В современной клинической практике широко применяются многие виды и типы ультразвуковых диагностических устройств. Имеется множество аппаратов, специально разработанных и предназначенных для различных разделов медицины. Например, до настоящего времени в офтальмологической практике, травматологии, нейрохирургии и оториноларингологии, наряду со сканирующими, используются и относительно простые аппараты, работающие в одномерном режиме (А-метод). При этом неверно считать их устаревшими или несовершенными. Они специально и наилучшим образом приспособлены для конкретных исследований. В зависимости от области применения эти аппараты имеют свои конструктивные особенности и наборы датчиков, рабочий диапазон которых весьма широк - от десятков мегагерц в офтальмологии до десятков килогерц в травматологии и оториноларингологии.
Классификация ультразвуковой диагностической аппаратуры представляется непростой задачей, так как имеется много параметров для разделения аппаратов на группы.
С практической точки зрения, ультразвуковые аппараты могут быть разделены в зависимости от области применения на аппараты общего назначения, универсальные аппараты, аппараты специального назначения.
Аппараты общего назначения - относительно недорогие и несложные в работе. С их помощью производится осмотр органов брюшной полости, забрюшинного пространства и малого таза. Дополнительные датчики позволяют исследовать щитовидную, молочные железы, мягкие ткани. Эти аппараты могут применяться также в акушерской, педиатрической и неонатологической клиниках.
Универсальные аппараты — имеют все перечисленные возможности аппаратов общего назначения и, кроме того, ряд дополнительных.
Специальные датчики к этим аппаратам делают их по-настоящему многофункциональными и универсальными: например, дают возможность осмотра предстательной железы трансректальным доступом, исследования в операционной ране; применения в офтальмологии, производства прицельной тонкоигольной биопсии. Наличие в таком аппарате доплеровского блока позволяет проводить осмотр сердца и сосудов с оценкой их функций и т.п.
Ультразвуковой датчик получает короткий электрический импульс и генерирует соответствующий волновой импульс. Импульс состоит из нескольких циклов. Волна распространяется вглубь тканей, от передатчика. Ткани поглощают, рассеивают, отражают и преломляют волновой фронт. Отраженная волна направляется в сторону датчика (при этом ткани поглощают, рассеивают, отражают и преломляют возвращающуюся волну). Датчик переключается в режим приемника и преобразует воспринимаемые волны в электрические импульсы. Через определенный период времени датчик прекращает работать на прием и передает следующую волну.
Датчик (передатчик, преобразователь) преобразует одну форму энергии в другую. Ультразвуковые датчики преобразуют электричество и волны давления. В настоящее время это может быть выполнено с помощью пьезоэлектрического кристалла (пьезо означает «давление»). В будущем, вероятно, будет возможно прямое преобразование.
Фазовый датчик (датчик для конвергентного сканирования) имеет набор кристаллов, которые могут возбуждаться сериями. Некоторые фазовые датчики могут поворачиваться с использованием возможностей электроники, испуская волну, проникающую в ткани под углом.
В эхокардиографии мы имеем дело с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот. В датчике это преобразование осуществляется специальным кристаллом — пьезоэлектрическим элементом. Пьезоэлектрический элемент изменяет свои размеры под воздействием электрического тока и, напротив, порождает электрический ток под действием приложенного к нему давления, например, со стороны ультразвуковых волн. Таким образом, пьезоэлектрический кристалл может посылать и принимать ультразвуковые волны. В датчике пьезоэлектрический элемент находится между двумя электродами (плюс и минус). Проходящий через элемент электрический ток заставляет его то расширяться, то сжиматься и тем самым генерировать ультразвуковые волны. С другой стороны, приходящие ультразвуковые волны элемент преобразует в электрические импульсы, регистрируемые катодным осциллографом. Оптимальная длина пьезоэлектрического элемента равна 1/2 длины волны. В этом случае элемент колеблется с резонансной частотой. Колебания пьезоэлектрического элемента распространяются по всем направлениям, в том числе в направлении корпуса датчика. Чтобы исключить волны, отраженные от корпуса датчика, корпус выстилают поглощающим материалом. Генерированный ультразвуковым датчиком сигнал распространяется на некоторое расстояние, называемое ближней зоной, в виде пучка параллельных волн, которые затем расходятся в так называемой дальней зоне. Наилучшим образом могут быть исследованы объекты, находящиеся в ближней зоне: здесь выше интенсивность излучения и больше вероятность того, что ультразвуковые лучи распространяются перпендикулярно границе раздела фаз. Интенсивность измеряется числом волн на единицу площади. Протяженность ближней зоны (l) зависит от радиуса датчика (r) и длины ультразвуковой волны (l):
l = r/l.
