Ультразвуковое исследование в медицине. Что определяет УЗИ? Применение в медицине

Ультразвуковое исследование или УЗИ (эхосопия, сонография), как и компьютерная томография или ядерно-магнитная резонансная томография, относится к современным визуальным методам исследования. Однако существуют и другие ультразвуковые методы исследования, с помощью которых можно проводить исследования кровеносных сосудов или тонов сердца ребенка.

С помощью ультразвука можно зафиксировать движения. Только частота посылаемых звуковых волн должна превышать границу частоты мерцаний, воспринимаемых глазом. Это методика используется, например, при оценке движений плода в утробе матери.

Визуальные ультразвуковые исследования

УЗИ - это метод, основанный на эхолокации, в целях диагностики используются импульсные ультразвуковые волны. Основная часть ультразвукового аппарата - специальный ультразвуковой датчик, содержащий пьезоэлектрический кристалл - источник и приемник ультразвуковых волн, способный трансформировать электрический ток в звуковые волны и наоборот, звуковые волны вновь превращать в электрические импульсы. Он посылает звуковые волны через короткие интервалы в направлении исследуемого органа, отражаясь от которого звуковые волны возвращаются в виде эха. Это эхо улавливается датчиком и трансформируется в электрические импульсы, подсоединенный компьютер преобразует их в светящиеся точки различной интенсивности (чем сильнее эхо, тем ярче точка), из которых на экране монитора получается изображение исследуемого органа или патологического процесса. При необходимости делаются снимки, которые прилагаются к истории болезни. Во время УЗИ к телу в определенных местах прикладывается специальный датчик.

Невизуальные ультразвуковые исследования

В основе проведения ультразвукового исследования (без получения изображения) лежит эффект Допплера - изменение частоты звука при отражении от движущегося объекта. В биологических средах таким объектом является кровь внутри сосудов. Таким образом, звуковую волну отражают форменные элементы крови, и она возвращается назад. Отраженные звуковые волны накладываются, и в результате слышатся тоны звуков. По высоте тона можно судить о скорости кровотока. Этот вид ультразвукового исследования чаще всего применяется для определения тонов плода в период беременности, для контроля за этими тонами во время лечения и для диагностики различных заболеваний кровеносных сосудов.

Выполнение УЗИ

Методика УЗИ проста. Исследование проводить несложно, необходимо лишь приложить к телу пациента специальный ультразвуковой датчик. Для лучшего контакта датчика с поверхностью тела кожу пациента смазывают специальным гелем.

Диагностика с помощью УЗИ

Для качественного выполнения УЗИ необходим хороший «проводник» для беспрепятственного распространения звуковых волн. Ультразвуковое исследование хорошо подходит для исследования органов, содержащих воду. В связи с тем, что воздух является плохим проводником, УЗИ трудно выполнимо при вздутии живота. Плохо распространяются звуки и в костной ткани, поэтому, например, череп удается осмотреть только у маленьких детей, у которых еще не заросли роднички.

При выполнении УЗИ хорошо видны печень и желчный пузырь. На мониторе можно видеть не только камень, находящийся в желчном пузыре или замедление оттока желчи, но и изменение тканей печени, например, можно предположить наличие ожирения печени , цирроз или злокачественные опухоли. Благодаря УЗИ хорошо видны почки и селезенка. В малом тазу можно осмотреть предстательную железу у мужчин, матку и яичники - у женщин. В гинекологии все шире применяется влагалищная эхоскопия, с помощью которой можно лучше оценить состояние внутренних половых органов женщины. При применении ультразвукового обследования можно провести осмотр кровеносных сосудов брюшной полости и поджелудочной железы пациента.

Опасно ли УЗИ?

Ультразвуковые исследования совершенно безопасны. При их проведении не используется ионизирующее излучение в отличие, например, от рентгенографии . Сонография применяется даже в период беременности.

Ультразвуковое исследование (сонография) – это один из наиболее современных, информативных и доступных методов инструментальной диагностики. Несомненным преимуществом УЗИ является его неинвазивность, т. е. в процессе исследования на кожу и другие ткани не оказывается повреждающего механического воздействия. Диагностика не связана с болевыми или иными неприятными для пациента ощущениями. В отличие от широко распространенной , при УЗИ не используются опасные для организма излучения.

Принцип действия и физические основы

Сонография дает возможность выявить малейшие изменения в органах и застать болезнь на той стадии, когда клиническая симптоматика еще не развилась. Как следствие, у больного, своевременно прошедшего УЗИ, многократно повышаются шансы на полное выздоровление.

Обратите внимание : первые успешные исследования пациентов с помощью ультразвука были проведены в середине пятидесятых годов прошлого столетия. Ранее данный принцип использовался в военных сонарах для обнаружения подводных объектов.

Для изучения внутренних органов применяются звуковые волны сверхвысокой частоты – ультразвук. Поскольку «картинка» выводится на экран в режиме реального времени, это дает возможность отслеживать ряд динамических процессов, происходящих в организме, в частности – движение крови в сосудах.

С точки зрения физики ультразвуковое исследование базируется на пьезоэлектрическом эффекте. В качестве пьезоэлементов, которые попеременно работают в качестве передатчика и приемника сигнала, используются монокристаллы кварцы или титаната бария. При воздействии на них высокочастотных звуковых колебаний на поверхности возникают заряды, а при подаче на кристаллы тока – механические вибрации, сопровождающиеся излучением ультразвука. Колебания обусловлены стремительным изменением формы монокристаллов.

Пьезоэлементы-трансдюсеры являются базовой составляющей диагностических аппаратов. Они представляют собой основу датчиков, в которых помимо кристаллов предусмотрен особый звукопоглощающий фильтр волн и акустическая линза для фокусировки прибора на нужной волне.

Важно: базовой характеристикой исследуемой среды является ее акустический импеданс, т. е. степень сопротивления ультразвуку.

По мере достижения границы зон с разным импедансом волновой пучок сильно меняется. Часть волн продолжает движение в определенном ранее направлении, а часть – отражается. От разницы показателей сопротивления двух соседних сред зависит коэффициент отражения. Абсолютным отражателем является область, пограничная между человеческим телом и воздухом. В обратном направлении от этой границы раздела уходит 99,9 % волн.

При изучении кровотока применяется более современная и глубокая методика, базирующаяся на эффекте Допплера. Эффект основан на том, что при движении приемника и среды друг относительно друга меняется частота сигнала. Сочетание исходящих от прибора и отраженных сигналов создает биения, которые выслушиваются при помощи акустических динамиков. Допплеровское исследование дает возможность установить скорость перемещения границы зон различной плотности, т. е. в данном случае - определить скорость движения жидкости (крови). Методика практически незаменима для объективной оценки состояния кровеносной системы пациента.

Все изображения передаются с датчиков на монитор. Полученную картинку в режиме можно записать на цифровой носитель или распечатать на принтере для более детального исследования.

Исследование отдельных органов

Для исследования сердца и сосудов применяется такая разновидность УЗИ, как эхокардиография. В сочетании с оценкой состояния кровотока посредством допплерографии методика позволяет выявить изменения со стороны сердечных клапанов, установить размеры желудочков и предсердий, а также патологическое изменение толщины и строения миокарда (сердечной мышцы). В ходе диагностики можно также исследовать участки венечных артерий.

Уровень сужения просвета сосудов позволяет выявить постоянноволновая допплерография.

Насосная функция оценивается с помощью импульсного допплеровского исследования.

Регургитацию (движение крови через клапаны в направлении, обратном физиологическому) можно выявить посредством цветного допплеровского картирования.

Эхокардиография помогает диагностировать такие серьезные патологии, как скрытая форма ревматизма и ИБС, а также выявить новообразования. Противопоказаний к данной диагностической процедуре нет. При наличии диагностированных хронических патологий сердечно-сосудистой системы целесообразно проходить эхокардиографию не реже одного раза в год.

УЗИ органов брюшной полости

УЗИ брюшной полости применяется для оценки состояния печени, желчного пузыря, селезенки, магистральных сосудов (в частности – брюшной аорты) и почек.

Обратите внимание : для УЗИ брюшной полости и малого таза оптимальной является частота в диапазоне от 2,5 до 3,5 МГц.

УЗИ почек

УЗИ почек позволяет выявить кистозные новообразования, расширение почечной лоханки и наличие конкрементов (). Данное исследование почек обязательно проводится при .

УЗИ щитовидной железы

УЗИ щитовидной железы показано при этого органа и появлении узелковых новообразований, а также если имеют место дискомфорт или боли в области шеи. В обязательном порядке данное исследование назначается всем жителям экологически неблагополучных районов и областей, а также регионов, где в питьевой воде низок уровень содержания йода.

УЗИ органов малого таза

УЗИ малого таза необходимо для оценки состояния органов женской репродуктивной системы (матки и яичников). Диагностика позволяет в том числе выявить беременность на ранних сроках. У мужчин метод дает возможность выявить патологические изменения со стороны предстательной железы.

УЗИ молочных желез

УЗИ молочных желез применяется для установления характера новообразований в области груди.

Обратите внимание: для обеспечения максимально плотного контакта датчика с поверхностью тела, на кожу пациента перед началом исследования наносят особый гель, в состав которого в частности входят стироловые соединения и глицерин.

Ультразвуковое сканирование в настоящее время широко применяется в акушерстве и перинатальной диагностике, т. е. для исследования плода на разных сроках беременности. Оно позволяет выявить наличие патологий развития будущего ребенка.

Важно: в период беременности плановое обследование с помощью ультразвука настоятельно рекомендуется пройти как минимум трижды. Оптимальные сроки, не которых может быть получен максимум полезной информации - 10-12, 20-24 и 32-37 недель.

На УЗИ акушер-гинеколог может выявить следующие аномалии развития:

• незаращение твердого неба («волчья пасть»);
• гипотрофию (недоразвитие плода);
• многоводие и маловодие (ненормальный объем амниотической жидкости);
• предлежание плаценты.

Важно: в ряде случаев исследование позволяет выявить угрозу выкидыша. Это дает возможность своевременно поместить женщину в стационар «на сохранение», дав возможность благополучно выносить малыша.

Без УЗИ достаточно проблематично обойтись при диагностике многоплодной беременности и определении положения плода.

Согласно докладу Всемирной организации здравоохранения, при подготовке которого использовались данные, полученные в ведущих клиниках мира на протяжении многих лет, УЗИ считается абсолютно безопасным для пациента методом исследования.

Обратите внимание : неразличимые для органов слуха человека ультразвуковые волны не являются чем-то чужеродным. Они присутствуют даже в шуме моря и ветра, а для некоторых видов животных являются единственным средством общения.

Вопреки опасениям многих будущих матерей, ультразвуковые волны не причиняют вреда даже ребенку в период внутриутробного развития, то есть УЗИ при беременности не опасно. Тем не менее, для применения данной диагностической процедуры должны иметься определенные показания.

Ультразвуковое исследование с применением технологий 3D и 4D

Стандартное УЗ-исследование осуществляется в двухмерном режиме (2D), то есть на монитор выводится изображение исследуемого органа только в двух плоскостях (условно говоря, можно увидеть длину и ширину). Современные технологии дали возможность добавить глубину, т.е. третье измерение. Благодаря этому получают объемное (3D) изображение исследуемого объекта.

