В первой части статьи приведён пост с сайта Medium, где по поводу УЗИ высказывает своё мнение разработчик ПО и блогер Грэхем Дженсон [Graham Jenson]. Во второй части с этим мнением спорит автор блога «Ложь, наглая ложь и реклама стартапов» [Lies, Damn Lies, and Startup PR] инженер Пол Рейнольдс [Paul Reynolds], имеющий большой опыт разработки и создания этих устройств. Он написал опровергающий пост, а потом в ещё одном посте ответил на вопросы, возникшие у его читателей.

Почему аппараты для УЗИ такие дорогие (Грэхем Дженсон)

Назовите технологию, более полезную, дающую больше знаний, более интересную и более дорогую, чем аппарат для ультразвукового исследования. Он может заглядывать внутрь живых существ без мощных магнитов и рентгена, а сделан он, по сути, из динамика и микрофона, выдающего на экран результаты.

Почему УЗИ нет в каждом классе биологии в каждой школе, чтобы там можно было посмотреть, как работают мускулы и бьётся сердце? Почему УЗИ нет под рукой у докторов наряду со стетоскопом и градусником? Почему я не могу купить себе такой аппарат, просто чтобы следить за тем, как заживают мои травмы? Наверно, потому что недорогими считаются аппараты стоимостью £20 000 ($30 000).

После того, как я отдал за визит к доктору со своей повреждённой ногой $200, и меня обследовали на аппарате для УЗИ размером со шкаф и выглядевшим, как телевизор 50-х годов, я заинтересовался, за какие деньги можно купить такой аппарат себе. Найдя «дешёвый» аппарат за $8 000, я не смог связать стоимость с технологией, простотой и полезностью такого инструмента.

Поэтому я провёл небольшое исследование. 

Недорогі УЗД апарати та датчики до апаратів УЗД - https://exim.com.ua/

 

Измерительный преобразователь

Измерительный преобразователь [transducer] – это керамика с двумя кусочками металла по бокам. Если сжать преобразователь, он выдаёт электрический ток. Если пустить ток по контактам, он двигает преобразователь. Для УЗИ требуется чуть больше десятка преобразователей, работающих на мегагерцовой частоте. Для достижения необходимого разрешения из них нужно собрать массив. Для таких целей чаще всего используют цирконат-титанат свинца, или ЦТС.

При подаче тока на преобразователь он расширяется, обратный ток заставляет его сжиматься, а если делать так периодически, то вы получите волну, длина которой будет примерно в два раза больше его толщины. Поскольку скорость звука в керамике составляет 3200 м/с, а у волны в 5 МГц длина составит 0,64 мм, поэтому толщина ЦТС должна быть в районе 0,32 мм. Это довольно мало.

Изготовление преобразователей с требуемой точностью – вот, по-видимому, причина высокой стоимости УЗИ, поскольку к каждому преобразователю предъявляются строгие требования, а для УЗИ их требуется много. Они стоят дорого, и так как их требуется 20 штук, они быстро увеличивают стоимость аппарата.

Самые дешёвые ЦТС-преобразователи мегагерцового диапазона, найденные мною, стоят по $12 за штуку. Значит, УЗИ с 20 преобразователями должен стоить более $200, а массив 40х40 ЦТС для получения трёхмерных изображений должен стоить уже $19 200.

Чтобы уменьшить их стоимость, можно попробовать сделать преобразователь самостоятельно. Можно ли это сделать своими руками? Вот несколько ресурсов, посвящённых этому вопросу:

• Человек сам делает преобразователи из титаната бария.
• Люди пробуют распечатывать интегральные схемы в домашних условиях.
• Диссертация на тему создания ЦТС-плёнов.
• Способ сделать «недорогой ЦТС-массив высокой плотности».
• Описание изготовления гибкого ЦТС-массива.
• Массив из 64 элементов на 35 МГц для получения изображений высокого разрешения.

Недорогі УЗД апарати та датчики до апаратів УЗД - https://exim.com.ua/

Один из способов производства ЦТС-массива – использование метода нарезки и заполнения. Можно изготавливать отдельные преобразователи, опуская ЦТС в этанол и затем распыляя это на металл. После испарения этанола на металле останется тонкая плёнка ЦТС. Но это потребует специального оборудования, и для постройки массива наверно будет проще найти лабораторию или производителя с опытом – но это уже не так интересно.

