12 апреля 2019

Характеристики УЗС

Для тех, кому приходится иметь дело со спецификациями ультразвукового оборудования, данная статья может быть очень полезна. Речь пойдет о ключевых параметрах ультразвуковых систем.

Характеристики УЗС

Для тех, кому приходится иметь дело со спецификациями ультразвукового оборудования, данная статья может быть очень полезна. Речь пойдет о ключевых параметрах ультразвуковых систем. Их наличие в списках характеристик не случайно и когда-то даже имело смысл.

Как и любая сложная техника, ультразвуковое оборудование имеет свои специфические характеристики. Однако, их отличает одна очень важная деталь. Те характеристики, которые определяют, насколько качественный результат система выдает, зависят от слишком большого количества факторов.

К таким характеристикам можно отнести продольное и поперечное пространственное разрешение, контрастное разрешение. Но почему мы не видим их в спецификациях? Более того – как получилось, что их там никогда и не было?

Когда мы сканируем пациента, ультразвук проходит не сквозь однородный гель. Тело человека очень сильно влияет на проходящие ультразвуковые волны. Соответственно, в разных людях они проходят по-разному, и одна и та же система дает различные результаты.

Поясню на примере: вообразим, что автомобили вдруг изменили свои свойства. И теперь такой параметр, как время разгона до 100 км в час зависит, кроме прочего, от: температуры воздуха, давления, настроения водителя, фазы луны и т.п. То есть, вполне возможно, что при определенных условиях «копейка» обгонит «феррари».

Тоже самое происходит и в случае с ультразвуковым сканером. «Разрешения» - зависят от датчика, выбранной частоты, глубины, да и просто от пациента. То есть, худого пациента слабая система иногда покажет лучше, чем сильная – тучного. Как результат, таблица пространственных разрешений на всех частотах и глубинах все равно не дает адекватной оценки уровня изображения. А ее сравнение у двух различных систем было бы очень затруднительным.

Поэтому инженеры вынуждены использовать параметры, которые косвенно говорят о качестве ультразвуковой системы. Причем, поскольку сама процедура получения ультразвукового изображения несколько сложнее, чем процессы, происходящие в автомобиле, то и параметры получаются более «опосредованными».

В случае с машиной, все же, можно примерно прикинуть: чем больше лошадиных сил, тем быстрее она поедет. На ранних этапах становления ультразвуковой техники так было и в ультразвуке. Рассмотрим эти параметры подробнее:

1. Физические и виртуальные каналы.

Первые электронные (не механические) датчики содержали относительно небольшое число элементов. Поэтому количество микросхем, которые были подключены к ним, также оставалось небольшим. Это значение и называется числом физических каналов. Как правило, одна микросхема подключается к нескольким элементам по очереди. С развитием технологий производства датчиков число элементов росло. Поэтому более современные системы располагали большим числом физических каналов. Разумеется, чем позже была разработана ультразвуковая система, тем большее число технологий в ней было использовано и тем лучший результат она давала. Кроме того, появилась возможность одновременно «стрелять» значительным числом элементов (апертура), чтобы создать мощный луч с хорошим проникновением. Данный параметр непосредственно влияет на пространственное разрешение. По совокупности этих двух факторов (современности и апертуры) системы раньше можно было вполне адекватно оценивать по числу физических каналов.

Виртуальные они же цифровые они же процессинговые каналы – это число вычислительных разделенных процессов, протекающих внутри цифровой части ультразвуковой системы. Чем большему числу процедур обработки подвергаются сигналы – тем выше число виртуальных каналов, которое необходимо. Первые цифровые ультразвуковые системы не содержали большого числа фильтраций, соответственно, число таких каналов было небольшим. С развитием «математики» их число росло. Соответственно, современные системы более высокого класса в спецификации имели большее число цифровых каналов.

Однако, в настоящее время большинство имеющихся на рынке ультразвуковых систем располагают близким числом физических и виртуальных каналов. По крайней мере, в спецификациях, а именно их анализу посвящена данная статья. Есть устаревшие модели, дожившие до наших дней, облаченные в новенькие корпуса. У таких систем число каналов низкое, но их производители не хотят афишировать данный факт. Соответственно, на остальные модели информацию о числе физических каналов также приходится закрывать. Однако, погоды на рынке ультразвука эти устаревшие модели не делают даже в низких ценовых сегментах. Все-таки, мало кто хочет приобретать откровенно слабые сканеры. Тем мне менее, традиция не указывать число физических каналов сохраняется и в настоящее время.