Аппаратура для трехмерного УЗИ дает цветное изображение, что немаловажно при диагностике некоторых патологий. Мощность и интенсивность ультразвука такая же, как и у обычных 2D-приборов, поэтому о каком-то риске для здоровья пациента говорить не приходится. По сути, единственным минусом 3D УЗИ является то, что на стандартную процедуру уходит не 10-15 минут, а до 50.

Наиболее широко 3D-УЗИ сейчас применяется для исследования плода в утробе матери. Многие родители хотят посмотреть на лицо малыша еще до его рождения, а на обычной двухмерной черно-белой картинке разглядеть что-то может только специалист.

Но нельзя считать осмотр лица ребенка обычной прихотью; объемное изображение позволяет различить аномалии строения челюстно-лицевой области плода, которые нередко свидетельствуют о тяжелых (в том числе – генетически обусловленных) заболеваниях. Данные, полученные при УЗИ, в ряде случаев могут стать одним из оснований для принятия решения о прерывании беременности.

Важно: нужно учесть, что даже объемное изображение не даст полезной информации, если ребенок развернулся спиной к датчику.

К сожалению, пока только обычное двухмерное УЗИ может дать специалисту нужную информацию о состоянии внутренних органов эмбриона, поэтому 3D-исследование может рассматриваться только в качестве дополнительного диагностического метода.

Наиболее «продвинутой» технологией является ультразвуковое исследование в 4D. Теперь к трем пространственным измерениям добавлено время. Благодаря этому, можно получить объемное изображение в динамике, что позволяет, например, посмотреть на изменение мимики еще не рожденного ребенка.

Ультразвуковой метод диагностики - это способ получения медицинского изображения на основе регистрации и компьютерного анализа отраженных от биологических структур ультразвуковых волн, т. е. на основе эффекта эха. Метод нередко называют эхографией. Современные аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ) представляют собой универсальные цифровые системы высокого разрешения с возможностью сканирования во всех режимах (рис. 3.1).

Ультразвук диагностических мощностей практически безвреден. УЗИ не имеет противопоказаний, безопасно, безболезненно, атравматично и необременительно. При необходимости его можно проводить без какой-либо подготовки больных. Ультразвуковую аппаратуру можно доставить в любое функциональное подразделение для обследования нетранспортабельных больных. Большим достоинством, особенно при неясной клинической картине, является возможность одномоментного исследования многих органов. Немаловажна также большая экономичность эхографии: стоимость УЗИ в несколько раз меньше, чем рентгенологических исследований, а тем более компьютерно-томографических и магнитно-резонансных.

Вместе с тем ультразвуковому методу присущи и некоторые недостатки:

Высокая аппарато- и операторозависимость;

Большая субъективность в интерпретации эхографических изображений;

Малая информативность и плохая демонстративность застывших изображений.

УЗИ в настоящее время стало одним из методов, наиболее часто используемых в клинической практике. В распознавании заболеваний многих органов УЗИ может рассматриваться как предпочтительный, первый и основной метод диагностики. В диагностически сложных случаях данные УЗИ позволяет наметить план дальнейшего обследования больных с использованием наиболее эффективных лучевых методов.

ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

Ультразвуком называются звуковые колебания, лежащие выше порога восприятия органом слуха человека, т. е. имеющие частоту более 20 кГц. Физической основой УЗИ является открытый в 1881 г. братьями Кюри пьезоэлектрический эффект. Его практическое применение связано с разработкой российским ученым С. Я. Соколовым ультразвуковой промышленной дефектоскопии (конец 20-х - начало 30-х гг. ХХ века). Первые попытки использования ультразвукового метода для диагностических целей в медицине относятся к концу 30-х гг. ХХ века. Широкое применение УЗИ в клинической практике началось в 1960-х гг.

Сущность пьезоэлектрического эффекта заключается в том, что при деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварца, титана-та бария, сернистого кадмия и др.), в частности, под воздействием ультразвуковых волн, на поверхностях этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды. Это так называемый прямой пьезоэлектрический эффект (пьезо по-гречески означает давить). Наоборот, при подаче на эти монокристаллы переменного электрического заряда в них возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приемником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и разрежения молекул вещества, которые совершают колебательные движения. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания - временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой - числом колебаний в единицу времени; длиной - расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна ее частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.

Любая среда, в том числе и различные ткани организма, препятствует распространению ультразвука, т. е. обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости ультразвука. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая - отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

МЕТОДИКИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время в клинической практике используются УЗИ в В- и М-режиме и допплерография.

В-режим - это методика, дающая информацию в виде двухмерных серошкальных томографических изображений анатомических структур в масштабе реального времени, что позволяет оценивать их морфологическое состояние. Этот режим является основным, во всех случаях с его использования начинается УЗИ.

В современной ультразвуковой аппаратуре улавливаются самые незначительные различия уровней отраженных эхо-сигналов, которые отображаются множеством оттенков серого цвета. Это дает возможность разграничивать анатомические структуры, даже незначительно отличающиеся друг от друга по акустическому сопротивлению. Чем меньше интенсивность эха, тем темнее изображение, и, наоборот, - чем больше энергия отраженного сигнала, тем изображение светлее.

Биологические структуры могут быть анэхогенными, гипоэхогенныйми, средней эхогенности, гиперэхогенными (рис. 3.2). Анэхогенное изображение (черного цвета) свойственно образованиям, заполненным жидкостью, которая практически не отражает ультразвуковые волны; гипоэхогенное (темно-серого цвета) - тканям со значительной гидрофильностью. Эхопозитивное изображение (серого цвета) дают большинство тканевых структур. Повышенной эхогенностью (светло-серого цвета) обладают плотные биологические ткани. Если ультразвуковые волны полностью отражаются, то объекты выглядят гиперэхогенными (ярко-белыми), а за ними есть так называемая акустическая тень, имеющая вид темной дорожки (см. рис. 3.3).

а б в г д

Рис. 3.2. Шкала уровней эхогенности биологических структур: а - анэхогенный; б - гипоэхогенный; в - средней эхогенности (эхопозитивный); г - повышенной эхогенности; д - гиперэхогенный

Рис. 3.3. Эхограммы почек в продольном сечении с обозначением структур различной

эхогенности: а - анэхогенный дилатированный чашечно-лоханочный комплекс; б - гипоэхогенная паренхима почки; в - паренхима печени средней эхогенности (эхопозитивная); г - почечный синус повышенной эхогенности; д - гиперэхогенный конкремент в лоханочно-мочеточниковом сегменте

Режим реального времени обеспечивает получение на экране монитора «живого» изображения органов и анатомических структур, находящихся в своем естественном функциональном состоянии. Это достигается тем, что современные ультразвуковые аппараты дают множество изображений, следующих друг за другом с интервалом в сотые доли секунды, что в сумме создает постоянно меняющуюся картину, фиксирующую малейшие изменения. Строго говоря, эту методику и в целом ультразвуковой метод следовало бы называть не «эхография», а «эхоскопия».

М-режим - одномерный. В нем одна из двух пространственных координат заменена временной так что по вертикальной оси откладывается расстояние от датчика до лоцируемой структуры, а по горизонтальной - время. Этот режим используется в основном для исследования сердца. Он дает информацию в виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур (см. рис. 3.4).

Допплерография - это методика, основанная на использовании физического эффекта Допплера (по имени австрийского физика). Сущность этого эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур, причем если их движение направлено в сторону датчика, частота отраженного сигнала увеличивается, и, наоборот, - частота волн, отраженных от удаляющегося объекта, уменьшается. С этим эффектом мы встречаемся постоянно, наблюдая, например, изменение частоты звука от проносящихся мимо машин, поездов, самолетов.

В настоящее время в клинической практике в той или иной степени используются потоковая спектральная допплерография, цветовое допплеровское картирование, энергетический допплер, конвергентный цветовой допплер, трехмерное цветовое допплеровское картирование, трехмерная энергетическая доппле-рография.

Потоковая спектральная допплерография предназначена для оценки кровотока в относительно крупных

Рис. 3.4. М - модальная кривая движения передней створки митрального клапана

сосудах и в камерах сердца. Основным видом диагностической информации является спектрографическая запись, представляющая собой развертку скорости кровотока во времени. На таком графике по вертикальной оси откладывается скорость, а по горизонтальной - время. Сигналы, отображающиеся выше горизонтальной оси, идут от потока крови, направленного к датчику, ниже этой оси - от датчика. Помимо скорости и направления кровотока по виду допплеровской спектрограммы, можно определить и характер потока крови: ламинарный поток отображается в виде узкой кривой с четкими контурами, турбулентный - широкой неоднородной кривой (рис. 3.5).

Существует два варианта потоковой допплерографии: непрерывная (постоянноволновая) и импульсная.

Непрерывная допплерография основана на постоянном излучении и постоянном приеме отраженных ультразвуковых волн. При этом величина сдвига частоты отраженного сигнала определяется движением всех структур на всем пути ультразвукового луча в пределах глубины его проникновения. Получаемая информация оказывается, таким образом, суммарной. Невозможность изолированного анализа потоков в строго определенном месте является недостатком непрерывной допплерографии. В то же время она обладает и важным достоинством: допускает измерение больших скоростей потоков крови.

Импульсная допплерография основана на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимают-

Рис. 3.5. Допплеровская спектрограмма трансмитрального потока крови

ся тем же датчиком. В этом режиме фиксируются сигналы, отраженные только с определенного расстояния от датчика, которое устанавливается по усмотрению врача. Место исследования кровотока называют контрольным объемом (КО). Возможность оценки кровотока в любой заданной точке является главным достоинством импульсной допплерографии.

Цветовое допплеровское картирование основано на кодировании в цвете значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Методика обеспечивает прямую визуализацию потоков крови в сердце и в относительно крупных сосудах (см. рис. 3.6 на цв. вклейке). Красный цвет соответствует потоку, идущему в сторону датчика, синий - от датчика. Темные оттенки этих цветов соответствуют низким скоростям, светлые оттенки - высоким. Эта методика позволяет оценивать как морфологическое состояние сосудов, так и состояние кровотока. Ограничение методики - невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с малой скоростью кровотока.

Энергетическая допплерография основана на анализе не частотных допплеровских сдвигов, отражающих скорость движения эритроцитов, как при обычном допплеровском картировании, а амплитуд всех эхо-сигналов допплеровского спектра, отражающих плотность эритроцитов в заданном объеме. Результирующее изображение аналогично обычному цветовому допплеровскому картированию, но отличается тем, что отображение получают все сосуды независимо от их хода относительно ультразвукового луча, в том числе кровеносные сосуды очень небольшого диаметра и с незначительной скоростью потока крови. Однако по энергетическим допплерограммам невозможно судить ни о направлении, ни о характере, ни о скорости кровотока. Информация ограничивается только самим фактом кровотока и числом сосудов. Оттенки цвета (как правило, с переходом от темно-оранжевого к светло-оранжевому и желтому) несут сведения не о скорости кровотока, а об интенсивности эхосигналов, отраженных движущимися элементами крови (см. рис. 3.7 на цв. вклейке). Диагностическое значение энергетической допплерографии заключается в возможности оценки васкуляризации органов и патологических участков.

Возможности цветового допплеровского картирования и энергетического допплера объединены в методике конвергентной цветовой допплерографии.

Сочетание В-режима с потоковым или энергетическим цветовым картированием обозначается как дуплексное исследование, дающее наибольший объем информации.