Железо и софт

Компьютер, способный работать с мегагерцовым преобразователем сегодня стоит мало – к примеру, GPIO-контакты на Raspberry Pi могут это делать. Экраны очень дешёвые, и вообще можно делать вывод на телефон или домашний экран. Также я не думаю, что расчёты, ведущиеся в аппарате, или его дисплей могут быть очень дорогими.

ПО бывает дорогим, но это оттого, что каждый аппарат УЗИ использует своё, специальное закрытое ПО. Если бы существовала стандартная аппаратная платформа, для которой можно было бы делать ПО, со стандартами и API, это бы сильно снизило стоимость аппаратов. Существуют попытки создания открытой архитектуры УЗИ, но не знаю, насколько они вошли в массы.

Возможно, большая часть стоимости аппаратной и программной части УЗИ проистекает из необходимости получения медицинских сертификатов. 

Безкоштовне ПЗ -  Недорогі УЗД апарати та датчики до апаратів УЗД - https://exim.com.ua/

Некоторые спецификации, коим необходимо соответствовать, это ISO 13485, ISO 14971, IEC 60601 3-я редакция, IEC 62304, и возможно ещё десяток таких, про которые я забыл, типа RoHS, WEE, излучения и проч. Если вы измеряете длину бедра зародыша и высчитываете из неё примерный внутриутробный возраст плода, вы не хотели бы ошибиться в этом.

Создание любого медицинского устройства может быть очень дорогим, но ведь у него могут быть и другие области использования: образование, получение изображений, спортивные тренировки, развлечения. Уловка 22 состоит в том, что в этих областях УЗИ использоваться не будет из-за дороговизны устройств, а дешевле они не станут, пока рынок для них не вырастет за пределы здравоохранения.

Кто делает что-то с проблемой дорогого УЗИ

Университет Ньюкасла работает над УЗИ стоимостью в $40–50, и эта работа привлекла внимание СМИ. Они уменьшили стоимость аппарата, используя один подвижный преобразователь для формирования изображения.

Недорогі УЗД апарати та датчики до апаратів УЗД - https://exim.com.ua/

Компания Butterfly Network Inc пытается создать устройство для УЗИ на едином чипе, которое будет стоить не дороже стетоскопа. Они получили $100 млн в инвестициях, и, надеюсь, смогут создать удивительную технологию, благодаря которой каждый сможет заказать себе УЗИ.

Проект Lumify от Phillips – ручное устройство для УЗИ, подключающееся к смартфону/планшету. Выглядит круто. Но пока его могут купить не все.

echOpen и его ответвление Murgen – открытые проекты, разрабатывающие аппарат для УЗИ и набор для разработки. Такие проекты реально могут помочь удешевлению УЗИ, дав доступ к технологии программистам и инженерам.

Больше ссылок для самостоятельного изучения:
Недорогі УЗД апарати та датчики до апаратів УЗД - https://exim.com.ua/
• Basic principle of medical ultrasonic probes
• Phased Array Ultrasonics
• Pocket Ultrasound
• How does medical ultrasound imaging work?
• How to use an ultrasound machine

• Mobile Ultrasound Device with video

• Principles of Ultrasound

 

Ответный пост, часть 1: «Почему УЗИ такое НЕдорогое», или «Вам всегда легко, когда работу выполняет кто-то ещё» (Пол Рейнольдс)

Недавно на Hackernews появилась ссылка на пост с Medium, обсуждавший дороговизну аппаратов для УЗИ. Я работаю в этой индустрии более 20 лет, и УЗИ – моя основная область знаний. К сожалению, упомянутый пост относится к категории тех, что написаны специалистом в другой области. Такие специалисты часто становятся жертвами иллюзии, что их знания в своей области распространяются на другие, они не ценят сложность и трудности работы других, и в результате упускают множество тонких (и не очень) моментов невероятно сложной технологической области.

Посылка в статье звучит как «почему дешёвая УЗИ-система стоит $30 000, если я могу купить недорогих запчастей и очень легко её собрать? Это же не сложно, я за пару часов всё выяснил!». И хотя УЗИ премиум-класса могут стоить и за $150 000 (что составляет малую долю от стоимости систем КТ и МРТ), есть причина, по которой УЗИ – самая распространённая система для получения изображений в мире. Поэтому позвольте мне опровергнуть заявления о её простоте и чрезмерной стоимости.

