Ультразвуковое исследование (Сонография)

Общее резюме метода Физические принципы и механизм получения изображения Ультразвук — это радиологический метод, который включает в себя направление звуковых волн очень высоких частот (около 2–20 МГц для диагностической визуализации) через тело Метод основан на приеме эхо-сигналов от этих волн для визуализации внутренних структур и органов Звуковые волны генерируются пьезоэлектрическими преобразователями, заключенными в датчик, который также регистрирует эхо Чем плотнее материал, тем сильнее эхо и, соответственно, тем выше будет интенсивность (яркость) визуализируемой структуры Чем дальше материал находится от датчика, тем больше времени потребуется эхо-сигналу для возвращения, что соответствующим образом отображается на экране Специализированные методы и контрастирование Ультразвук также может использоваться эндоскопически (например, трансректально, трансвагинально, чрезпищеводно или трансгастрально) Это позволяет лучше оценивать внутренние органы и структуры, которые иначе трудно исследовать, такие как простата, яичники, клапаны сердца и поджелудочная железа Использование ультразвуковых контрастных веществ еще больше расширяет диагностическое применение данного метода Данные вещества имеют очень мало побочных эффектов по сравнению с рентгеноконтрастными средствами Режимы работы ультразвуковых аппаратов Аппараты УЗИ предлагают различные режимы для разных диагностических целей Амплитудный режим (A-режим) является самым базовым и использует один преобразователь для построения эхо-структур на одной оси Отображается в виде серии пиков, высота которых отражает глубину расположения этих структур Режим с модуляцией яркости (B-режим или 2D-режим) использует массив преобразователей Создает двухмерное изображение эхо-структур в оттенках серого, которое отражает как плотность, так и глубину Двигательный режим (M-режим) использует последовательность импульсов, следующих быстро друг за другом Генерирует серию изображений в A или B режиме для визуализации движения эхо-структур (например, сердца) Доплеровский или дуплексный режим использует эффект Доплера Работает за счет сдвига частот используемых ультразвуковых волн для визуализации движения внутри структур, например, скорости и направления кровотока Преимущества и клиническое применение Благодаря безопасности ультразвуковых волн, портативности, низкой стоимости и высокой доступности аппаратов УЗИ, этот метод часто используется как вспомогательный инструмент в клинической диагностике Особенно часто метод применяется у детей и беременных женщин Еще одним преимуществом является то, что ультразвук обеспечивает быструю диагностику определенных заболеваний К таким состояниям относятся, например, холецистит и острая правожелудочковая недостаточность Технические основы Генерация ультразвуковых волн Определение и частотные характеристики Ультразвуковые волны — это высокочастотные звуковые волны, превышающие предел человеческого слуха (∼ 20 кГц) В медицинской ультразвуковой диагностике применяются частоты ∼ 2–20 МГц Пьезоэлектрические преобразователи В медицинских приборах ультразвуковые волны генерируются пьезоэлектрическими преобразователями Пьезоэлектрический эффект представляет собой накопление электрического заряда в определенных твердых материалах (например, кристаллах) в ответ на деформацию при механическом напряжении И наоборот, приложение электрического заряда к таким материалам вызывает их деформацию Применение в медицине В медицинском ультразвуке используется обратный пьезоэлектрический эффект на кристаллах цирконата-титаната свинца или поливинилиденфторида для генерации и регистрации ультразвуковых волн Регистрация ультразвуковых волн Поглощение волн в тканях Скорость, с которой ткани поглощают ультразвуковые волны, пропорциональна используемой частоте Таблица 1. Сравнение характеристик ультразвука низкой и высокой частоты Параметр Низкая частота (обычно 3,5 МГц) Высокая частота (обычно 7,5 МГц) Поглощение Низкое Высокое Разрешающая способность Низкая Высокая Глубина проникновения Высокая Низкая Пример использования УЗИ органов брюшной полости УЗИ щитовидной железы Принципы формирования изображения и акустические окна Физика эхосигнала и визуализация Зависимость интенсивности от плотности Чем выше плотность среды, тем больше интенсивность Контрастные детали ультразвукового изображения создаются за счет различной интенсивности эха, обусловленной разной степенью плотности тканей Процесс обработки сигнала Ультразвуковые волны, генерируемые преобразователем, также принимаются им и преобразуются в электрические сигналы Полученные сигналы переводятся в изображение и записываются Разрешающая способность и функциональность Пространственное разрешение достигается путем измерения