Кости

Ультразвуковой метод диагностики. Что такое УЗИ — от физики процесса до методов сканирования и расшифровки данных

Ультразвук в медицине

Методы ультразвуковой диагностики

4.2.1. Эхография

4.2.2. Доплерография

4.2.3. Методы получения изображения

Использование ультразвуковых методов диагностики в практической медицине

4.3.1. Измерение скорости кровотока

4.3.2. Ультразвуковая диагностика нарушений мозгового кровообращения

4.3.3. Эхоэнцефалография

4.3.4. Ультразвуковая диагностика некоторых внутренних органов

4.3.5. Ультразвуковая диагностика в кардиологии

4.3.6. Ультразвуковая диагностика в педиатрии

4.3.7. Ультразвуковая диагностика в гинекологии и акушерстве

4.3.8. Ультразвуковая диагностика в эндокринологии

4.3.9. Ультразвуковая диагностика в офтальмологии

4.3.10. Преимущества и недостатки ультразвуковой диагностики

Ультразвук в медицине

Ультразвук в медицинской практике находит исключительно широкое применение. Он используется в диагностике (энцефалография, кардиография, остеоденситометрия и др.), лечении (дробление камней, фонофорез, акупунктура и др.), приготовлении лекарств, очистка и стерилизации инструмента и препаратов.

УЗ используется в кардиологии, хирургии, стоматологии, урологии, акушерстве, гинекологии, педиатрии, офтальмологии абдоминальной патологии и других областях медицинской практики.

Ультразвуковые методы диагностики.

В ультразвуковой диагностике используется как отражение волн (эхо) от неподвижных объектов (частота волны не изменяется), так и отражение от подвижных объектов (частота волны изменяется – эффект Доплера).

Поэтому ультразвуковые диагностические методы делятся на эхографические и доплерографические.

Ультразвуковое просвечивание основано на различном поглощении ультразвука разными тканями организма. При исследовании внутреннего органа в него направляют ультразвуковую волну определенной интенсивности и регистрируют интенсивность прошедшего сигнала датчиком, расположенным по другую сторону органа. По степени изменения интенсивности воспроизводится картина внутреннего строения органа.

Эхография

Эхография - это метод исследования структуры и функции органов и получения изображения среза органов, соответствующего их реальным размерам и состоянию.

В эхографии различают эхолокацию и ультразвуковое сканирование.

Эхолокация - это метод регистрации интенсивности отражённого сигнала (эхо) от границы раздела фаз.

Общие принципы формирования эхосигналов от границ исследуемых тканей и органов схожи с известными принципами радиолокации и гидролокации. Исследуемый объект облучается короткими УЗ импульсами, энергия которых сконцентрирована вдоль узкого луча.

Импульс, распространяясь в среде от источника УЗ, дойдя до границы раздела сред с разными волновыми сопротивлениями Z, отражается от границы и попадает на приёмник УЗ (датчик). Энергия отраженного импульса тем больше, чем больше разность волновых сопротивлений этих сред. Зная скорость распространения УЗ импульса (в биологических тканях, в среднем, 1540 м/с) и время, за которое импульс прошел расстояние до границы сред и обратно, можно вычислить расстояние d от источника УЗ до этой границы:

Это соотношение лежит в основе УЗ визуализации объектов при эхолокации.

Перемещение датчика позволяет выявить размеры, форму и расположение исследуемого объекта.

Фактически скорость УЗ варьируется для различных тканей в пределах +- 5%. Поэтому, с точностью 5% можно определять расстояния до границ объекта и с точностью 10% протяжённость исследуемого объекта вдоль луча.

При эхолокации излучаются только короткие импульсы. В медицинской УЗИ аппаратуре генератор УЗ работает в импульсном режиме с частотой 2,5 - 4,5 МГц.

Например, в эхокардиографии используют ультразвуковые импульсы длительностью около 1 микросекунды. Датчик работает в режиме излучения менее 0,1% времени, а остальное время (99,9%) в режиме приёма. При этом пациент получает минимальные дозы УЗ облучения, обеспечивающие безопасный уровень воздействия на ткани.

К важным преимуществам эхографии следует отнести ее неионизирующую природу и низкую интенсивность используемой энергии. Безопасность метода определяется также краткостью воздействия. Как уже отмечалось, ультразвуковые проебразователи работают в режиме излучения только 0,1 -0,14 времени цикла. В связи с этим при обычном обследовании фактически время облучения составляет около 1 с. К этому необходимо добавить, что до 50% энергии ультразвуковых волн, затухая, не достигает исследуемого объекта.

