Ультразвуковое обследование: описание процедуры и виды. УЗИ (ультразвуковое исследование)

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.

Прежде чем рассмотреть виды и направления ультразвукового обследования, необходимо понять и разобраться, на чем основывается диагностический эффект УЗИ. История ультразвука уходит своими корнями в далекий 1881 год, когда братья Кюри открыли «пьезоэффект». Ультразвуком называются звуковые колебания, лежащие выше порога восприятия органа слуха человека. «Пьезоэффект», благодаря которому получают ультразвуковые колебания, нашел первое применение во время первой мировой войны, когда впервые был разработан сонар, использовавшийся для навигации судов, определения расстояния до цели и поиска подводных лодок. В 1929 году ультразвук нашел свое применение в металлургии для определения качества получаемого продукта (дефектоскопия). Первые попытки применения ультразвука в целях медицинской диагностики привели к появлению в 1937 году одномерной эхоэнцефалографии. Только в начале пятидесятых годов девятнадцатого столетия удалось получить первое ультразвуковое изображение внутренних органов человека. С этого момента ультразвуковая диагностика стала широко применяться в лучевой диагностике многих патологий и повреждений внутренних органов. В дальнейшем, ультразвуковая диагностика постоянно совершенствовалась и расширяла сферу своего применения.

Виды ультразвукового обследования

Ультразвуковое обследование совершило определенный прорыв в медицине, позволив быстро и безопасно, а самое главное правильно диагностировать и проводить лечение множества патологий. В настоящее время ультразвуковое обследование используется практически во всех областях медицины. Например, с помощью УЗИ брюшной полости определяют состояние внутренних органов, УЗИ и Допплер сосудов применяется для диагностики множества сосудистых заболеваний. Различают следующие виды и направления ультразвукового обследования: А) Ультразвуковое исследование с компьютерной обработкой и цветным допплеровским картированием (УЗИ щитовидной железы, УЗИ печени УЗИ молочных желез, УЗИ желчного пузыря, УЗИ поджелудочной железы, УЗИ мочевого пузыря, УЗИ селезенки, УЗИ почек, исследования с вагинальным и ректальным датчиками, УЗИ органов малого таза у женщин, УЗИ простаты у мужчин); Б) Ультразвуковое исследование с допплерографией, цветным дуплексным сканированием (УЗИ сосудов головного мозга и шеи, нижних конечностей, суставы и позвоночник, УЗИ при беременности).

Ультразвуковое обследование позволяет создать изображения внутренних органов посредствам применения звуковых волн высокой частоты. УЗИ исследование безболезненно. Ультразвуковое обследование безопасно для беременных и детей, так как не связано с радиацией. Для получения УЗИ изображений на кожу пациента, в том месте, где будет проводиться обследование, наносится гель, далее специалист перемещает датчик УЗИ аппарата над данной областью. Компьютер обрабатывает полученный сигнал и выводит его на экран монитора в виде объемного изображения.

УЗИ щитовидной железы

В обследовании щитовидной железы ультразвуковое обследование является ведущим и позволяет определить наличие узлов, кист, изменения размера и структуры железы. Как показывает практика, в силу физических особенностей строения не все органы можно достоверно исследовать ультразвуковым методом. Например, полые органы желудочно-кишечного тракта труднодоступны для исследования из-за преобладающего содержания в них газа. Однако ультразвуковое обследование может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. При помощи УЗИ щитовидной железы можно выявить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если ее достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.

УЗИ печени

Ультразвуковое обследование печени является достаточно высокоинформативным методом диагностики. Применение данного вида обследования позволяет специалисту оценить размеры, структуру и однородность, а также наличие очаговых изменений и состояние кровотока. УЗИ печени 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). Пациенту необходимо знать, что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать и рассматривать только в совокупности с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований. Только в этом случае специалист сможет воспроизвести полную картину и поставить правильный и адекватный диагноз.

УЗИ молочных желез (ультразвуковая маммография)

Главное применение ультразвукового обследования в маммологии заключается в уточнении природы образований в молочной железе. Ультразвуковая маммография относится к наиболее полному и эффективному обследованию молочных желез. Современное ультразвуковое обследование молочной железы позволяет с максимальной детализацией одинаково эффективно оценивать состояние как поверхностно, так и глубоко расположенных тканей молочной железы любых размеров и строения. За счет максимальной детализации тканей еще больше удается приблизить ультразвуковую анатомию молочных желез к их морфологическому строению.

