4D – Трехмерное сканирование в режиме реального времени. Выбор аппарата УЗИ
Вступление. Наименования режимов получения трехмерного изображения
Базовые режимы сканирования ультразвукового прибора позволяют получать акустическую визуализацию плоского слоя зоны сканирования биологических тканей. Различные методики, позволяющие проводить реконструкцию получаемых плоских слоев в трехмерный объект называют режимами трехмерного сканирования.
Существует два режима трехмерного сканирования и наиболее простой режим, при использовании которого можно получить трехмерный объект с помощью обычных двумерных датчиков, называется режимом «свободной руки». Метод получил такое название из-за того, что оператору необходимо провести датчиком вдоль исследуемого биологического объекта, чтобы получить массив двумерных данных из которых в последствии будет реконструирован 3D объект. Подробнее о методе трехмерной реконструкции «свободной руки» можно прочесть по этой ссылке.
Второй режим, наиболее интересный, имеет несколько наименований (Live 3D, 4D, Real-time 3D и др.), в следствии чего, нередко, возникает понятийная путаница. Тем не менее, все эти наименования обозначают один режим – отображение трехмерного объекта в реальном времени. То есть, данный режим позволяет врачу-оператору ультразвукового аппарата наблюдать за трехмерным биологическим объектом в динамике, а значит с минимальными искажениями, вызванными движением исследуемого объекта. Такой режим становится очень интересным для получения трехмерной визуализации плода, чем нередко пользуются медицинские центры в коммерческих целях. Далее по тексту мы будем использовать наименование «4D визуализация», поскольку именно такой термин используется чаще всего и позволяет легко, на интуитивном уровне, отличить методологию построения трехмерного изображения. Четверка в названии (4D) используется для обозначения четвертой координаты – время.
Какой аппарат будет справляться с 4D визуализацией лучше? Какой аппарат выбрать и приобрести?
Действительно, сейчас большая часть предлагаемых к приобретению ультразвуковых систем имеет поддержку 4D визуализации – как бюджетные системы, так и дорогостоящие экспертные системы. Попробуем ответить на вопросы: Какая система будет справляться лучше и почему? Что необходимо учесть при покупке системы для 4D визуализации?
Не так давно 4D визуализацию поддерживали только дорогостоящие системы высшего ценового сегмента, а сегодня можно встретить системы бюджетного класса «рутинного» применения, которые замечательно справляются с задачами трехмерной реконструкции в реальном времени. Обратите внимание на 4D визуализацию бюджетного прибора Mindray DC-N3 на видео, опубликованном нашими Испанскими коллегами:
Дело в том, что 4D визуализация требует значительной аппаратной мощности системы, а поддержка 4D режима бюджетными моделями связана с общим скоростным развитием схемотехники и IT-сегмента в целом. Ответ прост – высокие технологии дешевеют и рынок медицинского ультразвукового оборудования не исключение.
Совет первый: Покупайте наиболее современный ультразвуковой аппарат: Нередко, визуализация более дешевого, но нового аппарата превосходит визуализацию дорогой системы более ранних годов выпуска.
Система. И все таки, какая система наиболее предпочтительна для 4D визуализации?
Ответ на выше заданный вопрос будет достаточно прост: та система, частота получаемых объемов в секунду которой будет выше. С помощью 4D визуализации мы наблюдаем за исследуемым объектом в динамике и чем быстрее двигается объект, тем более высокая частота кадров нам необходима. Посудите сами, почему сегодня мы можем успешно применять системы бюджетного класса для 4D визуализации плода и не можем приметь их для 4D визуализации сердца? Ответ все тот же – время. Если мы наблюдаем за малоподвижной структурой, нам хватит частоты в 3-6 объема в секунду, сердца – от 24 и выше. Но не все зависит только от системы – важен датчик, применяемый для объемного сканирования.
Совет второй: Обращайте внимание на характеристику скорости получения объемных изображений в режиме 4D визуализации, в зависимости от планируемых целей и задачи применения данного режима вами и/или вашими специалистами.
Датчики. Все ли датчики объемного сканирования одинаковы? Какой датчик следует выбрать?