Ультразвуковое сканирование

Для получения изображения органов используется ультразвуковое сканирование .

Сканирование – перемещение ультразвукового пучка направленного на объект во время исследования. Сканирование обеспечивает регистрацию сигналов последовательно от разных точек объекта; изображение возникает на экране монитора и регистрируется в памяти прибора и может быть воспроизведено на фотобумаге или пленке. Изображение можно подвергать математической обработке, измеряя, в частности, величину разных элементов объекта. Яркость каждой точки на экране находится в прямой зависимости от интенсивности эхо-сигнала. Изображение на экране монитора представлено обычно 16-ю оттенками серого цвета или цветной палитрой, отражающими акустическую структуру тканей.

В ультразвуковой диагностике используется три типа сканирования: параллельное (параллельное распространение УЗ волн), секторное (распространение УЗ волн в виде расходящегося пучка) и сложное (при движении или покачивании датчика).

Параллельное сканирование

Параллельное сканирование осуществляется с использованием многокристаллических датчиков, обеспечивающих параллельное распространение УЗ колебаний. При исследовании органов брюшной полости быстрее осуществляется поиск необходимых анатомических ориентиров. Такой вид сканирования обеспечивает видение широкого обзорного поля в близкой зоне и высокой плотности акустических линий в дальней зоне.

Секторное сканирование

Секторное сканирование обеспечивает преимущество малой площади контакта с объектом, когда ограничен доступ в исследуемую зону (глаза, сердца, мозга через родничок). Секторное сканирование обеспечивает широкое обзорное поле в дальней зоне.

Выпукло секторное сканирование

Выпукло секторное сканирование, являющееся разновидностью секторного, отличается тем, что кристаллы датчика скомпонованы на выпуклой поверхности. Это обеспечивает широкое обзорное поле, при сохранении хорошего обзорного поля в ближней зоне.

Сложное сканирование

Сложное сканирование осуществляется при движении датчика в направлении, перпендикулярном линии распространения УЗ луча. Поскольку датчик находится в постоянном движении, а экран имеет длительное послесвечение, отражённые импульсы сливаются, формируя изображение сечения обследуемого органа на заданной глубине. При сложном сканировании датчик фиксируют на специальном штативе. Кроме движения датчика по поверхности, осуществляется его покачивание на определенный угол вокруг его оси. При этом обеспечивается увеличение количества воспринимаемой отражённой энергии.

ДОПЛЕРОГРАФИЯ

Доплерография представляет собой метод диагностики, основанный на эффекте Доплера.

Эффект Доплера

В 1842 г. ДОПЛЕР (Допплер - Doppler) Кристиан, австрийский физик и астроном, указал на существование эффекта, названного позже его именем.

Эффект Доплера представляет изменение частоты волны, излучённой источником, при движении источника или приёмника относительно среды в которой распространяется волна.

В доплерографии это выражается в изменении частоты УЗ волн излучённых неподвижным источником при отражении от движущихся объектов и принятых неподвижным приёмником.

Если генератор излучает ультразвук с частотой ע Г, а изучаемый объект движется со скоростью V, то, частота УЗ ע П зарегистрированная приёмником (датчиком) может быть найдена по формуле:

где V - скорость тела в среде,

С - скорость распространения УЗ волны в среде.

Разность частот волн, излучаемых генератором и воспринимаемых приёмником, עд называется доплеровским сдвигом частоты. В медицинских исследованиях доплеровский сдвиг частот рассчитывается по формуле:

где V - скорость движения объекта, С - скорость распространения УЗ в среде, ע Г - исходная частота генератора.

По сдвигу частоты определяется скорость движения исследуемого объекта.

При Доплеровских методах используют как непрерывное излучение, так и импульсные сигналы.

В непрерывном режиме одновременно работают источник и приёмник излучения. Полученный сигнал обрабатывается и определяется скорость движения объекта.

В импульсном режиме также используется один датчик на излучение и приём. Он периодически короткое время работает как излучатель, а в промежутках между излучением, как приемник. Пространственное разрешение достигается благодаря излучению коротких УЗ импульсов.

Доплерография эффективно используется в диагностике кровотока и сердца. При этом определяется зависимость изменения частоты пришедшего сигнала от скорости движения эритроцитов или подвижных тканей сердца.

Если скорость объекта v об много меньше скорости УЗ волны v уз, то доплеровский сдвиг частоты F относительно частоты исходной волны f запишется в виде:

F= 2fcosθ v об. /v уз.

Здесь θ – угол между направлением потока и направлением УЗ луча (Рис. 23).

