Автор:С.В. Шубин

 

Актуальность темы

Медицинская техника непрерывно совершенствуется. Разрабатываются и внедряются новые технологии, появляется новое оборудование, новое программное обеспечение, появляются новые аппаратно-программные диагностические комплексы, позволяющие не только получать изображения более высокого качества, но нередко и предоставляющие возможность проводить совершенно новые виды диагностических процедур. Чтобы идти в ногу со временем, нужно быть в курсе современных тенденций развития медицинского оборудования.

 

Современные ультразвуковые датчики для ЭхоКГ

Со времени изобретения основанных на пьезоэлементах датчиков с программным управлением УЗ-лучом, заменивших механические датчики-«вертушки» (что было существенным технологическим прорывом), в течение десятков лет технология производства таких пьезодатчиков практически не изменялась. Очередная революция была совершена только в последние несколько лет с появлением датчиков, пьезоэлементы которых представляют собой монокристаллы, в отличие от традиционных керамических пьезоэлементов на основе, как правило, титаната-цирконата свинца.

Датчики на основе технологий XDclear (GE) и PureWave (Philips)

Компонентами XDclearявляются пьезоэлементы на монокристаллах, акустические согласующие слои (Acoustic Amplifier)и совершенная система охлаждения (Cool Stack). Новые датчики с пьезоэлементами на основе монокристаллов позволяют обеспечить большую «чистоту» УЗ-волны, что дает более высокое качество и отраженного сигнала, а это, в свою очередь, приводит к улучшению качества изображения. Также монокристаллические пьезоэлементы способны излучать ультразвук более широкого частотного диапазона, обеспечивая оптимальный баланс между пенетрацией и пространственным разрешением. Пьезоэлементы нового типа обеспечивают более высокое отношение сигнал/шум, имеют более высокую чувствительность к сигналу второй тканевой гармоники, дают более высокое аксиальное пространственное разрешение и за счет этого дают изображение более высокого качества. Патентованные согласующие слои Acoustic Amplifier находятся между главным элементами датчика и механическими частями, обеспечивая полную изоляцию акустических элементов от механических структур. Кроме этого, конструкция согласующих слоев Acoustic Amplifier расширяет эффективную широту излучения, уменьшая шум и теплоотдачу, поскольку энергия, которая шла «впустую», теперь используется. Такого типа датчики обеспечивают также более глубокую пенетрацию, позволяя осматривать пациентов с разным телосложением. В конечном итоге все это приводит к уменьшению процента малоинформативных исследований. Матричный монокристальный секторный фазированный датчик GEM5Sc-Dсовместим с кардиоваскулярными аппаратами экспертного класса Vivid S70, Vivid E9 XDclear, Vivid E95. Секторные монокристальные фазированные датчики Philipsтипа S5-1 (PureWave) для кардиологических и транскраниальных исследований совместимы с аппаратами Philipsэкспертного класса серий EPIQи Affiniti.

 

Технологии формирования изображения, используемые в новых УЗ-системах для ЭхоКГ

Платформа cSound(GE)

В связи с особенностями телосложения пациентов и многосложностью вопросов медицинского характера большинство традиционных систем ультразвуковой диагностики зачастую выдают неинформативные результаты исследований, которые могут препятствовать оказанию скоординированной медицинской помощи. Для решения этой сложной задачи компания GE усовершенствовала УЗ диагностику заболеваний сердечно-сосудистой системы с помощью новой платформы для визуализации под названием cSound. Это программная техника процессинга сигнала, при которой данные, получаемые от каждого пьезоэлемента датчика, сначала сохраняются в памяти, а затем обрабатываются графическими процессорами в потоковом режиме. Далее эти данные оптимизируются и сопоставляются, только после этого они выводятся в качестве готового изображения. Все это происходит в режиме реального времени. Подобная техника обработки сигнала существенно улучшает качество изображения.