Какие у меня знания для того, чтобы комментировать статьи в этой области? Моя докторская диссертация была посвящена моделированию, разработке, постройке и тестированию УЗИ. 13 лет я руководил консалтинговой группой, производившей промышленное ПО для УЗИ, а также участвовавшей во множестве проектов разработки и постройки УЗИ-устройств для различных областей, включая и медицину. Я главный помощник редактора в журнале IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (Труды по ультразвуку, сегнетоэлектрике и регулировке частоты), лидирующем журнале в этой области, и также был председателем комитета IEEE Ultrasound Technical Program Committee for Transducers (Комитет по технической программе для ультразвуковых датчиков). Я работал у крупнейших поставщиков УЗИ-оборудования в мире, а также и в небольших компаниях. Я создавал и выпускал коммерческое ПО и поддерживал его годами. Существует не так уж много людей, имеющих такой опыт и способных оценить технические подробности оборудования и ПО.

Все мои мысли относятся к общим вещам, не привязаны к конкретной компании, поэтому никаких патентованных или проприетарных сведений я не разглашаю. Интересующимся этим вопросом очень рекомендую книжку Тома Забо [Tom Szabo] "Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out", где популярно описан широкий спектр вопросов по этой теме.

Сначала одним параграфом опровергнем аргумент о стоимости УЗИ, пользуясь базовыми экономическими принципами. Если вы можете построить эффективный УЗИ-аппарат, который люди захотят купить, меньший по стоимости чем те, что доступны на рынке, и при этом у вас нет опыта в этой области – то почему кто-то более опытный не построил уже такой аппарат? Почему ни одна из крупных компаний не обрушила цены, чтобы захватить рынок? Если существует картельный сговор компаний по поддержанию цен, почему правительство ещё их не засудило (поверьте человеку, работавшему в компаниях – они параноидально относятся к соблюдению правил, не берут откатов и стараются не делать ничего, что выглядит противозаконным). Позже я опишу правила Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA), но пока скажу, что хотя [преобразователи] добавляют стоимости продукту, это не основные траты, и, конечно же, не нужно использовать такие аппараты без соблюдения техники безопасности.

Я занимался созданием оборудования и ПО, и хотя ПО делать тоже трудно, оборудование делать труднее. Если вы сделаете ошибку при разработке оборудования, вы не сможете перекомпилировать программу и через час получить новый продукт, ваши переделки и пересборки занимают недели или даже месяцы. Отправленное клиенту оборудование должно работать, его нельзя исправить в поле апдейтом, его нельзя поставлять с пользовательским соглашением, где прописан отказ от гарантий или объявить, что он поставляется «как есть». Его нужно поддерживать там, где он работает, иногда десятилетиями. ПО можно разработать на ноутбуке, сидя в небольшой комнате, но инструменты разработке оборудования могут быть большими и дорогими, и их обслуживание также стоит денег. При разработке ПО у вас не возникает проблем с поставщиками, меняющими материалы, формулы, цены, или даже уходящими из бизнеса и оставляющими вас без запчастей. Чтобы обезопасить себя от этих рисков, вам требуются специально обученные люди, также стоящие денег.

Засим перейдём к технической части. Ультразвуковая система состоит из трёх главных компонент: акустический преобразователь (трансдьюсер или просто датчик), система и ПО. Датчик – это то, что вы держите в руке, он контактирует с пациентом и передаёт/получает ультразвук. Для каждой системы существует несколько вариантов датчиков, у каждого есть своя область применения, и поэтому система должна уметь поддерживать широкий спектр таких датчиков.



Датчик соединяется кабелем с системой, у которой есть вся необходимая электроника, которая принимает сигналы, преобразовывает их в картинку, даёт врачу возможность менять настройки работы, и т.п. Система работает под управлением ПО и выводит картинку на экран, хотя в наше время границы между оборудованием и ПО немного размыты. В больницах такое оборудование обычно перевозят на тележках, хотя встречаются и более компактные (и ограниченные) системы.



Рассмотрим передатчик. Картинки взяты из неплохих презентаций (1, 2).





На первой изображены линзы (часть, соприкасающаяся с пациентом). Она фокусирует ультразвук и ослабляет его так, чтобы избежать ревербераций на уровне кожи, которые могли бы затуманить картинку – но при этом без излишнего ослабления, чтобы не терять сигнал. Она должна обеспечивать хороший контакт с пациентом, должна быть достаточно толстой, чтобы служить изолятором, и достаточно прочной, чтобы её можно было очищать, дезинфицировать, иногда ронять, и подвергать другим воздействиям много лет. Толщина должна быть одинаковой по всей поверхности, отклонение на несколько процентов длины волны уже будут искажать изображение. При этом длина волны ультразвука составляет порядка 100 микрон. Но ведь это же просто сделать, не так ли?

