Ультразвук и его использование в технике. Ультразвук в медицине и технике: применение и перспективы развития

Как ультразвук используется в современной медицине. Какие новые технологии появляются в ультразвуковой диагностике. Каковы перспективы применения ультразвука в промышленности.

Что такое ультразвук и как он работает

Ультразвук представляет собой звуковые волны с частотой выше порога слышимости человеческого уха, то есть более 20 кГц. В медицине и технике обычно используются ультразвуковые колебания в диапазоне от 20 кГц до 200 МГц.

Ультразвуковые волны обладают рядом важных свойств:

• Способность проникать через различные среды и отражаться от границ раздела сред
• Высокая направленность распространения
• Возможность фокусировки в малые объемы
• Способность вызывать различные физические и химические эффекты в средах

Именно эти свойства позволяют применять ультразвук для диагностики, терапии и в промышленных технологиях. При прохождении через среду ультразвуковые волны частично отражаются от неоднородностей и границ раздела, что позволяет получать изображения внутренней структуры объектов.

Применение ультразвука в медицинской диагностике

Ультразвуковое исследование (УЗИ) является одним из наиболее распространенных методов медицинской визуализации. Какие преимущества дает УЗИ по сравнению с другими методами диагностики?

• Неинвазивность и безопасность процедуры
• Отсутствие лучевой нагрузки
• Возможность исследования в реальном времени
• Относительно низкая стоимость оборудования и исследований
• Мобильность аппаратов УЗИ

Основные области применения УЗИ в медицине:

1. Исследование органов брюшной полости и малого таза
2. Эхокардиография (УЗИ сердца)
3. Ультразвуковая диагностика сосудов
4. Акушерство и гинекология
5. Диагностика заболеваний молочных и щитовидной желез
6. Исследование опорно-двигательного аппарата

Современные ультразвуковые аппараты позволяют получать высококачественные двух- и трехмерные изображения внутренних органов и тканей, а также оценивать кровоток с помощью допплеровских методик.

Терапевтическое применение ультразвука

Помимо диагностики, ультразвук успешно применяется для лечения различных заболеваний. На чем основано терапевтическое действие ультразвука?

• Тепловой эффект — нагрев тканей под действием ультразвука
• Механическое воздействие — микромассаж тканей
• Физико-химическое действие — изменение проницаемости клеточных мембран

Основные направления применения ультразвука в терапии:

1. Ультрафонофорез — введение лекарственных веществ с помощью ультразвука
2. Лечение заболеваний опорно-двигательного аппарата
3. Ультразвуковая хирургия
4. Дробление камней в почках и желчном пузыре
5. Лечение новообразований с помощью фокусированного ультразвука высокой интенсивности

Терапевтическое применение ультразвука позволяет повысить эффективность лечения многих заболеваний и снизить инвазивность хирургических вмешательств.

Новые технологии в ультразвуковой диагностике

Ультразвуковые технологии активно развиваются. Какие инновации появились в УЗИ в последние годы?

• Трехмерный и четырехмерный ультразвук
• Эластография — оценка жесткости тканей
• Контрастно-усиленное УЗИ
• Гибридные технологии визуализации (УЗИ + КТ, УЗИ + МРТ)
• Фотоакустическая визуализация

Эти технологии позволяют получать более детальную информацию о структуре и функциях органов и тканей, повышая точность диагностики. Особенно перспективным направлением является интеграция искусственного интеллекта в ультразвуковые системы.

Применение ультразвука в промышленности

Ультразвуковые технологии широко используются в различных отраслях промышленности. Для чего применяется ультразвук на производстве?

• Неразрушающий контроль материалов и изделий
• Ультразвуковая очистка деталей и инструментов
• Сварка пластмасс и металлов
• Обработка и резка материалов
• Интенсификация химико-технологических процессов
• Эмульгирование и диспергирование

Использование ультразвука позволяет повысить качество продукции, оптимизировать технологические процессы и снизить производственные затраты во многих отраслях промышленности.

Перспективы развития ультразвуковых технологий

Ультразвуковые технологии продолжают активно развиваться. Какие направления являются наиболее перспективными?

• Повышение разрешающей способности и качества изображений
• Разработка новых типов ультразвуковых преобразователей
• Создание портативных ультразвуковых устройств
• Интеграция с другими методами визуализации
• Применение искусственного интеллекта для анализа данных
• Новые терапевтические методики на основе ультразвука

Развитие этих направлений позволит расширить возможности применения ультразвука в медицине, науке и промышленности, открывая новые перспективы для диагностики и лечения заболеваний, а также оптимизации производственных процессов.

Безопасность ультразвуковых исследований

Вопрос безопасности ультразвуковых исследований является крайне важным, особенно при использовании в медицине. Какие факторы обеспечивают безопасность УЗИ?

• Отсутствие ионизирующего излучения
• Использование низких интенсивностей ультразвука в диагностике
• Кратковременность воздействия
• Строгое соблюдение технических параметров
• Постоянный контроль безопасности оборудования

При соблюдении всех правил и рекомендаций ультразвуковые исследования считаются одним из самых безопасных методов медицинской диагностики. Однако необходимо помнить, что любое медицинское вмешательство должно иметь четкие показания и проводиться квалифицированными специалистами.

Ультразвук в природе и технике.

Слайд 1

Ультразвук и его применение.

Слайд 2

Ультразвук Ультразвук — упругие колебания с частотой за пределом слышимости для человека. Обычно ультразвуковым диапазоном считают частоты выше 18 000 герц. Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоемкости газов, упругие постоянные твердых тел.

Слайд 3

Источники ультразвука Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Такие колебания обычно создают с помощью пьезокерамических преобразователей из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвуковых колебаний, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены). В природе УЗ встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве. Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Слайд 4

Свисток Гальтона Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон . Ультразвук здесь создается подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (она составляет около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек.

Слайд 5

Диагностическое применение ультразвука в медицине (УЗИ) Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза.

Слайд 6

Терапевтическое применение ультразвука в медицине Помимо широкого использования в диагностических целях ( Ультразвуковое исследование), ультразвук применяется в медицине как лечебное средство. Ультразвук обладает действием: противовоспалительным, рассасывающим анальгезирующим, спазмолитическим кавитационным усилением проницаемости кожи Фонофорез — сочетанный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно — ионов минералов бишофита . Удобство ультрафонофореза медикаментов и природных веществ: лечебное вещество при введении ультразвуком не разрушается синергизм действия ультразвука и лечебного вещества Показания к ультрафонофорезу бишофита : остеоартроз , остеохондроз, артриты, бурситы, эпикондилиты , пяточная шпора, состояния после травм опорно-двигательного аппарата; Невриты, нейропатии , радикулиты, невралгии, травмы нервов. Наносится бишофит -гель и рабочей поверхностью излучателя проводится микро-массаж зоны воздействия. Методика лабильная, обычная для ультрафонофореза (при УФФ суставов, позвоночника интенсивность в области шейного отдела — 0,2-0,4 Вт/см2., в области грудного и поясничного отдела — 0,4-0,6 Вт/см2).

Слайд 7

Резка металла с помощью ультразвука На обычных металлорежущих станках нельзя просверлить в металлической детали узкое отверстие сложной формы, например в виде пятиконечной звезды. С помощью ультразвука это возможно, магнитострикционный вибратор может просверлить отверстие любой формы. Ультразвуковое долото вполне заменяет фрезерный станок. При этом такое долото намного проще фрезерного станка и обрабатывать им металлические детали дешевле и быстрее, чем фрезерным станком. Ультразвуком можно даже делать винтовую нарезку в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. То же и со штампами. Обычно штамп закаляют уже после его тщательной отделки. На ультразвуковом станке сложнейшую обработку производит абразив (наждак, корундовый порошок) в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно колеблясь в поле ультразвука, частицы твёрдого порошка врезаются в обрабатываемый сплав и вырезают отверстие такой же формы, как и у долота.

Слайд 8

Приготовление смесей с помощью ультразвука Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.

Слайд 9

Применение ультразвука в биологии Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в биологических исследованиях, например, при необходимости отделить клетку от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты с целью изучения взаимосвязи между их структурой и функциями. Другое применение ультразвука в биологии связано с его способностью вызывать мутации. Исследования, проведённые в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой интенсивности может повредить молекулу ДНК.[источник не указан 694 дня] Искусственное целенаправленное создание мутаций играет большую роль в селекции растений. Главное преимущество ультразвука перед другими мутагенами (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи) заключается в том, что с ним чрезвычайно легко работать.

Слайд 10

Применение ультразвука для очистки Применение ультразвука для механической очистки основано на возникновении под его воздействием в жидкости различных нелинейных эффектов. К ним относится кавитация, акустические течения, звуковое давление. Основную роль играет кавитация. Её пузырьки, возникая и схлопываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия. Используемый для этих целей ультразвук имеет низкую частоты и повышенную мощность. В лабораторных и производственных условиях для мытья мелких деталей и посуды применяются ультразвуковые ванны заполоненные растворителем (вода, спирт и т. п.). Иногда с их помощью от частиц земли моют даже корнеплоды (картофель, морковь, свекла и др.). В быту, для стирки текстильных изделий, используют специальные, излучающие ультразвук устройства, помещаемые в отдельную ёмкость.

Слайд 11

Применение ультразвука в эхолокации В рыбной промышленности применяют ультразвуковую эхолокацию для обнаружения косяков рыб. Ультразвуковые волны отражаются от косяков рыб и приходят в приёмник ультразвука раньше, чем ультразвуковая волна, отразившаяся от дна. В автомобилях применяются ультразвуковые парктроники .

Слайд 12

Ультразвуковая сварка Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Такой вид сварки применяется для соединения деталей, нагрев которых затруднен, или при соединении разнородных металлов или металлов с прочными окисными пленками (алюминий, нержавеющие стали, магнитопроводы из пермаллоя и т. п.). Так ультразвуковая сварка применяется при производстве интегральных микросхем.

Ультразвук и его применение в науке и технике

Под ультразвуковыми колебаниями в акустике понимают такие колебания, частота которых лежит за верхним пределом слышимости человеческого уха, т. е. превосходит примерно 20 кГц. Помимо собственно звуковых колебаний, под которыми обычно подразумевают распространяющиеся в среде продольные волны, к ультразвуку относят колебания изгиба и сдвига, а также поперечные и поверхностные колебания, если частота их составляет более 20 кГц. В настоящее время удается получать ультразвуковые колебания с частотой до 106 кГц. Область ультразвуковых колебаний охватывает, следовательно, приблизительно 16 октав. В длинах волн это означает, что ультразвуковые волны занимают диапазон, простирающийся в воздухе (скорость распространения звука с=330 м/сек) от 1,6 до 0,3*10-4 см), в жидкостях (с≈1200м/сек) от 6 до 1,2-10-4 см и в твердых телах (с≈4000 м/сек) от 20 до 4-10-4 см. Таким образом, длина наиболее коротких ультразвуковых волн по порядку величины сравнима с длиной видимых световых волн. Именно малость длины волны обусловила особые применения ультразвука. Он позволяет без помех со стороны ограничивающих поверхностей и т.п. проводить многие исследования, в особенности измерения скорости распространения- звука, в гораздо меньших объемах вещества, чем это допускают ранее применявшиеся колебания слышимого диапазона.

Законы акустики слышимого диапазона действуют без изменений и в области ультразвука; однако здесь наблюдаются некоторые особые явления, не имеющие места в слышимом диапазоне. В первую очередь это возможность визуального наблюдения ультразвуковых волн оптическими методами, которая позволяет реализовать многочисленные интересные способы измерения различных констант материалов. Благодаря малой длине волны ультразвуковые волны допускают отличную фокусировку и, следовательно, получение направленного излучения; поэтому можно говорить об ультразвуковых лучах и строить на их основе своего рода звукооптические системы. )

Сравнительно простыми средствами удается получать ультразвуковые колебания таких больших интенсивностей, каких мы совершенно не знаем в акустике слышимого диапазона. Все эти причины привели к тому, что за последние 20 лет ультразвук нашел исключительно широкое применение в самых различных областях науки и техники. Значение ультразвука выходит теперь далеко за рамки физики. Он находит себе применение в химии, биологии и медицине, в технике связи и металловедении, при испытании и обработке материалов, а также во многих других отраслях техники. Широкому внедрению ультразвука в технику препятствует не недостаточность полученных экспериментальных данных или их сомнительность, а только отсутствие пригодных для широкого промышленного применения эксплуатационно надежных и достаточно экономичных ультразвуковых генераторов. Однако в последние годы в этом направлении был проделан ряд многообещающих опытов и достигнуты значительные успехи. Во всяком случае, можно с уверенностью утверждать, что в обиход промышленного неразрушающего контроля, научной лаборатории, в технику измерений и испытаний, в биологию и медицину ультразвук вошел навсегда.

Источник:

http://Л.Бергман «Ультразвук и его применение в науке и технике», изд. Иностранной литературы, Москва, 1956 г.

5 Ключевые тенденции в новых ультразвуковых технологиях

Вот список из шести ключевых тенденций в ультразвуковых технологиях, которые Imaging Technology News (ITN) видели на конференциях по радиологии и эхокардиографии за последние два года. Для больниц, рассматривающих возможность приобретения новых систем визуализации, этот список будет полезен при сравнении поставщиков.

 

1. Улучшение рабочего процесса УЗИ

В эпоху более низких компенсаций и условий реформы здравоохранения, когда от поставщиков услуг требуется повысить производительность, увеличение пропускной способности пациентов без ущерба для качества стало главной темой. В системах ультразвуковой визуализации и связанных с ними системах отчетности это означает оптимизацию рабочего процесса. Ультразвуковые системы нового поколения предлагают такие функции, как меньшее количество раскрывающихся меню, меньшее количество нажатий клавиш, более быстрое время обработки и автоматизация или полуавтоматизация измерений. Вот несколько примеров из недавно выпущенных систем обработки изображений.

В новой версии системы Canon Aplio 900 CV, выпущенной в 2018 году, клавиш на 40% меньше, что упрощает рабочий процесс. Кроме того, он на 50 процентов легче, чем предыдущие эхо-системы Toshiba.

Компания Hitachi представила свою новую ультразвуковую систему среднего диапазона Arietta 65 на собрании Радиологического общества Северной Америки (RSNA) в 2018 году. Он использует трекбол меньшего размера, чтобы сделать клавиатуру меньше и сделать движения рук короче, что делает систему более эргономичной.

Ультразвуковая система Samsung RS85 получила разрешение FDA в 2018 году и была разработана таким образом, что многие многоэтапные действия теперь объединены в один шаг, чтобы уменьшить количество нажатий клавиш и повторяющихся действий пользователя.

Другим примером является новый Sonimage HS1 от Konica Minolta, который предлагает упрощенную оптимизацию изображения с помощью одной кнопки. Несколько параметров изображения, таких как частота, фокус и компаундирование, автоматически изменяются при настройке глубины.

Автоматизированная сегментация поражений была представлена ​​в системе GE Healthcare Logiq E10 на выставке RSNA 2018 для повышения производительности за счет автоматизации. Существуют значительные эргономические проблемы из-за повторяющихся этапов исследования. Это программное обеспечение избавляет пользователя от необходимости измерять поражения вручную, сегментируя идентифицированное поражение молочной железы, щитовидной железы или печени и автоматически предоставляя след поражения и соответствующей области. Эта функция также помогает обеспечить согласованность между разными пользователями или даже одним и тем же пользователем для документации и последующих действий.

 

2. Интеграция искусственного интеллекта в ультразвук

Автоматизация трудоемких задач, количественная оценка и выбор идеального среза изображения из набора трехмерных данных начинает выполняться с помощью искусственного интеллекта (ИИ). Многие высококачественные ультразвуковые системы уже интегрируют определенный уровень ИИ, и большинство новых систем на всех уровнях в будущем, скорее всего, будут интегрировать более высокие уровни ИИ.

Интеграция алгоритмов искусственного интеллекта в серверную часть ультразвуковых систем началась несколько лет назад с целью ускорения рабочих процессов. Элементы этого встроены в программное обеспечение Siemens eSie Flow для трехмерной оценки клапанов сердца. В системе Philips Epiq используется анатомический интеллект, при котором ИИ может автоматически идентифицировать, сегментировать и кодировать цветом анатомию в поле сканирования. Он также может выбирать оптимальный вид сканируемого среза для различных исследований, извлекая его из наборов трехмерных данных, улучшая воспроизводимость независимо от уровня опыта сонографистов. Ультразвуковые системы Philips Epiq и Affiniti, представленные на выставке RSNA 2018, предлагают анатомический интеллект для визуализации молочной железы, чтобы повысить воспроизводимость и оптимизировать рабочий процесс. Автоматизация и искусственный интеллект обеспечивают визуальное картирование и аннотирование экранированных анатомических структур при минимальном взаимодействии с пользователем.

«В стандартном эхо-исследовании специалист по УЗИ получает сотни изображений. Если кардиолог хочет просмотреть изображения с определенных проекций, ему необходимо просмотреть каждый отдельный клип — почти как листать плотный учебник без оглавления, — сказал Эл Лоевски, генеральный директор отделения УЗИ сердечно-сосудистой системы GE Healthcare. «ИИ дает кардиологу возможность указать конкретную структуру, чтобы система могла автоматически извлекать все изображения с этого вида или определять конкретную анатомию и функцию сердца, приводя процесс обзора обследования в соответствие с диагностическими вопросами врача — скорее чем управление обширной коллекцией изображений и измерений. Это может сэкономить им критически важное время, которое они теперь могут проводить со своими пациентами».

Новейшая версия Konica Minolta Sonimage HS1 использует элементы управления с распознаванием голоса AI для работы без помощи рук. Предназначенный для интервенционных процедур опорно-двигательного аппарата (MSK), он имеет возможность управлять функциями системы с помощью простых голосовых команд. Клиницист может держать датчик в одной руке, а иглу или шприц в другой, что устраняет необходимость в помощнике и поддерживает стерильность поля во время процедур.

Чтобы расширить функциональные возможности портативного карманного ультразвукового аппарата Vscan Extend, компания GE Healthcare добавила LVivo EF DiA Imaging Analysis на базе искусственного интеллекта для автоматического измерения фракции выброса (EF). Традиционно большая часть интерпретации УФ в месте оказания медицинской помощи (POC) проводится посредством визуальной оценки, при этом уровень клинического опыта варьируется в зависимости от условий POC. LVivo EF решает эту проблему, быстро и эффективно предоставляя клиницистам возможность оценки ФВ левого желудочка и измерения объема с использованием ИИ и усовершенствованных алгоритмов распознавания образов.

Компания Northwestern Medicine недавно начала исследование с использованием программного обеспечения EchoGPS для ультразвукового наведения сердца Bay Labs на основе искусственного интеллекта, которое позволит сертифицированным медицинским помощникам (CMA), не имеющим опыта сканирования, получать высококачественные эхокардиограммы. В исследовании также будет оцениваться использование пакета программного обеспечения для измерения и интерпретации EchoMD для выявления определенных типов сердечных заболеваний у пациентов в возрасте 65 лет и старше, проходящих обычные медицинские осмотры в учреждениях первичной медико-санитарной помощи. Исследование SHAPE (Seeing the Heart with AI Powered Echo) является первым исследованием, в котором оценивается получение ультразвука под управлением AI с помощью CMA. Он будет охватывать 1200 пациентов.

«Глубокое обучение окажет глубокое влияние на визуализацию сердца в будущем, а возможность упростить сбор данных станет огромным шагом вперед для предоставления эхокардиограмм в пунктах оказания медицинской помощи в отделениях первичной медико-санитарной помощи», — сказал Патрик М. Маккарти, Доктор медицинских наук, заведующий кардиохирургическим отделением Северо-западной мемориальной больницы, исполнительный директор Института сердечно-сосудистых заболеваний Северо-Западной медицины имени Блюма и главный исследователь проекта.

 

3. Достижения в области 3-D УЗИ

Низкая частота кадров и большая стоимость 3D-ультразвука ограничивают его более широкое распространение, но его применение в некоторых специальных областях помогло быстро расширить методы лечения, такие как транскатетерные структурные вмешательства на сердце. Использование 3D имеет большое применение, когда изображения используются специалистами для планирования процедур или руководства, когда 3D может предложить «взгляд хирурга» на анатомию. Эта технология также используется для помощи при катетерных процедурах в сложной анатомии.

«Технология трехмерного УЗИ становится все лучше и лучше, — сказал Сунил Манкад, доктор медицины, FASE, директор отделения чреспищеводной эхокардиографии (ЧПЭ) в клинике Майо, Рочестер, Миннесота. — В кардиологии это позволяет вам чтобы увидеть взаимосвязь с лежащими в основе структурами. Я не думаю, что мы готовы положить 2-D эхо в постель еще, потому что обычно вам нужно сочетание двух. Частота кадров в настоящее время намного лучше с 2-D по сравнению с 3- D, но 3D имеет решающее значение для таких вещей, как структурная оценка сердца».

Он сказал, что все поставщики совершенствуются, увеличивая частоту кадров, улучшая разрешение и улучшая цветовой допплер. Манкад сказал, что тенденция определенно направлена ​​на то, чтобы 3-D захватила долю рынка 2-D в ближайшие годы.

Большинство 3D-систем по-прежнему работают со скоростью менее 30 кадров в секунду, но технология и скорость улучшаются с каждым годом, говорит Лисса Сугенг, доктор медицинских наук, доцент медицины, директор отделения эхокардиографии и директор Йельской лаборатории эхокардиографии Йельского университета. Школа медицины. Она считает, что настало время, когда всем эхо-лабораториям потребуется хотя бы одна трехмерная эхо-система. Она сказала, что эти системы необходимы в минимальной степени для оценки пациентов кардиоонкологического профиля. Визуализация, которую они обеспечивают, также полезна для хирургов и структурных кардиохирургов, которым требуется трехмерная визуализация для более полной оценки и визуализации клапанов, дефектов перегородки и ушка левого предсердия.

Она сказала, что некоторые поставщики пытались увеличить свои объемы за счет использования многократных сборов данных, но Сугэн сказала, что предпочитает однотактное решение, чтобы избежать артефактов сшивки изображений.

По мере того, как вычислительная мощность продолжает расти, Сугенг сказал, что неизбежно, что частота кадров в 3D-системах будет наверстывать упущенное. «Я думаю, что все компании пытаются к этому стремиться», — пояснила она.

В 2018 году компания GE Healthcare выпустила версию Imaging Elevated своей технологии реконструкции изображений cSound. Эта технология помогает улучшить качество изображения, рабочий процесс и количественную оценку на Vivid E9. 5 система визуализации сердца. Он использует обработку графического процессора для повышения частоты кадров объема, которую GE называет максимальной громкостью или Vmax. Это позволяет почти втрое увеличить скорость передачи кадров для TEE за один бит по сравнению с системами предыдущего поколения.

Смотрите ВИДЕО-интервью с Сугэном.

Смотреть ВИДЕО интервью с Манкад.

 

4. Новые методы ультразвуковой визуализации

Поставщики вышли за рамки базовых двух- и трехмерных изображений, чтобы предложить новые способы реконструкции изображений для ускорения оценки и облегчения понимания.

Новая визуализация, представленная на RSNA 2018, была разработана для визуализации сердца и мозга плода. Детальную оценку сердца плода выполнить сложно из-за небольшого размера и чрезвычайно высокой частоты сердечных сокращений. В 18 недель сердце плода размером с оливку и бьется примерно 150 раз в минуту. Кроме того, сама структура чрезвычайно сложна, и, когда ребенок находится в постоянном движении, он всегда является движущейся мишенью. Визуализация важна, потому что врожденные пороки сердца встречаются у одного из каждых 110 новорожденных во всем мире.

Программное обеспечение для анализа сердца и сосудов плода GE Healthcare для УЗИ плода, предлагаемое на Voluson E10, помогает оценить форму, размер и сократимость сердца плода менее чем за три минуты. Функция под названием Radiant Flow показывает кровоток в трехмерном изображении. Он также может помочь показать кровь с медленным потоком, например сосудисто-нервное кровообращение.

Посмотрите ВИДЕО пример этой технологии, показывающий сердечный кровоток плода и мозговой кровоток.

Еще одним примером, выпущенным в 2018 году, является TrueVue от Philips, который предлагает фотореалистичную визуализацию и возможность изменять местоположение источника света на трехмерных ультразвуковых изображениях. Это позволяет пользователям изменять условия освещения для улучшения контрастности. Источник света можно перемещать, чтобы изменить тени и добавить глубины. Источник света также можно протолкнуть через ткань для подсветки анатомических структур.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО: Фотореалистичное освещение для улучшения качества 3D-эхокардиографии.

Визуализация кровотока в небольших сосудах с медленным течением была невозможна с помощью ультразвука еще пару лет назад, но несколько поставщиков теперь предлагают системы с такой возможностью. Эта функция обеспечивает дополнительный способ проверки поражений на наличие признаков рака или воспаления. Одним из первых был Canon Aplio 900 CV, способный показывать кровоток в капиллярных сосудах. Система среднего диапазона Hitachi Arietta 65 предлагает функцию визуализации мелких кровеносных сосудов для лучшего наблюдения за перфузией в таких органах, как почки. Samsung RS85 также предлагает MV-Flow для визуализации микроваскуляризированных структур с медленным потоком.

Система Canon Aplio 900 CV также запустила в 2018 году новый способ визуализации сердца с помощью эхо-сигнала, называемый четырехкамерным отслеживанием. Он отслеживает объемы крови для всех четырех камер в одном трехмерном изображении. Он предлагает как конечно-диастолическое, так и конечно-систолическое изображение камер. Это позволяет получить картину всей функции сердца сразу, а не рассматривать одну камеру за раз.

Смотрите ВИДЕО демонстрацию этой технологии, включенной в этот сборник новых технологий.

Прошлой осенью компания Baptist Health South Florida стала первой коммерческой площадкой для установки Acuson Sequoia компании Siemens Healthineers. Система поможет улучшить возможности визуализации для гастроэнтерологии, первичной медико-санитарной помощи и бариатрических специальностей. Sequoia обеспечивает визуализацию с высоким разрешением, которая автоматически адаптируется к размеру пациента и личным физическим характеристикам, что способствует более достоверной диагностике. Он адаптируется к биоакустическим изменениям плотности ткани, жесткости и поглощения ультразвукового луча у пациента. Это позволяет системе проникать на глубину до 40 см без ухудшения качества изображения, часто вызванного ослаблением эхо-сигналов.

 

5. УЗИ по месту оказания медицинской помощи

В последние несколько лет произошел взрыв в использовании ультразвука POC (POCUS). Поставщики выпустили множество небольших карманных или немного больших тележек или настенных ультразвуковых систем, позволяющих быстро заглянуть внутрь пациента для более точной и быстрой оценки или определить, требуется ли более высокий уровень визуализации. POCUS переместился во многие области, в первую очередь в неотложную медицину, реанимацию, внутреннюю медицину и анестезию.

«Некоторые учреждения используют полные ультразвуковые системы для всех своих ультразвуковых исследований по месту оказания медицинской помощи. Существует много инструментов для разных работ, и проблема в том, что у многих людей есть разные работы, которые им необходимо выполнять. Некоторые центры проводят очень сложные измерения. захотят полную систему. Некоторые люди говорят, что им нужна портативность, потому что они ходят по всей больнице, чтобы сделать УЗИ у постели больного и использовать эти системы как стетоскоп. Такой человек может захотеть портативное устройство», — объяснил Майкл Ланспа, доктор медицины. , директор службы эхокардиографии интенсивной терапии, Межгорный медицинский центр, Солт-Лейк-Сити, Юта. Он участвует в новых инициативах по обучению POCUS Американского общества эхокардиографии (ASE), чтобы заполнить пустоту, в которой врачи различных узких специальностей ищут базовое обучение УЗИ. Ланспа также входит в образовательные комитеты ASE, Американского торакального общества (ATS) и Общество медицины критических состояний.

Он сказал, что в 2019 году Национальный совет эха предложит официальную сертификацию для ультразвукового исследования в интенсивной терапии, а ASE предложит для этого курс проверки.

За последние пару лет было представлено несколько специализированных систем POCUS. Компания Fujifilm SonoSite Inc. представила полный портфель систем POCUS на выставке RSNA 2018. Ее портативная киоск-система SonoSite X-Porte сочетает в себе элементы управления с сенсорным экраном и настраиваемый интерфейс, который предлагает более 80 обучающих визуальных руководств и учебных пособий в режиме реального времени. Система-раскладушка SonoSite Edge II предлагает интуитивно понятный интерфейс для более легкого доступа к часто используемым функциям и широкоугольный дисплей с антибликовым покрытием для минимальных регулировок во время просмотра. SonoSite SII использует простой портретный дисплей и интеллектуальный пользовательский интерфейс. SonoSite iViz помещается на ладони, обеспечивая быстрые ответы на клинические вопросы.

См. ВИДЕО пример системы SonoSite iViz.

В 2018 году компания Healcerion получила разрешение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) на свой портативный беспроводной ультразвуковой аппарат Sonon 300L, который работает с настольным устройством для отображения изображений. По словам компании, он представляет собой гибкое устройство визуализации, стоимость которого составляет менее 1/10 стоимости традиционного ультразвукового аппарата, а пользовательский интерфейс любой может освоить за считанные минуты.

В марте 2018 года компания Philips объявила о первом интегрированном дистанционном ультразвуковом решении в портативной ультразвуковой системе Philips Lumify. Система состоит из датчика, соединенного с мобильным устройством, и приложения для преобразования смартфонов или планшетов в ультразвуковую систему. Новая функция объединяет клиницистов по всему миру в режиме реального времени, превращая совместимое смарт-устройство в интегрированное телеультразвуковое решение, сочетающее двусторонние аудиовизуальные вызовы с потоковой передачей ультразвука в реальном времени. Пользователи могут вести живую беседу лицом к лицу на своей ультразвуковой системе Lumify. Пользователи могут переключиться на фронтальную камеру своего смарт-устройства, чтобы показать положение зонда. Затем они могут совместно использовать поток изображений Lumify, поэтому обе стороны одновременно просматривают живое ультразвуковое изображение и положение датчика.

Еще одним примером внедрения POCUS в области визуализации молочной железы является выпуск в 2018 году новой портативной ультразвуковой системы молочной железы Viera от Hologic. Беспроводной ультразвуковой сканер предоставляет врачам возможность ранней диагностики и оптимизации клинического рабочего процесса. Он может направлять интервенционные процедуры, такие как биопсия, размещение маркеров и локализация проволоки. Он также может передавать изображения груди на смарт-устройства или PACS.

Одной из самых универсальных систем POCUS, представленных недавно, является ультразвуковой датчик Butterfly IQ и приложение. Компания впервые представила его на RSNA в 2018 году и показала посетителям, как они могут превратить свои iPhone в диагностическую ультразвуковую систему достаточно хорошего качества. Его технология, одобренная FDA, является одной из первых «ультразвуковых систем на чипе», выпущенных на коммерческой основе. Он состоит из датчика, который подключается к iPhone или iPad для записи УЗИ.

Система имеет 18 различных приложений для специализированных изображений, включая визуализацию сердца, сосудов, аорты, легких, брюшной полости и другие. Приложения позволяют проводить количественную оценку и предлагают функции, которые обычно можно найти только в более крупных системах на основе тележек. Компания заявила, что 90 процентов работы, которую можно выполнить в системе на базе тележки, можно выполнить с помощью Butterfly IQ. Приложения позволяют выполнять базовые измерения и аннотации, а изображения можно передавать с устройства на облачный сервер для хранения или передачи в систему архивации и передачи изображений (PACS) в формате DICOM. Изображения также можно сохранять в формате PNG или видео в формате MP4.

Ультразвуковая система на чипе позволяет переконфигурировать один датчик с помощью простой настройки изображения в виде изогнутого, фазированного или линейного датчика, вместо того, чтобы физически иметь и заменять различные датчики. Система также позволяет на лету изменять резкость луча, частоту и глубину фокуса. Система также предлагает режимы сканирования — М-режим, В-режим и цветной допплер. Преобразователь 2-D Butterfly состоит из 9000 элементов и не использует традиционную пьезокристаллическую технологию.

Используя тот факт, что платформа работает на смартфоне, пользователи могут отмечать коллег на изображениях, которые они создают, чтобы получить быстрые консультации в больнице или за ее пределами. Теги создают обезличенную ссылку на изображение, поэтому правила конфиденциальности HIPAA не нарушаются.

Смотрите ВИДЕОинтервью с Lanspa.

 

Связанный с ультразвуком контент:

Достижения в области ультразвука

Последние достижения в области ультразвука, представленные на выставке RSNA 2018

Последние достижения в технологии эхокардиографии

Основные технологические тенденции в эхокардиографии на ASE 2018

ВИДЕО: Выбор редактора самой инновационной технологии эхокардиографии на ASE 2018

ВИДЕО: Тенденции в ультразвуковых технологиях и технологии для просмотра

Взгляд на последние тенденции в ультразвуковой визуализации

Новые тенденции в ультразвуковой визуализации

Пять тенденций, определяющих будущее мирового рынка ультразвуковой диагностики

Достижения в области ультразвука (статья 2016 г.)

Основные тенденции в области УЗИ сердечно-сосудистой системы 

Ультразвук повышает качество благодаря развитию технологий

Доступ к самой последней версии Сравнительной таблицы ультразвуковых систем (www. itnonline.com/content/ultrasound-systems) . Это потребует входа в систему, но это бесплатно и займет всего минуту, чтобы заполнить форму.

 

Как работает ультразвук?

Ультразвук, также называемый сонографией, представляет собой неинвазивный метод, используемый для получения изображений внутренних органов тела, включая кровеносные сосуды, мышцы, органы и другие мягкие ткани. УЗИ может быть выполнено для наблюдения за развитием растущего плода в матке матери, для выявления аномалий или признаков заболевания или даже для визуальной помощи при операциях и биопсии.

Ультразвук не использует радиацию, как рентген или компьютерная томография. Вместо этого он полагается на звуковые волны, генерируемые на таких высоких частотах, что человеческое ухо их не слышит. По словам доктора Крейга К. Фрейденриха, ультразвук похож на эхолокацию, форму общения, используемую летучими мышами и дельфинами, когда они издают звуки и прислушиваются к эху, чтобы определить местонахождение предметов или организмов в окружающей их среде.

Основы

Ультразвуковой аппарат состоит из преобразователя (разновидность датчика) и центрального процессора или компьютера, подключенного к дисплею (монитору), клавиатуре и принтеру.

Как работает ультразвук?

Датчик проводят над участком тела, покрывающим внутренние структуры, подлежащие визуализации. Это преобразователь, который излучает звуковые волны на частотах в диапазоне от 1 до 10 МГц (мегагерц). В свою очередь, звуковые волны отражаются обратно к преобразователю после того, как они отражаются от структур, являющихся фокусом ультразвука. Центральный процессор измеряет интенсивность и скорость эха. Эти измерения преобразуются в электронные изображения, которые отображаются на мониторе машины.

Специалист по УЗИ использует клавиатуру для ввода данных пациента и информации, связанной с процедурой. Печатные копии ультразвуковых изображений могут быть распечатаны для предоставления членам диагностической или медицинской бригады.

Достижения в области ультразвуковых технологий

Подобно постоянному развитию компьютеров и персональных устройств связи, ультразвуковые технологии продолжают развиваться. Первоначально ультразвуковая технология представляла только одно- и двухмерные изображения. Сейчас есть машины, способные генерировать трехмерные изображения. Первый трехмерный ультразвуковой аппарат датируется серединой 19 века.80-е годы; Кадзунори Баба из Токийского университета использовал эту инновационную технологию для захвата 3D-изображений плода. Сейчас есть даже четырехмерные ультразвуковые аппараты, которые генерируют 3D-сканы в режиме реального времени.

Найти школы

Совсем недавно была революционная волна сделать ультразвуковые аппараты более портативными и компактными, полезными в чрезвычайных ситуациях и временных медицинских учреждениях и более удобными в любой клинике или больнице. По данным Klein Biomedical Consultants, в 2007 году спрос на портативные ультразвуковые устройства увеличился на 42% (Источник: «Дизайн недорогих портативных ультразвуковых систем», Джонатан М. Баран). Например, в 2009 г., General Electric выпустила карманный ультразвуковой аппарат V-scan. В начале 2011 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило последнее изобретение Мобисанте: нечто среднее между смартфоном и ультразвуковым сканером.

Достижения в области применения ультразвука постоянно развиваются, и дополнительную информацию можно найти в этой недавно опубликованной статье.

Как сравнить ультразвуковые технологии?

В дополнение к врачам-сонографистам, которых также называют специалистами УЗИ, есть и другие специалисты в области здравоохранения, которые используют технологии медицинской визуализации. Радиологи используют рентгеновские аппараты, МРТ (магнитно-резонансную томографию) и КТ (компьютерную томографию). В отличие от ультразвуковых аппаратов, в этих технологиях используется излучение. Технологи ядерной медицины также используют сканирующее оборудование для захвата внутренних изображений тела. В этом случае они вводят своим пациентам радиоактивные соединения с целью обнаружения аномалий среди визуализируемых структур.