Поскольку l = V/f,
где V — скорость распространения ультразвука в тканях,
f — его частота,
V = 1540 м/с,
получим: l = r2´f/1540.
Отсюда ясно, что размер ближней зоны можно увеличить, увеличив частоту или радиус датчика (таблица).
| ТаблицаСравнительнаяхарактеристика различных ультразвуковых датчиков | ||
| Параметры датчика | Преимущества | Недостатки |
| Малый диаметр | Датчик можно использовать при узких межреберьях, его можно сильно отклонять, дает тонкий пучок в ближней зоне | Короткая ближняя зона, большая дивергенция в дальней зоне |
| Большой диаметр | Длинная ближняя зона, относительно малая дивергенция в дальней зоне | Низкое латеральное разрешение из-за широкого пучка |
| Высокая частота | Высокая разрешающая способность, длинная ближняя зона | Низкая проникающая способность |
| Низкая частота | Высокая проникающая способность | Низкая разрешающая способность, короткая ближняя зона |
Применив конвергирующие и рассеивающие линзы, можно удлинить ближнюю зону и уменьшить расхождение ультразвуковых лучей в дальней зоне. Конвергирующие линзы фокусируют параллельные ультразвуковые волны и используются в датчиках для сжатия пучка. Они формируют узкий пучок высокой интенсивности на коротком участке, за пределами которого лучи расходятся, но не в такой степени, как это было бы без использования конвергирующих линз. В современных датчиках фокусировка ультразвуковых лучей осуществляется не оптическими линзами, а электронными средствами.
В общем виде процесс работы эхокардиографа может быть представлен следующим образом. В некоторый момент времени датчик посылает короткий ультразвуковой импульс. Импульс линейно распространяется в гомогенной среде до тех пор, пока не дойдет до границы раздела фаз, где происходит отражение или преломление ультразвуковых лучей. Через время, равное t, отраженный звук (эхо) вернется к датчику, который теперь работает как приемник. Зная скорость распространения звуковой волны (1540 м/с) и время, за которое звук прошел расстояние до границы фаз и обратно (∆t), можно вычислить расстояние между датчиком и этой границей (D):
D = 1540 ∆t/2.
Это соотношение между временем и расстоянием и лежит в основе метода ультразвуковой визуализации сердца. Обычно в эхокардиографии используют ультразвуковые импульсы длительностью около 1 мc. Пьезоэлектрический элемент работает в режиме генерации менее 1% времени, а все остальное время — в режиме приема. При этом пациент получает минимальные дозы ультразвукового облучения.
Аппараты специального назначения - в зависимости от конкретной области использования: эхокардиографы, эхоостеометры, эхосинускопы, эхоофтальмоскопы, эхомаммоскопы и др.
По габаритам ультразвуковая диагностическая аппаратура делится на: портативные аппараты, переносные, полустационарные, стационарные.
Портативные аппараты, которые отличаются малыми размерами и массой (обычно не более 5-8 кг). Естественно, такие аппараты не могут быть универсальными и иметь очень широкие возможности и области применения, однако, с их помощью можно проводить диагностику заболеваний органов брюшной полости, забрюшинного пространства и малого таза, осмотры в акушерской практике. Такие аппараты удобно использовать в ситуациях оказания скорой и неотложной помощи, в амбулаторных условиях, а также в стационаре в качестве прикроватного монитора (например, для диагностики ранних послеоперационных осложнений в палатах интенсивной терапии или для оценки акушерской ситуации в предродовой палате и родовом зале).
Переносные - имеют несколько большие размеры и массу, но также легко перемещаются к месту проведения исследования (вместо того, чтобы транспортировать пациента в кабинет ультразвуковой диагностики). Эти аппараты являются достаточно совершенными диагностическими системами и могут иметь несколько датчиков, в том числе и специальные (внутриполостные, интраоперационные, биопсийные).