Затем идёт согласующий слой, передающий ультразвук с пьезоэлектрики высокого акустического импеданса на корпус с малым импедансом. Сегодня существуют схемы с несколькими слоями, каждый из которых должен быть определённую толщину, плотность, жёсткость и величину ослабления сигнала. Иногда они должны быть токопроводящие, иногда – изолирующие. Также они должны поддаваться механической обработке и иметь постоянную толщину, как и линзы.

Затем идёт пьезоэлектрически активный материал, преобразующий электричество в колебания и наоборот. У него также должна быть определённая толщина, не меняющаяся по поверхности, с точностью до микронов. Используемый материал имеет значение – у дешёвых вариантов разная толщина и они плохо работают, а те, что строго следуют спецификациям и хорошо работают, стоят дорого. Он не должен терять пьезоэлектрические свойства при рабочих температурах и выдерживать сильные электромагнитные поля. Пьезокерамика вроде PZT использовалась с незапамятных времён, но сегодня для создания современных режимов генерации изображения может использоваться пьезоэлектрика на едином кристалле – с ней тяжелее работать, она более дорогая, но и показатели работы у неё лучше. Поливинилиденфторид, напыляемые материалы и дешёвые PZT, из которых делают зуммеры, в данном случае неприменимы.

Затем идёт задник, материал, поглощающий нужное количество акустической энергии, чтобы аппарат получал короткий импульс, идущий с передней части датчика и используемый для построения картинки, но при этом поглощающий её не так много, чтобы слишком ослабить сигнал. Его обычно нужно делать из диэлектрика, и его вес не должен быть обузой для врача.

После этого все части нужно скрепить вместе. Линия скрепления должна быть не очень толстой, чтобы не мешать проходу звука, но и не очень тонкой, чтобы все слои крепко держались вместе. Это должны быть связи толщиной в микроны, не меняющейся по всей их площади. Просто, верно?

Займёмся акустическим стеком. Его можно разбить на несколько элементов, участвующих в создании изображения. Да, их требуется много разных – в большинстве датчиков от 100 до 200 элементов. Устройство с 20 элементами, о котором говорилось в предыдущей статье, бесполезно для любых серьёзных применений. При этом все эти слои и пьезоэлектрические элементы необходимо изолировать друг от друга электрически и механически, не слишком толстой и не слишком тонкой изоляцией.

Затем нужна гибкая схема, передающая сигналы от и до каждого элемента, и она должна соответствовать этим элементам с точностью до 100 микрон (да, и размер каждого элемента не более двух человеческих волос), а потом схему нужно соединить с кабелями, уходящими из системы. Все 100-200 проводов идут по кабелю длиной пару метров, и он должен быть достаточно лёгким и тонким, чтобы врач мог пользоваться им по восемь часов в день, не перенапрягая мышцы. Представляете, какими тонкими получаются отдельные провода? Позвоните продавцам кабелей и попросите у них кабель малого диаметра с 200 контактами, проводящий сигнал без помех, и вы узнаете его цену.

Всё это необходимо разместить в корпусе, достаточно эргономичном для врача, достаточно большом для того, чтобы разместить в нём акустическое оборудование, достаточно маленьким, чтобы быть не очень тяжёлым, и достаточно гладким, чтобы не навредить пациенту. А кроме всего прочего, он ещё не должен перегреваться, чтобы не пострадали ни врач, ни пациент.

Просто!

Н-да. И это я описал самую простую версию. Я не углублялся в многослойные датчики, искривлённую подложку, экзотические материалы, устройства с электроникой в ручке, размерности каждой секции, необходимые для работы с акустикой, спектральные ответы, температурные характеристики, соответствующий электрический импеданс, и все остальные сложности, с которыми приходится иметь дело, создавая и продавая такие устройства в реальности.

А, я ещё забыл об универсальности, надёжности и стоимости. Эти устройства должны работать годами, должны быть совместимыми между собой, чтобы система могла генерить с их помощью картинки так, что пользователь не замечал бы разницы, и должна стоить достаточно недорого, чтобы и пользователь смог их купить, и производитель получил бы прибыль. Вы когда-нибудь создавали прототип? 2 прототипа? 4? 100? 10 000? И чтобы все они были одинаковыми? Да, решив продавать и поддерживать продукты, вы попадаете в другой мир.

