Устройство генерации вибрации для метода вибро-эластографии

Хронология появления технологий эластографии. Особенности методов компрессионной эластографии и вибро-эластографии. График зависимости скорости и позиции серводвигателя Faulhaber серии Quickshaft с использованием программы "Faulhaber Motion Manager 4.4".
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Устройство генерации вибрации для метода вибро-эластографии

1. Специальная часть

1.1 Введение

В медицинской практике давно уже известны основные методы ультразвуковой визуализации - эхография и допплерография, они достаточно эффективны в своих областях исследований и информативны, но недавно появился принципиально новый метод, претендующий на дополнение этого дуэта и значительно расширяющий возможности современной ультразвуковой диагностики - эластография.

Данные медицинской статистики свидетельствуют о неуклонном росте онкологических заболеваний в мире. Однозначного мнения о причине роста нет, но большинство специалистов считают, что это связано, как с ухудшением экологии, условий жизни, так и с увеличением средней продолжительности жизни населения. С начала 90-х годов ХХ века ежегодное увеличение числа больных составляет 1,5% и Всемирная Организация Здравоохранения прогнозирует увеличение процента возникновения онкологических заболеваний к 2020 году в мире в 2 раза. Лишь только у 25% онкологически больных заболевание выявляется на ранней стадии, когда предпринимаемое лечение эффективно, а в России эта цифра значительно меньше. В связи с этим методы, позволяющие на ранних стадиях точно определять факт наличия опухоли, очень востребованы. Перечислим наиболее успешные в данной области методы: ПЭТ-КТ, МРТ, рентгенология, эндоскопия, лабораторные исследования, цито-гистологические исследования, биопсия, термография и, сравнительно недавно, дополнила этот список эластография. Практически все эти методы имеют существенные недостатки. Метод ПЭТ-КТ - это в первую очередь чрезвычайная дороговизна (стоимость такого комплекса начинается от 250 000 тысяч долларов), а также определенная доза радиационного облучения, получаемого пациентом. Таким же недостатком обладает рентгенология и помимо этого на рентгене плохо видны мягкие ткани. МРТ является также, как и ПЭТ-КТ, дорогостоящей технологией, а кроме того затруднено обнаружение небольших злокачественных образований (0.1-1 см). Эндоскопия ограничена внутренними поверхностями органов. Цито-гистологические исследования не позволяют определить раковые заболевания на ранних стадиях. Биопсия - метод надежный и точный, но требует предварительного наведения на опухоль. Термография ограничена поверхностью тела человека и не позволяет обнаруживать глубоколежащие образования.

Уйти от этих недостатков позволяет активно развивающийся, высокотехнологичный и недавно появившийся метод ультразвуковой диагностики - эластография. Данный метод позволяет находить, как поверхностные, так и глубоколежащие злокачественные образования. Проведение эластографического исследования не вреднее обычного ультразвукового. Эластография реализуется в ультразвуковых сканерах высокого, высшего, экспертного и премиум класса, в связи с этим, стоимость такого аппарата начинается от 20 тысяч долларов США (китайский сканер высокого класса SUIU Apogee 3500). Также важно, что многие производители, такие как General Electric (США), Hitachi-Aloka (Япония), Mindray (Китай), Samsung-Medison (Ю. Корея) реализуют данную технологию на уже существующих и функционирующих сканерах в медицинских учреждениях (Aloka alpha 7, Mindray DC-8, Medison Accuvix V20 и др.), что позволяет не покупать новый аппарат, а доукомплектовать уже имеющийся. Опция эластографии, обычно, не требует специализированных датчиков и представляет из себя программный модуль. В таком случае стоимость данной опции значительно снижается и начинается от 2 000 долларов США. Отсюда следует, что многие медицинские центры могут значительно расширить область предоставляемых услуг. По действующим рекомендациям в Южной Корее, лица в возрасте 40 лет и старше должны раз в два года проходить исследования на раковые заболевания. В США данная процедура рекомендована раз в год. Учитывая средний уровень заработных плат в России (26 822 рубля в месяц), ПЭТ-КТ, рентген и МРТ могут оказаться слишком накладными или же неэффективными, за исключением метода эластографии. Стоимость эластографического исследования в частной медицинской клинике может варьироваться в диапазоне от 500 до 3000 рублей, в зависимости от сложности исследования и класса ультразвукового сканера. Также важным преимуществом эластографии является тот факт, что количество ультразвуковых сканеров, использующих данный режим, велико и продолжает увеличиваться.