Трехмерное допплеровское картирование и трехмерная энергетическая допплерография - это методики, дающие возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения кровеносных сосудов в режиме реального времени в любом ракурсе, что позволяет с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями.

Эхоконтрастирование. Эта методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих веществ, содержащих свободные микропузырьки газа. Для достижения клинически эффективного контрастирования необходимы следующие обязательные условия. При внутривенном введении таких эхоконтрастных средств в артериальное русло могут попасть только те вещества, которые свободно проходят через капилляры малого круга кровообращения, т. е. газовые пузырьки должны быть менее 5 мкм. Вторым обязательным условием является стабильность микропузырьков газа при их циркуляции в общей сосудистой системе не менее 5 мин.

В клинической практике методика эхоконтрастирования используется в двух направлениях. Первое - динамическая эхоконтрастная ангиография. При этом существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких глубоко расположенных сосудах с низкой скоростью потока крови; значительно повышается чувствительность цветового допплеровского картирования и энергетической допплерографии; обеспечивается возможность наблюдения всех фаз контрастирования сосудов в режиме реального времени; возрастает точность оценки стенотических поражений кровеносных сосудов. Второе направление - тканевое эхоконтрастирование. Оно обеспечивается тем, что некоторые эхоконтрастные вещества избирательно включаются в структуру определенных органов. При этом степень, скорость и время их накопления в неизмененных и в патологических тканях различны. Таким образом, в целом появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей.

Диагностические возможности ультразвукового метода расширились также благодаря появлению новых технологий получения и постпроцессорной обработки эхографических изображений. К ним, в частности, относятся мультичастотные датчики, технологии формирования широкоформатного, панорамного, трехмерного изображения. Перспективными направлениями дальнейшего развития ультразвукового метода диагностики являются использование матричной технологии сбора и анализа информации о строении биологических структур; создание ультразвуковых аппаратов, дающих изображения полных сечений анатомических областей; спектральный и фазовый анализ отраженных ультразвуковых волн.

КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

УЗИ в настоящее время используется во многих направлениях:

Плановые исследования;

Неотложная диагностика;

Мониторинг;

Интраоперационная диагностика;

Послеоперационные исследования;

Контроль за выполнением диагностических и лечебных инструментальных манипуляций (пункции, биопсии, дренирование и др.);

Скрининг.

Неотложное УЗИ следует считать первым и обязательным методом инструментального обследования больных с острыми хирургическими заболеваниями органов живота и таза. При этом точность диагностики достигает 80%, точность распознавания повреждений паренхиматозных органов - 92%, а выявления жидкости в полости живота (в том числе гемоперитонеу-ма) - 97%.

Мониторинговые УЗИ выполняются многократно с различной периодичностью в течение острого патологического процесса для оценки его динамики, эффективности проводимой терапии, ранней диагностики осложнений.

Целями интраоперационных исследований являются уточнение характера и распространенности патологического процесса, а также контроль за адекватностью и радикальностью оперативного вмешательства.

УЗИ в ранние сроки после операции направлены главным образом на установление причины неблагополучного течения послеоперационного периода.

Ультразвуковой контроль за выполнением инструментальных диагностических и лечебных манипуляций обеспечивает высокую точность проникновения к тем или иным анатомическим структурам или патологическим участкам, что значительно повышает эффективность этих процедур.

Скрининговые УЗИ, т. е. исследования без медицинских показаний, проводятся для раннего выявления заболеваний, которые еще не проявляются клинически. О целесообразности этих исследований свидетельствует, в частности, то, что частота впервые выявленных заболеваний органов живота при скрининговом УЗИ «здоровых» людей достигает 10%. Отличные результаты ранней диагностики злокачественных опухолей дают скрининговые УЗИ молочных желез у женщин старше 40 лет и простаты у мужчин старше 50 лет.

УЗИ могут выполняться путем как наружного, так и интракорпорального сканирования.

Наружное сканирование (с поверхности тела человека) наиболее доступно и совершенно необременительно. Противопоказаний к его проведению нет, имеется только одно общее ограничение - наличие в зоне сканирования раневой поверхности. Для улучшения контакта датчика с кожей, его свободного перемещения по коже и для обеспечения наилучшего проникновения ультразвуковых волн внутрь организма кожу в месте исследования следует обильно смазать специальным гелем. Сканирование объектов, находящихся на различной глубине, следует проводить с определенной частотой излучения. Так, при исследовании поверхностно расположенных органов (щитовидная железа, молочные железы, мягкотканные структуры суставов, яички и пр.) предпочтительна частота 7,5 МГц и выше. Для исследования глубоко расположенных органов используются датчики частотой 3,5 МГц.

Интракорпоральные УЗИ осуществляются путем введения специальных датчиков в организм человека через естественные отверстия (трансректально, трансвагинально, трансэзофагеально, трансуретрально), пункционно в сосуды, через операционные раны, а также эндоскопически. Датчик подводят максимально близко к тому или иному органу. В связи с этим оказывается возможным использование высокочастотных трансдюсеров, благодаря чему резко повышается разрешающая способность метода, появляется возможность высококачественной визуализации мельчайших структур, недоступных при наружном сканировании. Так, например, трансректальное УЗИ по сравнению с наружным сканированием дает важную дополнительную диагностическую информацию в 75% случаев. Выявляемость внутрисердечных тромбов при чреспищеводной эхокардиографии в 2 раза выше, чем при наружном исследовании.

Общие закономерности формирования эхографического серошкального изображения проявляются конкретными картинами, свойственными тому или иному органу, анатомической структуре, патологическому процессу. При этом подлежат оценке их форма, размеры и положение, характер контуров (ровные/неровные, четкие/нечеткие), внутренняя эхоструктура, смещаемость, а для полых органов (желчный и мочевой пузыри), кроме того, состояние стенки (толщина, эхоплотность, эластичность), присутствие в полости патологических включений, прежде всего камней; степень физиологического сокращения.

Кисты, заполненные серозной жидкостью, отображаются в виде округлых однородно анэхогенных (черных) зон, окруженных эхопозитивным (серого цвета) ободком капсулы с ровными четкими контурами. Специфическим эхографическим признаком кист служит эффект дорсального усиления: задняя стенка кисты и находящиеся за ней ткани выглядят более светлыми, чем на остальном протяжении (рис. 3.8).

Полостные образования с патологическим содержимым (абсцессы, туберкулезные каверны) отличаются от кист неровностью контуров и, самое главное, неоднородностью эхонегативной внутренней эхоструктуры.

Воспалительным инфильтратам свойственны неправильная округлая форма, нечеткие контуры, равномерно и умеренно сниженная эхогенность зоны патологического процесса.

Эхографическая картина гематомы паренхиматозных органов зависит от времени, прошедшего с момента травмы. В первые несколько суток она гомогенно эхонегативна. Затем в ней появляются эхопозитивные включения, являющиеся отображением кровяных сгустков, число которых постоянно нарастает. Через 7-8 сут начинается обратный процесс - лизис сгустков крови. Содержимое гематомы вновь становится однородно эхонегативным.

Эхоструктура злокачественных опухолей гетерогенная, с зонами всего спектра

Рис. 3.8. Эхографическое изображение солитарной кисты почки

эхогенности: анэхогенные (кровоизлияния), гипоэхогенные (некроз), эхопозитивные (опухолевая ткань), гиперэхогенные (обызвествления).

Эхографическая картина камней весьма демонстративна: гиперэхогенная (ярко-белая) структура с акустической эхонегативной темной тенью за ней (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Эхографическое изображение камней желчного пузыря

В настоящее время УЗИ доступны практически все анатомические области, органы и анатомические структуры человека, правда, в различной мере. Этот метод является приоритетным в оценке как морфологического, так и функционального состояния сердца. Также высока его информативность в диагностике очаговых заболеваний и повреждений паренхиматозных органов живота, заболеваний желчного пузыря, органов малого таза, наружных мужских половых органов, щитовидной и молочных желез, глаз.

ПОКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ УЗИ

Голова

1. Исследование головного мозга у детей раннего возраста, главным образом при подозрении на врожденное нарушение его развития.

2. Исследование сосудов головного мозга с целью установления причин нарушения мозгового кровообращения и для оценки эффективности выполненных операций на сосудах.

3. Исследование глаз для диагностики различных заболеваний и повреждений (опухоли, отслойка сетчатки, внутриглазные кровоизлияния, инородные тела).

4. Исследование слюнных желез для оценки их морфологического состояния.

5. Интраоперационный контроль тотальности удаления опухолей головного мозга.

Шея

1. Исследование сонных и позвоночных артерий:

Длительные, часто повторяющиеся сильные головные боли;

Часто повторяющиеся обмороки;

Клинические признаки нарушений мозгового кровообращения;

Клинический синдром подключичного обкрадывания (стеноз или окклюзия плечеголовного ствола и подключичной артерии);

Механическая травма (повреждения сосудов, гематомы).

2. Исследование щитовидной железы:

Любые подозрения на ее заболевания;

3. Исследование лимфатических узлов:

Подозрение на их метастатическое поражение при выявленной злокачественной опухоли любого органа;

Лимфомы любой локализации.

4. Неорганные новообразования шеи (опухоли, кисты).

Грудь

1. Исследование сердца:

Диагностика врожденных пороков сердца;

Диагностика приобретенных пороков сердца;

Количественная оценка функционального состояния сердца (глобальной и региональной систолической сократимости, диастолического наполнения);

Оценка морфологического состояния и функции интракардиальных структур;

Выявление и установление степени нарушений внутрисердечной гемодинамики (патологического шунтирования крови, регургитирующих потоков при недостаточности сердечных клапанов);

Диагностика гипертрофической миокардиопатии;

Диагностика внутрисердечных тромбов и опухолей;

Выявление ишемической болезни миокарда;

Определение жидкости в полости перикарда;

Количественная оценка легочной артериальной гипертензии;

Диагностика повреждений сердца при механической травме груди (ушибы, разрывы стенок, перегородок, хорд, створок);

Оценка радикальности и эффективности операций на сердце.

2. Исследование органов дыхания и средостения:

Определение жидкости в плевральных полостях;

Уточнение характера поражений грудной стенки и плевры;

Дифференциация тканевых и кистозных новообразований средостения;

Оценка состояния медиастинальных лимфатических узлов;

Диагностика тромбоэмболии ствола и главных ветвей легочной артерии.

3. Исследование молочных желез:

Уточнение неопределенных рентгенологических данных;

Дифференциация кист и тканевых образований, выявленных при пальпации или рентгеновской маммографии;

Оценка уплотнений в молочной железе неясной этиологии;

Оценка состояния молочных желез при увеличении подмышечных, под- и надключичных лимфатических узлов;

Оценка состояния силиконовых протезов молочных желез;

Пункционная биопсия образований под контролем УЗИ.

Живот

1. Исследование паренхиматозных органов пищеварительной системы (печень, поджелудочная железа):

Диагностика очаговых и диффузных заболеваний (опухоли, кисты, воспалительные процессы);

Диагностика повреждений при механической травме живота;

Выявление метастатического поражения печени при злокачественных опухолях любой локализации;

Диагностика портальной гипертензии.