Полустационарные - представляют собой более сложные устройства. Как правило, они имеют несколько сменных рабочих датчиков, Экран такого аппарата обычно имеет размер более 25 см по диагонали. Именно этот тип аппаратов чаще всего встречается в практике. Размещаются они на специальных тележках или станинах с колесами, что, в принципе, позволяет осуществлять транспортировку, например, в операционную или палату интенсивной терапии. Однако, чаще их используют как постоянно установленные в кабинете устройства.
Стационарные - большие, сложные и дорогие диагностические системы (обычно с компьютерной обработкой изображения) по своим габаритам и массе требующие больших помещений и не позволяющие транспортировать их в собранном состоянии.
Именно к этому классу относятся некоторые специальные аппараты - например, ультразвуковые иммерсионные маммографы.
С точки зрения конструктивных особенностей аппарата и реализованного в нем принципа получения изображения классификация выглядит более сложной:
По способу получения диагностической информации аппараты разделяются на:
· Одномерные (работающие в А-режиме). Такие аппараты дают возможность исследовать объект только по направлению одного излучаемого датчиком ультразвукового сигнала (по глубине).
· Двумерные (имеющие В-режим работы)- это аппараты сканирующего типа. Как правило, в таких аппаратах присутствует и М-режим, а часто также и одномерный.
· К редкому типу двумерных аппаратов относятся устройства, имеющие С-режим;
· Аппараты, имеющие встроенный доплеровский блок или приставку;
· Аппараты с устройством цветного доплеровского картирования.
· Модели аппаратов экспертного класса со специальными датчиками и блоками обработки информации, дающие объемное изображение.
По типу и виду сканирования:
· Аппараты, сканирующие в реальном масштабе времени, которые позволяют получать на экране изображение, соответствующее моменту проведения исследования и наблюдать движения объекта. Большинство выпускающихся сегодня аппаратов относятся к данному типу.
· Устройства сложного ручного сканирования, дающие на экране статическое изображение (картинка появляется на экране постепенно, «рисуется» при перемещении датчика по коже);
· Приборы механического сканирования с «медленным» перемещением элемента внутри корпуса датчика или в водной среде, куда погружается исследуемая часть тела.
По методу обработки отраженных эхосигналов:
· Устройства с серой шкалой. Изображение на экране такого аппарата имеет множество оттенков серого цвета. К этому типу относится абсолютное большинство современных аппаратов;
· Аппараты с условным цветовым кодированием отраженных сигналов. Изображение составляется на экране не из серых точек различной (в зависимости от амплитуды) яркости, а из цветных, выбранных для каждого уровня сигнала.
· Аппараты с бистабильной обработкой эхосигналов. Воспроизводятся только отражения, превышающие пороговый уровень, которые, независимо от амплитуды, на экране имеют одинаковую яркость. Этим методом можно получить только изображение контуров объекта и основных составляющих его внутренней структуры. В настоящее время такие аппараты, так же как и аппараты с «цветной серой шкалой» практически не производятся.
В ультразвуковом диагностическом аппарате часто соединяются (по блочному принципу) ряд приспособлений и устройств, обеспечивающих как разные типы сканирования, так и возможность специальной обработки отраженных сигналов.
Ультразвуковые датчики.
Набор датчиков включает электронные - конвексные и линейные, механические секторные и специальные - внутриполостные, пункционные и интраоперационные позволяет проводить исследования при различных клинических ситуациях. В более сложных универсальных моделях имеется доплеровский блок или устройства цветного доплеровского картирования.
Независимо от типа и класса, к которому относится ультразвуковой диагностический аппарат, блочная схема его построения однотипна. По мере усложнения и совершенствования в диагностические системы включаются дополнительные блоки и приспособления, но принципиальная архитектура диагностического устройства остается общей для всех типов аппаратов.
