Устройство УЗИ аппарата можно представить как совокупность  блоков и элементов, которые  взаимодействуют друг с  другом, пациентом и пользователем ультразвукового сканера. В процессе непрерывного взаимодействия основных частей аппарат УЗИ переводит электрические импульсы в ультразвуковые волны направляет их в исследуемую среду, получает отраженный сигнал и обрабатывает его для получения  визуализации. В этом и заключается принцип работы УЗИ.

В данном материале рассмотрим устройство современного УЗИ аппарата, узнаем, из чего именно состоит УЗИ сканер, выделим основные структурные блоки и приведем условную схему УЗИ аппарата, необходимую для понимания его устройства и принципа работы.

Одна из целей материала — привести перечень частых неисправностей для каждого блока в составе ультразвукового сканера. С какой-либо из этих ситуаций может столкнуться каждый пользователь аппарата УЗИ, независимо от его производителя, возраста, класса и сложности. Если вы наблюдаете какие-либо из перечисленных проблем или симптомов — рекомендуем обратиться к специалистам для диагностики и ремонта УЗИ аппарата. В случае неисправности одного из компонентов сканера невозможно гарантировать корректность работы аппарата в целом. Поэтому даже при незначительных отклонениях в функционировании УЗИ-сканера необходимо обращение в сервисный центр.

Мы проконсультируем вас по ультразвуковым системам и датчикам, возможностям, диагностике и ремонту УЗИ аппаратов.

---

Устройство УЗИ аппарата – основные блоки

Современный УЗИ аппарат (сканер, система ультразвуковой диагностики) состоит из нескольких модулей, каждый из которых отвечает за определенные функции и типы взаимодействий. В зависимости от того, кто и с какой целью рассматривает аппарат, можно выделить различные блоки, классифицировать части аппарата по различным признакам. 

В данном материале приводим основные блоки (компоненты) устройства УЗИ аппарата с точки зрения его функциональности и общего представления об оборудовании, ухода за техникой и возможных технических проблем с аппаратом.

Основные элементы устройства УЗИ аппарата

• Основной блок электронных плат УЗИ аппарата (компьютерная часть и блок специализированной электроники для работы с особыми компонентами, генерацией и анализом ультразвука).
• Выделенный блок (система) питания УЗИ
• Панель управления УЗИ аппарата (регуляторы режимов и настроек, стандартная клавиатура, трекбол или сенсорный трекпад, сенсорный дисплей — тачскрин);
• Основной экран для визуализации результатов исследования (отображение сонограммы, результатов измерений и пр.);
• Накопители для хранения данных (особые отказоустойчивые жесткие диски HDD или твердотельные накопители SSD, являются частью основного блока электроники и чаще всего расположены в компьютерной части аппарата УЗИ. Программная часть и получаемые данные имеют в работе УЗИ аппарата не меньшее значение, чем электронная составляющая, поэтому HDD диски выделяем в отдельный пункт);
• УЗИ датчики (различной формы и назначения. Подключаются к аппарату. Излучают и принимают ультразвуковые волны, одни из основных элементов УЗИ, главный рабочий инструмент врача ультразвуковой диагностики);
• Системы дополнительного вывода данных (термопринтер, особый лазерный или струйный принтер, CD/DVD рекордеры, системы передачи информации по сети, запись данных на USB);

Основной функциональный блок УЗИ

Основной функциональный блок УЗИ аппарата содержит всю электронику, подсистему питания, накопители с программным обеспечением и данными. Он всегда скрыт от пользователя и находится внутри корпуса УЗИ аппарата.  В зависимости от типа (портативный, стационарный, планшетный или ультракомпактный) и класса (базовый, экспертный, высоких, премиум и т.д.) самого аппарата состав и внешний вид блока может меняться, но основные его части в том или ином виде присутствую в аппарате всегда.

Состав основного функционального блока в корпусе УЗИ

Компьютерная часть (похожа на стандартный ПК или его часть со всеми необходимыми элементами. Может быть выполнена в виде одной или нескольких плат. 

