Виды датчиков УЗИ аппаратов: устройство, классификация и назначение

Ультразвуковые преобразователи являются ключевыми компонентами УЗИ-систем, предназначенными для сканирования внутренних анатомических структур с целью их визуализации на мониторе диагностического оборудования для выявления патологий. Преобразователи генерируют ультразвуковые волны, которые, отражаясь от тканей (эхо), регистрируются этими же устройствами. Данный компонент УЗИ-аппаратуры позволяет оператору сфокусироваться на целевой области. Принятые эхосигналы преобразуются программными алгоритмами системы в диагностическое изображение. Для оптимизации визуализации в различных областях медицины применяются специализированные типы преобразователей.

Устройство датчика УЗИ

Ультразвуковой преобразователь (трансдьюсер) характеризуется компактными габаритами. Акустическая линза интегрирована в излучающую поверхность (головку) устройства. Подключение к основному блоку аппарата осуществляется посредством кабеля, оканчивающегося электрическим коннектором; существуют также модели с беспроводным интерфейсом связи (например, Wi-Fi).

Ключевым функциональным элементом является пьезоэлектрический кристалл, ответственный как за генерацию ультразвуковых волн, так и за рецепцию отраженных эхосигналов. Рабочая поверхность преобразователя покрыта акустической линзой (с согласованным импедансом) и находится в контакте с электронными компонентами кристалла. Данная поверхность позиционируется оператором на кожных покровах пациента или в контакте со специальной акустической средой (гелем) для обеспечения эффективной передачи ультразвуковой энергии.

Тыльная сторона кристалла оснащена акустическим демпфером (поглотителем заднего излучения) для минимизации паразитных колебаний и улучшения качества сигнала. Преобразователи обеспечивают возможность настройки параметров сканирования, включая выбор зоны фокусировки (ближнее, дальнее поле, фокальная точка). В клинической практике используются различные режимы визуализации, основанные на аксиальной и латеральной разрешающей способности. Часто применяется мультипланарное сканирование (например, в аксиально-латеральной или сагиттальной плоскостях) для детального анализа морфологии структур.

Технические характеристики

Датчики для ультразвукового анализа отличаются такими параметрами:

• бывают матричные датчики, монокристаллический, а также биплановые.
• размер контактирующей площади (апертуры);
• частота ультразвукового излучения;
• радиус кривизны;
• форма и габариты;
• глубина проникновения;
• угол поля зрения;
• области применения.

Основное свойство – разрешающая способность. Это комплексная характеристика, которая определяется частотностью, широтой полос, особенностями кристаллов. Для УЗИ сканирования применяют низкочастотные элементы, которые генерируют волны в диапазоне от 1 МГц, и высокочастотные от 12-14 МГц и выше. Еще выпускают мультичастотные насадки, способные функционировать в разных режимах.

Виды и частота датчиков УЗИ аппаратов

Для исследования в медицине применяют разные модули:

1. Линейный. Название обусловлено линейным расположением пьезоэлектрического элемента. Форма сканирующей поверхности (апертуры)  насадки прямоугольная, у нее хорошее разрешение в ближней области. Линейные датчики работают в интервале до 23-25 МГц, применяются для проверки сосудов, щитовидной железы, суставных структур, органов, расположенных близко к поверхности, для анестезии. Варианты 3D/4D нужны для молочных желез и сонных артерий.
2. Конвексный. У него выпуклая форма, кристаллы расположены по дуге. Конвексным датчиком производят исследования брюшной полости, забрюшинного пространства, органов малого таза, кишечника и д.р.
3. Микроконвексный. Существуют два варианта исполнения: для педиатрии и внутриполостной. 
4. Секторный. Этот тип датчиков используют в кардиологии. У них особое устройство пьезокристаллов в виде фазированной решетки. Апертура небольшая, характеристики чаще от 2-7.5 МГц. Это необходимо для проверки сердца через межреберные пространства, анализа головного мозга.
5. Матричный. У такого типа двухмерная решетка, больше пьезоэлементов, каналов приема и передачи сигнала. Они обеспечивают высококачественное сканирование в формате 3D и 4D.
6. Биплановый. У него несколько сканирующих поверхностей, которые могут быть представлены конвексной-линейной, линейной-линейной поверхностями. Иногда сочетают УЗИ и эндоскоп в одной части, что необходимо для видеоэндоскопического обследования. Интраоперационные устройства используют, чтобы следить за динамикой после хирургических вмешательств. Катетерные требуются для сканирования в труднодоступных зонах. Для операций вводят лапараскопические с эндоскопами, чтобы контролировать все манипуляции хирургов.

Особенности сканирования

УЗИ диагностика базируется на том, что разные ткани по-разному отражают ультразвуковые волны, поскольку с учетом плотности у них свои акустические свойства. У оборудования несколько режимов работы:

1. В-режим (двухмерный, серошкальный) – базовый формат исследования. 
2. М-режим – режим одномерного сканирования, при котором отражённые эхосигналы отображаются на мониторе вдоль горизонтальной оси, соответствующей текущему времени.
3. Допплер, который используют при проверке вен и артерий, его скорости в черно-белом и цветном форматах, включая картирование, спектральную импульсную проверку, волновой, триплексный анализ.
4. Дополнительная (не доперовская) визуализация, включая V-flow, B-flow для комплексного анализа кровотока.
5. 3D и 4D моделирование, чтобы построить объемную модель.

Для узкопрофильных исследований устанавливают мультисрезовые режимы, как при томографии, назначают проверку с контрастных соединений.

Качество визуализации определяется разрешающими способностями модели, диапазоном частот, разрешающей способностью экрана, набором фокусных зон. Для каждой области исследований разработаны автоматические схемы настройки параметров работы, пакеты программ, чтобы обрабатывать изображения, выполнять вычисления, упростить работу доктора.