TCI – True Confocal Imaging (GE)

Новая технология программной фокусировки УЗ-луча TCI(применяется в новых моделях сканеров GEпремиум-класса, например VividE95). Позволяет добиться оптимальной степени фокуса луча вдоль всей его оси (по всей глубине сканирования), обеспечивая максимально возможное качество изображения по всему сектору обзора одновременно независимо от глубины, положение фокуса настраивать не нужно. В более старых системах производилась фокусировка УЗ-луча только на определенной глубине, и наиболее четко отображались объекты, расположенные в теле именно на этой глубине, другие объекты прорисовывались менее четко. Можно было включить многофокусный режим сканирования, но при этом существенно падала производительность системы и, следовательно, фреймрейт.

Технология nSight (Philips)

Технология точной программной фокусировки УЗ-луча и программной обработки массива данных, получаемых от датчика, в режиме реального времени. АналогтехнологийTCI иcSound отGeneral Electric.

Virtual Apex (GE)

Секторные фазированные датчики могут обеспечить широкое поле обзора, улучшая визуализацию объектов у краев сектора.

 

Целевые программные пакеты для автоматической обработки изображений и для определенных режимов сканирования, имеющиеся в современных сканерах экспертного уровня (на примере VividE95)

4D Auto AVQ

4D Auto AVQпроизводит автоматическое сегментирование, выравнивание и расчет показателей выходного тракта аорты, необходимых для определения размера протеза и его ориентации при проведении транскатетерной имплантации аортального клапана (TAVI)/транскатетерной замены аортального клапана (TAVR).

4D Color

Пакет для работы с пищеводным датчиком в режиме 4D.

FlexiSlice

Простое переключение между объемным изображением и его срезами. Возможность формирования среза в любом направлении.

Depth Color Render, Depth Illumination, HDlive

Цветовая окраска тканей разной глубины; выбор положения виртуального источника освещения для лучшей визуальной оценки расстояний между структурами (опция для 3D-режимов). HDlive — это улучшенный способ визуализации, имитирующий распространение и рассеяние света и распределение теней в тканях (см. рис. 1).

 

Рисунок 1 – Модуль HDliveобъединяет продвинутые методы виртуального освещения и подавления помех

 

StereoVision

Просмотр изображений в стереоформате с помощью специального монитора с функцией 3Dи специальных 3D-очков (опция доступна для VividE95).

BiplanePrepare

Позволяет использовать 4D-режим для простого позиционирования бипланового датчика.

LVOContrast

Опция контрастирования полости ЛЖ, необходимая для использования левожелудочковых контрастных препаратов (особые настройки интенсивности УЗ-луча, функция «акустического удара» и т.д.).

Q-Analysis

Опция количественной обработки данных, полученных в процессе проведения контрастных исследований.

AdvancedContrast

Модуль улучшенного контрастного исследования с низким механическим индексом.

VascularContrast

Модуль для улучшения диагностической точности исследований сосудов и органов брюшной полости с использованием контрастных веществ.

AutomatedFunctionImaging(AFI)

Автоматическая оценка глобальной и регионарной сократимости миокарда левого желудочка на основе технологии SpeckleTrackingс расчетом большой группы параметров.

AdvancedQScan

Оценка, кодирование в цвете синхронности деформации, сокращения и скорости деформации сердечной мышцы в автоматическом режиме.

 

Эффект от применения более новых диагностических сканеров в реальной клинической практике

Улучшение качества изображения

Известно, что сканеры премиум класса обладают улучшенными показателями качества изображений в ближнем поле (артефакт NearFieldClutterзатрудняет оценку апикальных сегментов левого желудочка и верхушечных тромбов), определения боковых стенок, согласованности изображений, глубины проникновения. Это известно из практики, а также показано в некоторых исследованиях [1].

От качества изображения к клинической ценности результатов ультразвукового исследования

Несколько исследований было проведено для изучения, каково значение качества изображения с точки зрения клинической информативности результатов проводимых исследований.

Как видно из гистограмм на рис. 2, демонстрирующих результаты одного из недавно опубликованных исследований [1], из 308 осмотренных пациентов у 101 (33%) качество изображения на системе Vivid7 было признано плохим, тогда как на системе VividE95 – только у 46 пациентов (15%). Качество изображения сегментов миокарда было признано хорошим на Vivid7 только у 70 пациентов (23%), а на VividE95 – у 148 пациентов (48%). Общий индекс прорисовки эндокарда достоверно отличался у Vivid7 и VividE95. Особенно большая разница в качестве прорисовки эндокарда отмечалась в апикальных сегментах (рис 2, С).

