Настройка аппаратов УЗИ. Артефакты в УЗИ диагностике

Многие УЗ-аппараты при включении переходят в так называемый основной режим работы, который дает возможность сразу получать УЗ-изображения. Однако следует помнить, что такая опция существует не во всех аппаратах. Если получение изображения оказывается невозможным или его качество низкое, рекомендуется последовательно придерживаться указанного выше пути прохождения сигнала. Начинающему специалисту УЗИ следует ознакомиться с отдельными параметрами настройки, чтобы на каждом аппарате уметь получить максимально качественное изображение.

Не во всех УЗ-аппаратах имеется вся палитра параметров настройки, из которых здесь будут рассмотрены лишь наиболее часто применяемые. В зависимости от компании-производителя аппарата и его стоимости могут быть заданы те или иные параметры; некоторые из них здесь не упоминаются, а некоторые могут называться иначе. Некоторые параметры настраиваются аппаратом автоматически. На современных УЗ-аппаратах некоторые стандартные клавиши отсутствуют, и настройка соответствующих им функций осуществляется не вручную, а с помощью сенсорных клавиш, отображаемых на экране в виде различных меню. Для обращения с такими высокотехнологичными аппаратами даже специалистам УЗИ с большим стажем работы на традиционных аппаратах настоятельно рекомендуется ознакомиться с инструкцией по эксплуатации.

Монитор

Первое звено в цепи мер, принимаемых для улучшения качества изображения – настройка монитора. Начинать ее проведение рекомендуется через 5 мин после включения УЗ-аппарата. Как и при настройке телевизора, контрастность и яркость устанавливают таким образом, чтобы темный фон изображения был черным, а белые буквы — максимально яркими, но чтобы при этом сохранилась резкость. Настройку на протяжении всего исследования надо сохранять. Изменение настройки для коррекции изображения приводит к потере его информативности.

Глубина исследования

Глубину исследования следует настроить таким образом, чтобы охватить УЗ-лучом все интересующие исследователя анатомические образования, а также ткани, расположенные позади исследуемой точки. Это важно для оценки способности анатомического образования проводить ультразвук, ведь для выявления акустической тени, отбрасываемой конкрементом, или дистального акустического усиления, обусловленного кистой, которые являются важными диагностическими признаками, позади указанных структур должно быть достаточно пространства. С другой стороны, не следует задавать слишком большую глубину проникновения УЗ-луча, так как время пробега УЗ-импульсов будет слишком длительным, а это потребует, соответственно, уменьшения частоты УЗ-колебаний.

Чем меньше глубина проникновения, на которую настроен датчик, тем выше частота обновления изображений и тем быстрее они появляются на экране.

Чтобы получить общий обзор, сначала нужно выбрать максимальную глубину проникновения. Затем уменьшите ее так, чтобы расстояние от интересующих вас анатомических образований до края экрана составило несколько сантиметров. Уменьшение глубины проникновения, как правило, приводит к повышению качества изображения, оно становится крупнее, а частота обновления изображений возрастает.

Мощность излучения

Под мощностью излучения ультразвука понимают его энергию, которая распространяется по тканям во всех направлениях за единицу времени.

Мощность излучения влияет на интенсивность отраженных сигналов: чем больше настраиваемая мощность излучения, тем благоприятнее отношение интенсивности сигнала к фоновому шуму (который всегда присутствует): чем громче говорит человек при постоянном уровне шума, тем его легче понять. Однако мощность излучения не должна быть слишком высокой, так как в этом случае могут проявиться биологические эффекты ультразвука. Допустимая граница мощности УЗ-излучения (граница безопасности) выпускаемых в настоящее время аппаратов, позволяющих проводить исследование в В-режиме, задана в них изначально. Мощность излучения часто регулируется автоматически самим УЗ-аппаратом, а не исследователем. В некоторых аппаратах имеется кнопка, с помощью которой можно переключиться на режим исследования плода («fetal exam, low power»).

• Мощность излучения, общее усиление и усиление по глубине настраивают одновременно. Поэтому установите регуляторы этих параметров в среднее положение, прежде чем начать настройку мощности излучения.

