Ультрасонографічне дослідження

Ультрасонографічне дослідження – неінвазивне дистантне дослідження положення, форми, розміру, структури, руху органів, тканин і патологічних вогнищ організму людини за допомогою ультразвукових хвиль. Ультразвукові хвилі – це пружні коливання середовища з частотою більш ніж 20 КГц.

Ультразукові методи, що застосовуються у медицині, розділяють на скринінгові, базові та спеціалізовані (експертні). Скринінгові процедури розраховані на виділення патологічних ділянок на фоні нормальної тканини. Базові дослідження включають в себе вивчення стану органів черевної порожнини, заочеревинного простору, малого тазу, щитовидної залози, молочних залоз, лімфатичних вузлів. Спеціалізовані дослідження виконуються з застосуванням внутрішньопорожнинних датчиків (ректального, вагінального, стравохідного), високочутливих кардіосудинних датчиків, датчиків для виконання пункційних біопсій. Сучасні апарати оснащені функцією соно-КТ (побудова поперечного зрізу з отриманням картини, подібної комп’ютерній томографії)

В ультразвуковій діагностиці використовуються повздовжні ультразвукові хвилі, що мають високу проникну здатність і проходять крізь тканини організму. Вони відносяться до числа неіонізуючих випромінювань та у діапазоні, що його використовують у діагностиці не викликають помітних біологічних ефектів. Середня інтенсивність їх енергії не перебільшує при використанні коротких імпульсів 0,01 Вт/см2, тому протипоказань до проведення дослідження немає.

Ультразвукові коливання при розповсюдженні підлягають законам геометричної оптики. В однорідному середовищі вони розповсюджуються прямолінійно зі сталою швидкістю. На межі різноманітних середовищ, з неоднорідною акустичною щільністю, частина променів відбивається, а частина заломлюється, але продовжує прямолінійне розповсюдження. Чим вище градієнт перепаду акустичної щільності межуючих середовищ, тим більша частина ультразвукових коливань відбивається. Так на межі переходу ультразвуку з повітря на шкіру 99,99% коливань відбиваються, тому при ультразвуковому скануванні пацієнта необхідно спеціально змащувати поверхню шкіри, для створення перехідного середовища. Відбивання залежить від кута падіння променя (найбільше при перпендикулярному направленні) та частоти ультразвукових коливань (при більш високій частоті більша частина відбивається).

Частоту ультразвукових хвиль підбирають в залежності від мети дослідження. Для глибоко розташованих структур використовують більш низькі частоти, для поверхнево розташованих – більш високі. Так для дослідження органів черевної порожнини, заочеревинного простору, порожнини малого тазу використовується частота 2,5-3,5 МГц, для дослідження щитовидної залози використовується частота 7,5 МГц.

Апарат ультразвукового дослідження являє собою складний і разом з тим достатньо портативний пристрій, що може бути у стаціонарному або пересувному варіанті.

Генератором ультразвукових хвиль є передавач, який одночасно є і приймачем відбитих ехосигналів і називається трансдюсером. Генератор працює в імпульсному режимі, посилає близько 1000 імпульсів у секунду. У проміжках між генеруванням ультразвукових хвиль п′єзодатчик фіксує відбиті сигнали. У якості трансдюсера зазвичай використовується датчик, який складається з декількох сотень дрібних п′єзокристалів, що працюють в однаковому ритмі. У датчик також вмонтована фокусуюча лінза, що дає можливість створити фокус на визначеній глибині.

Усі ультразвукові датчики розділяються на механічні й електронні. У механічних сканування здійснюється за рахунок руху випромінювача, в електронних – здійснюється електронним шляхом. Недоліками механічних датчиків є шуми, вібрація, що виникають при пересуванні випромінювача, а також низька точність дослідження. Механічні датчики морально застарілі, і у сучасних сканерах не використовуються.