2. Исследование желчных путей и желчного пузыря:

Диагностика желчнокаменной болезни с оценкой состояния желчных путей и определением в них конкрементов;

Уточнение характера и выраженности морфологических изменений при остром и хроническом холецистите;

Установление природы постхолецистэктомического синдрома.

Ультразвуковое исследование (УЗИ ), сонография - неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Ультразвуковое исследование

✪ Ультразвуковое исследование предстательной железы (эхосемиотика структурных изменений).

✪ Порядок выполнения: ультразвуковое исследование желчного пузыря, часть 1 - введение

✪ ультразвуковое исследование брюшной полости - исследование аорты на конкретном примере

✪ Эхографическая анатомия и техника проведения исследования печени

Субтитры

Физические основы

Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая - отражается . Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше интенсивность зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом.

В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей , а также разницу в плотностях, образующих границу.

Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики . В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).

Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 - 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.

Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Допплера . Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).

При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения , которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.

Составляющие системы ультразвуковой диагностики

Генератор ультразвуковых волн

Генератором ультразвуковых волн является датчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.

Ультразвуковой датчик

В качестве детектора или трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.

Виды датчиков

Все ультразвуковые датчики делятся на механические и электронные. В механических сканирование осуществляется за счет движения излучателя (он или вращается или качается). В электронных развертка производится электронным путём. Недостатками механических датчиков являются шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение. Механические датчики морально устарели и в современных сканерах не используются. Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа.

Линейные датчики

В клинической практике методика используется в двух направлениях.

Динамическая эхоконтрастная ангиография

Существенно улучшается визуализация кровотока, особенно в мелких 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.

Тканевое эхоконтрастирование

Обеспечивается избирательностью включения эхоконтрастных веществ в структуру определенных органов. Степень, скорость и накопление эхоконтраста в неизменённых и патологических тканях различны. Появляется возможность оценки перфузии органов, улучшается контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, что способствует повышению точности диагностики различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей.

Применение в медицине

Эхоэнцефалография

Эхоэнцефалография, как и допплерография, встречается в двух технических решениях: A-режим (в строгом смысле не считается ультразвуковым исследованием, а выполняется в составе функциональной диагностики) и B-режим, получивший неофициальное название «нейросонография». Так как ультразвук не может эффективно проникать сквозь костную ткань, в том числе кости черепа, нейросонография выполняется в основном грудным детям через большой родничок) и не применяется для диагностики головного мозга у взрослых. Однако уже разработаны материалы , которые помогут ультразвуку проникать через кости организма.

Применение ультразвука для диагноза при серьёзных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. При использовании переносного зонда можно установить положение срединной линии головного мозга примерно в течение одной минуты. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации ультразвукового эха от границы раздела полушарий.

Офтальмология

Также, как и эхоэнцефалография, существует в двух технических решениях(разные приборы): A-режим (обычно не считается УЗИ) и В-режим.

Ультразвуковые зонды применяются для измерения размеров глаза и определения положения хрусталика.

Внутренние болезни

Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких как:

• брюшная полость и забрюшинное пространство
  • жёлчный пузырь и желчевыводящие пути
• органы малого таза

Ввиду относительно невысокой стоимости и высокой доступности ультразвуковое исследование является широко используемым методом обследования пациента и позволяет диагностировать достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах (диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках и паренхиме почек, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, почках, наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований в органах.

В силу физических особенностей не все органы можно достоверно исследовать ультразвуковым методом, например, полые органы желудочно-кишечного тракта труднодоступны для исследования из-за содержания в них газа. Тем не менее, ультразвуковая диагностика может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. При помощи ультразвукового исследования можно обнаружить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если её достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.

Печень

Ультразвуковое исследование печени является достаточно высокоинформативным. Врачом оцениваются размеры печени, её структура и однородность, наличие очаговых изменений, а также состояние кровотока. УЗИ позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью выявить как диффузные изменения печени (жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз), так и очаговые (жидкостные и опухолевые образования). Обязательно следует добавить, что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать только вместе с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований.

Жёлчный пузырь и жёлчные протоки

Кроме самой печени оценивается состояние жёлчного пузыря и жёлчных протоков - исследуются их размеры, толщина стенок, проходимость, наличие конкрементов, состояние окружающих тканей. УЗИ позволяет в большинстве случаев определить наличие конкрементов в полости желчного пузыря.

Поджелудочная железа

Диагностическое ультразвуковое исследование плода так же в целом рассматривается как безопасный метод для применения в течение беременности. Эта диагностическая процедура должна применяться, только если есть веские медицинские показания, с таким наименьшим возможным сроком воздействия ультразвука, который позволит получить необходимую диагностическую информацию, то есть по принципу минимального допустимого или АЛАРА -принципу.

Отчёт 875 Всемирной организации здравоохранения за 1998 год поддерживает мнение, что ультразвук безвреден . Несмотря на отсутствие данных о вреде ультразвука для плода, Управление по контролю качества продуктов и лекарств (США) рассматривает рекламу, продажу или аренду ультразвукового оборудования для создания «видео плода на память», как нецелевое, несанкционированное использование медицинского оборудования.

Аппарат ультразвуковой диагностики

Аппарат ультразвуковой диагностики (УЗ-сканер) - прибор, предназначенный для получения информации о расположении, форме, размере, структуре, кровоснабжении органов и тканей человека и животных.

По форм-фактору УЗ-сканеры можно разделить на стационарные и портативные (переносные), к середине 2010-х годов получили распространение мобильные УЗ-сканеры на основе смартфонов и планшетов .

Устаревшая классификация аппаратов УЗИ

В зависимости от функционального назначения приборы подразделяются на следующие основные типы:

• ЭТС - эхотомоскопы (приборы, предназначенные, в основном, для исследования плода, органов брюшной полости и малого таза);
• ЭКС - эхокардиоскопы (приборы, предназначенные для исследования сердца);
• ЭЭС - эхоэнцелоскопы (приборы, предназначенные для исследования головного мозга);
• ЭОС - эхоофтальмоскопы (приборы, предназначенные для исследования глаза).

В зависимости от времени получения диагностической информации приборы подразделяют на следующие группы:

• С - статические;
• Д - динамические;
• К - комбинированные.

Классификации аппаратов

Официально аппараты для УЗИ можно разделить по наличию тех или иных режимов сканирования, программ измерений (пакеты, например, кардиопакет - программа для эхокардиографических измерений), высокоплотных датчиков (датчики с большим количеством пьезоэлементов, каналов и соответственно более высокой поперечной разрешающей способностью), дополнительных опций (3D, 4D, 5D, эластография и других).

Под термином «ультразвуковое исследование» в строгом смысле может подразумеваться исследование в B-режиме, в частности, в России это стандартизовано и исследование в A-режиме не считается УЗИ. Приборы старого поколения без B-режима считаются морально устаревшими, но пока используются в рамках функциональной диагностики.

Коммерческая классификация аппаратов УЗИ в основном не имеет чётких критериев и определяется фирмами-производителями и их дилерскими сетями самостоятельно, характерные классы оборудования:

• Начальный класс (В-режим)
• Средний класс (ЦДК)
• Высокий класс
• Премиум-класс
• Экспертный класс

Термины, понятия, сокращения

• Advanced 3D - расширенная программа трёхмерной реконструкции.
• ATO - автоматическая оптимизация изображения, оптимизирует качество изображения нажатием одной кнопки.
• B-Flow - визуализация кровотока непосредственно в В-режиме без использования допплеровских методов.
• Coded Contrast Imaging Option - режим кодированного контрастного изображения, используется при исследовании с контрастными веществами.
• CodeScan - технология усиления слабых эхосигналов и подавления нежелательных частот (шумов, артефактов) путём создания кодированной последовательности импульсов на передаче с возможностью их декодирования на приеме при помощи программируемого цифрового декодера. Эта технология позволяет добиться непревзойденного качества изображения и повышения качества диагностики за счет новых режимов сканирования.
• Color doppler (CFM или CFA) - цветовой допплер (Color Doppler) - выделение на эхограмме цветом (цветное картирование) характера кровотока в области интереса. Кровоток к датчику принято картировать красным цветом, от датчика - синим цветом. Турбулентный кровоток картируется сине-зелено-желтым цветом. Цветовой допплер применяется для исследования кровотока в сосудах, в эхокардиографии. Другие названия технологии - цветное допплеровское картирование (ЦДК), color flow mapping (CFM) и color flow angiography (CFA). Обычно с помощью цветового допплера, меняя положение датчика, находят область интереса (сосуд), затем для количественной оценки используют импульсный допплер. Цветовой и энергетический допплер помогают в дифференциации кист и опухолей, поскольку внутреннее содержимое кисты лишено сосудов и, следовательно, никогда не может иметь цветовых локусов.
• DICOM - возможность передачи «сырых» данных по сети для хранения на серверах и рабочих станциях, распечатки и дальнейшего анализа.
• Easy 3D - режим поверхностной трёхмерной реконструкции с возможностью задания уровня прозрачности.
• M-mode (M-режим) - одномерный режим ультразвукового сканирования (исторически первый ультразвуковой режим), при котором исследуются анатомические структуры в развертке по оси времени, в настоящий момент применяется в эхокардиографии. M-режим используется для оценки размеров и сократительной функции сердца, работы клапанного аппарата. С помощью этого режима можно рассчитать сократительную способность левого и правого желудочков, оценить кинетику их стенок.
• MPEGvue - быстрый доступ к сохранённым цифровым данным и упрощенная процедура переноса изображений и видеоклипов на CD в стандартном формате для последующего просмотра и анализа на компьютере.
• Power doppler - энергетический допплер - качественная оценка низкоскоростного кровотока, применяется при исследовании сети мелких сосудов (щитовидная железа, почки, яичник), вен (печень, яички) и др. Более чувствителен к наличию кровотока, чем цветовой допплер. На эхограмме обычно отображается в оранжевой палитре, более яркие оттенки свидетельствуют о большей скорости кровотока. Главный недостаток - отсутствие информации о направлении кровотока. Использование энергетического допплера в трёхмерном режиме позволяет судить о пространственной структуре кровотока в области сканирования. В эхокардиографии энергетический допплер применяется редко, иногда используется в сочетании с контрастными веществами для изучения перфузии миокарда. Цветовой и энергетический допплер помогают в дифференциации кист и опухолей, поскольку внутреннее содержимое кисты лишено сосудов и, следовательно, никогда не может иметь цветовых локусов.
• Smart Stress - расширенные возможности стресс-эхо исследований. Количественный анализ и возможность сохранения всех настроек сканирования для каждого этапа исследования при визуализации различных сегментов сердца.
• Tissue Harmonic Imaging (THI) - 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. Технология предполагает использование широкополосных датчиков и приемного тракта повышенной чувствительности, улучшается качество изображения, линейное и контрастное разрешение у пациентов с повышенным весом. * Tissue Synchronization Imaging (TSI) - специализированный инструмент для диагностики и оценки сердечных дисфункций.
• Tissue Velocity Imaging , Tissue Doppler Imaging (TDI) - тканевой допплер - картирование движения тканей, применяется в режимах ТСД и ТЦДК (тканевой спектральной и цветной допплерографии) в эхокардиографии для оценки сократительной способности миокарда. Изучая направления движения стенок левого и правого желудочков в систолу и диастолу тканевого допплера, можно обнаружить скрытые зоны нарушения локальной сократимости.
• TruAccess - подход к получению изображений, основанный на возможности доступа к «сырым» ультразвуковым данным.
• TruSpeed - уникальный набор программных и аппаратных компонентов для обработки ультразвуковых данных, обеспечивающий идеальное качество изображения и высочайшую скорость обработки данных во всех режимах сканирования.
• Virtual Convex - расширенное конвексное изображение при использовании линейных и секторных датчиков.
• VScan - визуализация и квантификация движения миокарда.
• Импульсный допплер (PW, HFPW) - импульсный допплер (Pulsed Wave или PW) применяется для количественной оценки кровотока в сосудах. На временной развертке по вертикали отображается скорость потока в исследуемой точке. Потоки, которые двигаются к датчику, отображаются выше базовой линии, обратный кровоток (от датчика) - ниже. Максимальная скорость потока зависит от глубины сканирования, частоты импульсов и имеет ограничение (около 2,5 м/с при диагностике сердца). Высокочастотный импульсный допплер (HFPW - high frequency pulsed wave) позволяет регистрировать скорости потока большей скорости, однако тоже имеет ограничение, связанное с искажением допплеровского спектра.
• Постоянно-волновой допплер - постоянно-волновой допплер (Continuous Wave Doppler или CW) применяется для количественной оценки кровотока в сосудах c высокоскоростными потоками. Недостаток метода состоит в том, что регистрируются потоки по всей глубине сканирования. В эхокардиографии с помощью постоянно-волнового допплера можно произвести расчеты давления в полостях сердца и магистральных сосудах в ту или иную фазу сердечного цикла, рассчитать степень значимости стеноза и т. д. Основным уравнением CW является уравнение Бернулли, позволяющее рассчитать разницу давления или градиент давления. С помощью уравнения можно измерить разницу давления между камерами в норме и при наличии патологического, высокоскоростного кровотока.