Кровь

Датчик

Удвоение сдвига частоты получается из-за того, что объекты сперва играют роль движущихся приемников, а затем движущихся излучателей.

Из приведенной формулы также следует, что если объекты движутся навстречу датчикам, то F>0, если от датчиков, то F<0.

Если измерить F, то, зная угол θ, можно определить скорость движения объекта.

К примеру, если скорость УЗ в ткани равна 1540 м/с, а частота УЗ зондирующего сигнала 5-10 МГц, то скорость кровотока может составлять 1-100 см/с, а доплеровский сдвиг частоты будет составлять 10 2 -10 4 Гц, т.е. доплеровский сдвиг частот будет проявляться в звуковом диапазоне частот.

Метод доплерографии используются также для исследования магистральных сосудов головы (транскраниальная доплерография).

Ультразвуковое исследование основано на способности ультразвука с разной скоростью распространяться в средах, разных по плотности, а также изменять направление движения на границе таких сред. Самое главное:

УЗИ не имеет никакого отношения к радиационным методам обследования;

УЗИ не оказывает повреждающего влияния на органы и ткани любого обследуемого, вне зависимости от возраста и предполагаемого диагноза;

УЗИ может использоваться многократно в течение короткого отрезка времени.

Преимущества и недостатки ультразвуковой диагностики

Принципиальная и очень положительная особенность УЗИ состоит в том, что диагностическую информацию получают в режиме реального времени - всё быстро, конкретно, видно именно то, что происходит в организме сейчас, на момент осмотра. На возможности УЗИ огромное влияние оказывают два момента. Распространение ультразвука в костной ткани очень затруднено из-за ее высокой плотности. В связи с этим УЗИ весьма ограниченно используется для диагностики заболеваний костей.

С какой целью проводится ультразвуковое исследование организма?

Ультразвук не распространятся в вакууме и очень медленно распространяется в воздухе. В этой связи органы, физиологически заполненные газом (дыхательные пути, легкие, желудок и кишечник), обследуются преимущественно другими методами. Тем не менее в обоих упомянутых моментах есть исключения, подтверждающие правило. Ультразвуковое исследование организма ребенка с успехом используется для диагностики заболеваний суставов, поскольку имеется возможность увидеть полость сустава, связки и суставные поверхности. Наличие плотных образований в воздухосодержащих органах (воспаление, опухоль, инородное тело, утолщение стенок) вполне позволяет использовать УЗИ для результативной и достоверной диагностики.

Итак, метод исследования ультразвуковой диагностики - чрезвычайно эффективный метод обследования, позволяющий быстро и безопасно оценить состояние (и структурное, и функциональное) многих органов и систем: сердца и сосудов, печени и желчевыводящих путей, селезенки и поджелудочной железы, глаз, щитовидной железы, надпочечников, слюнных и молочных желез, всех органов мочеполовой системы, всех мягких тканей и всех групп лимфоузлов.

Нейросоноскопия - что это?

Принципиальная анатомическая особенность детей грудного возраста - наличие проницаемых для ультразвука родничков и швов черепа. Это позволяет проводить УЗИ анатомических структур головного мозга. Метод ультразвукового исследования головного мозга через родничок получил название нейросоноскопия. Нейросоноскопия позволяет оценить размеры и структуру большинства анатомических образований головного мозга - полушарий, мозжечка, желудочков мозга, сосудов, мозговых оболочек и т. д.

Безопасность нейросоноскопии и ее способность обнаруживать врожденные аномалии, поврежденные ткани, кровоизлияния, кисты, опухоли логично привела к тому, что в настоящее время нейросоноскопия используется очень широко - практически всегда, когда у детского врача есть малейшие сомнения в неврологическом здоровье пациента.

Преимущества метода нейросоноскопии

Массовое применение нейросоноскопии имеет огромный плюс: своевременно выявляются врожденные аномалии головного мозга. Массовое применение нейросоноскопии в исследовании организма ребенка имеет огромный минус: УЗИ в большинстве случаев проводит один врач, а последующее наблюдение за пациентом и его лечение - другой. Таким образом, заключение специалиста по УЗИ рассматривается как повод для лечения ребенка, без сопоставления с реальными симптомами.

В частности, почти у 50% детей при нейросоноскопии обнаруживаются так называемые псевдокисты - небольшие округлые образования разной формы и размеров. Медицинская наука еще не установила до конца причину появления псевдокист, но одно выяснено точно: к 8-12 месяцам они сами по себе рассасываются у абсолютного большинства детей.

