В статье приведены данные о современных ультразвуковых технологиях, применяемых в медицине. Описаны возможности и показания к их применению. По точности, специфичности и чувствительности исследования УЗИ не уступают компьютерной томографии (КТ и МРТ).
New ultrasonic technology in clinical practice
This article lists information about modern ultrasound technology applied in medicine. Describe the features and indications for their use. For accuracy, specificity and sensitivity of ultrasound studies are not inferior to computed tomography (CT or MRI).
Ультразвуковые исследования (УЗИ) в клинике стали обычным явлением. Легче перечислить те разделы медицины, где УЗИ не применяется. Широкому внедрению ультразвукового сканирования органов и систем человека способствовали доступность, относительная простота исследования [1]. По точности, специфичности и чувствительности исследования УЗИ не уступают компьютерной томографии (КТ и МРТ). Понятия УЗИ и ультразвуковая томография (SonoCT) стали идентичными. По темпам развития и внедрения современных компьютерных технологий методы ультразвуковой диагностики намного опережают другие методы лучевой диагностики. Каждый год примерно 5-6 новых ультразвуковых технологий внедряются в практическое применение. Отсутствие ионизирующего излучения при наличии превосходящих возможностей привело к тому, что количество ультразвуковых исследований в клинике стали намного превышать количество рентгеновских исследований.
Основные режимы работы УЗ-сканеров и современные ультразвуковые технологии
Изображение, получаемое при исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы сканера. Выделяют следующие режимы:
- B-режим. Методика дает информацию в виде двухмерных серошкальных томографических изображений анатомических структур в масштабе реального времени, что позволяет оценивать их морфологическое состояние.
- M-режим. Методика дает информацию в виде одномерного изображения, вторая координата заменена временной. По вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до лоцируемой структуры, а по горизонтальной — время. Используется режим в основном для исследования сердца. Дает информацию о виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур.
- D-режим (допплерография). Методика основана на использовании эффекта Допплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур — если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика — уменьшается [2].
Ультразвуковая допплерография (УЗДГ) в зависимости от вида излучения ультразвукового сигнала подразделяется на 2 вида.
- Непрерывная постоянноволновая допплерография (CW). Методика основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Недостаток: невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте. Получается усредненная скорость кровотока от всех сосудов, попавших в зону сканирования. Достоинства: допускает измерение больших скоростей потоков крови.
- Импульсноволновая допплерография. Методика базируется на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимаются тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определенного расстояния от датчика, которые устанавливаются по усмотрению врача. Достоинства: возможность оценки кровотока в любой заданной точке.
В зависимости от направления кровоток кодируется в разные цвета, что получило название «Цветовое допплеровское картирование кровотока» — ЦДК кровотока (CDV). Такое явление основано на кодирование в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и относительно крупных сосудах (рис. 1). Если в цветной шкале на мониторе выше изолинии располагаются красные цвета, а ниже изолинии — синие цвета, то красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий — от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки — высоким [3]. Недостаток: невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с маленькой скоростью кровотока. Некорректное значение данных получаются при угле падения ультразвукового сигнала к поверхности сосуда близкой к 90°. Достоинства: позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока по ним.
Рисунок 1. Сонограмма общей сонной артерии в режиме ЦДК
Разновидностью ЦДК кровотока является энергетическая допплерография — ЭД (CDE). Методика основана на анализе амплитуд всех эхосигналов допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объеме. Оттенки цвета (от темно-оранжевого к желтому) несут сведения об интенсивности эхосигнала. Диагностическое значение энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков (рис. 2).
Рисунок 2. Сонограмма очагов метастаза печени в режиме энергетической допплерографии. Сосуды перифокального типа
Недостаток: невозможно судить о направлении и характере кровотока. Достоинства: отображение получают все сосуды, независимо от их хода относительно ультразвукового луча (уголнезависимое отражение), в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью кровотока.
При сочетании нескольких режимов сканирования выделяют следующие варианты.
- Одиночный режим (B; M)
- Дуплексный режим (В+М; B+ЦДК (ЭД)
- Триплексный режим (В+ЦДК+СПЕКТРАЛЬНЫЙ ДОППЛЕР)
- Конвергентный режим (ЦДК+ЭД)
Трeхмерное УЗИ (3D)
Методики, дающие возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения объектов (3D) (рис. 3) и кровеносных сосудов (трехмерное ЦДК или ЭД) в режиме «замораживания» (3D static) и реального времени (4D) в любом ракурсе (рис. 4), позволяют с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями [4].