Введение

Возрастающее значение визуализирующих диагностических методик в клинической практике следует объяснять сту­дентам-медикам уже на ранних этапах образования. Ши­рокое распространение и неинвазивный характер сонографии требуют уже сегодня знакомить завтрашних врачей с этой сравнительно безопасной методикой. Не секрет, что подавляющее число специалистов ультразву­ковой диагностики проходили и проходят первичную специа­лизацию на рабочем месте, т.е. за спиной врача, проводящего обычный прием больных. Если везет - удается увидеть дос­таточно широкий спектр патологии, нет — только наиболее распространенные заболевания. В результате подготовка врача, вер­нувшегося после такого обучения, страдает большими пробе­лами в специальном образовании. В практической работе пе­ред ним возникает огромное количество вопросов, которые тре­буют немедленного ответа.

В то же время следует подчеркнуть, что каждый сонографический диагноз хорош настолько, насколько хорош специ­алист по ультразвуковой диагностике. Неправильных диаг­нозов можно избежать за счет глубокого знания анатомии и ультразвуковой морфологии, неослабевающей скрупулез­ности и, когда это необходимо, сопоставления с результа­тами других визуализирующих исследований. Начальный успех («Я уже вижу все паренхиматозные органы») не дол­жен порождать самоуверенности во время обучения. Дей­ствительно глубокие знания могут быть получены только путем длительной самостоятельной работы в клинике, на­копления практического опыта, изучения анатомических особенностей нормы и патологии.

При этом, тщательно подготовленный дидактический ма­териал, отражающий многолетний клинический опыт будет, стимулировать и возмож­но даже вдохновит многих обучающихся.

Теоретические основы метода

Звук - это механическая продольная волна, в которой колебания частиц находится в той же плос­кости, что и направление распространения энер­гии. Волна переносит энергию, но не ма­терию. Верхняя граница слышимого звука - 20000 Гц. Звук с частотой, превышающей эту величину, называется ультразвуком. Частота - эго число полных колебаний (циклов) за период вре­мени в 1 секунду. Единицами измерения частоты являются герц (Гц) и мегагерц (МГц). Один герц - это одно колебание в секунду. Один мега­герц = 1000000 герц. В современных ультразвуковых при­борах для получения изображения используется ультразвук частотой от 2 МГц и выше.

Для получения ультразвука используются специ­альные преобразователи или трансдьюсеры, кото­рые превращают электрическую энергию в энергию ультразвука. Получение ультразвука базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте, упражнения . Суть эф­фекта состоит в том, что если к определенным ма­териалам (пьезоэлектрикам) приложить электриче­ское напряжение, то произойдет изменение их формы. С этой целью в ультразвуковых приборах чаще всего применяются искусственные пьезоэлектрики, такие, как цирконат или титанат свинца. При отсутствии электрического тока пье­зоэлемент возвращается к исходной форме, а при изменении полярности вновь произойдет измене­ние формы, но уже в обратном направлении. Если к пьезоэлементу приложить быстропеременный ток, то элемент начнет с высокой частотой сжимать­ся и расширяться (т.е. колебаться), генерируя ульт­развуковое поле. Рабочая частота трансдьюсера (резонансная частота) определяется отношением скорости распространения ультразвука в пьезоэлементе к удвоенной толщине этого пьезоэлемента. Детектирование отраженных сигналов базируется на прямом пьезоэлектрическом эффекте. Возвращающиеся сигналы вызывают коле­бания пьезоэлемента и появление на его гранях переменного электрического тока. В этом случае пьезоэлемент функционирует как ультразвуковой датчик. Обычно в ультразвуковых приборах для из­лучения и приема ультразвука используются одни и те же элементы. Поэтому термины "преобразо­ватель", "трансдьюсер", "датчик" являются синони­мами.

В отличие от электромагнитных волн (свет, радиоволны и т.д.) для распространения звука не­обходима среда - он не может распространяться в вакууме. Как и все волны, звук можно описать ря­дом параметров. Кроме частоты это, длина волны, скорость распространения в среде, период, амплиту­да и интенсивность. Частота, период, амплитуда и интенсивность определяются источником звука, скорость распространения - средой, а длина вол­ны - и источником звука, и средой.

Период - это время, необходимое для получения одного полно­го цикла колебаний. Единицами измере­ния периода являются секунда (с) и микросекунда (мкс). Одна микросекунда является одной милли­онной долей секунды. Период (мкс) = 1/частота (МГц).

Длина волны - это длина, которую занима­ет в пространстве одно колебание. Еди­ницы измерения - метр (м) и миллиметр (мм). Ско­рость распространения ультразвука - это ско­рость, с которой волна перемещается в среде. Еди­ницами скорости распространения ультразвука яв­ляются метр в секунду (м/с) и миллиметр в микро­секунду (мм/мкс). Скорость распространения ульт­развука определяется плотностью и упругостью среды. Скорость распространения ультразвука уве­личивается при увеличении упругости и уменьшении плотности среды.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела чело­века составляет 1540 м/с - на эту скорость запро­граммировано большинство ультразвуковых диаг­ностических приборов.

Эта величина, введенная в программу компьютера, основана на допущении, что скорость рас­пространения звука в тканях постоянна. Однако звук проходит через печень со скоростью около 1570 м/с, в то время как через жировую ткань идет с меньшей скорос­тью - около 1476 м/с. Предполагаемое среднее значение скорости, которое хранится в компьютере, приводит к некоторым отклонениям, но не вызывает больших иска­жений.

Скорость распространения ультразвука (С), частота (f) и длина волны () свя­заны между собой следующим уравнением: С= f х .

Так как в нашем случае скорость считается по­стоянной (1540 м/с), то оставшиеся две перемен­ные f и связаны между собой обратно пропор­циональной зависимостью. Чем выше частота, тем меньше длина волны и тем меньше размеры объ­ектов, которые мы можем увидеть.

Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется не ультразвук, который излучается трансдьюсером непрерывно (посто­янной волной), а ультразвук, излучаемый в виде коротких импульсов (импульсный).

Эти колебания испускаются кристаллом (пьезоэлектрический эф­фект) как звуковая волна точно так же, как звуковые волны испускаются мембраной громкоговорителя, хотя частоты, используемые в сонографии, не слышны челове­ческим ухом.

В зависимости от цели применения, монографическая частота может быть от 2.0 до 15.0 МГц.

Для характеристики импульсного ультразвука используются дополни­тельные параметры. Частота повторения импуль­сов - это число импульсов, излучаемых в едини­цу времени (секунду). Частота повторения им­пульсов измеряется в герцах (Гц) и килогерцах (кГц).

Продолжительность импульса - это вре­менная протяженность одного импульса.

Измеряется в секундах (с) и микросекундах (мкс).

Фактор занятости - это часть времени, в которое происходит излучение (в форме импуль­сов) ультразвука.

Пространственная протяжен­ность импульса (ППИ) - это длина пространст­ва, в котором размещается один ультразвуковой импульс.

Для мягких тканей простран­ственная протяженность импульса (мм) равна произведению 1.54 (скорость распространения ультразвука в мм/мкс) и числа колебаний (циклов) в импульсе (n), отнесенному к частоте в МГц. Или, ППИ = 1,54хn/f.

Уменьшения пространственной протяженности импульса можно достичь (а это очень важно для улучшения осевой разрешающей способности) за счет уменьшения числа колеба­ний в импульсе или увеличения частоты.

Ампли­туда ультразвуковой волны - это максимальное отклонение наблюдаемой физической перемен­ной от среднего значения

Интенсив­ность ультразвука - эго отношение мощности волны к площади, по которой распределяется ультразвуковой поток. Измеряется в ваттах на квадратный сантиметр (Вт/кв.см).

При равной мощности излучения, чем меньше площадь пото­ка, тем выше интенсивность. Интенсивность так­же пропорциональна квадрату амплитуды. Так, если амплитуда удваивается, то интенсивность учетверяется. Интенсивность неоднородна как по площади потока, так и, в случае импульсного ульт­развука, во времени.

При прохождении через любую среду будет на­блюдаться уменьшение амплитуды и интенсивно­сти ультразвукового сигнала, которое называется затуханием. Затухание ультразвукового сигнала вы­зывается поглощением, отражением и рассеивани­ем. Единицей затухания является децибел (дБ). Ко­эффициент затухания - это ослабление ультразву­кового сигнала на единицу длины пути этого сиг­нала (дБ/см). Коэффициент затухания возрастает с увеличением частоты.

Звуковые волны от датчика, состоящего из множества кристаллов, проникают через ткани, отражаются и возвращаются как эхо к датчику. Вернувшиеся эхосигналы в обратном порядке преобразуются кристаллами в электрические импульсы и используются затем компьюте­ром для построения сонографического изображения.

Преломление - это изменение направления распространения ультразвукового луча при пересечении им грани­цы сред с различными скоростями приведения ультразвука. Синус угла преломления равен про­изведению синуса угла падения на величину, по­лученную от деления скорости распространения ультразвука во второй среде на скорость в первой. Синус угла преломления, а, следовательно, и сам угол преломления тем больше, чем больше раз­ность скоростей распространения ультразвука в двух средах. Преломление не наблюдается, если скорости распространения ультразвука в двух сре­дах равны или угол падения равен 0. Говоря об от­ражении, следует иметь в виду, что в том случае, когда длина волны много больше размеров неров­ностей отражающей поверхности, имеет место зер­кальное отражение.

Еще одним важ­ным параметром среды является акустическое со­противление.

Акустическое сопротивление - это произведение значения плотности среды и ско­рости распространения ультразвука. Сопротивле­ние (Z) = плотность () х скорость распростране­ния (С).

