Секторный фазированный датчик УЗИ: принцип работы и применение

Клиническая ситуация не всегда позволяет использовать для УЗИ датчики с широкой поверхностью контакта, например из-за костных структур или небольших акустических окон. Для таких случаев незаменим секторный фазированный датчик. В этой статье мы подробно рассмотрим принцип его работы и основные области применения.

Что такое секторный фазированный датчик для УЗИ и как он работает

Секторный фазированный датчик получил свое название из-за треугольного поля зрения и уникального принципа работы. Его главная особенность — способ формирования и отклонения ультразвукового луча при помощи технологии фазированной решетки.

Ранние датчики или специализированные модели, например для 3D и 4D, использовали механические компоненты. Для сканирования и создания сектора применялись подвижные детали: либо одиночный кристалл вращался/покачивался, либо целая группа элементов перемещалась внутри корпуса. Фазированный датчик делает то же самое электронным путем. Это исключило износ, шум и, главное, обеспечило высочайшую скорость исследования, недостижимую для механики.

Основа секторного фазированного датчика — плотная решетка из множества пьезоэлектрических элементов (обычно до 128), расположенных в одну линию. Каждый из них — независимый излучатель и приемник, которым можно управлять индивидуально. Аппарат рассчитывает крошечную, последовательно нарастающую временную задержку подачи импульса на элементы решетки. Сначала на крайние, затем на центральные. Исходящие от них волны складываются, и суммарный луч отклоняется от центральной оси под заданным углом.

Маленькая контактная площадь вершины сектора позволяет легко проводить исследования, когда мешают костные структуры, например ребра или кости черепа.

Секторные фазированные датчики можно классифицировать по двум параметрам:

1. По рабочей частоте

• Взрослые

Используют низкую частоту 1,5–5 МГц для глубокого сканирования сердца и брюшной полости у взрослых пациентов.

• Педиатрические

Применяют более высокие частоты, чтобы получить лучшее разрешение, поскольку глубина проникновения требуется меньшая.

• Неонатальные

Имеют самую высокую частоту в диапазоне 4–12 МГц. Это важно для максимальной детализации мелких анатомических структур у новорожденных.

2. По области применения

• Обычные (трансторакальные)

Стандартные датчики для неинвазивного обследования, прикладываемые к поверхности тела, например к грудной клетке.

• Чреспищеводные

Специализированные гибкие датчики для введения в пищевод. Они необходимы для экспертной или предоперационной кардиовизуализации, поскольку дают очень высокое качество изображения сердца без помех от ребер и легких.

Где применяются фазированные датчики

Секторный датчик незаменим там, где необходимо получить глубокую и широкую визуализацию через ограниченное акустическое окно.

• Кардиология (эхокардиография)

Сердечные исследования проводятся через узкие межреберные промежутки. Компактный датчик легко размещается между ребрами и обходит костные структуры, которые блокировали бы ультразвук. При этом секторный формат позволяет оценить все четыре камеры, крупные сосуды и функцию клапанов из одной точки. Фазированный датчик подходит для сканирования быстро движущихся структур, таких как створки клапанов и стенки миокарда, что критически важно в M-режиме и доплере.

• Нейросонография (УЗИ головного мозга)

Ультразвук не проходит через плотную кость черепа, поэтому для визуализации используются мягкие участки — роднички. Узкая вершина сектора идеально соответствует небольшому размеру переднего родничка, а широкий угол обзора позволяет визуализировать внутренние структуры мозга (желудочки, таламус) во всей их полноте, чтобы провести измерения.

• Транскраниальный доплер

Фазированная решетка используется для исследования сосудов головного мозга через тонкие участки кости черепа, например височную кость. Здесь требуется точечный доступ, чтобы направить луч с высокой концентрацией энергии через маленькое, неоптимальное акустическое окно. Секторный датчик помогает оценить скорость кровотока в средней мозговой артерии и других сосудах, что важно для диагностики инсультов и различных патологий.

• Абдоминальная и неотложная диагностика

Секторный датчик нужен, когда доступ к органам затруднен. Он часто используется в травматологии для быстрого FAST-протокола и поиска свободной жидкости, если площадь контакта ограничена, например, из-за повязок, ран или невозможности глубокого дыхания пациента, но при этом требуется глубокая проницаемость.