До активного внедрения в медицинскую практику нейросоноскопии ни врачи, ни родители про псевдокисты и слыхом не слыхивали. Сейчас же их массовое обнаружение приводит к тому, что, во-первых, у половины мам и пап, чьи дети прошли процедуру нейросоноскопии, имеется выраженный эмоциональный стресс и, во-вторых, нейросоноскопические находки нередко рассматриваются как повод для необоснованного лечения. Обратите внимание!

Заключение врача - специалиста по ультразвуковой диагностике - это не диагноз и не повод к леченйию детей. Это дополнительная информация к размышлению. Для диагноза и лечения ребенка необходимы реальные жалобы и реальные симптомы.

Эхо-ЭГ - метод исследования ультразвуковой диагностики

К методам ультразвуковой диагностики состояния центральной нервной системы относится также эхоэнцефалография (Эхо-ЭГ).

Преимущества и недостатки метода Эхо-ЭГ

Главное достоинство Эхо-ЭГ состоит в том, что она возможна в любом возрасте, поскольку кости черепа не являются препятствием для проведения исследования. Основной недостаток Эхо-ЭГ - ограниченные возможности, связанные с тем, что используется узкий луч, формирующий одномерное изображение. Тем не менее Эхо-ЭГ способна дать информацию об анатомических размерах определенных участков головного мозга, о плотности мозговой ткани, пульсации сосудов и многом другом. Информация эта может быть получена даже амбулаторно и с помощью относительно недорогого оборудования.

Томографические методы исследования

Эхо-ЭГ практически не используется в ситуациях, когда имеются возможности (прежде всего материальные) для применения на порядок более информативных современных томографических методов исследования. Классический метод рентгеновской томографии получил свое развитие во второй половине XX в.: лежащие в его основе принципы стали основой для создания:

компьютерной рентгеновской томографии (КТ или РКТ);
ядерной магнитно-резонансной томографии (МРТ или ЯМРТ).

Оба упомянутых метода построены на просвечивании организма лучами с последующим компьютерным анализом полученной информации. Излучатель с огромной скоростью движется вокруг тела обследуемого ребенка, при этом непрерывно делается множество снимков. В итоге формируется четкое изображение продольных или поперечных срезов организма.

Вариант КТ, при котором срезы делаются не продольно или поперечно, а по спирали, получил название спиральная компьютерная томография. Очень важное и очень существенное отличие КТ от МРТ состоит в том, что при КТ используются рентгеновские лучи, а при МРТ - радиоволны. В основе метода МРТ лежит принцип магнитного резонанса: ядра водорода, имеющиеся во всех органах и тканях, резонируют в магнитном поле под действием радиоволн.

Метод МРТ многократно более точный и безопасный, хотя и требующий большего времени на процедуру исследования. Точность и информативность МРТ особенно проявляются при исследовании головного мозга, безопасность - в возможности обследования беременных.

Самое главное практическое отличие КТ от МРТ состоит в стоимости рентгеновского и магнитно-резонансного томографов. Последний многократно дороже (речь идет о миллионах долларов). Цена MP-томографа определяется мощностью создаваемого им магнитного поля: чем поле сильнее, тем выше качество снимков и цена устройства.

Глава 3. Основы и клиническое применение ультразвукового метода диагностики

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).

Рис. 3.1. Ультразвуковое исследование щитовидной железы

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.

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-ре-жиме и допплерография.

В-режим - это методика, дающая информацию в виде двухмерных се-рошкальных 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.

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).

абвгд 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 доппле-рография 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 (пос-тоянноволновая) 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 опре-

деленном 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 эхосигна-лов 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 допплеро-графии.

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 скринин-говом 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 интракорпорально-го 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.

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, сме-щаемость, 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 эхоне-гативным.

Эхоструктура злокачественных опухолей гетерогенная, с зонами всего спектра

Рис. 3.8. Эхографическое изображение солитарной кисты почки

эхогенности: анэхогенные (кровоизлияния), гипоэхогенные (некроз), эхопо-зитивные (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.

3. Исследование желудка:

Дифференциальная диагностика злокачественных и доброкачественных поражений;

Оценка местной распространенности рака желудка.

4. Исследование кишечника:

Диагностика кишечной непроходимости;

Оценка местной распространенности рака прямой кишки;

Диагностика острого аппендицита.

5. Исследование полости живота:

Диагностика разлитого перитонита;

Диагностика внутрибрюшинных неорганных абсцессов;

Дифференциация внутрибрюшинных абсцессов с воспалительными инфильтратами.