• Мощность излучения подбирают таким образом, чтобы анатомические образования, расположенные на отдалении от датчика, были хорошо различимы на эхограмме. Если мощность излучения будет недостаточно высокой, то анатомические образования на отдалении от датчика окажутся затемненными или зашумленными, несмотря на максимальное общее усиление и усиление по глубине.

• Не следует пытаться компенсировать низкую мощность излучения за счет умеренного повышения общего усиления, так как в таком случае изображение получится сильно затемненным или зашумленным.

Общее усиление

Уровень общего усиления задают в зависимости от того, насколько необходимо усилить входной сигнал.

В процессе усиления повышается также амплитуда фонового шума, поэтому при большом усилении УЗ-изображение получается зашумленным, что нежелательно. В связи с этим необходимой предпосылкой получения качественного УЗ-изображения является оптимальная настройка усиления. Если усиление слишком высокое, то изображение в целом получается излишне ярким и утрачивает контрастность. При слишком низком усилении, наоборот, УЗ-сигналы оказываются слабыми, и изображение получается слишком темным. В таком случае попытка усилить яркость экрана оказывается безуспешной, так как изображение при этом хотя и становится ярче, но информативность его не повышается.

Общее усиление (регулятор «Gain») и мощность излучения (регулятор «Power») следует настраивать согласованно. При увеличении мощности излучения сигналы усиливаются, поэтому общее усиление надо несколько уменьшить. Многие УЗ-аппараты осуществляют эту настройку автоматически; в них имеется лишь один регулятор «Gain» для одновременной настройки мощности излучения и усиления.

• Нужно настраивать мощность излучения и усиление таким образом, чтобы достичь оптимальной контрастности изображения. Если мощность излучения высока, уменьшите усиление.

• Нужно настраивать мощность излучения таким образом, чтобы структура паренхимы (например, можете исследовать собственную печень) в средней части изображения была отчетливо видна. Настройте теперь усиление по глубине так, чтобы яркость изображения отдельных участков, расположенных вблизи датчика и на отдалении от него, была примерно одинакова.

 Для пренатального УЗИ рекомендуется минимальная мощность излучения, а усиление по возможности должно быть высоким. При этом возрастает зашумленность изображения, зато вероятность повреждающего действия на биологические ткани оказывается минимальной. Околоплодная жидкость ослабляет интенсивность ультразвука незначительно, поэтому существенного увеличения мощности излучения не требуется.

Компенсация усиления по глубине (TGC, DGC)

Компенсация усиления по глубине (TGC = Time Gain Compensation, DGC = Depth Gain Compensation) выравнивает ослабление ультразвука тканями и позволяет достичь однородности и одинаковой яркости изображения тканей, расположенных вблизи датчика и на отдалении от него.

Ткани ослабляют ультразвук, поэтому эхо-сигналы, поступающие из более глубоких их слоев, имеют меньшую интенсивность. В связи с этим для получения однородного изображения прибегают к компенсации усиления по глубине (точнее говоря, по времени). У некоторых УЗ-аппаратов имеются два вращающихся регулятора: один для ближней к датчику области, другой – для дальней. Помимо этого, имеется еще 10 регуляторов сдвига, что дает возможность корректировать усиление на различных уровнях.

Настройте усиление по глубине для своей печени так, чтобы получить однородное ее изображение и одинаковую яркость вблизи от датчика и на отдалении от него. Затем выровняйте изображение по степени поглощения УЗ-сигналов в тканях.

Оптимальная настройка усиления по глубине (DGC) позволяет правильно определить поглощение УЗ-сигналов тканями. Так, жировая ткань поглощает ультразвук сильнее, чем нормальная паренхима печени, и при настройке DGC это следует учитывать. Поэтому надо знать показатели стандартной настройки аппарата при исследовании нормальных тканей. Поскольку степень поглощения УЗ-сигнала пропорциональна глубине отражения сигнала, то кривая DGC, как показали измерения на многих УЗ-аппаратах, должна представлять собой прямую линию. Отклонение от прямой наблюдается, например, в случаях, когда перед тканью имеется слабопоглощающая среда, например жидкость (например, полный мочевой пузырь - при исследовании предстательной железы или плодный пузырь - при исследовании плода). В этих случаях не следует настраивать DGC по месту расположения жидкости, так как изображение ткани может получиться излишне ярким.

