Вредно ли УЗИ? Показания, противопоказания, последствия, результаты

При облучении ткани ультразвуком ей передается энергия, поэтому в принципе нельзя исключить возможности биологического воздействия ультразвука на ткани. В связи с этим каждый специалист должен понимать, по крайней мере, основные механизмы взаимодействия ультразвука с тканями и не в последнюю очередь для того, чтобы предупредить больного о возможности такого взаимодействия. Следует различать тепловое и механическое действие ультразвука.

Тепловое действие ультразвука обусловлено превращением энергии ультразвука при прохождении через ткани в тепловую энергию (т.е. поглощением ультразвука тканями).

Степень нагревания ткани зависит в основном от количества энергии ультразвука. При интенсивности ультразвука, равной 1 Вт/см², нагревание соответствует 0,8°С/мин. При усредненной по времени и пространству интенсивности ультразвука менее 100 мВт/см² биологически значимого нагревания тканей не выявлено. Интенсивность ультразвука при УЗИ в В-режиме обычно не превосходит это граничное значение.

При допплерографии рассмотренные условия соблюдаются лишь частично. В связи с особыми физическими требованиями интенсивность ультразвука при допплерографии существенно более высокая, поэтому может проявиться его тепловое действие на биологические ткани. Назвать значения интенсивности, при которой может проявиться тепловой эффект, в этом случае трудно, так как он в значительной мере зависит от физических и биологических условий. В целом следует исходить из того, что в хорошо кровоснабжаемых тканях поглощенная энергия настолько быстро отводится («конвекция»), что какого-либо повреждающего действия не наблюдается. Иная картина наблюдается в слабо кровоснабжаемых тканях (например, в задней камере глаза и сетчатке) или на поверхности костей и хрящей, где поглощение особенно высоко.

Механическое действие ультразвука обусловлено колебаниями частиц. Оно, по-видимому, не найдет какого-либо диагностического применения (за исключением использования эхоконтрастных веществ (ЭКВ)), хотя в эксперименте на культурах тканей удалось выявить изменение жесткости клеточных мембран под влиянием ультразвука. При лечебном применении ультразвука, например при экстракорпоральной ударно-волновой литотрипсии, механическим эффектам ультразвука принадлежит важная роль. Существенный принцип, лежащий в основе механических эффектов ультразвука – кавитация заключается он в том, что под действием УЗ-волн в ткани образуются мельчайшие полости, которые под давлением окружающих тканей вновь спадаются, при этом создается высокая плотность локальной энергии. Возникает ли эффект кавитации при введении ЭКВ, и если да, то каковы его особенности, в настоящее время достоверно не установлено.

Несмотря на многочисленные интенсивные исследования, доказать статистически достоверно вредное воздействие УЗИ в период беременности не удалось. Однако это не может служить строгим научным доказательством того, что УЗИ абсолютно безвредно, поэтому все, кто имеет дело с ультразвуком, должны знать условия, при которых его потенциальное вредное влияние на ткани минимально. Приводить какие-либо граничные значения мощности ультразвука, при которых он оказывает достоверное повреждающее действие на биологические ткани, невозможно, да и не имеет смысла. Если говорить о безопасности УЗИ, то значительную роль играет длительность исследования.

Существует так называемый принцип ALARA (сокращение из первых букв английского термина as low as reasonably achievable). Согласно этому принципу, мощность УЗ-луча следует подбирать так, чтобы при минимальной интенсивности можно было получить приемлемое по качеству изображение.

Чтобы врач, проводящий исследование, мог количественно оценивать возможность повреждающего действия ультразвука, в конце 90-х годов XX в. была введена «концепция об индексах». Согласно ей, показатели, которые выводятся на экран монитора, должны дать врачу возможность быстро оценить опасность, связанную с исследованием, и принять необходимые меры в соответствии с принципом ALARA.

Тепловой индекс

Поскольку УЗ-волны поглощаются, температура тканей должна повышаться (тепловое действие ультразвука). Тепловой индекс (ТИ) служит для оценки максимального уровня ожидаемого повышения температуры в ткани.

ТИ определяют как отношение измеренного параметра мощности в УЗ-поле к мощности, которая необходима для повышения температуры тканей на 1°К.

Мощность ультразвука подбирается в зависимости от анатомических особенностей облучаемой области. Поскольку облучаемая область отличается значительным анатомическим многообразием, в модели определения ТИ рассматривают 3 случая:

• когда облучаются мягкие ткани;

• кость в фокусной зоне;

• когда рассматривают контакт У3-луча с костью.

Механический индекс

Чтобы, несмотря на многообразие факторов, влияющих на кавитацию, оценить вероятность ее возникновения, введено понятие механического индекса (МИ). Оно основывается на зависимости возникновения кавитационных волн газовых микропузырьков в ткани (зародышей кавитации) от частоты ультразвука.