6. Исследование почек и верхних мочевых путей:

Диагностика различных заболеваний и оценка характера и выраженности имеющихся морфологических изменений;

Оценка местной распространенности злокачественных опухолей почек;

Изменения в анализах мочи, сохраняющиеся более 2 мес;

Установление причин гематурии, анурии;

Дифференциальная диагностика почечной колики и других острых заболеваний живота (острый холецистит, острый аппендицит, кишечная непроходимость);

Клинические признаки симптоматической артериальной гипертензии;

Диагностика повреждений при механической травме живота и поясничной области.

7. Исследование лимфатических узлов:

Выявление их метастатического поражения при злокачественных опухолях органов живота и таза;

Лимфомы любой локализации.

8. Исследование брюшной аорты и нижней полой вены:

Диагностика аневризм брюшной аорты;

Выявление стенозов и окклюзий;

Выявление флеботромбоза нижней полой вены.

Таз

1. Исследование нижних мочевых путей (дистальная часть мочеточников, мочевой пузырь):

Определение остаточной мочи в мочевом пузыре при инфравезикаль-ной обструкции.

2. Исследование внутренних половых органов у мужчин (простата, семенные пузырьки):

Диагностика различных заболеваний;

Оценка местной распространенности злокачественных опухолей;

Определение стадии доброкачественной гиперплазии предстательной железы.

3. Исследование внутренних половых органов у женщин:

Диагностика различных заболеваний;

Установление причин бесплодия;

Определение срока беременности;

Контроль за течением беременности;

Определение пола плода;

Определение предполагаемой массы тела и длины плода;

Определение функционального состояния («биофизического профиля») плода;

Диагностика внематочной беременности;

Диагностика внутриутробной гибели плода;

Диагностика врожденных пороков развития и заболеваний плода.

Позвоночник

1. Диагностика дегенеративно-дистрофических поражений.

2. Диагностика повреждений мягкотканных структур позвоночника при механической травме.

3. Диагностика родовых повреждений и их последствий у новорожденных и детей 1-го года жизни.

Конечности

1. Диагностика повреждений мышц, сухожилий, связок.

2. Диагностика заболеваний и повреждений вне- и внутрисуставных структур.

3. Диагностика воспалительных и опухолевых заболеваний костей и мягких тканей.

4. Диагностика врожденных нарушений развития конечностей (врожденный вывих бедра, деформации стопы, некомплектность мышц).

Периферические кровеносные сосуды

1. Диагностика артериальных аневризм.

2. Диагностика артериовенозных соустий.

3. Диагностика тромбозов и эмболии.

4. Диагностика стенозов и окклюзий.

5. Диагностика хронической венозной недостаточности.

6. Диагностика повреждений сосудов при механической травме.

В целом ультразвуковой метод стал неотъемлемой частью клинического обследования больных, и его диагностические возможности продолжают расширяться.

Трудно поверить, что столь широкое применение ультразвука в медицине началось с обнаружения его травмирующего действия на живые организмы. Впоследствии было определено, что физическое воздействие ультразвука на биологические ткани, полностью зависит от его интенсивности, и может быть стимулирующим или разрушающим. Особенности же распространения ультразвука в тканях, легли в основу ультразвуковой диагностики.

Сегодня, благодаря развитию компьютерных технологий, стали доступны принципиально новые методики обработки информации, получаемой с помощью лучевых диагностических методов. Медицинские изображения, являющиеся результатом компьютерной обработки искажений различных видов излучения (рентгеновского, магнитно-резонансного или ультразвукового), возникающих в результате взаимодействия с тканями организма, позволили поднять диагностику на новый уровень. Ультразвуковое исследование (УЗИ), обладая массой преимуществ, таких как небольшая стоимость, отсутствие вредного воздействия ионизации и распространенность, выгодно выделяющих его среди других диагностических методик, однако, очень незначительно уступает им в информативности.

Физические основы

Стоит отметить, что очень маленький процент пациентов, прибегающих к ультразвуковой диагностике, задается вопросом, что такое УЗИ, на каких принципах основано получение диагностической информации и какова ее достоверность. Отсутствие такого рода сведений, нередко приводит к недооценке опасности поставленного диагноза или, напротив, к отказу от обследования, в связи с ошибочно бытующим мнением о вредности ультразвука.

По сути, ультразвук представляет собой звуковую волну, частота которой находится выше порога, который способен воспринять человеческий слух. В основе УЗИ лежат следующие свойства ультразвука – способность распространяться в одном направлении и одновременно переносить определенный объем энергии. Воздействие упругих колебаний ультразвуковой волны на структурные элементы тканей, приводит к их возбуждению и дальнейшей передаче колебаний.