Положение фокуса

Изображение в фокусе УЗ-луча имеет самое высокое разрешение.

Устанавливать фокус следует вблизи анатомических образований, которые необходимо исследовать.

На некоторых УЗ-аппаратах фокусное расстояние постоянно. На других аппаратах можно получить изображения при различных фокусных расстояниях, а затем с помощью аппаратной обработки вывести из этих изображений результирующую. Она имеет высокое разрешение в довольно широком диапазоне. Однако такой способ построения изображения требует много времени, что является его недостатком. В аппаратах с широким УЗ-лучом фокусировка посылаемых импульсов отсутствует, поэтому здесь настройка невозможна.

Динамический диапазон (динамика)

Динамический диапазон определяет, какой должна быть максимальная и минимальная амплитуда УЗ-сигнала, который на УЗ-изображении соответствует белому и черному цвету.

Если задать слишком маленький динамический диапазон, то изображение будет иметь повышенную контрастность и получится в основном черно-белым. Многие сигналы по своей амплитуде превосходят максимальное значение и поэтому получаются белыми, а у многих сигналов амплитуда меньше минимального значения, и они получаются на картинке черными. Выбор маленького динамического диапазона оправдан лишь тогда, когда необходимо получить в основном изображение контуров органа. Дифференцированно оценить структуру паренхимы органа, например печени, при маленьком динамическом диапазоне невозможно. Часто УЗ-аппараты в соответствии с заданной задачей исследования автоматически настраивают оптимальное значение динамического диапазона. Если выбрать слишком широкий динамический диапазон, то усилятся шумовые помехи.

Выберите, особенно при исследовании мягких тканей, широкий динамический диапазон, при котором отсутствует шум. При неблагоприятных условиях исследования, например при ожирении, динамический диапазон необходимо уменьшить. Это приводит к повышению контрастности изображения и подавлению шума.

Препроцессинг

Под препроцессингом понимают этап обработки УЗ-сигналов, который происходит после общего усиления и усиления по глубине, но до отправки этих сигналов в накопитель изображений. Сигналы, подвергшиеся препроцессингу, представляют собой «сырые» данные (по существу, это набор высокочастотных сигналов, не выстроенных в цельное изображение), которые служат в основном для получения очертаний органа или для сглаживания изображения.

При проведении препроцессинга часто приходится обращаться к функции усреднения по кадрам. Качество УЗ-изображения может быть улучшено за счет корреляции нескольких последовательных изображений. Фоновый шум при этом усредняется, а истинные сигналы используются. Эта функция позволяет повысить качество изображения, но при этом снижается скорость получения изображения, так как для формирования кадров и их корреляции требуется время. Изображения получаются уже не в режиме реального времени, так как оно отстает от перемещений датчика или движений органа и оказывается смазанным. Многие УЗ-аппараты показывают фактическую частоту регенерации изображений.

При исследовании верхнего этажа брюшной полости изображение воспринимается как фиксированное (т.е. четкое и без дрожания) при минимальной частоте регенерации изображений, равной 10 Гц, в то время, как для получения четкого изображения двигающихся органов, в частности сердца, частота регенерации изображений должна быть не менее 30 Гц (изображение рассматривают, перемещая датчик в зависимости от подобранного усреднения по кадрам). Поэтому улучшенного качества изображения можно ожидать лишь тогда, когда ни датчик, ни орган не двигаются.

Постпроцессинг

Под постпроцессингом понимают способы обработки готовых изображений, которые находятся в накопителе.

С помощью пост процессинга можно, в отличие от препроцессинга, обработать также зафиксированное изображение.