Рисунок 3. Формирование трехмерного изображения кисты печени
Рисунок 4. Ультразвуковая ангиограмма (сонограмма) сосудистого «дерева» почки в режиме трехмерной субтракции (визуализируются только сосуды)
В этом режиме используется возможность запоминания нескольких кадров изображения. После включения режима исследователь перемещает датчик или изменяет его угловое положение, не нарушая контакта датчика с телом пациента. При этом в приборе запоминаются последовательные кадры изображения, полученные в разных ракурсах. На основе полученных кадров в устройстве обработки системы реконструируется трехмерное изображение. Это трехмерное изображение объектов и сосудов можно поворачивать и наблюдать с различных сторон (рис. 5, 6, 7). Значительно облегчаются интервенционные вмешательства под трехмерным ультразвуковым контролем (рис. 8).
Рисунок 5. Трехмерная сонограмма (3D static) опухоли мочевого пузыря
Рисунок 6. Сонограмма питающих сосудов метастатического очага печени в режиме 3D static
Рисунок 7. Сонограмма кавернозной гемангиомы печени в режиме полупрозрачной 3D static
Рисунок 8. Этап пункции кисты под трехмерным ультразвуковым контролем. Сонограммы в трех взаимноперпендикулярных плоскостях. Хорошо визуализируется пункционная игла
Эхоконтрастирование
Методика основана на внутривенном введении эхоконтрастных веществ, содержащих свободные микропузырьки газа (диаметром менее 5 мкм при их циркуляции не менее 5 минут). При этом существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких и глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью кровотока; значительно повышается чувствительность ЦДК и ЭД; обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов в режиме реального времени; возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов (рис. 9). Выделяют тканевое эхоконтрастирование, при котором обеспечивается избирательность включения эхоконтрастных веществ в структуру определенных органов. Степень, скорость и накопление эхоконтраста в неизмененных и патологических тканях различны. Появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики и различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей [5-7].
Рисунок 9. Сонограмма узловой гиперплазии печени в режиме эхоконтрастирования. От центральной артерии отходят ветви в радиарном направлении (симптом «ободка»)
Тканевая, или 2-я гармоника
Tissue Harmonic Imaging (THI™, тканевая, или 2-я гармоника) — технология выделения гармонической составляющей колебаний внутренних органов, вызванных прохождением сквозь тело базового ультразвукового импульса. Полезным считается сигнал, полученный при вычитании базовой составляющей из отраженного сигнала. Применение 2-й гармоники целесообразно при ультразвуковом сканировании сквозь ткани, интенсивно поглощающие 1-ю (базовую) гармонику. Данная технология предполагает использование широкополосных датчиков и приемного тракта повышенной чувствительности. Улучшается качество изображения, линейное и контрастное разрешение у пациентов с повышенным весом.
Соноэластография
ElastoScan™ (эластография) — технология улучшения визуализации неоднородностей мягких тканей по их сдвиговым упругим характеристикам. В процессе эластографии на исследуемую ткань накладывают дополнительное воздействие — давление. Вследствие неодинаковой эластичности неоднородные элементы ткани сокращаются по-разному. Это позволяет точнее определить форму злокачественной опухоли, «маскирующейся» под здоровую ткань, диагностировать рак на ранних стадиях развития. Клиническое применение эластографии:
- онкология (диагностика и классификация рака молочной железы, печени, простаты; мониторинг изменений при лечении злокачественных образований);
- кардиология;
- трансплантология (мониторинг отторжения трансплантированной почки);
- пластическая хирургия.
Ультразвуковая томография
MSV™ (Multi-Slice View™ или мультислайсинг) — технология, позволяющая просматривать одновременно несколько двухмерных срезов, полученных при трехмерном сканировании (аналог технологий КТ, МРТ). Некоторые специалисты давно называют эхографию ультразвуковой томографией. Теперь УЗИ с применением технологии MSV™ более точно соответствует названию — ультразвуковая томография. Принцип этой технологии основан на сборе объемной информации полученной при трехмерном УЗИ и дальнейшего разложения ее на срезы с заданным шагом в трех взаимных плоскостях (аксиальная, сагиттальная и коронарная проекции). Программное обеспечение осуществляет постобработку (фильтры автоматического контрастирования, гамма-коррекции изображения, усиления четкости, улучшения контурности, удаления артефактов, инверсии и др.) и представляет изображения в градациях серой школы с качеством, сравнимым с МРТ. Главное отличие MSV™ от КТ — отсутствие рентгеновских лучей, которые являются противопоказанием при обследовании беременных и детей.
