Ultragarso sistemos – nematomų dalykų matymas garso bangomis

Šiuolaikinės ultragarso technologijos pakeitė medicininį vaizdavimą nuo statinių anatominių vaizdų iki dinaminių funkcinių vertinimų, visa tai be jonizuojančiosios spinduliuotės. Šiame straipsnyje nagrinėjama diagnostinio ultragarso fizika, klinikiniai pritaikymai ir pažangiausios naujovės.

Fiziniai principai
Medicininis ultragarsas veikia 2–18 MHz dažniais. Pjezoelektrinis efektas keitiklyje paverčia elektros energiją mechaninėmis vibracijomis. Laiko kompensacija (TGC) koreguoja nuo gylio priklausomą slopinimą (0,5–1 dB/cm/MHz). Ašinė skiriamoji geba priklauso nuo bangos ilgio (λ = c/f), o šoninė skiriamoji geba – nuo ​​spindulio pločio.

Evoliucijos laiko juosta

• 1942 m.: Karlo Dussiko pirmasis medicininis pritaikymas (smegenų vaizdinimas)
• 1958 m.: Ianas Donaldas sukūrė akušerinį ultragarsą.
• 1976 m.: Analoginiai skenavimo keitikliai įgalina pilkos spalvos vaizdavimą
• 1983 m.: Namekawa ir Kasai pristatė spalvinį Doplerį
• 2012 m.: FDA patvirtino pirmuosius kišeninio dydžio prietaisus

Klinikiniai būdai

1. B režimas
   Fundamentinis pilkos spalvos vaizdavimas su erdvine skiriamąja geba iki 0,1 mm
2. Doplerio metodai

• Spalvotas Dopleris: greičio kartografavimas (Nyquist riba 0,5–2 m/s)
• Galios Dopleris: 3–5 kartus jautresnis lėtam kraujotakos sutrikimui
• Spektrinis Dopleris: kiekybiškai įvertina stenozės sunkumą (PSV santykis >2 rodo >50 % miego arterijos stenozę)

3. Pažangūs metodai

• Elastografija (kepenų standumas >7,1 kPa rodo F2 fibrozę)
• Kontrastinės medžiagos sustiprintas ultragarsas („SonoVue“ mikroburbulai)
• 3D/4D vaizdavimas („Voluson E10“ pasiekia 0,3 mm vokselio skiriamąją gebą)

Naujos programos

• Fokusuotas ultragarsas (FUS)
  • Terminė abliacija (85 % 3 metų išgyvenamumas esant esenciniam tremorui)
  • Kraujo ir smegenų barjero atvėrimas Alzheimerio ligos gydymui
• Ultragarsas gydymo vietoje (POCUS)
  • FAST tyrimas (98 % jautrumas hemoperitoneumui)
  • Plaučių ultragarso B linijos (93 % tikslumas plaučių edemai nustatyti)

Inovacijų ribos

1. CMUT technologija
   Talpiniai mikromechaniniai ultragarsiniai keitikliai leidžia pasiekti itin platų pralaidumą (3–18 MHz) su 40 % daliniu pralaidumu.
2. Dirbtinio intelekto integracija

• „Samsung S-Shearwave“ teikia dirbtinio intelekto valdomus elastografinius matavimus
• Automatinis EF skaičiavimas rodo 0,92 koreliaciją su širdies MRT

3. Nešiojamųjų kompiuterių revoliucija
   „Butterfly iQ+“ vieno lusto konstrukcijoje naudoja 9000 MEMS elementų, sveriančių vos 205 g.
4. Terapinės paskirties
   Histotripsija neinvaziškai pašalina navikus akustine kavitacija (klinikiniai kepenų vėžio tyrimai).

Techniniai iššūkiai

• Fazės aberacijos korekcija nutukusiems pacientams
• Ribotas įsiskverbimo gylis (15 cm esant 3 MHz dažniui)
• Dėmėtų triukšmo mažinimo algoritmai
• Dirbtinio intelekto diagnostikos sistemų reguliavimo kliūtys

Pasaulinę ultragarso rinką (8,5 mlrd. USD 2023 m.) keičia nešiojamos sistemos, kurios dabar sudaro 35 % pardavimų. Atsirandant naujoms technologijoms, tokioms kaip itin didelės skiriamosios gebos vaizdavimas (vizualizuojantis 50 μm kraujagysles) ir neuroninio vaizdavimo metodai, ultragarsas toliau iš naujo apibrėžia neinvazinės diagnostikos ribas.