Постпроцессинг позволяет, например, путем усиления отраженных сигналов оттенить контуры органа, сделать неоднородность паренхиматозной структуры более выраженной, а также, используя фильтры, подчеркнуть контрастность между сильными и слабыми эхо-сигналами. При постпроцессинге часто используют функцию «Reject». Она позволяет слабые сигналы перевести в черный цвет. Шум изображения состоит из слабых сигналов, поэтому изображение получается слабозашумленным. В то же время часть информации, которую несет изображение (т.е. отражение истинных, но слабых сигналов), теряется. К постпроцессингу относится окрашивание изображения в «ложные» цвета, например в оттенки оранжевого цвета. При этом изображение на мониторе получается более отчетливым также при лучшей освещенности помещения.

Таким образом, в результате постпроцессинга получается «косметическое» изображение, как правило, менее информативное, чем первоначальное. Поэтому диагностическое значение постпроцессинга невелико; его применяют, как правило, для увеличения наглядности получаемых данных.

Сначала нужно получать изображения с помощью базовой настройки УЗ-аппарата, и лишь при необходимости подчеркнуть определенные сигналы и заглушить другие, используйте возможности постпроцессинга.

Масштабирование

В некоторых УЗ-аппаратах есть функция масштабирования изображения (зум). При неумелом применении этой функции имеется риск не заметить существенные детали изображения из-за маленького размера рамки кадра. Поэтому функцию масштабирования можно применять лишь для более близкого исследования анатомических образований, которые имеются на обзорном изображении.

Артефакты: распознавание и интерпретация

Под артефактами понимают элементы на УЗ-изображении, которые не являются отражением анатомических структур, а связаны с физическими феноменами или особенностями УЗ-аппарата.

Артефакты возникают при несоответствии между идеальными (т.е. предполагаемыми, рассчитанными УЗ-аппаратом) и фактическими физическими условиями.

Артефакты часто распознают по тому, что их пространственное расположение сильно зависит от направления плоскости УЗ-среза, в то время как пространственное положение реальных анатомических образований не изменяется. Артефакты могут стать причиной диагностической ошибки, но в то же время способны помочь в дифференциальной диагностике.

Акустическая тень

Под акустической тенью понимают затемнение позади анатомического или иного образования, которое сильно отражает или, наоборот, поглощает ультразвук.

Сильное (тотальное или субтотальное) отражение появляется на поверхности раздела двух сред, которые существенно отличаются по акустическому импедансу. Такие поверхности существуют, например, между тканями и воздухом или между мягкими тканями и костью. В таком случае появление акустической тени-явление физиологическое (нормальное). Типичный пример патологической акустической тени - тень от камня в мочевых или желчных путях. При сильном поглощении ультразвука анатомическим образованием большая часть его энергии поглощается тканью и высвобождается в виде тепла. В обоих этих случаях лишь незначительное количество энергии достигает глубоких слоев тканей позади образования, отбрасывающего тень, поэтому за поверхностью раздела сред уже не возникают эхо-сигналы, и эта зона оказывается расположенной в акустической тени.

При сильном отражении впереди УЗ-волны видны яркие сигналы отражения. При сильном поглощении видна акустическая тень без отражения.

Акустические тени, образующиеся вследствие полного отражения, особенно легко распознаются при возвратно-поступательном перемещении датчика. В этом случае акустическая тень, как и обычная, движется в направлении, противоположном перемещению датчика.

Боковая акустическая тень

Под боковой акустической тенью понимают УЗ-тень, отбрасываемую боковой стенкой полостного анэхогенного образования.

На боковую стенку кисты или другого замкнутого анэхогенного образования (например, крупного сосуда, мочевого или желчного пузыря) УЗ-луч падает почти по касательной. Поэтому отраженная часть УЗ-импульсов отклоняется «срезанной» наискось стенкой образования в боковом направлении. Неотраженная часть УЗ-импульсов при входе в кисту преломляется в направлении центральной оси луча, а при выходе из кисты - в направлении от центральной оси. Вследствие такого отражения и преломления УЗ-луч, скользя по боковой стенке кисты, отклоняется от своего направления.

В результате УЗ-лучи, отходящие от кисты в боковом направлении, оказываются разреженными, что на УЗ-изображении напоминает отходящие от кисты «косы». Ориентация этих «кос» совпадает с направлением распространения УЗ-волн:

• параллельно – при сканировании линейным датчиком;

• расходясь вглубь – при сканировании секторным и конвексным датчиком.