временных интервалов между отраженными ультразвуковыми волнами Отраженные волны могут использоваться для визуализации морфологии или оценки движения с использованием различных методов записи В основном это применяется для оценки скорости кровотока Акустические окна Определение и назначение Акустические окна — это области тела, которые хорошо проводят ультразвуковые волны и позволяют визуализировать дистальные структуры Для оптимальной визуализации интересующих зон они должны быть доступны для датчика или ультразвукового луча Ультразвуковая проводимость Характеризуется как способность среды проводить ультразвуковые волны Таблица 2. Ультразвуковая проводимость различных сред Среда Проводимость Клиническое значение Чистая жидкость, солидные органы, мягкие ткани, гель Хорошая: обеспечивает легкое прохождение звуковых волн Примерами хороших акустических окон являются наполненный мочевой пузырь и солидные органы. Гель используется в качестве контактной среды между датчиком и кожей Воздух Очень плохая: отражает ультразвуковые волны Газ в кишечнике часто перекрывает визуализацию внутрибрюшных, тазовых и забрюшинных структур. Воздушные прослойки между датчиком и кожей могут вызывать визуальные артефакты и искажать изображение Кость Очень плохая: отражает и рассеивает ультразвуковые волны Расположенная на пути луча кость препятствует визуализации и может создавать артефакты звуковых волн Жир Плохая: поглощает и ослабляет ультразвуковые волны Ожирение (избыточный жировой слой) снижает разрешение глубоко расположенных структур Методы оценки морфологии и параметров кровотока Оценка морфологии и базовые режимы Принципы визуализации тканей Отражение ультразвуковых волн на границах тканей с разной плотностью позволяет измерять эхогенность тканей, которая соответствует их плотности Время возврата сигнала позволяет определить расстояние между визуализируемыми структурами и датчиком, обеспечивая пространственное распределение А-режим (амплитудный режим) Представляет собой одномерную визуализацию структур, где амплитуда эха (эхогенность) отображается по оси Y, а задержка эха (глубина) — по оси X Это исходный метод ультразвуковой диагностики, который сегодня используется редко B-режим / 2D-режим (яркостный режим) Двумерная визуализация структур в оттенках серого, где интенсивность эха представлена белыми точками различной яркости в зависимости от эхогенности структуры Глубина изображения определяется расстоянием от датчика (верхняя часть экрана) на основе задержки эха Ширина изображения формируется за счет комбинации серии из приблизительно 120 параллельных изображений M-режим (двигательный режим) Визуализация структур в B-режиме, которая отображает движение внутри объектов (например, клапанов сердца) на вертикальной оси Метод эффективен для оценки быстродвижущихся структур и используется преимущественно в эхокардиографии Оценка направления и скорости потока Доплеровский режим (Doppler mode) Использует эффект Доплера для визуализации потока (например, крови) внутри структур, представляя сжатие и расширение звуковых волн отражающей структурой вместо задержки эха Чем выше скорость потока относительно датчика, тем сильнее сжатие или расширение волн Скорость потока измеряется в м/с и визуализируется как изменение скорости (ось Y) во времени (ось X) Импульсно-волновой доплер (PW Doppler) Пьезоэлектрический элемент излучает и принимает ультразвуковые волны импульсами, как в режимах A, B и M Преимущество: возможность визуализации глубины залегания структур Недостаток: ограничения временного разрешения Постоянно-волновой доплер (CW Doppler) Используются два пьезоэлектрических элемента, один из которых непрерывно излучает, а другой непрерывно принимает сигнал Преимущество: возможность измерения высоких скоростей потока (например, при стенозе клапанов) Недостаток: невозможность определения пространственного распределения отражающих структур Комбинированные методы исследования Дуплексная сонография Комбинация импульсного доплера (PW) и B-режима, позволяющая одновременно визуализировать морфологию (например, сосуды) и направление/скорость потока движущихся структур (например, крови) Цветовая дуплексная сонография (цветовое картирование потока) Обеспечивает цветовое кодирование направления потока Красный цвет означает движение к датчику, синий — от датчика Чем ярче цвет, тем выше скорость потока Неподвижные структуры отображаются в оттенках серого в соответствии с их эхогенностью Методика, преимущества и недостатки УЗИ Преимущества метода Безопасность и отсутствие ионизирующего излучения Ультразвуковые волны не имеют известных вредных эффектов по сравнению с методами, использующими ионизирующее излучение Метод может применяться без известного риска для детей и беременных женщин в качестве