При прохождении ультразвука через ткани на границе сред с различным акустическим сопро­тивлением и скоростью проведения ультразву­ка возникают явления отражения, преломления, рассеивания и поглощения. В зависимости от угла говорят о перпендикулярном и наклонном (под уг­лом) падения ультразвукового луча. При наклонном паде­нии ультразвукового луча определяют угол паде­ния, угол отражения и угол преломления. Угол падения равен углу отражения. При перпенди­кулярном падении ультразвукового луча он может быть полностью отражен или частично отражен, частично проведен через границу двух сред; при этом направление ультразвука, перешедшего из одной среды в другую среду, не изменяется. Интенсивность отраженного ультразвука и ультразвука, прошедшего границу сред, зави­сит от исходной интенсивности и разности аку­стических сопротивлений сред. Отношение ин­тенсивности отраженной волны к интенсивности падающей волны называется коэффициентом от­ражения. Отношение интенсивности ультразвуко­вой волны, прошедшей через границу сред, к ин­тенсивности падающей волны называется коэффи­циентом проведения ультразвука. Таким образом, если ткани имеют различные плотности, но одина­ковое акустическое сопротивление - отражения ультразвука не будет. С другой стороны, при боль­шой разнице акустических сопротивлении интен­сивность отражения стремится к 100%. Примером этого служит страница воздух/мягкие ткани. На гра­нице этих сред происходит практически полное от­ражение ультразвука. Чтобы улучшить проведение ультразвука в ткани тела человека, используют соединительные среды (гель). Звуковые волны отражаются от границы раздела между средами с различной акустической плотностью (т.е. различным распространением звука). Отражение зву­ковых волн пропорционально разнице акустической плот­ности: умеренная разница будет отражать, и возвращать часть звукового луча к датчику, ос­тавшиеся звуковые волны будут передаваться и проникать дальше в слои тканей, лежащие глубже. Если разница в акустической плотности больше, интенсивность отраженного звука также увеличивается, а интенсивность проникающего дальше зву­ка пропорционально уменьшается. Если акустическая плот­ность существенно различается, зву­ковой луч полностью отражается, и в результате образуется тотальная акустическая тень (полное отражение). Аку­стическая тень наблюдается позади костей (ребра), камней (в почках или желчном пузыре) и газа (газ в кишечнике).

Эхосигналы не появляются, если нет различий в акустической плотности граничащих сред: гомогенные жидкости (кровь, желчь, моча и содержимое кист, а также асцитическая жидкость и плев­ральный выпот) выглядят как эхонегативные (черные) структуры, например, желчный пузырь и печеночные сосуды.

Процессор УЗ аппарата рассчитывает глубину, на которой возникло эхо, путем регистрации разницы времени между момента­ми излучения акустической волны и получения эхосигнала. Эхосигналы от тканей, лежащих рядом с датчиком, возвращаются раньше, чем от тканей, лежащих на глу­бине.

В случае если длина волны сопоставима с неровностями от­ражающей поверхности или имеется неоднород­ность самой среды, происходит рассеивание ульт­развука. При обратном рассеивании ультразвук отражается в том направлении, откуда пришел исходный луч. Интенсивность рассеянных сигналов увеличивается с увеличением неоднород­ности среды и увеличением частоты (т.е. уменьше­нием длины волны) ультразвука. Рассеивание от­носительно мало зависит от направления падающе­го луча и, следовательно, позволяет лучше визуа­лизировать отражающие поверхности, не говоря уже о паренхиме органов. Для того, чтобы отражен­ный сигнал был правильно расположен на экране, необходимо знать не только направление излучен­ного сигнала, но и расстояние до отражателя. Это расстояние равно 1/2 произведения скорость и ультразвука в среде на время между излучением и прие­мом отраженного сигнала. Произведе­ние скорости на время делится пополам, так как ультразвук проходит двойной путь (от излучателя до отражателя и назад), а нас интересует только расстояние от излучателя до отражателя.

В то же время, перед тем как вернуться к датчику, эхо может отражаться не­сколько раз назад и вперед, что занимает время движения, не соответствующее расстоянию до места его возникновения. Процессор УЗ аппарата ошибочно располагает эти реверберационные сигналы в более глубоком слое.

Применение в общемедицинской практике

Известно, что прохождение ультразвука через биологические объекты вызывает два вида эффектов: механические и тепловые. Поглощение энергии звуковой волны приводит к её затуханию, а высвободившаяся энергия трансформируется в тепловую. Причём выраженность разогрева взаимосвязана с интенсивностью УЗ - излучения. Частным случаем биологических эффектов ультразвука является кавитация. При этом в озвученной жидкости формируется множество пульсирующих пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью.

Рис. 1. Тест-объект Американского института ультразвука в медицине

Американ­ский институт ультразвука в медицине на основании анализа результатов исследований воздействия ультразвука, на клетки растений и животных в 1993 году сделал следую­щее заявления: “Никогда не сообщалось о подтвержденных био­логических эффектах у пациентов или лиц, рабо­тающих на приборе, вызванных облучением (ульт­развуком), интенсивность которого типична для со­временных ультразвуковых диагностических уста­новок. Хотя существует возможность, что такие биологические эффекты могут быть выявлены в будущем, современные данные указывают, что польза для больного при благоразумном использо­вании диагностического ультразвука перевешива­ет потенциальный риск, если таковой вообще су­ществует"’.

Происходит постоянное совершенствование ультра­звуковых диагностических приборов и бурное развитие ультразвуковой ди­агностики,.

Представляется перспективным дальнейшее совершенствование доп­плеровских методик, особенно таких, как энерге­тический допплер, допплеровская цветовая визуа­лизация тканей.

Вариант цветового допплеровского картирования получил название "энергетического допплера" (Power Doppler). При энергетическом допплере определяется не значение допплеровско­го сдвига в отраженном сигнале, а его энергия. Та­кой подход позволяет повысить чувствительность ме­тода к низким скоростям, сделать её почти угол независимой, правда, ценой потери возможности оп­ределения абсолютного значения скорости, и направ­ления потока.

В будущем может стать весьма важным направлением ультразвуковой ди­агностики трехмерная эхография. На сегодняшний день существуют не­сколько коммерчески доступных ультразвуковых диагностических установок, позволяющих прово­дить трехмерную реконструкцию изображений, од­нако, вопрос о клиническом значении этого направле­ние остается открытым.

В конце шестидесятых годов прошлого тысячелетия были впервые применены ультразвуковые контра­сты. Для визуализации правых отделов сердца в настоящее время существует ком­мерчески доступный контраст “Эховист" (Шеринг). Препарат следующего поколения, полученный путём умень­шения размеров частиц контраста, может рецир­кулировать в кровеносной системе человека (“Левовист”, Шеринг). Этот контраст существенно улуч­шает допплеровский сигнал, как спектральный, так и цветовой, что может оказаться существенным для оценки опухолевого кровотока.

Использование ультратонких датчиков при внутриполостной эхографии открывает новые возможно­сти для исследования полых органов и структур. В то же время, широкое применение этой методики ограничивается высокой стоимо­стью специализированных датчиков, которые к тому же могут применяться для исследования ог­раниченное число раз.

Весьма перспективным направлением объективизации получаемой информации при УЗИ является компьютерная обработка изображений. В этом случае появляется возможность улучшить точность диагностики незначи­тельных структурных изменений в паренхиматоз­ных органах. Однако, полученные к настояще­му времени результаты существенного клиническо­го значения не имеют.

Основные сведения об используемом оборудовании

В качестве типичного примера сонографического оборудования рассмотрим устройство аппарата среднего класса (рис. 2).

Рис. 2. Панель управления УЗ аппарата (Toshiba)

Прежде всего, необходимо правильно ввести имя пациента (А, В), чтобы в дальнейшем правильно идентифицировать изображение. Клавиши для изменения программы обработки изображе­ния (С) или Lsugopa датчика (D) находятся в верхней поло­вине панели управления. На большинстве панелей клавиша остановки изображе­ния (FREEZE) (Е) находится в правом нижнем углу. После ее нажатия ультразвуковое изображение в реальном масшта­бе времени застывает. Мы рекомендуем всегда держать палец левой руки наготове. Это сокращает какую-либо задержку при остановке желаемого изображения с целью измерения, изу­чения или вывода на принтер. Для общего усиления получа­емых эхосигналов используется регулятор GAIN (F). Для избирательно­го управления эхосигналами на разной глубине усиление можно выборочно изменять с помощью ползунковых ре­гуляторов (G), компенсируя потери сигнала, связанные с глубиной. С помощью «колобка» (I) изображение можно смещать вверх или вниз, увеличивать или уменьшать раз­мер поля зрения, а также размещать метки или маркеры для измерения в любом месте экрана. Режим работы «ко­лобка» (измерение или ввод комментариев) устанавлива­ется соответствующими клавишами. Чтобы облегчить пос­ледующее изучение сонограммы, рекомендуется до выведения изображения на принтер (М) выбрать соответ­ствующий маркер тела (L) и с помощью «колобка» (I) от­метить позицию датчика. Остальные функции не столь важ­ны и могут быть изучены позже в процессе работы с аппаратом.

Сердцем современных сонографических комплексов являет­ся главный генератор импульсов (в современных аппаратах - мощный процессор), который управ­ляет всеми системами ультразвукового прибора. Генератор импульсов посылает электри­ческие импульсы на трансдьюсер, который генери­рует ультразвуковой импульс и направляет его в ткани, принимает отраженные сигналы, преобразо­вывая их в электрические колебания. Эти электри­ческие колебания далее направляются на радио­частотный усилитель, к которому обычно подклю­чается временно-амплитудный peгулятop усиления (ВАРУ, регулятор компенсации тканевого поглоще­ния по глубине) Ввиду того, что затухание ультразвукового сигнала в тканях происходит по экспо­ненциальному закону, яркость объектов на экране с увеличением глубины прогрессивно падает. Использование линейного усилителя, т.е. усилителя, пропорционально усиливающего все сигналы, привело бы к переусилению сигналов в непосредственной близости от датчика при попытке улучшения визуализации глубоко расположенных объектов. Использование логарифмических усили­телей позволяет решить эту проблему. Ультразву­ковой сигнал усиливается пропорционально време­ни задержки его возвращения - чем позже вернул­ся, тем сильнее усиление. Таким образом, приме­нение ВАРУ позволяет получить на экране изобра­жение одинаковой яркости по глубине. Усиленный таким образом радиочастотный электрический сиг­нал подается затем на демодулятор, где он выпрям­ляется и фильтруется и еще раз усиленный на видеоусилителе подается на экран монитора.