Таким образом, происходит формирование и распространение ультразвуковой волны, скорость распространения которой, полностью зависит от плотности и структуры исследуемой среды. Каждый вид ткани человеческого организма обладает акустическим сопротивлением различной интенсивности. Жидкость, оказывая наименьшее сопротивление, является оптимальной средой, обеспечивающей распространение ультразвуковых волн. Например, при частоте ультразвуковой волны, равной 1 MГц, ее распространение в костной ткани составит всего 2 мм, а в жидкой среде – 35 см.

При формировании УЗ-изображения используют еще одно свойство ультразвука – отражаться от сред, обладающих различным акустическим сопротивлением. То есть, если в однородной среде волны ультразвука распространяются исключительно прямолинейно, то при появлении на пути объекта с другим порогом сопротивления происходит частичное их отражение. Например, при переходе границы, разделяющей мягкую ткань от кости, происходит отражение 30% ультразвуковой энергии, а при переходе от мягких тканей к газовой среде, отражается практически 90%. Именно этот эффект обусловливает невозможность исследования полых органов.

Важно! Эффект полного отражения ультразвуковой волны от воздушных сред обусловливает необходимость применения при УЗИ-исследовании, контактного геля, устраняющего воздушную прослойку между сканером и поверхностью тела пациента.

В основе УЗИ лежит эффект эхолокации. Желтым цветом изображен генерируемый ультразвук, а голубым отраженный

Виды УЗИ-датчиков

Существуют различные виды УЗИ, суть которых заключаются в использовании УЗ-датчиков (преобразователей или трансдюссеров), имеющих различные конструктивные особенности, обусловливающие некоторые различия в форме получаемого среза. Ультразвуковой датчик представляет собой прибор, осуществляющий излучение и прием УЗ-волн. Форма луча, испускаемого преобразователем, а также его разрешающая способность, является определяющими при последующем получении качественного компьютерного изображения. Какие бывают УЗ-датчики?

Различают следующие их виды:

линейные . Форма среза, получаемая в результате применения такого датчика, выглядит в виде прямоугольника. В связи с высокой разрешающей способностью, но недостаточной глубиной сканирования, предпочтение таким датчикам отдают при проведении акушерских исследований, изучении состояния сосудов, молочной и щитовидной желез;
секторные . Картинка на мониторе имеет форму треугольника. Такие датчики имеют преимущества при необходимости исследования большого пространства из небольшой доступной площади, например, при исследовании через межреберное пространство. Применяются, преимущественно, в кардиологии;
конвексные . Срез, получаемый при применении такого датчика, имеет форму сходную с первым и вторым типом. Глубина сканирования, составляющая около 25 см, позволяет применять его для исследования глубоко расположенных органов, например, органов малого таза, брюшной полости, тазобедренных суставов.

В зависимости от целей и области исследования могут применяться следующие УЗ-датчики:

трансабдоминальный. Датчик, осуществляющий сканирование, непосредственно с поверхности тела;
трансвагинальный. Предназначен для исследования женских репродуктивных органов, непосредственно, через влагалище;
трансвезикальные. Применяется для исследования полости мочевого пузыря через мочевыводящий канал;
транректальный. Используется для исследования предстательной железы, путем введения преобразователя в прямую кишку.

Важно! Как правило, ультразвуковое исследование с помощью трансвагинального, трансректального или трансвезикального датчика, осуществляется с целью уточнения данных, полученных с помощью трансабдоминального сканирования.

Виды УЗ-датчиков, используемых для диагностики

Режимы сканирования

Способ отображения, полученной в результате сканирования информации, зависит от используемого режима сканирования. Различают следующие режимы работы ультразвуковых сканеров.

A-режим

Самый простой режим, позволяющий получить одномерное изображение эхо-сигналов, в виде обычной амплитуды колебаний. Каждое повышение пика амплитуды соответствует повышению степени отражения УЗ-сигнала. В связи ограниченной информативностью, УЗИ обследование в A-режиме, используется только в офтальмологии, для получения биометрических показателей глазных структур, а также для выполнения эхоэнцефалограмм в неврологии.

M-режим

В определенной степени, M-режим, представляет собой модифицированный A-режим. Где глубина исследуемой области отражена на вертикальной оси, а изменения импульсов, произошедшие в определенном временном промежутке – на горизонтальной оси. Метод применяется в кардиологии, для оценки изменений в сосудах и сердце.

B-режим

Наиболее используемый на сегодняшний день режим. Компьютерная обработка эхо-сигнала, позволяет получить серошкальное изображение анатомических структур внутренних органов, строение и структура которых позволяет судить о наличии или отсутствии патологических состояний или образований.