Використовуються три типи ультразвукового сканування: лінійне, конвексне, секторне. Відповідно датчики або трансдюсери ультразвукових апаратів називають лінійними, конвексними та секторними. Вибір датчика для кожного дослідження проводять з урахуванням глибини та характеру ураження органу.

Лінійні датчики використовують частоту 5-15 МГц. Перевагою лінійного датчику є повна відповідність досліджуваного органу положенню самого трансдюсера на поверхні тіла. Недоліком лінійних датчиків є складність забезпечення в усіх випадках рівномірного прилягання поверхні трансдюсера до шкіри пацієнта, що призводить до викривлення зображення по краю. Також лінійні датчики за рахунок більшої частоти дозволяють отримати зображення зони дослідження з високою деталізацією, але глибина сканування мала (не більше 10 см). Використовуються лінійні датчики для дослідження поверхнево розташованих структур – щитовидної залози, молочної залози, невеликих суглобів, м’язів, для дослідження поверхневих судин.

Секторні датчики працюють на частоті 1,5-5 МГц і мають ще більшу невідповідність між розмірами трансдюсера та зображенням, що отримується, тому використовуються переважно у тих випадках, коли необхідно з маленької частки тіла отримати достатнє поле зору на глибині. Найбільш доцільним є використання секторного сканування для дослідження, наприклад, крізь міжреберні проміжки. Типовим застосуванням секторного датчика є ехокардіоскопія.

Наступним різновидом датчиків є датчики, що поєднані з ендоскопічним зондом, їх використовують для внутрішньопорожнинних досліджень, у тому числі і в комбінації з ендоскопією. Датчики, що використовуються для ультразвукової локації на операційному столі можливо стерилізувати. Біопсійні або пункційні датчики застосовують для точного наведення біопсійних або пункційних голок.

По принципам дії всі ультразвукові датчики розділяються на ехоімпульсні та допплерівські. Пристрої першої групи використовуються для визначення анатомічних структур, їх візуалізації та вимірювання. Пристрої другої групи дозволяють отримати кінематичну характеристику швидко перебігаючих процесів, наприклад кровообігу у судинах. У деяких апаратах можливе одночасне вивчення як анатомічних, так і функціональних параметрів.

Найбільше розповсюдження у клінічній практиці знайшли три методи ультразвукової діагностики: одномірне дослідження (ехографія), двомірне дослідження (сонографія, сканування) та допплерографія. Усі вони основані на реєстрації відбитих від об’єкта ехосигналів.

Розрізняють два варіанта одномірного ультразвукового дослідження А- та М-методи. При А-методі датчик знаходиться у фіксованому положенні для реєстрації ехосигналу у направленні випромінювання. Ехосигнали представлені в одномірному вигляді як амплітудні відмітки на осі часу. Таким чином, відображений сигнал утворює на екрані індикатору фігуру у вигляді піка на прямій лінії. Кількість і розташування піків на горизонтальній прямій відповідають розташуванню відбиваючих ультразвук елементів об’єкту. Отже, одномірний А-метод дозволяє визначити відстань між шарами тканин на шляху ультразвукового імпульсу.

М-метод одномірного ультразвукового дослідження застосовується для дослідження об’єктів, що рухаються. Датчик також знаходиться у фіксованому положенні, тривалість імпульсу дуже невелика (1 мкс). Датчик лише 0,1% часу працює як випромінювач, а 99,9% – як приймаючий пристрій. При цьому режимі інформація, що отримується в результаті дослідження, фіксується у часі та відображається на екрані у вигляді зображення, на якому по вертикальній осі відображаються об’єкти, що зафіксовані, а по горизонтальній осі – змінення їх положення у часі. Цей режим дозволяє чітко визначити місцезнаходження об’єктів у певний час. По формі та розташуванню зареєстрованих кривих можливо скласти уявлення про характер руху об’єкта. Найчастіше М-метод використовується для дослідження серцевих скорочень.

