самого высокого технического уровня стоят значительно дешевле, чем оборудование для других методов визуализации.

Несмотря на явные преимущества ультразвуковой 4D визуализации в клинических процедурах она используется не слишком часто, и предпочтение по-прежнему отдается двумерным изображениям. Недостатком этой высокопроизводительной технологии визуализации является её разрешение. Хотя размер воксела объемного изображения менее 1 мм, шумы и артефакты не позволяют различать детали менее нескольких миллиметров. Результаты УЗИ в 3D режиме отображаются в виде статичных объемных изображений, которые позволяют дифференцировать ткани и жидкости, что особенно важно в кардиологии, гинекологии и акушерстве.

В то же время построение 3D изображения методом объемного рендеринга усиливает шумы и искажения, что приводит к появлению нерегулярных поверхностей в изображении. Кроме того, данный метод имеет недостатки при исследовании паренхиматозных органов, — печени, почек и т.д. — где органы производят текстурованные отражения при отображении конечного изображения.

Будущие рыночные возможности

В настоящее время фирмы-производители уделяют пристальное внимание расширению использования ультразвука в радиологии. В то время как 4D УЗИ используется в кардиологии для визуализации движения стенок сердечных камер и створок клапанов сердца, а УЗИ в режимах 3D/4D широко применяется в акушерстве и гинекологии, радиологи продолжают проводить исследования на базе двумерных изображений. Повышение качества изображений, оптимизация рабочего процесса и возможность избежать лучевой нагрузки стимулируют интерес к ультразвуку со стороны ученых и производителей.

КТ и рентгенография остаются предпочтительными методами визуализации в сфере интервенционной радиологии вследствие высокого разрешения и четкости изображений. Данные методы визуализации достаточно дороги, а уровень их безопасности вызывает растущую обеспокоенность во всем мире. Судя по всему, УЗИ в режиме 4D способна помочь эффективному решению этих проблем. В настоящее время производители объединяют ультразвуковые системы с усовершенствованными возможностями GPS, что позволяет контролировать положение иглы в режиме реального времени при осуществлении интервенционных процедур. Такая технология не только повышает эффективность процедур, но и снижает их стоимость для медицинского учреждения и пациента.

Еще одно новое направление, где важна УЗ визуализация в режиме реального времени, — это совмещение изображений, полученных разными методами. Пока совмещение изображений получило наибольшее распространение для таких технологий как ПЭТ/КТ, — здесь данная функция используется уже достаточно долгое время. При ультразвуковой визуализации она применяется реже, что объясняется предпочтением, которые радиологи оказывают таким методам как КТ и МРТ. Однако инновации в сфере ультразвуковых технологий и растущая обеспокоенность воздействием радиации заставляют радиологов уделять все большее внимание ультразвуку.

Совмещение изображений позволяет объединять изображения, полученные двумя различными методами визуализации. Применительно к ультразвуку это означает наложение ультразвуковых изображений в режиме реального времени на полученные ранее данные КТ или МРТ. Такой подход дает специалисту больше диагностической информации, повышая эффективность манипуляций и исследований органов и тканей с помощью УЗИ.

Заключение

Технологии диагностической УЗ визуализации развиваются стремительными темпами. Решения, которые считались лучшими два года назад, сегодня воспринимаются как рядовые и даже простейшие. Эта тенденция способствует острой конкуренции фирм-производителей ультразвукового оборудования в сфере разработки новых технологий и заставляет их непрерывно совершенствовать существующие продукты, расширяя их функциональные возможности.

Развитие технологий объединения сигналов сделали возможным появление ультразвукового оборудования нового поколения — систем для и 4D визуализации. Режим 3D позволяет получать объемные изображения, а режим 4D — объемные изображения в реальном времени.

В ультразвуковом оборудовании первого поколения преобразование изображений осуществлялось с помощью аппаратных средств встроенных в систему, что делало системы весьма громоздкими. Современное ультразвуковое оборудование использует внешние компьютерные системы, которые обрабатывают результаты сканирования и обеспечивают воспроизведение изображений. Это дает возможность создавать более компактные устройства, улучшает вычислительные возможности ультразвуковых аппаратов и повышает качество изображений. Все это позволяет надеяться, что учитывая эти факторы, производители оборудования для 3D/4D УЗ визуализации будут прилагать дальнейшие усилия для повышения вычислительной мощности выпускаемых продуктов.