Инновационная 4D-технология получения объемного изображения сердца плода
STIC™ (spatio-temporal image correlation) — 4D-технология получения объемного изображения сердца плода, учитывающая пространственно-временную корреляцию изображений. Это новый подход к клиническому исследованию сердца плода, который позволяет «извлекать» и сохранять данные о сердце плода с последующим просмотром как в виде динамической последовательности как двухмерных, так и трехмерных изображений (4D-кино-петля). Color STIC™ — STIC™ с цветным доплеровским картированием, обеспечивает наглядность внутрисердечной гемодинамики и помогает в оценке разнообразных пороков развития сердца плода. «Извлечение объема» данных о сердце плода происходит в два этапа: сначала двухмерные ультразвуковые изображения «собирают» с помощью специального 3D-датчика за один автоматический проход, затем система анализирует данные согласно их пространственно-временному домену и вычисляет динамическую трехмерную последовательность изображений сердца плода в течение одного цикла сокращений. Полученные данные могут отображаться на мониторе ультразвукового сканера или рабочей станции в виде динамических — «живых» изображений в трех плоскостях и/или в виде трехмерной реконструкции сердца (в поверхностном, минимальном, инверсном и других режимах). Этим «объемом» можно легко манипулировать, создавая новые срезы во всех стандартных и нестандартных плоскостях, которые необходимы для исчерпывающей пренатальной диагностики патологии сердца.
Преимущества технологии STIC™ при исследовании сердца плода
- Временное разрешение динамического изображения (кино-петли) сопоставимо с таковым для В-режима.
- Количество изображений (срезов) сердца плода не ограничено.
- Возможно визуальное сопоставление между изображениями в плоскостях, которые перпендикулярны референтной плоскости сканирования.
- Уменьшается время, затрачиваемое на исследование в случае подозрения на сложные пороки сердца.
- Можно создавать трехмерные изображения сердца, в которых есть глубина, объем и, следовательно, дополнительная информация, недоступная на тонких срезах.
- Вся полученная информация может быть сохранена и заново пересмотрена или направлена для консультации экспертом, а также использована для обучения специалистов пренатальной диагностики.
Технология вычисления объемов структур сложных объектов в трехмерном режиме (VOCAL)
VOCAL™ (Virtual Organ Computer-aided AnaLysis, или VOlume CALculations — англ. компьютеризированный анализ виртуального органа или объемные расчеты) — это специализированная программа, предназначенная для количественной оценки трехмерных данных, полученных в режиме статического трехмерного (3D) сканирования, которая интегрирована с 3D View — базовой программой просмотра и редактирования трехмерных эхограмм. Суть манипуляций с трехмерными данными в VOCAL заключается в том, что зону интереса (орган или патологический очаг любой формы) позиционируют на мониторе в одной из контрольных плоскостей (A, B или C) таким образом, чтобы ось вращения проходила через ее центр. Затем в меню задается шаг вращения объекта в 12, 18 или 30° и способ, которым будет выполняться оконтуривание (сегментация) изображения: ручной или автоматический. После завершения оконтуривания программа автоматически рассчитывает объем зоны интереса. С помощью функции Shell Histogramm можно рассчитать медиану эхогенности зоны интереса, а также если трехмерное сканирование было выполнено в режиме энергетического допплера (ЭД), индексы васкуляризации, потока и перфузии. Индекс васкуляризации (VI) является отношением числа цветных вокселей к общему числу вокселей, из которых состоит трехмерная эхограмма, т.е. он отражает «насыщенность» объекта сосудами. Индекс потока (FI) представляет собой медиану яркости цветных вокселей: чем выше скорость кровотока, тем ярче энергетические допплеровские сигналы и тем соответственно больше значения индекса потока. Индекс перфузии (VFI) является соотношением средневзвешенного числа цветных вокселей к общему числу вокселей в трехмерной эхограмме. Все эти расчеты можно проводить многократно в режиме off-line, т.е. работая с «виртуальным пациентом».
Технология MicroPure
Перспективное свечение на синем фоне на 10% лучше воспринимается глазом, чем на сером. Именно поэтому при исследовании в данном режиме микрокальцификаты отображаются ярко светящимися объектами или фокусами на синем фоне. Впервые ультразвуковой прибор позволяет оператору уверенно различать микрокальцинаты. Режим MicroPure улучшает визуализацию микрокальцинатов и может быть успешно использован в клинике. Важным преимуществом ультразвуковой визуализации микрокальцинатов является возможность выполнения прицельных биопсий под УЗ-контролем. При стереотаксической биопсии видны только скопления микрокальцинатов, а при УЗИ в режиме MicroPure одновременно отображаются скопления микрокальцинатов и клеточные поля сниженной эхогенности, в этом режиме отмечается значительное понижение количества артефактов и уменьшается зависимость от угла сканирования. Это преимущество обеспечивает и облегчает последующее планирование интервенционной терапии. MicroPure — принципиально новая клиническая опция, которая позволяет выявить микрокальцинаты — потенциальные маркеры малигнизации опухолей молочной железы, повышает точность и эффективность прицельной биопсии.