Преимущества и ограничения

Секторный фазированный датчик имеет специфические особенности, которые необходимо учитывать при выборе аппаратуры и в эксплуатации.

Его преимущества:

• Непревзойденный доступ

Малая площадь контакта позволяет работать через узкие акустические окна.

• Высокая скорость FPS

Полностью электронное управление лучом без механической инерции обеспечивает самую высокую частоту кадров.

• Глубокая проницаемость

Секторный фазированный датчик работает на низких частотах (2–4 МГц), что повышает способность проникать в структуры.

Его недостатки и ограничения:

• Худшее ближнее поле

Пучок ультразвуковых лучей исходит из одной узкой точки. Из-за этого разрешающая способность на самой вершине сектора значительно хуже, чем у линейных или конвексных моделей. Структуры, расположенные непосредственно под датчиком, могут быть отображены нечетко.

• Снижение плотности лучей на глубине

По мере расширения сектора плотность сканирующих линий уменьшается. Это приводит к снижению латерального разрешения, то есть четкости по бокам, в самых глубоких зонах сканирования.

• Более высокая стоимость

Из-за сложной электронной архитектуры, множества независимо управляемых элементов и точности изготовления фазированные датчики часто дороже, чем стандартные конвексные или линейные модели.

Отличие от линейных и конвексных датчиков

Примеры секторных фазированных датчиков

Philips X5-1c

Cекторный датчик для объемных исследований c технологиями xMATRIX и PureWave — исключительное качество визуализации в кардиологии и сосудах, включая транскраниальную доплерографию.

Совместим с Affiniti 70, EPIQ Elite и CVx.

1–5 МГц частота

3000 элементов

98 x 98° поле обзора

2D/3D/4D

GE M5S-D

Матричный монокристальный секторный фазированный датчик — высокоточное сканирование для всесторонней визуализации сердца.

Совместим c УЗИ-системами экспертного класса Vivid, Logiq и Voluson Expert 22.

1,7–4,6 МГц частота

288 элементов

120° угол сканирования

Важно! Проприетарные фазированные датчики подходят только к аппаратам того же производителя и конкретной серии. Перед покупкой проверьте совместимость датчика. Эта информация указана в технической документации вашей УЗИ-системы.

FAQ

Что показывает фазированный датчик УЗИ?

Фазированный датчик предназначен для визуализации глубоко расположенных структур, которые нужно сканировать через маленькую площадь контакта. Он идеально показывает сердце, сосуды головного мозга и органы брюшной полости, когда доступ ограничен костями.

Чем фазированный датчик отличается от линейного?

Фазированный датчик формирует треугольный луч, который исходит из узкой вершины, расширяется книзу и хорошо работает на глубине. Линейный же датчик формирует прямоугольный луч и дает лучшее разрешение в ближнем поле для поверхностных структур — сосудов, щитовидной железы.

Где применяется секторный датчик?

Основное применение секторного датчика — эхокардиография в кардиологии, поскольку он позволяет работать через узкие межреберные промежутки. Датчик также незаменим в нейросонографии и транскраниальном доплере.

Можно ли использовать фазированный датчик для эхокардиографии?

Да, фазированный датчик — основной инструмент для эхокардиографии. Благодаря своей малой апертуре и высокой частоте кадров он четко визуализирует клапаны и стенки сердца, работая через узкое межреберное окно.

Как подобрать оптимальный датчик под УЗИ-аппарат?

Ключевым фактором является совместимость: датчики — проприетарные, подходят только к УЗИ-аппаратам того же производителя и определенных моделей. Кроме того, учитывайте клинические задачи (например, для сердца нужен фазированный, для щитовидной железы — линейный) и требуемую частоту сканирования.

Заключение

Секторный фазированный датчик начинает сканирование с чрезвычайно малой контактной зоны, но мгновенно раскрывает широкий сектор обзора на глубине. Благодаря этому он стал основным инструментом в эхокардиографии, нейросонографии и других исследованиях, где требуется доступ к глубоким структурам через ограниченное пространство. Электронное управление лучом реализуется с помощью технологии фазированной решетки. При этом датчик гарантирует высокую четкость изображения и беспрецедентную скорость сканирования.