А, ещё я забыл тестирование на предмет соответствия аппаратов вашим внутренним спецификациям, правилам FDA и других регуляторов, с тем, чтобы они вас не ударили током и не сожгли, и выдавали верные медицинские данные, чтобы вам не поставили неправильный диагноз и выписали правильное лечение.

И это я ещё не добрался до системы и ПО. Один только датчик требует работы людей, разбирающихся в акустике, создании изображений, клинических требованиях, материалах, дизайне оборудования, электронике, обработке данных, безопасности, правилах работы, пользовательском опыте, надёжности, тестировании, ведении бизнеса, и много чего ещё, всего не перечислишь. Ну и ещё нужно поддерживать сотрудников, офис, HR-отдел и админа.

Всё это требует огромных знаний и усилий – таких, будто от них зависят человеческие жизни.

У меня есть большой опыт в разработке и постройке подобных штук. Мог бы я создать компанию, которая бы производила их, и делала бы это хорошо? Да. Мог бы я сделать их значительно дешевле, чем это получается у других? Нет.

Соберём всё это вместе и получим невероятно сложный электромеханический продукт, с компонентами микронного масштаба, с требованиями к долговременной работе в течении многих лет, воспроизводимый без возможности воспользоваться экономией на масштабе (о миллионах устройств речи нет), на основании показаний которого выносятся решения, влияющие на человеческую жизнь. И это только датчик. Поэтому, на самом деле нужно спрашивать, «почему аппараты для УЗИ такие недорогие»?

Ответный пост, часть 2: ответы на вопросы по первому посту

Сначала пройдёмся по технической части вопросов. Когда в тексте я упоминаю конференцию, я имею в виду симпозиум международного ультразвукового сообщества IEEE UFFC.

1) А что, если в датчик поместить больше электроники и использовать GPU для формирования пучка?

Датчики действительно двигаются в этом направлении. После того, как Philips представила в 2003 году первый настоящий двумерный массив, работающий посредством подмассива, формирующего пучок электроники в датчике, в этой области наметились подвижки. Важно понимать, что разработка электроники (обычно это ASIC, специализированная интегральная схема), используемой только в одном датчике, это огромные инвестиции денег, человеко-часов и времени. А ещё нужно интегрировать всё это в акустическом стеке и сделать так, чтобы всё слаженно работало. Такого рода продукт достаточно большая команда разрабатывает несколько лет, и хотя развитие электроники делает эту задачу более лёгкой для 2016 года, чем для 2003, это всё ещё очень большая задача. У всех больших компаний уже есть свои двумерные массивы, но им приходится предлагать серьёзные преимущества использования двумерных массивов вместо одномерных, поскольку первые, как нетрудно догадаться, стоят гораздо больше.

Кроме того, замените одномерный массив двумерным, и вы сразу получите новые трудности в обработке данных – объёмы вместо плоскостей, тысячи отдельных сигналов вместо 200. Требуется ещё больше вычислительной мощности, и хотя с годами объёмы доступной мощности растут, растут и запросы. В какой-то момент доступные вычислительные объёмы экономически перегонят спрос, но пока этого не произошло.

А что насчёт обычных, одномерных массивов? Конечно, туда тоже можно запихнуть больше электроники, но помните, что в одной системе осуществляется поддержка 10-20 типов датчиков (сердечные, абдоминальные, сосудистые, акушерские, и др.), и что более логично – делать единую систему, в которой имеется общее оборудование, способное обслуживать многие датчики, или же копировать одну и ту же электронику для каждого датчика, чтобы упростить систему? Экономически сейчас имеет смысл собрать все общие компоненты в системе, но если электроника подешевеет и станет лучше, тогда уравнение поменяется. Сейчас такой вариант рассматривается.

Вот тут есть спецификации открытой платформы Verasonics, неплохого оборудования для тех, кто хочет учиться, тестировать и разрабатывать ультразвуковое оборудование, хотя у коммерческих премиум-систем спецификации часто повыше. Дискретизация до 62.5 МГц, 14 бит, 256 каналов – это до 224 Гбит/с, или примерно один Blu-ray диск в секунду. Thunderbolt 3 поддерживает до 40 Гбит/с, так что сравните и почувствуйте разницу. Как бы ни была хороша современная электроника, запросы топовых УЗИ-устройств всё ещё выше. Со временем это поменяется.

Также отметим, что эта система поддерживает напряжение с размахом сигнала до 190 В, что означает невозможность использования чипов, произведённых по техпроцессам минимальных величин. Это значит, более крупная электроника и более высокая стоимость – и это вряд ли изменится в ближайшее время, фундаментальная физика накладывает свои ограничения (возможно, до появления новых материалов). В последние годы было достигнуто улучшение при помощи пьезоэлектрики на едином кристалле, но сейчас ничего такого на горизонте не видно.