Компьютерная часть считается в УЗИ вспомогательной, “не основной” напрямую с ней пользователь не работает, поэтому ее также принято называть термином Бэк-энд (Back-End)

Содержит в себе основной диск, с которого запускается операционная система УЗИ аппарата и специализированное программное обеспечение, здесь же чаще всего хранятся базы пациентов и результаты обследований, если на аппарате ведется электронный журнал).

Блок специализированных плат (основной электронный блок УЗИ аппарата,  Фронт-Энд, Front-End). 

Чаще всего этот набор плат отделен от компьютерной части в том чисте и конструктивно, являясь отдельным устройством, подключаемым к компьютерной части. Фронт-Энд блок в своем составе имеет собственную материнскую плату, отдельные платы, отвечающие за передачу и прием ультразвуковых волн, за их расшифровку, отдельные платы для особых режимов работы УЗИ аппарата, например, объемное сканирование и доплеровские режимы).

Накопитель (диск) HDD УЗИ

Диск, с которого запускается программная часть УЗИ присутствует в любой ультразвуковой системе. 

Сначала с данного диска запускается особым образом оптимизированная операционная система с набором проприетарных драйверов от производителя УЗИ аппарата. 

Затем поверх нее автоматически запускается программное обеспечение, которое полностью подменяет собой ОС. 

Другими словами, все, что пользователь видит при работе с УЗИ аппаратом — это функционал одной конкретной программы (или группы программ). Попасть на рабочий стол операционной системы в 99% случаев невозможно. Для этого необходим специализированный сервисный доступ или аппаратный ключ.

Вся визуализация УЗ исследования — это результат сложного симбиоза работы программного обеспечения и аппаратной части, поэтому следить за состоянием самих накопителей УЗИ и программного обеспечения крайне важно.

Чаще всего в УЗИ аппарате используются различные версии Windows: 98, XP, 2000, Windows 10, встречаются системы и на Linux (Debian и др.), и даже с одновременно работающими двумя операционными системами (и фактически двумя компьютерами)

В некоторых случаях проблемы носят исключительно программный характер, при этом систему можно восстановить без замены каких-либо компонентов, но часто требуется замена самого жесткого диска УЗИ, поскольку его ресурс уже израсходован.

Блок питания УЗИ аппарата

также находится в корпусе УЗИ, может быть выполнен в виде одного модуля или в виде 2-3 различных компонентов. Основной блок питания УЗИ, непрерывно взаимодействует с электроникой и платами основного функционального блока, по командам программного обеспечения формирует особые импульсы питания, необходимые для работы каждой платы и каждого блока УЗИ аппарата в определенном режиме и с конкретным датчиком.

Блок питания является важным компонентом УЗИ аппарата не только потому, что без него в принципе невозможна работа сканера (это можно сказать о любом приведенном в данной статье компоненте), но и потому, что даже малейшее отклонение в его работе может вызвать более серьезные неисправности в других частях и платах УЗИ, дефекты визуализации и другие неисправности.

Система питания УЗИ аппарат может состоять из следующих компонентов:

• Основной блок питания, создающий все типы сигналов и высокое напряжение для всего УЗИ аппарата (включая все платы, датчики и компьютерную часть)
• Вспомогательная часть с системой защиты и гальванической развязкой
• Отдельный DDM-блок (присутствует не во всех ультразвуковых системах, обладает специфическим функционалом и  свойствами)
• Блока питания компьютерной части (присутствует как выделенный элемент чаще в стационарных УЗ-сканерах, где установлен “полноразмерный” компьютерный блок)

Как проявляются проблемы с блоками питания

• Аппарат не включается
• Зависает, самопроизвольно выключается при работе, при запуске требовательных режимов работы
• Присутствуют провалы, артефакты визуализации
• Возникают специфические ошибки

Панель управления УЗИ

Классическая панель управления большинства УЗИ аппаратов состоит из

• Трекбола с основными клавишами управления (для управления курсором измерений, перемещения по меню и пр.)
• Клавиатуры (Стандартной “QWERTY”-клавиатуры ПК) для набора текста в заметках к исследованиям, ввода данных пациента и пр.
• Набора переключателей, кнопок и регуляторов, управления для отдельных режимов и опций аппарата. (они необходимы для удобного управления аппаратом одной рукой, поскольку второй рукой врач или специалист всегда держит датчик УЗИ)
• Сенсорного экрана для быстрого перемещения по настройками, меню, опциям. Чаще присутствует в экспертных аппаратах и системах высокого класса.

