Каждое ультразвуковое изображение начинается одинаково: датчик излучает импульс, принимает эхо на десятках или сотнях элементов, и система должна сложить эти сигналы так, чтобы получить одну линию изображения. Этот этап называется формированием луча. От того, как именно складываются сигналы, зависит ширина главного лепестка, то есть разрешение, и уровень боковых лепестков, то есть контраст и шум.
Как это делалось до сих пор
Классический алгоритм прост: для каждой точки на глубине вычисляется задержка прихода эха до каждого элемента, сигналы сдвигаются на эту задержку, взвешиваются фиксированной оконной функцией и суммируются. Так работали одно- и многолучевые системы, так работает и зонное сканирование ZST на Resona R9: разница в том, сколько точек и с какой плотностью обрабатывается, но математика взвешивания остаётся фиксированной.
Фиксированное окно это компромисс. Узкое окно даёт тонкий главный лепесток, но высокие боковые, широкое подавляет боковые лепестки ценой разрешения. Ткань при этом разная в каждой точке, а окно одно на всё изображение.
Что делает адаптивный алгоритм
Адаптивное формирование луча с минимальной дисперсией известно в академической литературе давно. Идея: веса для каждого элемента вычисляются не заранее, а из самих принятых данных, для каждой точки отдельно, так чтобы подавить помехи, приходящие с других направлений. В результате главный лепесток становится уже, боковые ниже, и это происходит одновременно.
В материалах Mindray приводится модельное сравнение классического и адаптивного формирования луча:
| Показатель | Классика | FreeBeam | Изменение |
|---|---|---|---|
| Пространственное разрешение | 0,26 мм | 0,12 мм | 54 % |
| Контраст | 31 дБ | 38 дБ | 23 % |
| Отношение контраст/шум | 1,37 | 1,56 | 14 % |
| Отношение сигнал/шум | 1,61 | 1,86 | 16 % |
Это данные производителя на модели, не клиническое исследование. Но направление эффекта совпадает с тем, что описано в открытых публикациях по адаптивному формированию луча в медицинском ультразвуке.
Почему этого не было в серийных аппаратах
Ответ в вычислениях. По оценке Mindray для 256 каналов классическое формирование луча требует около 0,185 терафлопс, а адаптивное с вычислением весов по данным около 8000 терафлопс, в сорок с лишним тысяч раз больше. Такой мощности нет ни в одном ультразвуковом аппарате, поэтому адаптивные алгоритмы оставались темой статей.
Mindray заявляет два шага, которые сделали FreeBeam выполнимым. Первый: алгоритм перестроен так, что объём вычислений сокращён примерно в 666 раз, до 12 терафлопс, при сохранении характеристик. Второй: платформа AIT получила гиперпараллельную вычислительную архитектуру с многоядерным процессором, десятками тысяч параллельных ядер и высокоскоростными каналами данных, по данным компании более чем в десять раз мощнее предыдущих платформ по вычислениям и в шестнадцать раз по пропускной способности. Отсюда формулировка производителя: первая коммерческая ультразвуковая система с адаптивным формированием луча.
Что видно на клинических примерах
В материалах Mindray FreeBeam показан на опухолевом тромбе воротной вены. Слева классическое формирование луча, справа FreeBeam: в целевой зоне лучше подавлен шум, тромб виден с чёткими границами.
Отдельная технология, построенная на FreeBeam, это HD Scope+. Врач выделяет область интереса, и аппарат заново обрабатывает канальные данные этого участка с независимыми параметрами. Четыре режима: подчёркивание края очага, подавление шума, текстура ткани, кальцинаты. На примерах производителя граница очага молочной железы становится читаемой, а внутри мелкой гемангиомы печени проявляется сотовая структура, которую общий B-режим не показывает.
Где ещё работает платформа
FreeBeam это алгоритмический слой AIT. Рядом с ним слой данных: датчики AFM с эффективностью преобразования выше на 50 %, полосой шире на 50 % и толщиной среза меньше на 50 %, плюс FreeWave TX с произвольной формой излучаемого сигнала и FreeWave RX с удвоенной частотой дискретизации. Последнее важно для высокочастотных датчиков: у L33-8U с верхней частотой 33 МГц весь спектр эха используется для построения изображения, что на слайдах Mindray показано на сухожилии длинного сгибателя большого пальца.
Третий слой, обработка изображения FreeIQ, работает уже с готовыми данными: интеллектуальное компаундирование пикселей и улучшение изображения.
Что это значит при выборе аппарата
Формирование луча нельзя докупить опцией и нельзя обновить прошивкой, оно определяется архитектурой. Поэтому вопрос «какое формирование луча» уместно задавать на этапе сравнения платформ, а не при подборе комплектации. Resona R9 на ZST+ и Resona A20 на AIT здесь различаются принципиально, и это различие лежит под всеми остальными: под эластографией, контрастом и микродопплером, которые работают с тем изображением, которое дал формирователь луча.
Resona A20 проходит регистрацию в России. Уведомление о выходе аппарата можно получить, оставив контакт на сайте.