Для сохранения изображения на экране мони­тора необходима видеопамять. Она может быть разделена на аналоговую и цифровую. Первые мо­ниторы позволяли представлять информацию в аналоговой бистабильной форме. Устройство, на­зываемое дискриминатором, позволяло изменять порог дискриминации - сигналы, интенсивность которых была ниже порога дискриминации, не про­ходили через него и соответствующие участки эк­рана оставались темными. Сигналы, интенсивность которых превышала порог дискриминации, пред­ставлялись на экране в виде белых точек. При этом яркость точек не зависела от абсолютного значе­ния интенсивности отраженного сигнала - все бе­лые точки имели одинаковую яркость. При таком способе представления изображения - он получил название "бистабильный" хорошо были видны границы органов и структуры с высокой отражаю­щей способностью (например, почечный синус), однако, оценить структуру паренхиматозных орга­нов не представлялось возможным. Появление в 70-х годах приборов, которые позволяли переда­вать на экране монитора оттенки серого цвета, зна­меновало начало эры серошкальных приборов. Эти приборы давали возможность получать информа­цию, которая была недостижима при использова­нии приборов с бистабильным изображением. Раз­витие компьютерной техники и микроэлектроники позволило вскоре перейти от аналоговых изобра­жений к цифровым. Цифровые изображения в ульт­развуковых установках формируются на больших матрицах (обычно 512x512 пикселей) с числом гра­даций серого 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 бит). При визуализации на глубину 20 см на матрице 512x512 пикселей один пиксель будет соответствовать линейным размерам в 0.4 мм. На современ­ных приборах имеется тенденция к увеличению раз­меров дисплеев без потери качества изображения и на приборах среднего класса (12 дюймовый <30 см по диагонали) экран становится обычным явле­нием.

Электронно-лучевая трубка ультразвукового при­бора (дисплей, монитор) использует остро сфоку­сированный пучок электронов для получения ярко­го пятна на экране, покрытом специальным фосфо­ром. С помощью отклоняющих пластин это пятно можно перемещать по экрану. При А-типе разверт­ки (А - вместо английского слова “амплитуда” (Аmplitude)) по одной оси откладывается расстояние от датчика, по другой - интенсивность отраженного сигнала. В современных приборах А-тип развертки практически не используется. В-тип раз­вертки (В - вместо английского слова “яркость" (Brightness)) позволяет вдоль линии сканирования получить информацию об интенсивности отражен­ных сигналов в виде различия яркости отдельных точек, составляющих эту линию. М-тип (иногда ТМ) развертки (М - вместо английского слова ‘"движе­ние" (Motion)) позволяет регистрировать движение (перемещение) отражающих структур во времени. При этом по вертикали регистрируются перемеще­ния отражающих структур в виде точек различной яркости, а по горизонтали - смещение положения этих точек во времени. Для получения двумерного томографического изображения необ­ходимо тем или иным образом произвести переме­щение линии сканирования вдоль плоскости скани­рования. В приборах медленного сканирования это достигалось перемещением датчика вдоль поверх­ности тела пациента вручную.

Используемые в настоящее время сонографические аппа­раты могут работать с различными типами датчиков, что позволяет их использовать как в кабинете ультразвуковой диагностики, так и в отделениях интенсивной терапии и неотложной помощи. Датчики обычно хранятся на удерживающей стойке с правой стороны аппарата.

Ультразвуковые датчики представляют собой сложные устройства и, в зависимости от способа развертки изображения, делятся на датчики для приборов медленного сканирования (одноэлемент­ные) и быстрого сканирования (сканирования в ре­альном времени) - механические и электронные. Механические датчики могут быть одно- и много­элементными (анулярные). Развертка ультразвуково­го луча может достигаться за счет качания элемента, вращения элемента или качания акустического зеркала. Изображение на экране в этом случае имеет форму сектора (секторные датчики) или окружности (круговые датчики). Электронные датчики являются многоэлементными и в зависи­мости от формы получаемого изображения могут быть секторными, линейными, конвексными (вы­пуклыми). Развертка изображения в сек­торном датчике достигается за счет качания ульт­развукового луча с его одновременной фокусировкой. Секторальные датчики дают веерообразное изображе­ние, узкое вблизи датчика и расширяющееся по мере уве­личения глубины. Такое расходящееся распространение звука может быть получено за счет механического движения пьезоэлементов. Датчики, исполь­зующие такой принцип, дешевле, но имеют слабую изно­состойкость. Электронный вариант (фазовое управление) более дорогой и используются преимущественно в кар­диологии. Их рабочая частота 2.5-3.0 МГц. Помех, связан­ных с отражением звука ребрами, можно избежать, при­кладывая датчик в межреберные промежутки и выбирая оптимальное расхождение луча в диапазоне 60-90° для уве­личения глубины проникновения. Недостатками этих типов датчиков являются низкая разрешающая спо­собность в ближнем поле, уменьшение количества линий сканирования с увеличением глубины (пространственная разрешающая способность), сложность обращения.

В линейных и конвексных датчиках развертка изображения достигается путем возбуждения группы элементов с пошаговым их переме­щением вдоль антенной решетки с одновременной фокусировкой.

Одноэлементный трансдьюсер в форме диска в режиме непрерывного излучения образует ультра­звуковое поле, форма которого меняется в зави­симости от расстояния. В ряде случаев могут на­блюдаться дополнительные ультразвуковые "пото­ки", получившие названия боковых лепестков. Рас­стояние от диска на длину протяженности ближне­го поля (зоны) называется ближней зоной. Зона за границей ближней называется дальней. Прожженность ближней зоны равна отношению квадрата диаметра трансдьюсера к 4 длинам волны. В даль­ней зоне диаметр ультразвукового поля увеличи­вается. Место наибольшего сужения ультразвуко­вого луча называется зоной фокуса, а расстояние между трансдьюсером и зоной фокуса - фокусным расстоянием. Существуют различные способы фокусировки ультразвукового луча. Наиболее про­стым способом фокусировки является акустиче­ская линза. С ее помощью можно сфо­кусировать ультразвуковой луч на определенной глубине, которая зависит от кривизны линзы. Дан­ный способ фокусировки не позволяет оперативно изменять фокусные расстояние, что неудобно в практической работе.

Другим способом фокусировки является использование акустического зер­кала. В этом случае, изменяя расстоя­ние между зеркалом и трансдьюсером, мы будем менять фокусное расстояние. В современных при­борах с многоэлементными электронными датчи­ками основой фокусировки является электронная фокусировка. Имея систему электрон­ной фокусировки, мы можем с панели прибора изменять фокусное расстояние, однако, для каждого изображения мы будем иметь только одну зону фо­куса.

Так как для получения изображения исполь­зуются очень короткие ультразвуковые импульсы, излучаемые 1000 раз в секунду (частота повторе­ния импульсов 1 кГц), то 99,9% времени прибор работает как приемник отраженных сигналов. Имея такой запас времени, возможно, запрограммировать прибор таким образом, чтобы при первом по­лучении изображения была выбрана ближняя зона фокуса и информация, полученная с этой зоны, была сохранена. Далее - выбор следующей зоны фокуса, получение информации, сохранение. И так далее. В результате получается комбиниро­ванное изображение, сфокусированное по всей глубине. Следует, правда, отметить, что такой спо­соб фокусировки требует значительных временных затрат на получение одного изображения (кадра), что вызывает уменьшение частоты кадров и мер­цание изображения. Почему же столько усилий при­кладывается для фокусировки ультразвукового луча? Дело в том, что чем уже луч, тем лучше боко­вая (латеральная) разрешающая способность. Боковая разрешающая способность - это минимальное расстояние между двумя объек­тами, расположенными перпендикулярно направ­лению распространения энергии, которые пред­ставляются на экране монитора в виде раздельных структур. Боковая разрешающая спо­собность равна диаметру ультразвукового луча. Осевая разрешающая способность - это мини­мальное расстояние между двумя объектами, рас­положенными вдоль направления распространения энергии, которые представляются на экране мони­тора в виде раздельных структур. Осе­вая разрешающая способность зависит от пространственной протяженности ультразвукового им­пульса - чем короче импульс, тем лучше разреше­ние. Для укорочения импульса используется как ме­ханическое, так и электронное гашение ультразву­ковых колебаний. Как правило, осевая разрешаю­щая способность лучше боковой.

В настоящее время приборы медленного (руч­ного, сложного) сканирования представляют лишь исторический интерес. Морально они умерли с по­явлением приборов быстрого сканирования (при­боров, работающих в реальном времени). Однако их основные компоненты сохраняются и в совре­менных приборах (естественно, с использованием современной элементной базы).

Приборы быстрого сканирования, или как их чаще называют, приборы, работающие в реальном времени, в настоящее время полностью заменили приборы медленного, или ручного, сканирования. Это связано с целым рядом преимуществ, которы­ми обладают эти приборы: возможность оценивать движение органов и структур в реальном времени (т.е. практически в тот же момент времени); резкое уменьшение затрат времени на исследование; воз­можность проводить исследования через неболь­шие акустические окна. Если приборы медленного сканирования можно сравнить с фотоаппаратом (получение неподвижных изображений), то прибо­ры, работающие в реальном времени, с кино, где неподвижные изображения (кадры) с большой частотой сменяют друг друга, создавая впечатление движения. В приборах быстрого сканирования ис­пользуются, как уже говорилось выше, механиче­ские и электронные секторные датчики, электрон­ные линейные датчики, электронные конвексные (выпуклые) датчики, механические радиальные датчики. Некоторое время назад на ряде приборов появились трапециевидные датчики, поле зрения которых имело трапециевидную форму, однако, они не показали преимуществ относительно конвексных датчиков, но сами имели целый ряд недостат­ков.

В настоящее время наилучшим датчиком для исследования органов брюшной полости, забрюшинного пространства и малого таза является конвексный. Он обладает относительно небольшой контактной поверхностью и очень большим полем зрения в средней и дальней зонах, что упрощает и ускоряет проведение исследования.

Рабочие частоты таких датчиков от 2.5 МГц (у пациентов с ожирением) до 5 МГц (у худощавых пациентов), в среднем - 3.5-3.75 МГц. Такую конструкцию можно рассматривать как компромисс между линейными и секторальными датчиками. Конвексный датчик дает широкую ближнюю и дальнюю зоны изоб­ражения и легче в обращении, чем секторальный датчик. Однако плотность линий сканирования с увеличением рас­стояния от датчика уменьшается. При сканировании органов верхней части живота необходимо аккуратно управлять датчиком, чтобы избежать появления акустической тени от нижних ребер.

При сканировании ультразвуковым лучом ре­зультат каждого полного прохода луча называется кадром. Кадр формируется из большого количест­ва вертикальных линий. Каждая пиния - это как минимум один ультразвуковой импульс.

Частота повторения импульсов для получения се­рошкального изображения в современных прибо­рах составляет 1 кГц (1000 импульсов в секунду). Существует взаимосвязь между частотой повторе­ния импульсов (ЧПИ), числом линий, формирующих кадр, и количеством кадров в единицу времени: ЧПИ = число линий х частота кадров. На экране мо­нитора качество получаемого изображения будет определяться, в частности, плотностью линий. Для линейного датчика плотность линий (линий/см) яв­ляется отношением числа линий, формирующих кадр, к ширине части монитора, на котором фор­мируется изображение. Линейные датчики испускают звуковые волны парал­лельно друг другу и создают прямоугольное изображение. Ширина изображения и количество линий сканирования постоянны по всей глубине. Достоинством линейных датчиков является хорошая разрешающая спо­собность в ближнем поле. Эти датчики используются преимущественно с высокой частотой (5.0-7.5 МГц и выше) для исследования мягких тканей и щитовидной железы. Недостатком их является большая площадь рабочей по­верхности, что ведет к появлению артефактов при прикла­дывании к искривленной поверхности тела из-за попадаю­щих между датчиком и кожей пузырьков газа. Кроме того, акустическая тень, которая образуется от ребер, мо­жет портить изображение. Как правило, линей­ные датчики не годятся для визуализации органов грудной клетки или верхней части живота. Для датчика секторного типа плотность линий (линий/градус) - отношение числа линий, формирующих кадр, к углу сектора. Чем выше частота кадров, установленная в прибо­ре, тем (при заданной частоте повторения импуль­сов) меньше число линий, формирующих кадр, тем меньше плотность линий на экране монитора, тем ниже качество получаемою изображения. Правда, при высокой частоте кадров мы имеем хорошее временное разрешение, что очень важно при эхокардиографических исследованиях.