D-режим

Спектральная доплерография. Основывается на оценке сдвига частоты отражения УЗ-сигнала от движущихся объектов. Поскольку допплерография применяется для исследования сосудов, сущность эффекта Доплера заключается в изменении частоты отражения ультразвука от эритроцитов, движущихся от или к датчику. При этом движение крови в направлении датчика усиливает эхо-сигнал, а в противоположном направлении – уменьшает. Результатом такого исследования является спекрограмма, на которой по горизонтальной оси отражается время, а по вертикальной – скорость движения крови. Графическое изображение, расположенное выше оси, отражает поток, движущийся к датчику, а ниже оси –в направлении от датчика.

СDК-режим

Цветовое доплеровское картирование. Отражает зарегистрированный частотный сдвиг в виде цветного изображения, где красным цветом отображается поток, направленный в сторону датчика, а синим – в противоположную сторону. Сегодня изучение состояния сосудов выполняют в дуплексном режиме, сочетающим B- и СDК-режим.

3D-режим

Режим получения объемного изображения. Для осуществления сканирования в этом режиме, применяют возможность фиксирования в памяти сразу нескольких кадров, полученных во время исследования. Основываясь на данные серии снимков, выполненных с небольшим шагом, система воспроизводит трехмерное изображение. УЗИ 3D широко применяется в кардиологии, особенно в сочетании с доплеровским режимом, а также в акушерской практике.

4D-режим

4D УЗИ представляет собой 3D-изображение, выполненное в режиме реального времени. То есть, в отличие от 3D-режима, получают нестатическое изображение, которое можно повернуть и осмотреть со всех сторон, а двигающийся объемный объект. Применяется 4D-режим, преимущественно в кардиологии и акушерстве для осуществления скрининга.

Важно! К сожалению, в последнее время наблюдается тенденция использования возможностей четырехмерного ультразвукового исследования в акушерстве без медицинских показаний, что, несмотря на относительную безопасность процедуры, категорически не рекомендуется.

Области применения

Области применения ультразвуковой диагностики практически безграничны. Постоянное совершенствование оборудование позволяет исследовать ранее недоступные для ультразвука структуры.

Акушерство

Акушерство является той областью, где ультразвуковые методы исследования применяются наиболее широко. Основной целью, для чего делают УЗИ, при беременности являются:

определение наличия плодного яйца на начальных сроках беременности;
выявление патологических состояний, связанных с неправильным развитием беременности (пузырный занос, мертвый плод, внематочная беременность);
определение надлежащего развития и положения плаценты;
фитометрия плода – оценка его развития путем измерения его анатомических частей (головки, трубчатых костей, окружности живота);
общая оценка состояния плода;
выявление аномалий развития плода (гидроцефалия, анэнцифалия, синдром Дауна и т. д.).

УЗ-снимок глаза, при помощи которого диагностируется состояние всех элементов анализатора

Офтальмология

Офтальмология, является одной из областей, где ультразвуковая диагностика занимает несколько обособленные позиции. В определенной степени это связано с небольшим размером исследуемой области и довольно большим количеством альтернативных методов исследования. Применение ультразвука целесообразно при выявлении патологий структур глаза, особенно при потере прозрачности, когда обычное оптическое исследование абсолютно неинформативно. Хорошо доступна для исследования орбита глаза, однако, процедура требует применения высокочастотного оборудования с высоким разрешением.

Внутренние органы

Исследование состояния внутренних органов. При исследовании внутренних органов УЗИ делают с двумя целями:

профилактическое обследование, с целью выявления скрытых патологических процессов;
целенаправленное исследование при подозрении на наличие заболеваний воспалительного или иного характера.

Что показывает УЗИ при исследовании внутренних органов? В первую очередь, показателем, позволяющим оценить состояние внутренних органов, является соответствие внешнего контура исследуемого объекта его нормальным анатомическим характеристикам. Увеличение, уменьшение или утрата четкости контуров свидетельствует о различных стадиях патологических процессов. Например, увеличение размеров поджелудочной железы, свидетельствует об остром воспалительном процессе, а уменьшение размеров с одновременной потерей четкости контуров – о хроническом.

Оценка состояния каждого органа производится исходя из его функционального назначения и анатомических особенностей. Так, при исследовании почек, анализируют не только их размер, расположение, внутреннюю структуру паренхимы, но и размер чашечно-лоханочной системы, а также наличие конкрементов в полости. При исследовании паренхиматозных органов, смотрят на однородность паренхимы и ее соответствие плотности здорового органа. Любые изменения эхо-сигнала, не соответствующие структуре, расцениваются как посторонние образования (кисты, новообразования, конкременты).