В некоторых системах можно встретить стандартный тачпад (как в обычных ноутбуках). Иногда физическую панель управления полностью заменяют на сенсорный экран, который также может быть совмещен с основным дисплеем.

При этом отдельные клавиши могут не нажиматься, нажимаются самопроизвольно или возникают проблемы с точностью и реакцией трекбола. Все неисправности панелей также можно устранить.

Монитор УЗИ

Дисплеи, используемые в УЗИ аппаратах обладают довольно высокой стоимостью по сравнению с классическими моторами настольных ПК, так как производители ультразвукового оборудования выбирают модели с особыми характеристиками, высокой надежностью, хорошей цветопередачей в оттенках серого цвета и определенных цветовых гаммах.

От качества и исправности монитора во многом зависит качество изображения, которое получает врач, а значит — и достоверность диагностики.  

Большинство современных аппаратов оснащаются дисплеями с диагональю от 17” — 24” и широкими возможностями регулировки. 

Разумеется, качество картинки зависит не сколько от настроек самого монитора сколько от правильности настройки режимов сканирования ,выбора датчика, исправности отдельных компонентов электроники, но сам дисплей также может вносить искажения в визуализацию.  Отметим, что неисправность мониторов УЗИ аппаратов также можно устранить без их полной замены.

Датчики УЗИ аппарата

Датчик необходим для выполнения любого ультразвукового исследования. Современные УЗИ аппараты совместимы с десятками датчиков, для каждого вида исследований (абдоминальные, внутриполостные, кардиологические, акушерские (3D) и т.д.) и для отдельных групп пациентов (например, для маленьких детей) применяются свои особые датчики. 

Все датчики подключаются к специальным разъемам УЗИ аппарата. Одновременно к аппарату можно подключить 2-5 датчиков (или 1, если то портативный УЗИ без дополнительных модулей). ПРи этом активным (во время исследования) в любом случае будет один датчик. В основном, датчики получают свои названия по форме, по области применения или по внешнему виду получаемой визуализации.

При этом любой из датчиков может отсутствовать. Необходимые датчики можно приобрести для аппарата отдельно (как в принципе можно купить и УЗИ аппарат вообще без датчиков, но это в современной практике большая редкость, поскольку выгоднее сразу укомплектовать сканер всем необходимым).

Для систем в области акушерства и гинекологии также применяются 3D/4D датчики, для детского УЗИ кабинета могут потребоваться специализированные педиатрические датчики, для профильного кардиологического центра — транспищеводные, и так далее. типов датчиков очень много. Об этом на нашем сайте есть отдельный материал, ссылку на который можно будет найти в конце публикации или в общем разделе “Статьи”.

Датчики УЗИ аппаратов обладают набором характеристик, например, свое рабочей частотой (или частотной полосой), глубиной сканирования, поддерживаемыми режимами сканирования, особой анатомической формой и соответственно — формой сканирующей головки (приемника и передатчика УЗ-излучения)

Принтеры УЗИ

Термопринтер (термографический принтер) для вывода изображений все еще присутствует в большинстве современных УЗИ аппаратов, несмотря на возможность сохранения изображений и передачи видео напрямую на USB флешки, на серверы медицинских учреждений. диски и другие носители. 

Классические принтеры пока еще не потеряли свою актуальность, все специалисты к ним очень привыкли, потому их все еще устанавливают даже в самые современные системы.