Частота получаемых объемов в секунду не определяется только аппаратными и технологическими возможностями ультразвуковой системы. Не менее важен применяемый датчик и его конструкция. Различают несколько видов конструкции датчиков для объёмного сканирования.
Полностью механический датчик. Сегодня такие датчики не применяются. Если немного упростить описание принципа работы такого датчика, то можно сказать, что это обычный двумерный датчик перемещение которого вдоль исследуемого объекта происходит автоматически. Такое перемещение происходит цикличным образом. Такое сканирование все еще можно назвать ручным, поскольку от метода «свободной руки» оно отличается лишь системой определения положения датчика: акустической, электромеханической или электромагнитной. Покупая новый аппарат УЗД вы никогда не столкнетесь с этой архаичной системой, но если вы приобретаете поддержанный аппарат на вторичном рынке – будьте очень внимательны.
Электронно-механический трехмерный датчик. Именно такой датчик мы встречаем при приобретении систем от бюджетного до экспертного класса. Датчик для электронно-механического сканирования является «золотой серединой» в вопросе получения достаточной частоты объемов в секунду и ценой датчика. В электронно-механическом датчике используется традиционная решетка пьезоэлементов, которая механически перемещается по третьей координате. Решетка находится в корпусе датчика, заполненном специальным маслом.
Теоретические изыскания, основанные на времени сканирования в В-режиме позволяют предположить, что подобная конструкция датчика может обеспечить скорость не менее 100 слоев в секунду. Теоретически, этого достаточно для применения электронно-механического датчика в любой области исследований, в том числе кардиологии.
На практике мы имеем несколько другую картину. Значительное время тратится на перемещение решетки пьезоэлементов по третьей координате и на преобразование информации. За первое отвечает конструкция электронно-механического датчика, за второе аппаратная и технологическая мощность прибора. Так, система экспертного класса может предоставить около 40-50 малых объемов в секунду, а система бюджетного класса – меньше.
Матричный трехмерный датчик. Данный датчик мы встречаем только в системах экспертного класса, причиной этому является высокая стоимость датчика. Применение матричного датчика позволяет решить несколько существенных недостатков электронно-механического сканирования (размер датчика, потери времени на механическое перемещение решетки пьезоэлементов, "мертвая зона" при малой глубине (из-за «шумовых» отражений в объемном корпусе датчика), отсутствия фокусировки луча по «третей оси» сканирования). Матричный трехмерный датчик позволяет получить максимальное число объемов в секунду и делает возможной фокусировку луча во всех плоскостях сканирования.
Совет третий: Обращайте внимание на конструкцию датчика: Если вы планируете использовать 4D визуализацию для экспертных оценок в кардиологии – выбирайте матричную конструкцию датчика. В случае ограниченности бюджета следует руководствоваться тем, что для 4D визуализации ткани сердца время получения объема должно быть не менее 40-50 миллисекунд.
Технологии. Какие дополнительные технологии и опции применяются при 4D сканировании. Какие из них нужны именно вам?
Мы всегда просим определиться нашего клиента с целями применения 4D визуализации. 4D визуализация открывает огромный спектр возможностей для диагностической медицины, основная часть которых лежит в плоскости экспертной высокоточной диагностики заболеваний и пороков на самых ранних стадиях развития. Каждая из таких технологий достойна отдельного описания и статьи на нашем сайте. Здесь же мы просто оставим четвертый совет.
Совет четвертый: Обращайте внимание на поддержку программных технологий в 4D визуализации. Представлено множество подобных технологий и выбираются они под цели и задачи применения ультразвукового прибора.
Например: По нашей статистике продаж 70% систем с 4D визуализацией покупаются для применения в коммерческих целях и получения трехмерной фотографии плода максимального качества. В случае, если подобная цель является основной в покупке системы УЗИ мы рекомендуем покупателю обратить внимание на технологию виртуальной свето-теневой обработки с возможностью перемещения источника освещения. Такая технология существует у практически любого производителя ультразвуковых систем с возможностью 4D визуализации и представлена под различными наименованиями. На видеоматериалах представленных ниже (системы Mindray DC-8 и Mindray DC-70) можно ознакомится с данной технологией:
