В сучасній ультразвуковій діагностичній апаратурі використовуються датчики Д (S) трьох типів: механічні секторні, електронні секторні та лінійні, які залежно від технології виготовлення і технічних характеристик забезпечують практично всю гаму УЗ функціональних досліджень.

1. Механічне секторне сканування МСС (МSS) забезпечує перевагу малої площини контакту з тілом пацієнта у поєднанні з широким оглядовим полем у дальній зоні, тому ідеально відповідає тим варіантам застосування апаратури, де є обмежений доступ до досліджуваної частини тіла.

Застосовується для формування УЗ-зображень голови новонародженого, серця, кісткового сканування та гінекологічних досліджень.

Схема механічного секторного сканера наведена на рис. 2.16

Рисунок 2.16 – Схема механічного секторного сканера

У ротаційних сканерів кілька окремих ультразвукових випромінювачів обертаються навколо загальної осі, а у коливальних сканерів один ультразвуковий випромінювач здійснює коливальні рухи відносно свого нульового положення.

Оскільки механічні секторні сканери працюють з одним або декількома УЗ випромінювачами, то вони забезпечують таку ж високу роздільну здатність, як і комбіновані сканери.

Одним із небагатьох їх недоліків є обмежена ширина зображення в ближньому полі УЗ випромінювача.

2. Електронне секторне сканування ЕСС (ESS).

Аналогічно до механічних сканерів в медичній практиці застосовуються і електронні секторні сканери, схема одного із них наведена на рис. 2.17.

Рисунок 2.17 – Схема електронного секторного сканера

Лінії розходження зображення формуються завдяки збудженню окремих елементів (об'єднаних в лінійну детекторну схему). При цьому для кожної лінії зображення ця затримка протягом часу постійно змінюється. На практиці сканери такого типу називаються випукло-секторними сканерами і забезпечують високу якість зображення, широке оглядове поле в дальній зоні, зберігаючи при цьому добре оглядове поле у ближній зоні. Ще однією перевагою таких сканерів є те, що вони забезпечують значно вищий рівень завадо- та артефактостійкості порівняно із звичайними фазованими матрицями.

Слід відзначати, що секторне сканування порівняно із лінійним перевершує його, тому що забезпечує вищу якість зображення і дозволяє дивитись більші розміри розрізів.

3. Лінійне сканування (ЛС).

При лінійному скануванні 64 або більше елементарних УЗ перетворювачів розміщені в ряд один біля одного. Замість механічного або електронного сканування тут використовується підключення поряд розміщених перетворювачів в певний час (із зсувом по фазі) за допомогою електронного керування.

Завдяки тому, що декілька елементів об'єднані в одну групу, досягається висока роздільна здатність в боковому напрямку, що забезпечує високу якість зображення. З кожним імпульсом група перетворювачів переключається на один елемент далі, що означає зсув наступної лінії зображення на один елемент (рис. 2.18).

Рисунок 2.18 – Схема лінійного сканування

В схемі із 64 елементами формується УЗ зображення приблизно із 120 ліній. Основним недоліком лінійного сканера є необхідність в значно більшій поверхні контакту датчика із тілом і гірша роздільна здатність, ніж у секторних сканерах.

В 1977 році японська фірма АЛОКА вперше в світі випустила прилад із динамічним фокусуванням ДФ (DF) власної розробки SSD-200В.

З того часу динамічне фокусування отримало широке розповсюдження в мультикристалічних сканерах. Єдиний суттєвий недолік, який має динамічне фокусування, полягає в тому, що із збільшенням кількості фокальних точок зменшується частота кадрів так, що для отримання одного зображення необхідно декілька разів здійснювати сканування, встановлюючи для кожного іншу фокусну відстань.

Рисунок 2.19 – УЗД апарат СОНОЛАЙН-CF (СІМЕНС)

На практиці це призвело до того, що для збереження прийнятого рівня частоти кадрів доводилось обмежувати кількість можливих фокальних точок, як правило кількістю 4 або менше.

В сучасних сканерах використовується модифіковане повнодіапазонне динамічне фокусування, яке не здійснює негативного впливу на частоту кадрів. Остання залишається незмінною незалежно від кількості фокальних точок. Фокусування в цьому випадку здійснюється за допомогою керуючих комп'ютером багатофокусних ланцюгів. Ультразвуковий промінь, який формується в реальному часі, дуже тонкий і нагадує шовкову нитку.