Ещё есть вопрос нагрева. Электроника нагревается. Несколько ватт в небольшом ручном датчике могут серьёзно поднять температуру и обжечь пациента либо врача. Существуют строгие правила по максимальному нагреву датчиков, и качество работы всегда ограничено этими правилами – датчик работает хуже, чем мог бы, для безопасности. Если на каждом канале электроника выдаёт 50 мВт, то 200 каналов выдадут 10 Вт, и это слишком много. Но если электроника выдаёт всего 5 мВт, тогда в сумме будет 1 Вт, и это уже будет интереснее. Если бы можно было обходиться таким низким потреблением, тогда аргументация из плоскости практичности перешла бы в плоскость размеров и экономики.

Теперь о формировании пучка. Для начала интересующиеся могут посмотреть отличную презентацию по этому вопросу. Она из 2005 года, некоторые вопросы уже устарели, но основы не изменились. Остальным расскажу, что формирование пучка принимает сырые данные и строит из них картинку. Для этого нужно получить большой поток данных (те самые 224 Гбит/с), провести кучу математических операций, зависящих от режима изображения, и вывести результат на экран. Презентация заканчивается прогнозом развития «аналоговая электроника идёт в датчик, а цифровая – в ПО». Именно это сейчас и происходит. GPU стали достаточно мощными для того, чтобы брать на себя работу специализированных формирователей пучка, и в ближайшие годы их скорость, скорее всего, возрастёт. Их ещё не скоро можно будет встретить в больницах, поскольку текущие системы живут не меньше десятка лет, но они уже приближаются.

С точки зрения электроники процесс идёт, но некоторые пиковые запросы УЗИ показывают, что она ещё не дошла, или только доходит до нужной кондиции. В то же время растут запросы на устройства с двумерными массивами преобразователей. Лет через 20 экосистема УЗИ поменяется, стоимость и быстродействие электроники будет передвигать нагрузку между системой и датчиком.

2) Что насчёт микропроизводства или 3D-печати?

Ещё один прекрасный вопрос, и исследования в этом направлении идут последние лет 20. Исследование использования микроэлектромеханических систем (МЭМС) в УЗИ финансируется компаниями более 20 лет. К примеру, в начале 1990-х cMUT (ёмкостные ультразвуковые МЭМС-преобразователи) были объявлены «следующим этапом» ультразвука, а сегодня, в 2016-м, кроме узких областей применения, такие устройства только начинают выходить на рынок. И это происходит не из-за недостатка усилий, просто технология не сработала так, как ожидалось. Возникло множество проблем, часть из которых были решены, но сейчас они пока не могут соревноваться с пьезоэлектроникой и стандартным производством по цене и качеству. Над ними ещё нужно работать, и если их можно улучшить, повысить надёжность и понизить стоимость, они проникнут во многие области применения.

pMUT (пьезоэлектронные ультразвуковые МЭМС-преобразователи) также изучают, но с ними возникает ещё больше сложностей, чем с cMUT. Такие материалы имеют в основе свинец, а люди очень не любят свинец на производстве полупроводников. Более приемлемые материалы, оксид цинка и нитрид алюминия, не показывают таких хороших результатов, поэтому их применение пока ограничено тонкоплёночными акустическими резонаторами (FBAR). Есть некие многообещающие примеры с добавлением скандия к нитриду алюминия, что повышает производительность, а также методы производства улучшенных пьезоэлементов, но пока ещё у них полно проблем.

3D-печать? Очень сложно напечатать активные материалы и другие специализированные компоненты, входящие в состав преобразователя, но и этим тоже занимаются. GE углубилась в вопрос больше других, и она вместе с другими компаниями уже делает на эту тему презентации. Так что это ещё в зародыше, но новые методы производства наступают, и они помогут улучшить быстродействие, надёжность и цены.

3) Я могу купить в магазине запчасти за $x, почему же система стоит дороже, чем $x?