Ультразвукове сканування дозволяє отримати двохвимірне зображення органів (сонографія). В основі методу лежить пересування ультразвукового пучка по поверхні тіла пацієнта під час дослідження. Це забезпечує реєстрацію сигналів одномоментно або послідовно від багатьох об’єктів. Відображені сигнали потрапляють у підсилювач та спеціальні системи реконструкції, після чого з’являються на екрані монітору у вигляді зображення зрізів тіла, що мають різноманітні відтінки чорно-білого кольору – так звана «сіра шкала». При ультразвуковому скануванні яскравість кожної точки на екрані знаходиться у прямій залежності від інтенсивності ехосигналу. Оптимальним вважається наявність не менше 64 градієнтів чорно-білої шкали. При позитивній реєстрації максимальна інтенсивність ехосигналів проявляється на екрані білим кольором (ехопозитивні ділянки), а мінімальні – чорним (ехонегативні ділянки). При негативній реєстрації спостерігається протилежне положення. Вибір позитивної чи негативної реєстрації не має суттєвого значення. Зображення, що отримується при дослідженні може бути різним в залежності від режиму роботи сканера. Виділяють наступні режими:

В-режим – найбільш часто використовується при дослідженні, при цьому інформація, що отримується датчиками, обробляється сканером у реальному часі та на основі отриманої інформації будується картинка – яка представляє зріз об’єкта, що вивчають.

D-режим – при цьому режимі використовується ефект Допплера, названий так на честь австрійського вченого – фізика та астронома. У його основі лежить зміна довжини хвилі (або частоти) при русі джерела хвиль відносно приймаючого їх пристрою. Частота звука, що випромінює рухомий об’єкт, змінюється в залежності від його швидкості. Апарат реєструє різницю між частотою ультразвуку, що випромінює датчик, і частотою відбитого сигналу, і перевтілює цю інформацію у візуальну картину. Цей ефект характерний для будь-яких хвиль (світло, звук інші). При приближенні джерела до приймача довжина хвиль зменшується, при віддаленні – збільшується. На ефекті Допплера базується робота цілого класу ультразвукових діагностичних приборів.

Існують два режими допплерографії: безперервний (один п’єзоелектричний кристал генерує ультразвук, другий – приймає відображений сигнал) для вимірювання швидкого кровотоку та імпульсний (обидві функції виконує один кристал) для вимірювання невеликої швидкості кровотоку у невеликих об’ємах.

Імпульсна спектральна допплерографія (ІСД) заснована на періодичному випромінюванні серій імпульсів УЗ хвиль, які, відображаючись від еритроцитів, послідовно сприймаються тим самим датчиком. При цьому фіксуються сигнали, відображені тільки з певної відстані від датчика, які встановлюються на розсуд лікаря. Місце дослідження кровотоку називають контрольним об’ємом. Перевагою ІСД є можливість оцінки кровотоку у будь-якій заданій точці.

Інформація при ІСД може бути представлена трьома способами: у вигляді кількісних показників швидкості кровотоку, у вигляді спектрограми та тональними звуковими сигналами на звуковому виході. Основним методом діагностичної інформації є спектрограма – графік, на якому по вертикальній осі відкладається швидкість, а по горизонтальній – час. Сигнали, що відображаються вище горизонтальної осі, ідуть від току крові, направленого до датчика, нижче цієї осі – від датчика. Крім того, по виду допплерівської спектрограми можна визначити характер току крові: ламінарний тік відображається у вигляді вузької кривої з чіткими контурами, турбулентний – широкої неоднорідної кривої.

Для отримання найкращих даних про швидкість протікання крові по судинах у кожному випадку необхідно корегувати напрям допплерівського кута. При малих розмірах судин не завжди можливо підібрати оптимальні умови для оцінки кровотоку. У зв’язку з неможливістю стандартизації умов отримання даних про швидкість протікання крові по різним судинам, а також через конструктивні відмінності УЗ-апаратів найбільш об’єктивними є так звані кут-незалежні (A/B, IR, IP, IA) показники кровотоку.