УЗИ молочных желез является как самостоятельным методом выявления доброкачественных и злокачественных образований в молочной железе, так и дополнительным, применяемым в совокупности с маммографией. В ряде случаев, ультразвуковое обследование по своей результативности превосходит маммографию. Например, при исследовании плотных молочных желез у молодых женщин; у женщин, имеющих фиброзно-кистозную мастопатию; при выявлении кист. Кроме того, УЗИ молочных желез применяется для динамического наблюдения за уже выявленными доброкачественными образованиями молочной железы , что позволяет выявить динамику и вовремя принять адекватные меры. Современное развитие медицинских технологий привело к тому, что в протокол ультразвукового исследования включена не только оценка состояния молочных желез, но и регионарных лимфатических узлов (подмышечных, надключичных, подключичных, загрудинных, переднегрудных). Одной из составных частей ультразвукового исследования является оценка кровотока молочных желез с помощью специальной методики – допплерографии (спектральной и цветокодированной – цветовое допплеровское картирование (ЦДК) и энергетическая допплерография), что имеет решающее значение при выявлении злокачественных образований молочной железы на самых ранних стадиях развития.

УЗИ желчного пузыря

УЗИ желчного пузыря является информативным методом диагностики. Для выявления различных патологий желчного пузыря специалисты часто применяют ультразвуковое обследование. Желчный пузырь отвечает за хранение и выделение желчи, вырабатываемой печенью. Этот процесс может быть нарушен множеством заболеваний, которым подвержен орган: камни, полипы, холецистит и даже рак. Чаще всего встречается дискинезия желчного пузыря и желчевыводящих путей.

Целью ультразвукового обследования является определение размеров, положение, исследование стенок желчного пузыря и содержимого полости. Эхографию желчного пузыря и желчевыводящих протоков проводят обязательно натощак, не ранее чем через 8–12 часов после приема пищи. Это необходимо для достаточного заполнения пузыря желчью. Пациента обследуют в трех позициях – в положении на спине, на левом боку, стоя, на высоте глубокого вдоха. УЗИ желчного пузыря вполне безопасно и не вызывает осложнений. К показаниям для проведения УЗИ желчного пузыря можно отнести клиническое подозрение на заболевание желчного пузыря, в том числе острое, а также пальпируемое образование в проекции желчного пузыря, кардиалгии неясного характера, динамическое наблюдение при консервативном лечении хронического холецистита, желчнокаменной болезни, подозрение на опухоль желчного пузыря.

УЗИ поджелудочной железы

Ультразвуковое обследование поджелудочной железы позволяет получить врачу дополнительную информацию для постановки диагноза и назначения правильного лечения. При ультразвуковом обследовании поджелудочной железы оцениваются ее размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие образований. К сожалению, качественное УЗИ поджелудочной железы часто довольно затруднительно, так как она может частично, или полностью перекрываться газами, находящимися в желудке, тонком и толстом кишечнике. Наиболее часто выносимое врачами ультразвуковой диагностики заключение «диффузные изменения в поджелудочной железе» может отражать как возрастные изменения (склеротические, жировая инфильтрация), так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов. В любом случае, ультразвуковое обследование поджелудочной железы является неотъемлемым этапом проведения адекватного лечения.

УЗИ почек, надпочечников и забрюшинного пространства

Проведение ультразвукового обследования забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудной процедурой для врача-узиста. В первую очередь это обусловлено особенностями расположения данных органов, сложностью их строения и многогранности, а также неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов. При исследовании почек оценивается их размер, расположение, форма, контуры и структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. Ультразвуковое обследование позволяет выявить аномалии почек, наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов почек.

В последние годы получили широкое развитие методы УЗИ диагностики и лечения путем пункции под контролем ультразвука. Этот раздел ультразвуковой диагностики имеет большое будущее, поскольку позволяет поставить точный морфологический диагноз. Дополнительным плюсом проведения лечебных пункций под контролем УЗИ является значительно меньшая травматичность в сравнении с обычными медицинскими манипуляциями. Например, патологический участок, из которого берется материал на исследование, располагается в глубине организма, поэтому без контроля над ходом биопсии с помощью специальной визуализирующей аппаратуры нельзя быть уверенным в том, что материал для исследования взят из нужного места. Для контроля над ходом пункционной биопсии применяется УЗИ. Данный метод высокоинформативен и позволяет легко определить положение иглы в органе и быть уверенным в правильности биопсии. Без проведения такого контроля биопсия многих органов невозможна.