Потому, что для сборки надёжной и подтверждённой платформы, на основе использования которой можно будет принимать медицинские решения, требуется множество усилий и человеко-часов. Это так для любого продукта, и даже без соблюдения условий регуляторов. Если вы сделаете что-то некачественное, вы продадите один экземпляр, и бизнес не пойдёт, а слухи распространяются быстро. В такой наполненной конкурентами области, как УЗИ, вы быстро потеряете престиж и уйдёте со сцены. Каждый датчик обязан поддерживать несколько режимов генерации изображений – б-режим, гармонический, допплеровский, и т.п. – и для каждого из них нужно время, чтобы запрограммировать и утвердить. Затем его надо будет поддерживать, удовлетворять запросы клиентов, платить вашим сотрудникам, чтобы они не ушли разрабатывать новейшее мобильное приложение для соцсетей, и создавать новое поколение улучшенных систем. По сути, это стандартные затраты и проблемы любого долговременного предприятия. А, ещё и прибыль, поддерживающая компании на плаву, обеспечивающая изготовление новых продуктов и появление продвинутых технологий.

По сути – инновации грядут, но это не так просто, как вам кажется, это не микрофон или смартфон, который через пару лет можно выкинуть.

Если вы хотите обучаться и участвовать в нашей индустрии, то добро пожаловать – в ней всегда найдётся место для тех, кто помогает улучшать ультразвуковые технологии. Можете отправить сообщение мне, так как у меня большие связи, и я могу связать вас с нужными людьми.

4) Вы не сделали прейскурант на все компоненты, чтобы доказать, что цена не завышена.

Во-первых, такая статья выглядела бы больше как список цен, а я пытался понятно описать, что входит в процесс создания такой системы, и что это не так просто, как вам кажется. Цены из статьи на Medium были основаны на неких заявлениях по поводу простоты ультразвуковой технологии, и я хотел объяснить, почему задача создания таких аппаратов на самом деле сложная и многогранная, требующая различных компромиссов. Для профессионала это звучит как «Я могу построить миникар [детский гоночный автомобиль без мотора – прим. перев.] за $100, и если поставить в него мотор, то он превратится в машину! С чего это автопроизводители дерут по $50 000 за автомобили?!».

Во-вторых, мне приходится осторожно упоминать цены и возможности техники. Я работал на разных производителей УЗ-оборудования, и мне надо заботиться о том, чтобы не разболтать коммерческую тайну, поэтому я действую аккуратно и проверяю, чтобы всё, о чём я пишу, было достоянием общественности.

И последнее, рынок высококонкурентный, и тот факт, что низких цен на оборудование нет, говорит о том, что там есть за что платить, и что цены адекватные. Если вы считаете, что рынок не конкурентный, не знаю, как я могу вас убедить. Попробую в следующем пункте.

5) Производители оборудования организовали картельный сговор и держат высокие цены

Меня такие заявления удивляют. Я работаю в этой области более 20 лет и ни разу не видел ни намёка на то, что нечто подобное присутствует в области УЗ. Всё указывает на сильную конкуренцию. На рынке объёмом около $6 млрд с несколькими крупными игроками международного масштаба (вот список крупнейших игроков, вот список игроков поменьше, вот исследование, где упоминается 25 компаний), и регулируется таким образом, чтобы убедиться в отсутствии ценовых сговоров, картелей, и других нерыночных проявлений. В рейтингах компании постоянно меняют свои места, каждая ищет какое-нибудь легальное преимущество в технологиях или стоимости. Медицинское применение УЗ также очень сильно регулируется, и многие страны, особенно США и в странах Европы, очень жёстко обрушатся на компанию, уличённую в нерыночном поведении.

В каждой из компаний, где я работал, я ощущал серьёзное давление с целью повышения качества и надёжности и одновременного понижения цен. Если вы изучите сегодняшние системы и сравните их со старыми, то вы заметите как серьёзные улучшения у топовых моделей, цена на которые осталась примерно на том же уровне, так и появление аппаратов по сравнительно низким ценам, возможности которых превосходят вчерашние системы.

Если кто-нибудь запустит компанию, производящую качественные УЗ-системы в большом количестве по небольшой цене, то даю гарантию, что это предприятие будет куплено одним из крупных игроков, который инкорпорирует его и воспользуется преимуществами технологии. Так что, если вы правда верите в заговор и в то, что УЗ-системы очень просто сделать, то запускайте свою компанию и пользуйтесь той лёгкой прибылью, которую упускают все остальные. Ещё лучше – лично я помогу вам. Серьёзно, пишите мне, рассказывайте, что мы делаем не так, и я либо найму вас, либо найду вам работу в индустрии, или организую совместную компанию, чтобы заработать миллионы. А если вы уверены в наличии заговора, я дам вам контакты различных регуляторов в разных странах, которые с удовольствием ознакомятся с имеющимися у вас доказательствами, которые могут быть использованы в суде.