 

Рисунок 2 – Сравнение качества изображения на системах Vivid7 и VividE95 (А – количество пациентов с плохим, удовлетворительным и хорошим качеством изображения; В – сравнение индекса прорисовки границы эндокард/кровь; С – сравнение по сегментам)

 

Пример эхокардиограммы пациента с неоптимальной визуализацией эндокарда показан на рис. 3. Обратите внимание на указанные стрелками сегменты и на то, насколько лучше отображается эндокард и миокард этих сегментов на VividE95 (B) в сравнении с Vivid7 (A).

Другим немаловажным моментом явилось то, что на системе предыдущего поколения межисследовательская вариабельность результатов оценки функции левого желудочка была выше как при оценке фракции выброса, так и при оценке глобального продольного стрейна левого желудочка, хотя обычно последний параметр условно считается обладающим малой межисследовательской вариабельностью (см. рис. 4). Эта закономерность прослеживалась даже в группе экспертов (более 15 лет опыта эхокардиографии).

Разница в качестве изображения в ряде случаев приводила также и к различной интерпретации степени дисфункции левого желудочка. В таблице 1 показано, что из пациентов, у которых дисфункция левого желудочка была расценена как лишь умеренная при оценке на машине Vivid7, при оценке на VividE95 оказалось 57 пациентов (19%), которые были классифицированы как имеющие дисфункцию левого желудочка тяжелой степени [1].

 

Рисунок 3 – неоптимальное качество прорисовки эндокарда некоторых сегментов на системе Vivid7 (A) и гораздо более высокое (у того же пациента) – на системе Vivid E95 (В)

 

На рисунке 4 – вариабельность измерения фракции выброса левого желудочка (А) и глобального продольного стрейна (В) исследователями с различным опытом эокардиографических исследований (expert – более 15 лет, fellowA – 1–5 лет, fellowB– 6–15 лет).

 

Рисунок 4

 

Таблица 1 – Степень дисфункции левого желудочка при интерпретации исследователями, работавшими на разных аппаратах. Normal– норма; mild, severeLVdysfunction– умеренная и тяжелая дисфункция левого желудочка

Заключение

При выборе аппаратного оснащения диагностических кабинетов всегда встает вопрос выбора оборудования: оправданы ли затраты на технику последнего поколения?

Рассмотренные в данной работе различия в аппаратной и программной части современной эхокардиографической техники (в сравнении с системами предыдущих поколений) показывают, что аппаратура экспертного класса последнего поколения обладает существенно большими диагностическими возможностями, обеспечивает лучшее качество изображений, что, в свою очередь:

снижает необходимость в дополнительных диагностических процедурах;
обеспечивает большую точность диагностики дисфункции левого желудочка;
уменьшает межисследовательскую вариабельность результатов оценки глобальной и регионарной функции левого желудочка, способствуя лучшей преемственности между разными диагностами.
Это показывает, что оборудование последних поколений является незаменимой в условиях высокоспециализированной медицинской помощи, особенно в лечебных учреждениях экспертного уровня.

 

Список использованных источников:

1. Impact of image quality on reliability of the measurements of left ventricular systolic function and global longitudinal strain in 2D echocardiography / Nagata Y, Kado Y, Onoue T et al. // Echo Research and Practice. – March 2018. – Vol. 5(1). – P. 27–39.

2. Tai A., Gelly J-F., Easterbrook S. XDclear Transducer Technology / Промо-материалыкомпанииGE Healthcare.

3. Vivid E95, E90, E80 User Manual.

4. Информация о продукте Philips EPIQ 7 [Электронный ресурс] – Информационные материалы компании Philips. – Режим доступа: https://www.philips.ru/healthcare/product/HC795200/epiq-7-ultrasound-system

5. cSound. ComparisontoTraditionalTechnologies[Электронный ресурс] – Промо-материалы компании GEHealthcare. – Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?time_continue=153&v=u_8XgdFAr9o

6. SeethePowerofcSound™: GEVivid™ E95/E90 [Электронный ресурс] – Промо-материалы компании GEHealthcare. – Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=_vvs-sj1ZSc