В заключении, необходимо отметить, что виды и направления ультразвукового обследования настолько многогранны, а также применимы в самых разных областях современной медицины, что не представляется возможным полностью охватить УЗИ диагностику в одном материале. На сегодняшний день, ультразвуковое обследование, благодаря относительно невысокой стоимости и широкой доступности является распространенным методом обследования пациента. УЗИ диагностика позволяет выявить достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах. Например, 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 и т. д. Следите за своим здоровьем, не забывайте про профилактическое обследование и Вы избавите себя от многих проблем в будущем.

Ультразвуковые методы исследований

1. Понятие УЗ

Ультразвуковые волны - это упругие колебания среды с частотой, лежащей выше диапазона слышимых человеком звуков - выше 20 кГц. Верхним пределом ультразвуковых частот можно считать 1 – 10 ГГц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяются ультразвуковые волны. Они обладают высокой проникающей способностью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимого света. Ультразвуковые волны относятся к числу неионизирующих излучений и в диапазоне, применяемом в диагностике, не вызывают существенных биологических эффектов. По средней интенсивности энергия их не превышает при использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см 2 . Поэтому противопоказаний к исследованию не имеется. Сама процедура ультразвуковой диагностики непродолжительна, безболезненна, может многократно повторяться. Ультразвуковая установка занимает мало места, не требует никакой защиты. Она может быть использована для обследования как стационарных, так и амбулаторных больных.

Таким образом, ультразвуковой метод - это способ дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движений органов и тканей, а также патологических очагов с помощью ультразвукового излучения. Он обеспечивает регистрацию даже незначительных изменений плотности биологических сред. В ближайшие годы он, по всей вероятности, станет основным способом визуализации в диагностической медицине. В силу своей простоты, безвредности и эффективности он, в большинстве случаев, должен применяться на ранних этапах диагностического процесса.

Для генерирования УЗ используются устройства, называемые УЗ-излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, керамический материал на основе титаната бария и др.). На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить, переменное электрическое напряжение от генератора, то пластина благодаря обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствующей частоты.

Наибольший эффект излучения механической волны возникает при выполнении условия резонанса. Так, для пластин толщиной 1 мм резонанс возникает для кварца на частое 2,87 МГц, сегнетовой соли - 1,5 МГц и титаната бария - 2,75 МГц.

Приемник УЗ можно создать на основе пьезоэлектрического эффекта (прямой пьезоэффект). В этом случае под действием механической волны (УЗ-волны) возникает деформация кристалла, которая приводит при пьезоэффекте к генерированию переменного электрического поля; соответствующее электрическое напряжение может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. Рассмотрим этот вопрос. По физической природе УЗ, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны УЗ существенно меньше длины звуковой волны. Дифракция волн существенно зависит от соотношения длины волн и размеров тел, на которых волна дифрагирует. "Непрозрачное" тело размером 1 м не будет препятстствием для звуковой волны с длиной 1,4 м, но станет преградой для УЗ-волны с длиной 1,4 мм, возникнет "УЗ-тень". Это позволяет в некоторых случаях не учитывать дифракцию УЗ-волн, рассматривая при преломлении и отражении эти волны как лучи аналогично преломлению и отражению световых лучей).

Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца - надкостница- кость, на поверхности полых органов и т. д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т. п.(УЗ-локация). При УЗ-локации используют как непрерывное, таки импульсное излучения. В первом-случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдают отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения ультразвука, определяют глубину залегания объекта.

Волновое сопротивление (импеданс) биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха. Поэтому если УЗ-излучатель приложить к телу человека, то УЗ не проникнет внутрь, а будет отражаться из-за тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ-излучателя покрывают слоем масла.

Скорость распространения ультразвуковых воли и их поглощение существенно зависят от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики.