Для приблизительной оценки числа физических каналов используют простой скрепочный тест. Кладут на конвексный датчик гель, ставят максимальную глубину сканирования и положения фокуса. Последнее – часто забывают. Прикладывают скрепку и смотрят, какую часть сектора сканирования занимает засвеченная зона. Если около одной четверти – перед вами «старье». Система пытается пробиться на большую глубину и использует максимальную апертуру, на которую способна. Обычно в случае не современного сканера мы и видим, что одновременно «стреляет» всего 32 элемента из 128.

Что до числа виртуальных каналов, то оно по определению не проверяемо и ограничено только фантазией того, кто составляет спецификацию.

Как результат имеем: число физических каналов до сих пор имеет ограниченную полезность, но редко доступно. Число виртуальных доступно, но многократно уже искажено. Вывод – обращать внимания на число каналов, указанное в спецификациях той или иной системы, не имеет смысла.

2. Динамический диапазон.

Вторым по важности параметром ультразвуковой системы является динамический диапазон. Этот параметр измеряется в децибелах (дБ). Его значение колеблется в пределах 150-300 дБ для различных систем. Децибел – это единица измерения отношения одной величины к другой. Она не линейна: 20 дБ – 10, 40 дБ – 100, 60 дБ – 1 000 и т.п. Динамический диапазон показывает отношение максимального сигнала, принимаемого от датчика, к минимальному сигналу, который можно распознать на уровне шумов. То есть, чем ниже уровень фонового шума системы, тем больше отношение сигнал-шум и тем выше значение динамического диапазона.

Как и наше ухо, которое способно адекватно воспринимать звуки от слабейшего шелеста до дикого рева, ультразвуковые сканеры способны принимать и распознавать сигналы в очень широком диапазоне амплитуд. Однако, динамический диапазон в 300 дБ, например, означает отношение сигнала к шуму в миллион миллиардов раз, что, конечно, перебор. К сожалению, этот столь значимый, но не проверяемый параметр также «заврали», и он перестал быть пригоден.

В итоге, если бы такие характеристики, как число физических и виртуальных каналов, а также динамический диапазон были проверяемы. Или если бы мы жили в почти идеальном мире, то данные параметры в сочетании достаточно точно говорили бы нам об уровне ультразвуковой системы. Хотя, какая именно из систем одного уровня лучше – не было бы ясно даже по ним. Как я уже говорил выше – они являются косвенными и опосредовано влияют на качество ультразвукового изображения.

3. Параметры датчиков.

Дополнительным параметром качества ультразвуковой системы является также количество элементов в ультразвуковых датчиках. Ультразвуковая система не случайно представляет собой именно сочетание сканера и датчиков. Параметры датчика, даже просто качество его сборки - существенно влияют на качество ультразвукового изображения. Существуют тестовые режимы, которые позволяют контроль количества элементов ультразвуковых датчиков. Так что, данный параметр является проверяемым. Правда, такую демонстрацию нужно требовать, так как поставщик может прикинуться «не понимающим».

Однако, количество элементов также не на сто процентов определяет качество картинки. К примеру, система более высокого уровня с датчиками, содержащими всего 128 элементов, может показывать лучше, чем система среднего уровня с датчиками высокой плотности, содержащими 192 элемента. Это связано с тем, что ультразвуковые системы «умеют» строить изображения, делая по несколько ультразвуковых строк на один элемент. То есть, можно сделать побольше строк на кристалл – и общее количество ультразвуковых линий будет примерно одинаковым. Нужно заметить, что данная технология вносит некоторые помехи. Поэтому, скорее, система высокого уровня все же «перебьет» за счет других своих преимуществ.

Что до систем одного класса то, разумеется, с разными датчиками они дают разный уровень изображения. На примере сканеров SonoScape, можно констатировать: одна и та же система с датчиками высокой плотности дает уровень изображения, который примерно на 20% выше, чем со стандартными датчиками.

Тем не менее, такая разница для ультразвуковых систем является довольно существенной. Тут за каждый процент прироста качества производители бьются, иногда, не один год. Поэтому все системы, которые претендуют на звание систем высокого уровня, в обязательном порядке оснащаются датчиками высокой плотности. Тут во что бы то ни стало необходимо опередить конкурентов, и никаких компромиссов быть не может.

Заключение.

В настоящее время не существует по-настоящему значимых, общедоступных параметров ультразвуковых систем. При оценке ультразвукового сканера лучше полагаться на собственную оценку качества изображения. Последнюю лучше проводить на тучных пациентах, а не на моделях со стендов или, упаси боже, по демо-роликам. Если же такой возможности нет – можно спросить специалистов, мнению которых вы по-настоящему доверяете.