Современные технологии исследования желудка
Среди органической патологии желудка наибольший интерес в плане диагностики представляют опухоли. Опухоли желудка по происхождению делятся на эпителиальные и на неэпителиальные. К эпителиальным опухолям желудка прежде всего относят рак желудка, полипы и полипозы, к неэпителиальным относят подслизистую липому, фиброму, саркому, лимфому, лейомиому и т.д. При диагностике опухолей эпителиального происхождения предпочтение отдается эндоскопии с биопсией, при подслизистых опухолях придерживаются сочетанных методов исследования — рентгенологического и эндоскопического. В последние годы при патологии желудка начали использовать и другие методы лучевой диагностики, такие как УЗИ, РКТ, что позволило существенно повысить диагностический уровень. Появление эндосоноскопических приборов сделало определенный скачок в диагностике подслизистых новообразований желудка. Современные сканеры с высокоплотными датчиками высокого разрешения позволяют четко дифференцировать слои желудка, что играет немаловажное значение при диагностике опухолей, определении их степени инвазии в слои, а также в окружающие ткани. Важным преимуществом УЗИ желудка является и то, что при динамическом наблюдении удается четко разграничить язвенный инфильтрат от ракового инфильтрата. Язвенный инфильтрат на фоне проводимой терапии как правило уменьшается, а опухолевый инфильтрат продолжает увеличиваться в размерах. Современные ультразвуковые технологии, такие как: трехмерная эхография, ультразвуковая допплерография позволяют повысить информативность, точность и чувствительность УЗИ желудка (рис. 10, 11).
Рисунок 10. Эхограмма фибромы желудка. Четко визуализируется питающий сосуд (стрелка)
Рисунок 11. 3D-эхограмма рака желудка. Поперечное сечение желудка
Заключение
Ультразвук в медицинской диагностике имеет краткую историю, но ее корни уходят к началу девятнадцатого столетия. От своего скромного начала в военных учреждениях, где ультразвук использовался для исследования патологических экземпляров, рутинной оценке зародыша, ультразвук обеспечил себе положение как ключевой диагностической методики, как в настоящее время, так и в будущем. Способность УЗИ диагностировать болезнь сердечного клапана и врожденный порок сердца уменьшила потребность в инвазивной коронарографии с сопутствующими ей рисками [8, 9]. Кроме того, ультразвук расширил медицинский диагностический инструментарий и дал возможность «смотреть внутрь» своих пациентов. Ультразвуковые исследования с применением новых технологий позволили обследовать пациентов с новообразованиями всех слоев желудочно-кишечного тракта. Несмотря на все эти успехи, научное исследование ультразвука все еще поощряется, и сегодняшние идеи завтра будут технологией.
М.Г. Тухбатуллин, И.М. Алиева
Казанская государственная медицинская академия
Республиканская клиническая больница № 2 МЗ РТ
Тухбатуллин Мунир Габдулфатович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой ультразвуковой диагностики
Литература:
1. Олти Дж., Хоуи Э., Вульстенхульм С. и др. Ультразвуковое исследование / пер. с англ. под ред. В.А. Сандрикова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 256 с.
2. Миллер Э., Хилл К.Р., Бэмбер Д. и др. Применение ультразвука в медицине. — М.: Мир, 1989. — 568 с.
3. Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. Ультразвуковая ангиология. — М.: Реал Тайм, 2007. — 416 с.
4. Тухбатуллин М.Г., Галеева З.М., Гайзатуллин Р.Р. The 3D ultrasound diagnostics cancer of stomach. — Abstract book of 18th European Congress of Ultrasound in conjunction with XV111 Congresso Nazionale SIUMB. —Bologna, 2006. — P. 20.
5. Зубарев А.В. Диагностический ультразвук. — М.: Реальное время, 1999. — 176 с.
6. Михайлов М.К., Тухбатуллин М.Г. Эхография в диагностике цирроза печени. — М.: Медпресс-информ, 2003. — 96 с.
7. Тухбатуллин М.Г., Савельева Н.А., Ахметзянов Ф.Ш. Возможности эхографии и допплерографии в оценке распространенности рака толстой кишки. — Эхография. — 2002. — Т. 3, № 4. — С. 377-381.
8. Rubin J.M., Bude R.O.,CarsonP.L. Power Doppler ULTRASOUND: A potentially useful alternative. Radiology, 1994. 190:853-856.
9. Sahn D.J., Henry W.L., Allen H.D. et al. The comparative utilities of real-time cross-sectional echocardiographic imaging systems for the diagnosis of complex congenital heart disease. Am. J. Med., 1977. 63:50-60.