2. Источник и приемник ультразвукового излучения

Ультразвуковую диагностику осуществляют с помощью ультразвуковой установки. Она представляет собой сложное и вместе с тем достаточно портативное устройство, выполняется в виде стационарного или передвижного аппарата. Для генерирования УЗ используют устройства, называемые УЗ-излучателями. Источник и приемник (датчик) ультразвуковых волн в такой установке - пьезокерамическая пластинка (кристалл), размещенная в антенне (звуковом зонде). Эта пластинка - ультразвуковой преобразователь. Переменный электрический ток меняет размеры пластинки, возбуждая тем самым ультразвуковые колебания. Применяемые для диагностики колебания обладают малой длиной волны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направляемый в исследуемую часть тела. Отраженные волны воспринимаются той же пластинкой и преобразуются в электрические сигналы. Последние поступают на высокочастотный усилитель и далее обрабатываются и выдаются пользователю в виде одномерного (в форме кривой) или двухмерного (в форме картинки) изображения. Первое называют эхограммой, а второе - ультрасонограммой (сонограммой) или ультразвуковой сканограммой.

Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели исследования. Для глубоких структур применяют более низкие частоты и наоборот. Например, для изучения сердца используют волны с частотой 2,25-5 МГц, в гинекологии - 3,5-5 МГц, для эхографии глаза - 10-15 МГц. На современных установках эхо- и сонограммы подвергают компьютерному анализу по стандартным программам. Распечатка информации производится в буквенной и цифровой форме, возможна запись на видеоленте, в том числе в цвете.

Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера, работают в режиме импульсной эхолокации: излучается короткий импульс и воспринимается отраженный сигнал. В зависимости от задач исследования употребляют различные виды датчиков. Часть из них предназначена для сканирования с поверхности тела. Другие датчики соединены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполостном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией (эндосонография). Эти датчики, а также зонды, созданные для ультразвуковой локации на операционном столе, допускают стерилизацию.

По принципу действия все ультразвуковые приборы делят на две группы: эхоимпульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для определения анатомических структур, их визуализации и измерения. Приборы второй группы позволяют получать кинематическую характеристику быстро протекающих процессов - кровотока в сосудах, сокращений сердца. Однако такое деление условно. Существуют установки, которые дают возможность одновременно изучать как анатомические, так и функциональные параметры.

3. Объект ультразвукового исследования

Благодаря своей безвредности и простоте ультразвуковой метод может широко применяться при обследовании населения во время диспансеризации. Он незаменим при исследовании детей и беременных. В клинике он используется для выявления патологических изменений у больных людей. Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной и слюнных желез, молочной железы, сердца, почек, беременных со сроком более 20 нед. специальной подготовки не требуется.

Больного исследуют при разном положении тела и разном положении ручного зонда (датчика). При этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями. Меняя положение датчика, он стремится получить возможно полную информацию о состоянии органов. Кожу над исследуемой частью тела смазывают хорошо пропускающим ультразвук средством для лучшего контакта (вазелином или специальным гелем).

Ослабление ультразвука определяется ультразвуковым сопротивлением. Величина его зависит от плотности среды и скорости распространения в ней ультразвуковой волны. Достигнув границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпевает изменение: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть отражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса соприкасающихся сред. Чем выше различие в импедансе, тем больше отражается волн. Кроме того, степень отражения связана с углом падения волн на граничащую плоскость. Наибольшее отражение возникает при прямом угле падения. Из-за почти полного отражения ультразвуковых волн на границе некоторых сред, при ультразвуковом исследовании приходится сталкиваться со "слепыми" зонами: это - наполненные воздухом легкие, кишечник (при наличии в нем газа), участки тканей, расположенные за костями. На границе мышечной ткани и кости отражается до 40% волн, а на границе мягких тканей и газа - практически 100%, поскольку газ не проводит ультразвуковых волн.

Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики: одномерное исследование (эхография), двухмерное исследование (сканирование, сонография) и допплерография. Все они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов.

1) Эхография одномерная

В свое время термином "эхография" обозначали любое ультразвуковое исследование, но в последние годы им называют главным образом способ одномерного исследования. Различают два его варианта: А-метод и М-метод. При А-методе датчик находится в фиксированном положении для регистрации эхосигнала в направлении излучения. Эхосигналы представляются в одномерном виде, как амплитудные отметки на оси времени. Отсюда, кстати, и название метода. Оно происходит от английского слова amplitude. Иначе говоря, отраженный сигнал образует на экране индикатора фигуру в виде пика на прямой линии. Начальный пик на кривой соответствует моменту генерации ультразвукового импульса. Повторные пики соответствуют эхосигналам от внутренних анатомических структур. Амплитуда отображенного на экране сигнала характеризует величину отражения (зависящую от импеданса), а время задержки относительно начала развертки - глубину залегания неоднородности, т. е. расстояние от поверхности тела до отразивших сигнал тканей. Следовательно, одномерный метод дает информацию о расстояниях между слоями тканей на пути ультразвукового импульса.