Кардиология

Широкое применение, УЗИ диагностика, нашла в области кардиологии. Исследование сердечно-сосудистой системы позволяет определить ряд параметров, характеризующих наличие или отсутствие аномалий:

размер сердца;
толщина стенок сердечных камер;
размер полостей сердца;
строение и движение сердечных клапанов;
сократительная активность сердечной мышцы;
интенсивность движения крови в сосудах;
кровоснабжение миокарда.

Неврология

Исследование головного мозга взрослого человека, с помощью ультразвука достаточно затруднительно, вследствие физических свойств черепной коробки, имеющей многослойную структуру, разнообразной толщины. Однако, у новорожденных детей таких ограничений можно избежать, выполняя сканирование через незакрытый родничок. Благодаря отсутствию вредного воздействия и неинвазивности, УЗИ является методом выбора в детской пренатальной диагностике.

Исследование проводится как детям, так и взрослым

Подготовка

Ультразвуковое исследование (УЗИ), как правило, не требует длительной подготовки. Одним из требований при исследовании органов брюшной полости и малого таза, является максимальное снижение количества газов в кишечнике. Для этого, за сутки до процедуры, следует исключить из рациона продукты, вызывающие газообразование. При хроническом нарушении пищеварения, рекомендуется принять ферментативные препараты (Фестал, Мезим) или препараты, устраняющие вздутие живота (Эспумизан).

Исследование органов малого таза (матки, придатков, мочевого пузыря, предстательной железы) требуется максимальное наполнение мочевого пузыря, который, увеличиваясь не только отодвигает кишечник, но и служит своеобразным акустическим окном, позволяя четко визуализировать, расположенные позади него анатомические структуры. Органы пищеварения (печень, поджелудочную железу, желчный пузырь) исследуют на голодный желудок.

Отдельной подготовки требует трансректальное обследование предстательной железы у мужчин. Так как введение УЗ-датчика осуществляется через анус, непосредственно перед диагностикой, необходимо сделать очистительную клизму. Проведение трансвагинального обследования у женщин не требует наполнения мочевого пузыря.

Техника выполнения

Как делают УЗИ? Вопреки первому впечатлению, создающемуся у пациента, лежащего на кушетке, движения датчика по поверхности живота далеко не хаотичны. Все перемещения датчика направлены на получение изображения исследуемого органа в двух плоскостях (сагиттальной и аксиальной). Положение датчика в сагиттальной плоскости, позволяет получить продольное сечение, а в аксиальной – поперечное.

В зависимости от анатомической формы органа, его изображение на мониторе может существенно меняться. Так, форма матки при поперечном сечении имеет форму овала, а при продольном – грушевидную форму. Для обеспечения полного контакта датчика с поверхностью тела, на кожу периодически наносят гель.

Исследование органов брюшной полости и малого таза надо делать в положении лежа на спине. Исключением являются почки, которые исследуют сначала лежа, попросив пациента повернуться сначала на один бок, а затем на другой, после чего сканирование продолжают при вертикальном положении пациента. Таким образом, можно оценить их подвижность и степень смещения.

Трансректальное исследование простаты может проводиться в любых удобных для пациента и врача положениях (на спине или на боку)

Зачем делать УЗИ? Совокупность положительных сторон ультразвуковой диагностики, позволяет выполнять исследование не только при подозрении на наличие какого-либо патологического состояния, но и с целью осуществления планового профилактического обследования. Не вызовет затруднений и вопрос где сделать обследование, так как таким оборудованием сегодня располагает любая клиника. Однако, при выборе медицинского учреждения следует опираться в первую очередь не техническую оснащенность, а на наличие профессиональных врачей, так как качество результатов УЗИ в большей мере, нежели других диагностических методов, зависят от врачебного опыта.

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.

ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

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.

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.

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

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.

Потоковая спектральная допплерография предназначена для оценки кровотока в относительно крупных

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

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

Рис. 3.5. Допплеровская спектрограмма трансмитрального потока крови

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.

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.

КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

УЗИ в настоящее время используется во многих направлениях:

Плановые исследования;

Неотложная диагностика;

Мониторинг;

Интраоперационная диагностика;

Послеоперационные исследования;

Скрининг.

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.

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.

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

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).

Рис. 3.9. Эхографическое изображение камней желчного пузыря

ПОКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ УЗИ

Голова

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;

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;

Оценка морфологического состояния и функции интракардиальных структур;

Диагностика гипертрофической миокардиопатии;

Диагностика внутрисердечных тромбов и опухолей;

Выявление ишемической болезни миокарда;

Определение жидкости в полости перикарда;

Количественная оценка легочной артериальной гипертензии;

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.