Ултразвучни системи – Гледање на невидливото со звучни бранови

Современата ултразвучна технологија го трансформираше медицинското снимање од статички анатомски слики во динамични функционални проценки, сето тоа без јонизирачко зрачење. Оваа статија ги истражува физиката, клиничките примени и најсовремените иновации во дијагностичкиот ултразвук.

Физички принципи
Медицинскиот ултразвук работи на фреквенции од 2-18MHz. Пиезоелектричниот ефект ја претвора електричната енергија во механички вибрации во трансдуцерот. Компензацијата на временско засилување (TGC) се прилагодува на слабеењето зависно од длабочината (0,5-1 dB/cm/MHz). Аксијалната резолуција зависи од брановата должина (λ = c/f), додека страничната резолуција се однесува на ширината на зракот.

Временска рамка на еволуцијата

• 1942: Првата медицинска примена на Карл Дусик (сликање на мозокот)
• 1958: Иан Доналд го развива акушерскиот ултразвук
• 1976: Аналогните конвертори за скенирање овозможуваат снимање во сива скала
• 1983: Колор Доплер воведен од Намекава и Касаи
• 2012: FDA ги одобрува првите уреди со џебен формат

Клинички модалитети

1. Б-режим
   Основно снимање во сиви тонови со просторна резолуција до 0,1 mm
2. Доплерови техники

• Доплер во боја: Мапирање на брзина (Најквистова граница 0,5-2m/s)
• Моќен доплер: 3-5 пати почувствителен на бавен проток
• Спектрален Доплер: Квантифицира ја сериозноста на стенозата (PSV коефициенти >2 укажуваат на >50% каротидна стеноза)

3. Напредни техники

• Еластографија (вкочанетост на црниот дроб >7,1kPa укажува на F2 фиброза)
• Ултразвук со контрастно засилување (SonoVue микромеурчиња)
• 3D/4D снимање (Voluson E10 постигнува резолуција на воксел од 0,3 mm)

Нови апликации

• Фокусиран ултразвук (FUS)
  • Термичка аблација (85% 3-годишно преживување кај есенцијален тремор)
  • Отворање на крвно-мозочната бариера за третман на Алцхајмерова болест
• Ултразвук на лице место (POCUS)
  • БРЗ преглед (98% чувствителност за хемоперитонеум)
  • Белодробен ултразвук Б-линии (93% точност за белодробен едем)

Граници на иновации

1. CMUT технологија
   Капацитивните микромашински обработени ултразвучни преобразувачи овозможуваат ултраширок пропусен опсег (3-18MHz) со 40% фракциономерен пропусен опсег.
2. Интеграција со вештачка интелигенција

• Samsung S-Shearwave обезбедува мерења на еластографијата водени од вештачка интелигенција
• Автоматизираната пресметка на EF покажува корелација од 0,92 со срцевата МРИ

3. Рачна револуција
   Butterfly iQ+ користи 9000 MEMS елементи во дизајн со еден чип, со тежина од само 205 грама.
4. Терапевтски апликации
   Хистотрипсија неинвазивно ги аблира туморите со акустична кавитација (клинички испитувања за рак на црниот дроб).

Технички предизвици

• Корекција на фазна аберација кај пациенти со дебелина
• Ограничена длабочина на пенетрација (15 см на 3 MHz)
• Алгоритми за намалување на шум на дамки
• Регулаторни пречки за дијагностички системи базирани на вештачка интелигенција

Глобалниот пазар на ултразвук (8,5 милијарди долари во 2023 година) се преобликува со преносни системи, кои сега сочинуваат 35% од продажбата. Со новите технологии како што се снимање со суперрезолуција (визуелизација на крвни садови од 50 μm) и техники на невронско рендерирање, ултразвукот продолжува да ги редефинира границите на неинвазивната дијагностика.