А-метод завоевал прочные позиции в диагностике болезней головного мозга, органа зрения, сердца. В клинике нейрохирургии его используют под названием эхоэнцефалографии для определения размеров желудочков мозга и положения срединных диэнцефальных структур. Смещение или исчезновение пика, соответствующего срединным структурам, свидетельствует о наличии патологического очага внутри черепа (опухоль, гематома, абсцесс и др.). Тот же метод под названием "эхоофтальмография" применяют в клинике глазных болезней для изучения структуры глазного яблока, помутнения стекловидного тела, отслойки сетчатки или сосудистой оболочки, для локализации в орбите инородного тела или опухоли. В кардиологической клинике с помощью эхокардиографии оценивают структуру сердца. Но здесь используют разновидность А-метода - М-метод (от англ. motion - движение).

При М-методе датчик тоже находится в фиксированном положении. Амплитуда эхосигнала при регистрации движущегося объекта (сердца, сосуда) меняется. Если смещать эхограмму при каждом последующем зондирующем импульсе на малую величину, то получается изображение в виде кривой, называемое М-эхограммой. Частота посылки ультразвуковых импульсов большая - около 1000 в 1 с, а продолжительность импульса - очень короткая, всего 1 мкс. Таким образом, датчик лишь 0,1% времени работает как излучатель, а 99,9% - как воспринимающее устройство. Принцип М-метода состоит в том, что возникающие в датчике импульсы электрического тока передаются в электронный блок для усиления и обработки, а затем выдаются на электронно-лучевую трубку видеомонитора (эхокардиоскопия) или на регистрирующую систему - самописец (эхокардиография).

2) Ультразвуковое сканирование (сонография)

Ультразвуковое сканирование позволяет получать двухмерное изображение органов. Этот метод известен также под названием В-метод (от англ. bright -яркость). Сущность метода заключается в перемещении ультразвукового пучка по поверхности тела во время исследования. Этим обеспечивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от многих точек объекта. Получаемая серия сигналов служит для формирования изображения. Оно возникает на экране индикатора и может быть зафиксировано на поляроидной бумаге или пленке. Это изображение можно изучать глазом, а можно подвергнуть математической обработке, определяя размеры: площадь, периметр, поверхность и объем исследуемого органа.

При ультразвуковом сканировании яркость каждой светящейся точки на экране индикатора находится в прямой зависимости от интенсивности эхосигнала. Сильный эхосигнал обусловливает на экране яркое светлое пятно, а слабые сигналы - различные серые оттенки, вплоть до черного цвета (система "серой шкалы"). На аппаратах с таким индикатором камни выглядят ярко-белыми, а образования, содержащие жидкость,- черными.

Большинство ультразвуковых установок позволяет производить сканирование пучком волн относительно большого диаметра и с большой частотой кадров в секунду, когда время перемещения ультразвукового луча намного меньше периода движения внутренних органов. Это обеспечивает прямое наблюдение по экрану индикатора за движениями органов (сокращениями и расслаблениями сердца, дыхательными перемещениями органов и т. д.). Про такие исследования говорят, что их проводят в режиме реального времени (исследование "в реальном масштабе времени").

Важнейшим элементом ультразвукового сканера, обеспечивающим режим работы в реальном времени, является блок промежуточной цифровой памяти. В нем ультразвуковое изображение преобразуется в цифровое и накапливается по мере поступления сигналов от датчика. Одновременно осуществляется считывание изображения из памяти специальным устройством и представление его с необходимой скоростью на телеэкране. У промежуточной памяти есть еще одно назначение. Благодаря ей изображение имеет полутоновый характер, такой же как рентгенограмма. Но диапазон градаций серого цвета на рентгенограмме не превышает 15-20, а в ультразвуковой установке достигает 64 уровней. Промежуточная цифровая память позволяет остановить изображение движущегося органа, т. е. сделать "стоп-кадр" и внимательно изучить его на экране телемонитора. При необходимости это изображение можно отснять на фотопленку или поляроидную бумагу. Можно записать движения органа на магнитных носителях- диске или ленте.