Мало в каких областях компании работают на рынке с такой большой конкуренцией, разворачивающейся среди множества больших игроков. Это не тот вариант, в котором "Intel владеет 99% рынка серверов и конкуренты не заставляют его снижать цены", это больше похоже на автомобильную индустрию, в которой соревнуется множество участников.

6) Инженеры не понимают, что делают, и проходят мимо очевидных вещей, которые могли бы сделать продукт быстрее, лучше и дешевле.

В индустрии работают тысячи людей — инженеры, исследователи и вспомогательный персонал. Они умные, образованные, опытные и способные. Если бы они захотели, то многие из них смогли бы легко заняться изготовлением всяких приложений, социальных сетей или что там ещё в моде, и делать больше денег при меньшем стрессе. Но они не уходят, ибо любят свою работу, делают всё для улучшения технологии, для её ускорения и удешевления, а также знают, что их работа помогает людям и меняет мир к лучшему. Они не могут пропустить очевидные улучшения технологии или методов, это не в их характере. Учитывая высокую конкуренцию в индустрии, если бы менеджеры в какой-то компании приказали инженерам не использовать имеющиеся преимущества, они бы сразу уволились и перешли в другую компанию, или запустили бы свою.

Существует множество профессиональных организаций, посвящённых исключительно ультразвуку, в основном для медицинского применения. Одна из них — IEEE UFFC, в которую достаточно сильно вовлечён и я. IEEE – некоммерческая организация, занимающаяся исключительно технологией, она не поддерживает никакие коммерческие компании или чьи-либо интересы. Она выпускает журналы со статьями, прошедшими экспертную оценку, рассказывающими о переднем крае разработки преобразователей, материалов, электроники, систем, создания изображений. Каждый год она устраивает конференции, на которых пара сотен людей обсуждает и обучается передовому опыту и технологиям. В этом году я видел презентации 3D-печати преобразователей, новых материалов, быстрого создания изображений посредством GPU, микропроизводства, передовой электроники для датчиков. На исследования по этим темам компании тратят горы ресурсов, аспиранты защищают по ним докторские работы, и постепенно эти новинки включаются в конечные продукты, когда технология взрослеет и становится экономически эффективной и надёжной.

7) Вся стоимость уходит на соответствие правилам, без FDA эти машины стоили бы меньше в разы!

Это сложно опровергнуть, не приводя внутренние цифры из разных компаний, и я этого делать не буду. Я знаю, что в стоимость заложено соответствие правилам, но она не входит в список самых затратных статей. Для соответствия правилам и ограничениям требуются инженерные тесты и создание документации, но ничего такого, чего хорошая команда инженеров, заинтересованная в производстве безопасного устройства, не делала бы сама. А наличие чётких правил, единых для всех, позволяет конкурентам играть в равных условиях.

Да, вы можете пойти на AliBaba и купить там ветеринарный УЗИ-аппарат, который не подстраивали ни под какие стандарты. Удачи вам в получении качественного, или хотя бы просто полезного изображения, а также желаю вам, чтобы этот аппарат был безопасный, надёжный, и у него была какая-то поддержка. И вообще, чтобы он делал малую долю того, что доступно топовым УЗИ-системам.

Есть причины, по которым УЗИ – самый популярный способ получения изображений в медицине, и он безопасен в частности именно из-за правил и ограничений от FDA и прочих.

8) Что за тупица не сумеет сделать датчик без острых краёв!

УЗИ не похоже на МРТ или КТ в том смысле, что результат зависит и от пациента, и от доктора – все изображения отличаются друг от друга, и для их получения требуется опыт. Акустическое окно, в котором можно получить клинически полезные изображения, иногда требует размещения датчика в определённом месте и некоторого надавливания, что может быть неприятно для пациента. Если тот начинает двигаться из-за неприятных ощущений, это затрудняет получение хорошего изображения. У некоторых датчиков размер уменьшен специально, чтобы они могли добираться до труднодоступных мест, но попытка добиться максимальной акустической площади, требуемой для получения хорошей картинки, может привести к появлению не очень скруглённых углов. Они, конечно, не такие острые, чтобы резать пациентов, но могут привести к определённому дискомфорту, если будут разработаны неправильно. К тому же, создать кабель с 200 жилами и минимальной интерференцией легко, а создать его гибким, удобным для использования врачом и недорогим, трудно.

9) Телефоны дешёвые, а в них куча всяких технологий – почему УЗ-техника не такая дешёвая?