Дистальное псевдоусиление ультразвука

Под дистальным псевдоусилением понимают появление светлой полосы позади исследуемого образования, которое ослабляет ультразвук в меньшей степени, чем окружающие ткани. Дистальное псевдоусиление наблюдается большей частью при сканировании кист и кистовидных образований, но возможно и в некоторых других случаях.

Говорить об «усилении ультразвука» с физической точки зрения некорректно. Точнее будет сказать, что речь идет о меньшем его ослаблении. Поскольку жидкость поглощает ультразвук очень незначительно, УЗ-импульс позади полостного образования, наполненного жидкостью (например, мочевого или желчного пузыря либо кисты), имеет большую интенсивность (энергию), чем его часть, проходящая через окружающие ткани. В результате участок ткани, расположенный позади полостного образования, имеет большую эхогенность.

Дистальное акустическое псевдоусиление – важный диагностический признак кисты. Однако этот эхографический признак наблюдается и при других, в том числе гиперэхогенных образованиях, таких как гемангиома печени. Поэтому никогда не следует при диагностике кисты ориентироваться только на этот признак!

Поскольку для гемангиомы характерно появление на УЗ-изображении эхо-сигналов от многочисленных поверхностей раздела сред, УЗ-луч отражается от нее сильнее, а поглощается, наоборот, слабее, так как гемангиома содержит жидкости (крови) больше, чем паренхима печени. Чем меньше ультразвук поглощается, тем больше его отклонение при отражении. В результате этих двух противоположных эффектов оказывается, что гемангиома в меньшей степени ослабляет ультразвук, чем паренхима печени.

Артефакт разности скоростей ультразвуковой волны

Под артефактом разности скоростей УЗ-волны понимают искажение изображения анатомических образований, которое появляется из-за существенного несоответствия между скоростью ультразвука, рассчитанной с помощью компьютера, и реальной скоростью распространения ультразвука в ткани.

Компьютер УЗ-аппарата определяет отдаленность анатомического образования от датчика, т.е. глубину залегания образования, при условии, что скорость распространения ультразвука остается постоянной и равна примерно 1540 м/с. Реальная скорость распространения ультразвука в зависимости от ткани может отличаться от указанной, поэтому неизбежны ошибки при измерениях. Ее можно продемонстрировать, например, при исследовании плода: в первых УЗ-аппаратах средняя скорость распространения ультразвука в тканях принималась равной 1480 м/с. Поэтому данные о размерах плода, которые основывались на этом значении скорости ультразвука, по сравнению с данными, получаемыми сегодня, были явно заниженными.

Артефакты разности скоростей УЗ-волны особенно выражены, если скорость распространения ультразвука в соседних тканях сильно отличается, например, если это хрящевая, мышечная или жировая ткань. Ультразвук, проходя через хрящевую ткань, значительно ослабляется. Поскольку время распространения УЗ-импульсов в мышечной ткани, например, при сканировании печени через межреберье, существенно выше, чем в хрящевой ткани, например в реберных хрящах, скорость, рассчитанная компьютером для реберных хрящей, окажется меньшей, чем для мышечной ткани. Поэтому сканируемая поверхность, которая находится за хрящом (в данном случае это поверхность печени), по отношению к датчику оказывается более выпуклой.

При УЗИ, проводимом через межреберье, отличить артефакт разности скоростей от истинного выбухания поверхности печени можно, если сравнить результаты измерений, полученные на высоте вдоха и на выдохе.

Зеркальный артефакт

Зеркальный артефакт представляет собой зеркальное изображение анатомического образования, которое отличается сильной отражательной способностью.

Возникновение зеркального артефакта связано с тем, что на пути УЗ-луча располагается более крупная, сравнительно гладкая и сильно отражающая поверхность раздела сред, которая отзеркаливает входной и отраженный эхо-сигналы от исследуемого анатомического образования. Такой поверхностью часто оказывается диафрагма. Поскольку отраженный ею сигнал доходит до датчика с опозданием, изображение на эхограмме показывает более глубокое расположение исследуемого образования, чем истинное. Кроме того, эхо-сигнал при отражении меняет направление, поэтому изображение зеркального артефакта оказывается смещенным относительно истинного изображения.