Соответственно, этому элементу присущи все проблемы различных видов принтеров: плохо получаются снимки, мнется бумага и т.д. Неисправности термопринтеров можно устранить, причем благодаря тому, что принтер — полностью автономное устройство, его ремонт можно выполнять отдельно от УЗИ 

Схема УЗИ аппарата

Принципиальная схема работы и основных частей УЗИ аппарата важна для понимания сложных взаимосвязей всех его элементов, принципа функционирования и взаимодействия с оператором (врачом ультразвуковой диагностики, сервисным инженером, настройщиком и пр.), пациентом.

Важно, что для поиска неисправностей УЗИ или работ по восстановлению работоспособности аппарата данная схема не подойдет. Полная схема всех план и элементов, участвующих в процессе формирования ультразвукового излучения, его передаче, получении и расшифровке, не поместилась бы и в нескольких подобных статьях. Для сервисных работ используются схемы особого типа, предварительно проводится диагностика аппарата, определяется неисправная плата или группа плат, затем, при необходимости, по схеме конкретной платы инженер выполняет локализацию и устранение неисправности (процесс ремонта — тема для целой серии отдельных статей, поэтому подробно затрагивать здесь его мы не будем).

Основные неисправности аппарата УЗИ

В данном разделе мы еще раз приведем распространенные неисправности и проблемы УЗИ аппарата, связанные с основными составными блоками современной ультразвуковой системы.

Неисправность УЗИ	Симптомы и ремонт
Выход из строя отдельных электронных плат	Проявление: зависания, УЗИ тормозит, не включается, сам выключается, не работают определенные режимы. Возникают ошибки Причина: Отсутствие ТО, отсутствие ИБП, проблемы с питанием, использование неисправных датчиков. Ремонт: Компонентное восстановление оригинальной платы или полная замена (требуется в редких случаях)
Неисправности жесткого диска УЗИ	Проявление: Зависает, не загружается, появляются ошибки Причина: Отсутствие ТО, Программный сбой, отключение питания, износ диска Ремонт: Замена HDD, переустановка ПО УЗИ.
Проблемы с блоком питания УЗИ	Проявление: зависания, УЗИ тормозит, не включается, сам выключается, не работают определенные режимы. Возникают ошибки Причина: Отсутствие ТО, отсутствие ИБП, использование неисправных датчиков, КЗ. Ремонт: Восстановление или замена блока питания (до 99% всех блоков можно восстановить)
Неисправности панели управления	Проявление: Заклинают, не нажимаются или сами нажимаются клавиши, плохо работает трекбол.Возникают ошибки Причина: Отсутствие ТО, попадание пыли и геля в панель управления, износ кнопок и роликов. Ремонт: Чистка и восстановление панели (клавиш и платы). Чистка трекбола, замена роликов трекбола.
Проблемы с монитором УЗИ	Проявление: Артефакты, тусклое изображение, плохая цветопередача. Причина: Выход из строя подсветки,  матрицы, блока питания или платы монитора. Ремонт: Восстановление монитора и замена отдельных элементов. Полная замена монитора.
Неисправности датчиков	Проявление: Внешнее механическое повреждение, артефакты Причина: Неправильная обработка, падения, износ датчика. Ремонт: Замена линзы, кристаллов, кабеля, ремонт корпуса, восстановление 3D датчиков и другие работы.
Проблемы с принтером УЗИ	Проявление: Белые полосы, точки, рвет и мнет бумагу, тусклая или светлая картинка Причина: Попадание пыли внутрь, износ термоголовки, механические проблемы приводов. Ремонт: восстановление поврежденных элементов принтера.

Из данной таблицы можно отметить, что многие неисправности и проблемы УЗИ аппаратов связаны с отсутствием регламентного обслуживания и несоблюдением различных правил и рекомендаций по эксплуатации. 

На втором месте идут проблемы связанные с внешними воздействиями (перепады напряжения, случайные удары, отсутствие подходящего ИБП и прочее.

И только в последнюю очередь можно назвать износ компонентов.