Одним із різновидів динамічного фокусування є електронне фокусування ЕФ (EF), яке покладено в основу побудови багатошарових датчиків надвисокої щільності. В цьому випадку використовуються полікристалічні структури, які дозволяють простим шляхом змінювати фокусну відстань і забезпечують динамічне фокусування в реальному масштабі часу.

До недоліків такого виду фокусування слід віднести те, що передня частина променя відрізняється від ідеальної, оскільки має форму, яка нагадує квадрат.

Для виправлення цього недоліку використовуються менші за розміром кристали (половинного розміру), кількість яких значно збільшена. Це дозволяє сформувати ввігнуту поверхню і зменшити спотворення зображень, що в свою чергу, допомагає здійснити повнодіапазонне динамічне фокусування більш ефективно.

Рисунок 2.20 – Багатошарові датчики надвисокої щільності

На рис. 2.20 наведені три типи секторного сканування, кожний із яких має свої переваги в певних варіантах застосування. До них відносяться: сканування за допомогою фазованої матриці, сканування за допомогою випуклої структури і механічне сканування.

Перевага фазованої матриці полягає в тому, що вона має максимальну контактну поверхню стискання із тілом пацієнта забезпечує можливість фокусування на різні глибини, що ідеально підходить для датчиків, призначених для сканування серця.

Недоліком такого датчика є те, що відбитий зворотний сигнал не завжди надходить на датчик під кутом 90°, тому деякі відбиті зворотні сигнали, а з ними і відповідна діагностична інформація, втрачаються.

Цього недоліку позбавлені механічні секторні датчики та випукло- секторні датчики, оскільки напрямок випромінюючого і зворотного променів завжди проходить під кутом 90° відносно поверхні датчика. За рахунок цього досягається більш висока якість зображення, ніж при використанні фазової матриці (особливо на краях зображення). Однак для механічного секторного сканування неможливо побудувати датчик з високою щільністю кристалів, внаслідок чого зображення має тенденцію до спотворень, а сам датчик не може бути використаний для повнодіапазонного динамічного фокусування в реальному часі.

До недавнього часу необхідно було замінювати датчик при переході від сканування ближньої зони високочастотним датчиком до сканування дальньої зони низькочастотним, що призводило до суттєвих незручностей при проведенні УЗ досліджень (УЗД). Для вирішення цієї проблеми була розроблена система динамічного частотного сканування. Вона забезпечує сканування близької зони сигналом високої частоти, необхідної для високої роздільної здатності, і дальньої зони сигналом низької частоти для значної глибини при роботі з одним і тим же первинним перетворювачем. Динамічне частотне сканування досягається за рахунок мультичастотної і одночастотної передачі, використаної у поєднанні з фільтрацією на змінній смузі пропускання вхідного сигналу, що веде до зміни певної приймальної частоти відповідно до глибини частини тіла, яка досліджується.

Динамічне частотне сканування збільшує роздільну здатність в ближній зоні і глибину проникнення в дальній, порівняно з одночастотними традиційними датчиками.

В типових випадках формування зображень відбувається в частотних діапазонах від 2,5 МГц до 6 МГц або від 5 МГц до 10 МГц.

Електронне фокусування із застосуванням полікристалічних датчиків широко відоме. Воно зручне, оскільки дозволяє простим шляхом змінювати фокусну відстань та забезпечує динамічне фокусування в реальному масштабі часу. Однак існують певні недоліки, пов'язані з тим, що передня частина променя відмінна від ідеальної, оскільки має форму, яка нагадує квадрат замість бездоганної ввігнутої форми, що викликає певні викривлення зображення.

За рахунок використання менших за розміром кристалів (половинного розміру) та їх більшої кількості пристрій SSD-650 забезпечує можливість формування ввігнутої поверхні та зниження викривлень, що, в свою чергу, допомагає здійснити повнодіапазонне динамічне фокусування в реальному масштабі часу ще більш ефективно.

З таких причин фірма "АЛОКА" обрала саме випуклий зонд як стандартний секторний датчик для пристрою SSD-650.

На рис. 2.21 наведена структурна схема типового ультразвукового діагностичного пристрою, який використовує будь-який із трьох типів датчиків.

Рисунок 2.21 – Структурна схема типового ультразвукового діагностичного пристрою

ЗМІСТ