Механический индекс определяют как отношение давления при максимальном разрежении (максимальное давление в фазе разрежения) к квадратному корню частоты ультразвука.

Рекомендуемая верхняя граница МИ при диагностическом применении ультразвука составляет 1,9. При МИ <0,7 вероятность появления кавитации мала. Однако это не распространяется на применение ЭКВ. При расчете МИ по указанной формуле остаются неучтенными ряд факторов, которые существенно влияют на кавитацию, в частности длина УЗ-импульса, частота импульсов, режим и длительность сканирования.

Поскольку появляющиеся в УЗ-поле волны сжатия, имеющие максимальное давление, зависят от мощности облучения, МИ иногда применяют в качестве индикатора мощности для правильной настройки УЗ-аппарата при выполнении УЗИ с контрастным усилением, что некорректно.

Эхоконтрастные вещества

Принцип действия. В качестве ЭКВ применяют микропузырьки газа или воздуха диаметром 2-10 мкм. Эти вещества вводят внутривенно. Попав в кровь, ЭКВ отражают эхо-сигналы на поверхности раздела с ней и тем самым усиливают УЗ-сигнал, который становится на 20-30 дБ больше, чем до введения ЭКВ. Кроме того, вибрация микропузырьков может достигать резонансной частоты, и они в этом случае не просто пассивные частицы, рассеивающие ультразвук, но и сами начинают генерировать звуковые волны. При низком переменном звуковом давлении микропузырьки деформируются пропорционально изменению давления. При высоком переменном УЗ-давлении микропузырьки выдерживают компрессию (фазу повышения давления) лучше, чем следующее затем расширение (фаза снижения давления), причем зависимость радиуса микропузырьков от величины звукового давления перестает быть линейной. Этот специфический нелинейный эффект лег в основу разработки специальных методов исследования.

Приготовление: поскольку свободные микроскопические пузырьки воздуха сразу растворяются в крови, их необходимо облечь в стабилизирующую нанооболочку, состоящую из липидов, белков или полимеров. Эти очень тонкие оболочки придают микропузырькам различные механические свойства, делая их гибкими или жесткими, и тем самым определяют их акустическое поведение. Газообразным наполнителем микропузырьков в простейшем случае служит воздух. В ЭКВ II поколения для повышения долговечности микропузырьков в качестве газообразного наполнителя использованы труднорастворимые перфторированные газы (например, перфторпропан или гексафторид серы). Такой подход позволил добиться прохождения ЭКВ через легочные капилляры и распределения их по всему сосудистому руслу, где ЭКВ остаются достаточно долго, чтобы можно было выполнить исследование кровообращения.

Значение: ЭКВ оценивались производителями очень дорого, что в период внедрения грозило им финансовым фиаско. Слишком сомнительными казались потенциальным потребителям диагностические преимущества в пересчете на заметное увеличение стоимости одной инъекции. Использование ЭКВ, когда речь, по существу, шла об усилении слабого внутреннего допплеровского сигнала, подверглось резкой критике и нашло применение лишь в диагностике пузырно-мочеточникового рефлюкса у детей.

Значительно чаще ЭКВ стали использовать в связи с усовершенствованием диагностических аппаратов, которые обрабатывают сигналы, получаемые с помощью ЭКВ, у больных с очаговыми поражениями печени. О возможности столь высококачественной диагностики до этого не подозревали. Диагностика заболеваний печени и по сей день остается основным клиническим показанием к применению ЭКВ. Важную роль играют эти вещества и в диагностике заболеваний сердца и других хорошо кровоснабжаемых паренхиматозных органов (головного мозга, почек и т.д.), а также при острых травмах для диагностики активного кровотечения и образования гематом в паренхиматозных органах. Однако возможности применения ЭКВ выходят за обозначенные рамки. Их можно связывать с антителами и вводить для мечения поверхностных клеточных мишеней (например, VEGF-рецепторов). ЭКВ можно использовать и как носители, например, связав с фармакологически активными веществами и доставив к месту назначения с помощью ультразвука. Возможность такого применения доказана в эксперименте на животных. В настоящее время проводятся первые клинические испытания в этом направлении.

Помимо весьма неоднозначного отношения к применению ЭКВ, отметим еще один их недостаток: из-за повышения эхогенности контрастированных тканей быстро возрастает рассеивание энергии, поэтому ее остается недостаточно для получения эхо-сигнала от глубжележащих тканей, которые получаются затененными.

Отсюда вывод: лучше меньше, да лучше. Вводя меньшее (!) количество ЭКВ, можно получить более четкое изображение глубжележащих тканей.