Ультразвуковой метод исследования позволяет получать не только информацию о структурном со­стоянии органов и тканей, но и характеризовать потоки в сосудах. В основе этой способности ле­жит эффект Допплера - изменение частоты при­нимаемого звука при движении относительно сре­ды источника или приемника звука или тела, рас­сеивающего звук. Он наблюдается из-за того, что скорость распространения ультразвука в любой однородной среде является постоянной. Следова­тельно, если источник звука движется с постоян­ной скоростью, звуковые волны, излучаемые, в на­правлении движения как бы сжимаются, увеличи­вая частоту звука Волны, излучаемые в обратном направлении, как бы растягиваются, вызывая сни­жение частоты звука. Путем сопостав­ления исходной частоты ультразвука с измененной возможно определить допплеровский сдвиги рас­считать скорость. Не имеет значения, излучается ли звук движущимся объектом или этот объект отражает звуковые волны. Во втором случае источ­ник ультразвука может быть неподвижным (ультра­звуковой датчик), а в качестве отражателя ультра­звуковых волн могут выступать движущиеся эрит­роциты. Допплеровский сдвиг может быть как по­ложительным (если отражатель движется к источ­нику звука), так и отрицательным (если отражатель движется от источника звука) в том случае, если направление падения ультразвукового луча не па­раллельно направлению движения отражателя, необходимо скорректировать допплеровский сдвиг на косинус угла и между падающим лучом и направлением движения отражателя. Для получения допплеровской информации применяются два типа устройств - постоянноволновые и импульсные. В постоянноволновом доп­плеровском приборе датчик состоит из двух трансдьюсеров: один из них постоянно излучает ультразвук, другой постоянно принимает отражен­ные сигналы. Приемник определяет допплеров­ский сдвиг, который обычно составляет -1/1000 частоты источника ультразвука (слышимый диапа­зон) и передает сигнал на громкоговорители и. параллельно на монитор для качественной и количественной оценки кривой. Постоянноволновые приборы детектируют кровоток почти по всему ходу ультразвукового луча или. другими словами, имеют большой контрольный объем. Это может вызвать получение неадекватной информации при попадании в контрольный объем нескольких сосудов. Однако большой контрольный объем бывает, полезен при расчете падения давления при cтeнозе клапанов сердца. Для того чтобы оценить кровоток в какой-либо конкретной области, необходимо разместить кон­трольный объем в исследуемой области (например, внутри определенного сосуда) под визуальным кон­тролем на экране монитора. Это может быть дос­тигнуто при использовании импульсного прибора. Существует верхний предел допплеровского сдви­га, который может быть детектирован импульсны­ми приборами (иногда его называют пределом Найквиста). Он составляет примерно 1/2 частоты повто­рения импульсов. При его превышении происходит искажение допплеровского спектра (aliasing) Чем выше частота повторения импульсов, тем больший допплеровский сдвиг может быть определен без искажений, однако, тем ниже чувствительность прибора к низкоскоростным потокам.

Ввиду того, что ультразвуковые импульсы, на­правляемые в ткани, содержат большое количест­во частот помимо основной, а также из-за того, что скорости отдельных участков потока неодинаковы, отраженный импульс состоит из большого количе­ства различных частот. С помощью бы­строго преобразования Фурье частотный состав импульса может быть представлен в виде спектра, который может быть изображен на экране монито­ра в виде кривой, где по горизонтали откладыва­ются частоты допплеровскою сдвига, а по вертикали - амплитуда каждой составляющей. По доп­плеровскому спектру, возможно, определять боль­шое количество скоростных параметров кровото­ка (максимальная скорость, скорость в конце диа­столы, средняя скорость и т.д.), однако, эти показатели являются углозависимыми и их точность крайне зависит от точности коррекции угла. И если в крупных неизвитых сосудах коррекция угла не вы­зывает проблем, то в мелких извитых сосудах (со­суды опухоли) определить направление потока дос­таточно сложно. Для решения этой проблемы был предложен ряд почти уголнезависимым индексом наиболее распространенными из которых являют­ся индекс резистентности и пульсаторный индекс. Индекс резистентности является отношением раз­ности максимальной и минимальной скоростей к максимальной скорости потока. Пульсаторный индекс является отношением разности максимальной и минимальной скоростей к средней скорости потока.

Получение допплеровского спектра с одною кон­трольного объема позволяет оценивать кровоток в очень небольшом участке. Цветовая визуализация потоков (цветовое допплеровское картирование) по­зволяет получать двумерную информацию о крово­токах в реальном времени в дополнение к обычной серошкальной двумерной визуализации. Цветовая допплеровская визуализация расширяет возможно­сти импульсного принципа получения изображения Сигналы, отраженные от неподвижных структур, рас­познаются и представляются е серошкальном виде. Если отраженный сигнал имеет частоту, отличную от излученного, то это означает, что он отразился от дви­жущегося объекта. В этом случае производится оп­ределение допплеровского сдвига, его знак и вели­чина средней скорости. Эти параметры используют­ся для определения цвета, его насыщенности и яр­кости. Обычно направление потока к датчику кодиру­ется красным, а отдатчика - синим цветом. Яркость цвета определяется скоростью потока.

Для правильной интерпретации ультразвукового изображе­ния обязательно знание физических свойств звука, лежа­щих в основе образования артефактов.

Артефакт в ультразвуковой диагностике - это появ­ление на изображении несуществующих структур, отсут­ствие существующих структур, неправильное располо­жение структур неправильная яркость структур, непра­вильные очертания структур, неправильные размеры структур.

Реверберацию, один из наиболее часто встре­чающихся артефактов, наблюдается в том случае, если ультразвуковой импульс попадает между двумя или бо­лее отражающими поверхностями. При этом часть энергии ультразвукового импульса многократно отражается от этих поверхностей, каждый раз, частично возвраща­ясь к датчику через равные промежутки времени. Результатом этого будет появление на экране мо­нитора несуществующих отражающих поверхностей, ко­торые будут располагаться за вторым отражателем на расстоянии равном расстоянию между первым и вторым отражателями. Уменьшить реверберации иногда удает­ся изменением положения датчика.

Не менее важный артефакт - это так называемая дистальная акустическая тень. Артефакт акустической тени возникает за сильно отражающими или сильно поглощающими ультразвук структурами. Меха­низм образования акустической тени аналогичен фор­мированию оптической.

Акустическая тень проявляется как зона сниже­ния эхогенности (гипоэхогенная или анэхогеная = черная) и обнаруживается позади сильно отражающих структур, таких как содержащая кальций кость. Так, исследованию органов верхней части живота препятствуют нижние реб­ра, а нижней части таза - лонное сочленение. Этот эф­фект, однако, может быть использован для выявления кальцифицированных камней желчного пузыря, камней почек и атеросклеротических бляшек. Похожая тень может вызываться газом в легких или в кишечнике.

Артефакт эхогенного «хвоста кометы», ряд авторов рассматривают как проявление акустической тени. В свою очередь другие источники указывают, что данный артефакт наблюдается в том случае, когда ультразвук вызывает собственные колебания объекта и является вариантом реверберации. Он часто наблюдается позади мелких пузырьков газа или мелких металлических предметов. Артефакт эхогенного «хвоста кометы» может препят­ствовать выявлению структур, расположенных позади пе­тель кишечника, содержащих газ. Воздушный артефакт служит препятствием преимуще­ственно при выявлении органов, расположенных ретроперитонеально (поджелудочная железа, почки, лимфатичес­кие узлы), позади желудка или петель кишечника, содержащих газ.

Ввиду того, что далеко не всегда весь отраженный сигнал возвращает­ся к датчику, возникает артефакт эффектив­ной отражательной поверхности, которая меньше реаль­ной отражательной поверхности. Из-за этого артефакта определяемые с помощью ультразвука размеры конкрементов обычно немного меньше, чем истинные. Прелом­ление может вызывать неправильное положение объек­та на полученном изображении. В том случае, если путь ультразвука отдатчика к отражающей структу­ре и назад не является одним и тем же, возникает неправильное положение объекта на полученном изображе­нии.

Следующим характерным проявлением является так называемая краевая тень позади кист. Наблюда­ется, главным образом, позади всех округлых полостей, скрывающих звуковые волны по ходу касательной. Краевая тень вызывается рассеянием и преломлением зву­ковой волны, может наблюдаться позади желчного пузыря. Это требует тщательного анализа, чтобы объяс­нить происхождение акустической тени эффектом краевой тени, вызванной желчным пузырем, а не очагом жировой инфильтрации печени.

Артефакт боковых теней свя­зан с преломлением и, иногда, интерференцией ультра­звуковых волн при падении ультразвукового луча по ка­сательной на выпуклую поверхность (киста, шеечный отдел желчного пузыря) структуры, скорость прохожде­ния ультразвука в которой существенно отличается от ок­ружающих тканей.

Артефакты, связанные с неправильным определением скорости ультразвука возникают из-за того, что реальная скорость распростра­нения ультразвука в той или иной ткани больше или мень­ше усредненной (1,54 м/с) скорости, на которую запро­граммирован прибор.

Артефакты толщины ультразвукового луча - это появление, главным обра­зом в жидкость содержащих органах, пристеночных от­ражений, обусловленных тем, что ультразвуковой луч имеет конкретную толщину и часть этого луча может од­новременно формировать изображение органа и изо­бражение рядом расположенных структур.

Артефакт дистального псевдоусиления сигнала возникает позади слабо по­глощающих ультразвук структур (жидкостные, жидкость содержащие образования). Относительное дистальное акустическое усиление обнаруживается, когда часть звуковых волн проходит ка­кое-то расстояние через гомогенную жидкость. Из-за сни­женного уровня отражения в жидкости звуковые волны ос­лабляются меньше, по сравнению с проходящими через соседние ткани, и имеют большую амплитуду. Это дает в дистальных отделах повышенную эхогенность, которая проявляется как полоска повышенной яркости поза­ди желчного пузыря, мочевого пузыря или даже позади крупных сосудов, таких как аорта. Такое повышение эхогенности является физическим феноменом, не связанным с истин­ными свойствами нижележащих тканей. Акустическое усиление, тем не менее, может быть использовано для того, чтобы отличить почечные или печеночные кисты от гипоэхогенных опухолей.

Контроль качества ультразвукового оборудова­ния включает в себя определение относительной чувствительности системы, осевой и боковой раз­решающей способностей, мертвой зоны, правиль­ности работы измерителя расстояния, точности ре­гистрации, правильности работы ВАРУ, определе­ние динамическою диапазона серой шкалы и т.д. Для контроля качества работы ультразвуковых при­боров используются специальные тест-объекты или тканево-эквивалентные фантомы. Они являются коммерчески доступными, однако в нашей стране пока мало распространены, что делает практически невозможным провести поверку ультразвукового диагностического оборудовании на местах.