Сучасні дуплексні апарати об’єднують у собі ультрасонографію та імпульсну допплерівську сонографію з накладанням одного зображення на інше у кольоровій гамі в залежності від швидкості та направлення кровотоку (кольори блакитний-червоний-жовтий-зелений). 

Кольорове допплерівське картування (КДК) засноване на кодуванні у кольорі середнього значення допплерівського зсуву випромінюваної частоти. При цьому, при направленні кровотоку до датчика він забарвлюється сканером у червоний колір, а від датчика – у синій. Інтенсивність забарвлення збільшується із збільшенням швидкості кровообігу.

Подальшим розвитком кольорового допплерівського картування став енергетичний доплер (ЕД). Як нормальні судини паренхіми, так і судини, що утворилися в результаті неоангіогенезу в пухлині, мають дуже маленький просвіт і низькі швидкості кровотоку. Дана методика є найбільш ефективною для оцінки таких судин. Після того як судини виявлені, визначається їхня кількість і проводиться спектральна оцінка. Методика ЕД заснована на аналізі амплітуд усіх ехосигналів допплерівського спектру, що відображають щільність еритроцитів у заданому об’ємі. Відтінки кольору (від темно-помаранчевого до жовтого) відповідають інтенсивності ехосигналу. До переваг метода слід віднести те, що відображення отримують усі судини, незалежно від їх ходу відносно ультразвукового променя, у тому числі кровоносні судини малого діаметра та з незначною швидкістю кровотоку. Недолік: неможливо зробити висновок про напрямок, характер і швидкість кровотоку.

Ще один вид допплерівського картування – це тканинний допплер. Він заснований на візуалізації нативних тканинних гармонік. Вони виникають як додаткові частоти при розповсюдженні хвильового сигналу в матеріальному середовищі, що являються складовою частиною цього сигналу і кратні його основній (фундаментальній) частоті.

Комплексне УЗД із застосуванням кольорокодованих методик можливе в режимі дуплексного (В-режим+ІСД або ЕД), та триплексного сканування (В-режим+ЕД+КДК), що дозволяє отримати як зображення судин (анатомічна інформація), так і запис кривої кровообігу в них (фізіологічна інформація). Виникає можливість прямого неінвазивного дослідження різноманітних судин з одномоментною оцінкою кровотоку в них.

1. Ехопальпація, яка була попередником сучасних методів еластографії – це компресія датчиком утворення при дослідженні в сірошкальному режимі, яка дозволяє оцінити ступінь деформації вогнища відносно оточуючих тканин.

2. Соноеластографія, при якій застосовують кольорове допплерівське картування для створення зображення зсуву тканини у відповідь на її компресію/декомпресію.

3. Еластометрія, що передбачає реєстрацію швидкості розповсюдження механічних хвиль крізь тканину для оцінки еластичності.

Соноеластографія реалізована в апаратах декількох виробників – Toshiba, Siemens, Medison, Hitachi, Ultrasonix – і може проводитись як в режимі реального часу, так і в режимі постобробки отриманої інформації. Остання може виводитися в наступних режимах: кольорове картування характеристик зсуву досліджуваної тканини, градієнт швидкостей або відносної деформації в шарах досліджуваної тканини, крива компресії/декомпресії.

Діагностичні можливості УЗД дослідження добре реалізуються в діагностиці первинних і вторинних пухлин, супутньої патології печінки, підшлункової залози, селезінки, нирок, простати, матки, позаорганних пухлин і новоутворень черевної порожнини, позаочеревинного простору та малого тазу. УЗД при пухлинах жовчного міхура, яєчників і наднирників має високу чутливість при незначній специфічності (виявляє відповідні зміни, але не дозволяє впевнено провести диференціальну діагностику). Головне призначення УЗД – отримання прямого безпосереднього зображення пухлини (гіперехогенні та гіпоехогенні новоутворення) і супутніх змін.