Зеркальные артефакты появляются при большой глубине проникновения входного эхо-сигнала.

Распознать зеркальные артефакты можно, несколько изменив плоскость сканирования или переместив датчик, либо ослабив силу УЗ-луча. Если слегка наклонить датчик к себе или от себя, зеркальный артефакт, в отличие от истинного изображения исследуемого образования, смещается в противоположном направлении.

Реверберация

Реверберации эхо-сигналов в виде связанной с их многократным отражением светлой полосы или участка, напоминающего «хвост кометы».

При расположении друг за другом сильных отражателей, например рабочей поверхности датчика и поверхности раздела сред между тканью и воздухом или мягкой тканью и костью, происходит многократное маятникообразное отражение эхо-сигналов. Результирующие эхо-сигналы имеют вид полосы и располагаются на одинаковом расстоянии от рабочей поверхности датчика. Чем выше частота отраженных эхо-сигналов, тем больше их время пробега и, следовательно, соответствующая им глубина.

Характерная форма реверберационных эхо-сигналов, генерируемых газосодержащей поверхностью (например, кишечной стенкой) и тонкой металлической пластинкой (например, хирургической клипсой) – артефакт в виде «хвоста кометы» (резонансный артефакт), т.е. светлая полоса позади отражателя. Ранее полагали, что этот артефакт является суммой быстро следующих друг за другом эхо-сигналов от плотно прилегающих друг к другу отражателей. Однако, по-видимому, отражатели приводятся в колебание с резонансной частотой, генерируя реверберационные эхо-сигналы, идущие к датчику, и компьютер УЗ-аппарата интерпретирует их как эхо-сигналы, исходящие из глубоких тканей, точно так же как полосовидные реверберационные эхо-сигналы.

Артефакт толщины ультразвукового луча

Артефакт толщины УЗ-луча представляет собой искаженное изображение эхогенного образования, которое имеет явно меньший размер, чем толщина УЗ-луча, или расположено относительно луча таким образом, что «погружается» в него лишь частично.

Знание об артефакте толщины УЗ-луча важно, так как этот артефакт может возникать при исследовании любыми методами диагностической визуализации. Он связан с тем, что УЗ-луч имеет конечную толщину. УЗ-луч при косом падении на изогнутую стенку кистозного образования охватывает как эхогенную стенку, так и анэхогенное жидкое содержимое этого образования. Компьютер УЗ-аппарата строит усредненное изображение из этих эхо-сигналов, поэтому на эхограмме мы видим размытую серую внутреннюю поверхность стенки.

Артефакт толщины УЗ-луча часто удается отличить от кровяного сгустка, тканевого детрита (гноя) или сгустка желчи легким покачиванием датчика: артефакт меняет свою картину, в то время как изображение перечисленных патологических изменений на эхограмме остается неизменным.

Артефакт боковых лепестков

Под артефактом боковых лепестков понимают эхо-сигналы, которые генерируются УЗ-лучом, падающим на ткани наискосок (боковыми лепестками).

Пьезоэлемент постоянно посылает мощный УЗ-луч вглубь тканей (так называемый основной лепесток), а также более слабые лучи, которые образуются в основном вследствие интерференции, в боковом направлении. Эти «боковые лепестки» вызывают сильные боковые отраженные эхо-сигналы, которые при достижении пьезоэлемента интерпретируются как идущие от основного лепестка. УЗ-луч проявляется отходящей от отражающего образования гиперэхогенной дугой (дугообразный артефакт). Если артефакты боковых лепестков попадают на «акустические линзы», т.е. на части тканей, которые в силу своей формы преломляют УЗ-волны таким образом, что они вновь достигают пьезоэлемента, то на экране монитора получаются два изображения «акустической линзы», расположенные рядом друг с другом (артефакт двойного изображения). Подобный эффект знаком нам из повседневной жизни: если посмотреть на предмет через лупу с очень близкого расстояния, то, как правило, можно увидеть этот предмет как в лупе, так и рядом с ней. Артефакт двойного изображения наблюдается реже, чем дуговой артефакт.