Первые сообщения об использовании соноэластографии в медицине опубликованы в начале 90-х годов 20 века [Ophir J et al.]. В начале данная технология нашла применение в диагностике и инвазивных вмешательствах при исследовании опухолей печени. По мере совершенствования технологии предпринимались попытки использовать эластографию для ранней диагностики злокачественной патологии молочной железы, рака предстательной железы, рака яичников, воспалительных изменений, метастазов печени, метастатического поражения лимфатических узлов шеи, рака щитовидных желез и т.д.

Предшественником современных эластографических изображений является пальпация. Данный метод используется для распознавания заболеваний человеком с незапамятных времен. Известно, что опухоль становится пальпируемой вследствие повышенной жесткости по сравнению с соседними тканями - это было известно ещё древнегреческим врачам, которые использовали пальпацию для определения размера, формы, плотности опухоли. Однако данный метод требует особой чувствительности и опыта исследователя, особенно в случае малого размера опухоли (от 2 см в диаметре и менее) или глубокого расположения (более 3-5 см).



Рис. 1. Хронология появления технологий эластографии

Эластография делает метод оценки жесткости тканей более чувствительным и менее субъективным, позволяет выявлять раковые заболевания на ранних стадиях, что является ключевым моментом в лечении онкологических заболеваний.

В настоящее время самое широкое применение эластография нашла при исследовании молочной железы, предстательной железы, щитовидной железы и печени.

Все известные методы эластографии можно проклассифицировать на три вида в зависимости от способа создания деформаций и методов оценки результата следующим образом [Осипов Л.В. (2011)]: квазистатическая (статическая) эластография или компрессионная эластография, вибрационная эластография (вибро-эластография, соноэластография), эластография с использованием сдвиговых волн, возникающих при радиационном давлении, создаваемом механическим или ультразвуковым импульсом. Эта терминология в полной мере еще не устоялась, что объясняется новизной рассматриваемой технологии. В данном дипломном проекте будут применятся термины, которые являются наиболее популярными на данный момент.

Отдельно следует выделить методы, которые дают возможность получать не только качественные (сравнительные) характеристики жесткости тканей, но и оценивать их количественно. Эти методы объединяются общим названием эластометрия.

На данном этапе развития технологий эластографии трудно однозначно сказать какой метод лучше, можно только попробовать указать на трудности в реализации метода и недостатки.

Также помимо явных преимуществ в диагностике раковых заболеваний, эластография имеет перспективы развития в трансплантологии (мониторинг отторжения трансплантированной почки), пластической хирургии, кардиологии.

Простой и наглядный пример принципа эластографии показан на рисунке 2. Данные изменения могут быть отражены на экране ультразвукового сканера (эластограмма) - рисунок 3.

Рис. 2. До и после сжатия ткани (F - прилагаемое усилие)

На рисунке 3, исследование производилось в В-режиме на линейном датчике, и как видно слева - нет ничего особого, что могло бы привлечь внимание исследователя, но когда включается режим эластографии, совершенно четко видны потенциально патологические включения. В данном исследовании использовался эластографический фантом, так что на практике дело обстоит несколько иначе и раковые образования крайне редко имеют такую правильную форму - а это уже определенные трудности при сканировании (Рис. 4).

Рис. 3. В-изображение (слева), тот же самый участок исследования, но с окном построения эластограммы (справа)



Рис. 4. Инфильтративный рак молочной железы (выделено синим)

У различных компаний - производителей ультразвуковых приборов методы эластографии получили различные фирменные названия: Real-time Tissue Elastography HI-RTE (Hitachi Medical Corp.), eSie Touch (Siemens Healthcare), ElastoQ (Toshiba Medical Systems), Elastoscan (Samsung-Medison), Elastography imaging (Mindray) и просто elastography (GE Healthcare, Philips Healthcare).

1.2 Постановка задачи.

Целью данного дипломного проекта является выполнение следующих задач:

· сравнить различные методы и технологии эластографии.

· Проанализировать особенности методов компрессионной эластографии и вибро-эластографии.

· Составить сравнительную таблицу не менее 10 зарубежных ультразвуковых сканеров поддерживающих опцию эластографии, с указанием не менее 10 дополнительных характеристик. Составить сравнительную таблицу датчиков, поддерживающих опцию эластографии для сканеров фирм-производителей Aloka, Zonare, Medison, Mindray.

· Получить график зависимости скорости и позиции подвижной части линейного серводвигателя Faulhaber серии Quickshaft используя программу...