3) Допплерография

Допплерография - одна из самых изящных инструментальных методик. Она основана на принципе Допплера. Он гласит: частота эхосигнала, отраженного от движущегося объекта, отличается от частоты излученного сигнала. Источником ультразвуковых волн, как в любой ультразвуковой установке, служит ультразвуковой преобразователь. Он неподвижен и формирует узкий пучок волн, направляемый на исследуемый орган. Если этот орган в процессе наблюдения перемещается, то частота ультразвуковых волн, возвращающихся в преобразователь, отличается от частоты первичных волн. Если объект движется навстречу неподвижному датчику, то он встречает больше ультразвуковых волн за тот же период времени. Если объект удаляется от датчика, то волн меньше.

Допплерография - метод ультразвукового диагностического исследования, основанный на эффекте Допплера. Эффект Допплера - это изменение частоты ультразвуковых волн, воспринимаемых датчиком, происходящее вследствие перемещения исследуемого объекта относительно датчика.

Существует два вида допплерографических исследований -непрерывный и импульсный. При первом генерация ультразвуковых волн осуществляется непрерывно одним пьезокристаллическим элементом, а регистрация отраженных волн выполняется другим. В электронном блоке прибора производится сравнение двух частот ультразвуковых колебаний: направленных на больного и отраженных от него. По сдвигу частот этих колебаний судят о скорости движения анатомических структур. Анализ сдвига частот может производиться акустическим способом или с помощью самописцев.

Непрерывная допплерография - простой и доступный метод исследования. Он наиболее эффективен при высоких скоростях кровотока, которые возникают, например, в местах сужения сосудов. Однако у этого метода имеется существенный недостаток. Изменение частоты отраженного сигнала происходит не только из-за движения крови в исследуемом сосуде, но и из-за любых других движущихся структур, которые встречаются на пути падающей ультразвуковой волны. Таким образом, при непрерывной допплерографии определяется суммарная скорость движения этих объектов.

От указанного недостатка свободна импульсная допплерография. Она позволяет измерять скорость в заданном врачом участке контрольного объема. Размеры этого объема невелики - всего несколько миллиметров в диаметре, а его положение может произвольно устанавливаться врачом в соответствии с конкретной задачей исследования. В некоторых аппаратах скорость кровотока можно определять одновременно в нескольких контрольных объемах - до 10. Такая информация отражает полную картину кровотока в исследуемой зоне тела пациента. Укажем, кстати, что изучение скорости кровотока иногда называют ультразвуковой флюориметрией.

Результаты импульсного допплерографического исследования могут быть представлены врачу тремя способами: в виде количественных показателей скорости кровотока, в виде кривых и аудиально, т. е. тональными сигналами на звуковом выходе. Звуковой выход позволяет на слух дифференцировать однородное, правильное, ламинарное течение крови и вихревой турбулентный кровоток в патологически измененном сосуде. При записи на бумаге ламинарный кровоток характеризуется тонкой кривой, тогда как вихревое течение крови отображается широкой и неоднородной кривой.

Наибольшими возможностями отличаются установки для двухмерной допплерографии в реальном времени. Они обеспечивают выполнение особой методики, которая получила название ангиодинографии. В этих установках путем сложных электронных преобразований добиваются визуализации кровотока в сосудах и в камерах сердца. При этом кровь, движущаяся к датчику, окрашена в красный цвет, а от датчика - в синий. Интенсивность цвета возрастает с увеличением скорости кровотока. Маркированные (кодированные) цветом двухмерные сканограммы получили название ангиодинограмм.

Допплерографию используют в клинике для изучения формы, контуров и просветов кровеносных сосудов. Фиброзная стенка сосуда является хорошим отражателем ультразвуковых волн и поэтому четко видна на сонограммах. Это позволяет обнаружить сужения и тромбоз сосудов, отдельные атеросклеротические бляшки в них, нарушения кровотока, определить состояние коллатерального кровообращения.

Особое значение в последние годы приобретает сочетание сонографии и допплерографии (так называемая дуплексная сонография). При ней получают как изображение сосудов (анатомическая информация), так и запись кривой кровотока в них (физиологическая информация). Возникает возможность прямого неинвазивного исследования для диагностики окклюзионных поражений различных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них. Таким образом следят за кровенаполнением плаценты, сокращениями сердца у плода, за направлением кровотока в камерах сердца, определяют обратный ток крови в системе воротной вены, вычисляют степень стеноза сосуда и т. д.

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.

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.