потенциальной альтернативы рентгенографии и КТ Характер исследования и возможности визуализации Метод является неинвазивным Позволяет проводить морфологическую и функциональную диагностику (движущееся изображение) в реальном времени в различных клинических условиях Недостатки и ограничения Зависимость от оператора Качество и диагностическая ценность ультразвукового изображения сильно зависят от навыков специалиста, проводящего исследование Ультразвуковые артефакты Акустическая тень возникает, если ультразвуковые волны сильно поглощаются и отражаются на поверхности, не проникая вглубь ткани Все структуры, расположенные за такой поверхностью, выглядят черными Разграничение структур в этой зоне становится невозможным Это особенно актуально при визуализации органов, перекрытых костями (селезенка или почки позади ребер) или воздухом (петли кишечника, поджелудочная железа) Акустическое усиление проявляется в том, что структуры, расположенные за жидкостными пространствами, выглядят гиперэхогенными (ярче) в B-режиме Это происходит потому, что ультразвуковые волны почти не ослабляются в жидкостях Реверберация представляет собой артефакты в виде множественных эхо-сигналов Они возникают на сильно отражающих поверхностях, где сигнал отражается туда и обратно через регулярные интервалы, в том числе позади самой поверхности Рисунок 1. Желчнокаменная болезнь (Холелитиаз). УЗИ правого верхнего квадранта (косая проекция) В просвете желчного пузыря (G) определяется одиночный конкремент (K), расположенный в зависимой (нижней) части Наблюдается светоотражающая передняя поверхность конкремента (зеленое наложение) За конкрементом определяется выраженная задняя акустическая тень (S; зеленая заштрихованная область) Наличие отражающей передней поверхности структуры Формирование четкой задней акустической тени Данный артефакт возникает из-за полного поглощения и отражения ультразвука поверхностью камня Смещение конкремента при изменении положения тела пациента L: печень Рисунок 2. Киста почки. УЗИ левой почки Наблюдается анэхогенное образование с тонкими стенками (зеленое наложение), выступающее из коркового вещества почки Визуализируется эффект заднего акустического усиления (зеленая заштрихованная область) Наличие гипоэхогенных боковых теней по обеим сторонам указывает на то, что образование заполнено жидкостью Капсула почки обозначена зеленой линией Данные признаки соответствуют кисте почки K: почка C: киста Таблица 3. Методы ультразвуковой диагностики Сравнение методов ультразвуковой диагностики Стандартное УЗИ Дуплексная сонография Эндоскопическое УЗИ УЗИ с контрастным усилением Характеристики Легкая доступность Широкий спектр применения Позволяет одновременно визуализировать морфологию (например, сосуды) и направление/скорость движения структур (например, крови) Описание : Датчик вводится в отверстие (например, ЧПЭхоКГ через рот), чтобы быть ближе к пораженному органу Преимущества : Позволяет оценивать труднодоступные внутренние органы Минимизация артефактов наложения Высокое разрешение структур при малой глубине проникновения Недостатки: Некоторые исследования требуют седации Описание : Используются газовые микропузырьки (< 10 мкм) в качестве контраста Разница плотности газа и крови позволяет визуализировать контрастное вещество Преимущества: Контрасты редко вызывают аллергию и не обладают нефро- или гепатотоксичностью Недостатки: Результат сильно зависит от навыков исследователя Избранные показания Диагностика для: ЦНС и тазобедренные суставы у новорожденных Щитовидная железа, плевральный выпот Органы брюшной полости, почки, органы малого таза Суставы и сухожилия Диагностика для: Проходимость сосудов Стенозы или тромбы Патология клапанов сердца Аневризмы и диссекции Трансвагинально: поражения яичников Трансректально: простата, рак прямой кишки Чреспищеводно: рак пищевода, детальная оценка сердца Трансгастрально: поджелудочная железа Эхокардиография (например, открытое овальное окно) Оценка опухолей печени, поджелудочной железы, селезенки и почек Особенно для оценки фокального поражения печени Источник https://next.amboss.com/us/article/4n03tg?q=ultrasound Список литературы Szabo TL, Lewin PA. Ultrasound Transducer Selection in Clinical Imaging Practice. Journal of Ultrasound in Medicine. 2013; 32(4): p.573-582. doi: 10.7863/jum.2013.32.4.573Open in Read by QxMD American Institute of Ultrasound in Medicine, American College of Emergency Physicians. AIUM Practice Parameter for the Performance of the Focused Assessment with Sonography for Trauma (FAST) Examination.. J Ultrasound Med. 2014; 33(11): p.2047-56. doi: 10.7863/ultra.33.11.2047Open in Read by QxMD Carmody K, Moore C, Feller-Kopman D. Handbook of Critical Care and Emergency Ultrasound. McGraw Hill Professional; 2011