Ультразвуковые системы – видим невидимое с помощью звуковых волн.

Современные ультразвуковые технологии преобразовали медицинскую визуализацию, переведя её от статичных анатомических изображений к динамическим функциональным оценкам, и всё это без использования ионизирующего излучения. В этой статье рассматриваются физические принципы, клинические применения и передовые инновации в диагностическом ультразвуковом исследовании.

Физические принципы
Медицинский ультразвук работает на частотах 2-18 МГц. Пьезоэлектрический эффект преобразует электрическую энергию в механические колебания в преобразователе. Компенсация усиления по времени (TGC) корректирует затухание, зависящее от глубины (0,5-1 дБ/см/МГц). Осевое разрешение зависит от длины волны (λ = c/f), а боковое разрешение связано с шириной луча.

Хронология эволюции

• 1942 год: первое медицинское применение метода Карла Дуссика (визуализация головного мозга).
• 1958 год: Ян Дональд разрабатывает ультразвуковое исследование в акушерстве.
• 1976: Аналоговые преобразователи развертки позволяют получать изображения в оттенках серого.
• 1983: Намекава и Касаи представили цветной доплеровский метод.
• 2012 год: FDA одобрило первые карманные устройства.

Клинические методы

1. B-режим
   Базовая визуализация в оттенках серого с пространственным разрешением до 0,1 мм.
2. Методы допплерографии

• Цветной доплеровский эхолокационный метод: картирование скорости (предел Найквиста 0,5-2 м/с)
• Доплеровский лазер: в 3-5 раз чувствительнее к медленному кровотоку.
• Спектральная допплерография: количественно оценивает степень тяжести стеноза (коэффициенты пиковой систолической скорости >2 указывают на стеноз сонной артерии более 50%).

3. Передовые методы

• Эластография (жесткость печени >7,1 кПа указывает на фиброз F2)
• Ультразвуковое исследование с контрастным усилением (микропузырьки SonoVue)
• 3D/4D-визуализация (Voluson E10 обеспечивает разрешение вокселей 0,3 мм)

Новые приложения

• Фокусированный ультразвук (ФУС)
  • Термическая абляция (85% выживаемость в течение 3 лет при эссенциальном треморе)
  • Открытие гематоэнцефалического барьера для лечения болезни Альцгеймера
• Ультразвуковое исследование у постели больного (POCUS)
  • Экспресс-тест FAST (чувствительность 98% для выявления гемоперитонеума)
  • В-линии на УЗИ легких (точность 93% для выявления отека легких)

Инновационные горизонты

1. Технология CMUT
   Емкостные микромеханические ультразвуковые преобразователи обеспечивают сверхширокую полосу пропускания (3-18 МГц) с относительной полосой пропускания 40%.
2. Интеграция ИИ

• Samsung S-Shearwave обеспечивает измерения эластографии с использованием искусственного интеллекта.
• Автоматизированный расчет фракции выброса показывает корреляцию 0,92 с данными кардиомагнитно-резонансной томографии.

3. Революция портативных устройств
   В микросхеме Butterfly iQ+ используется 9000 MEMS-элементов, расположенных на одном чипе, и она весит всего 205 г.
4. Терапевтические применения
   Гистотрипсия — это неинвазивный метод абляции опухолей с помощью акустической кавитации (клинические испытания при раке печени).

Технические проблемы

• Коррекция фазовой аберрации у пациентов с ожирением
• Ограниченная глубина проникновения (15 см на частоте 3 МГц)
• Алгоритмы подавления спекл-шума
• Нормативно-правовые препятствия для диагностических систем на основе ИИ

Мировой рынок ультразвуковой диагностики (8,5 млрд долларов США в 2023 году) претерпевает трансформацию благодаря портативным системам, на долю которых сейчас приходится 35% продаж. Благодаря таким новым технологиям, как сверхразрешающая визуализация (визуализация сосудов диаметром 50 мкм) и методы нейронной визуализации, ультразвуковая диагностика продолжает расширять границы неинвазивной диагностики.