В настоящее время в работе ультразвукового диагностического аппарата практически используется только метод эхолокации, поэтому датчик аппарата является одновременно и передающей и принимающей антенной. Ультразвуковой датчик (преобразователь, трансдюсор) может иметь разную конструкцию, но независимо от этого, он всегда связан с генератором электрических сигналов, которым приводится в колебание его пьезоэлемент (элементы). Если это датчик аппарата, работающего в В-режиме, с блоком формирования и обработки изображения он связан через устройство, управляющее механическим или электронным сканированием.
Отраженные сигналы, принятые датчиком, через приемно-усилительное устройство попадают в блок формирования и обработки изображения. Эта часть аппарата обычно имеет систему ВАРУ (временной автоматической регулировки усиления). Необходимость ВАРУ определяется ослаблением сигнала за счет потерь вследствие
отражения, рассеивания и поглощения ультразвука по мере проникновения его вглубь тканей. Поэтому, чем позже по времени достиг датчика отразившийся ультразвуковой импульс, тем больше он должен быть усилен, чтобы изображение на экране было равномерным по яркости. В сложных современных диагностических устройствах в блоке формирования изображения происходит цифровая компьютерная обработка сигналов, что существенно повышает качество получаемой при исследовании информации.
Полученное в результате сложной обработки изображение выводится на экран, представляющий собой электронно-лучевую трубку, аналогичную телевизионной. Корректировка параметров изображения и режимов работы аппарата производится органами управления, расположенными обычно на передней панели аппарата (клавиатура или другая система регуляторов).
Типы и виды ультразвуковых преобразователей (датчиков). Поскольку датчик является важнейшей частью прибора, а его конструкция и параметры во многом определяют возможности и эффективность диагностики, необходимо подробнее остановиться на его устройстве. Тип датчика зависит от применяемого метода исследования (А-, В-, D-метод и т.п.), а также от способа получения изображения (фиксированное положение датчика, сканирование и его разновидности: механическое, электронное и т.п.).
По типам датчики могут быть разделены на:
одномерные одноэлементные:
· датчики для А и М-режимов работы,
· датчики для доплерографии.
двумерные:
· одноэлементные
1. датчики для аппаратуры сложного ручного сканирования
2. датчики секторного механического сканирования:
а) с механическим перемещением пьезоэлемента
б) с перемещением отражателя (зеркала)
3. датчики линейного механического сканирования (с возвратно-поступательным перемещением элемента)
· многоэлементные для:
1. механического сканирования:
а) с кольцевыми элементами
б) секторно-шагового сканирования
2. электронного сканирования:
а) линейные
б) конвексные (выпуклые)
в) трапецеидальные
г) секторные
Кроме перечисленных, имеются датчики специального типа, которые применяются для получения объемных изображений, С-метода, иммерсионного сканирования и т.п.
Назначение датчиков определяет их разделение по виду. К датчикам общего назначения относятся наиболее часто используемые в практике устройства контактного сканирования (абдоминальные, акушерские, для исследования поверхностно расположенных органов и тканей, педиатрические). Датчиками специального назначения являются пункционные, кардиологические, внутриполостные (вагинальные, ректальные, пищеводные и т.п.), интраоперационные и ряд других.
Варианты эхокардиографического исследования.
1.Двухмерная эхокардиография - изображение сердца по длинной или короткой оси в реальном времени. Двухмерная эхокардиография (В-режим) позволяет в реальном времени оценить размеры полостей сердца, толщину стенок желудочков, состояние клапанного аппарата, подклапанных структур, глобальную и локальную сократимость желудочков, наличие тромбоза полостей и т. д.
2. М-режим - графическое изображение движения стенок сердца и створок клапанов во времени. М-режим позволил впервые в реальном времени оценить размеры сердца и систолическую функцию желудочков. В настоящее время применяется как вспомогательный режим при проведении эхокардиографического исследования преимущественно для измерений. В том случае, когда в парастернальной позиции курсор М-режима располагается строго перпендикулярно изображению сердца, измерения могут быть проведены с большой точностью. Если изображение сердца и курсор расположены под углом, все размеры камер сердца будут значительно завышены и могут быть неправильно истолкованы. Эта ошибка встречается у специалистов с небольшим стажем работы. Поэтому следует проводить измерения в B- режиме в конце диастолы в том случае, если М-режим не может быть применен. В настоящее время ряд фирм предложили использовать анатомический М- режим, позволяющий изменить угол курсора. На графике М-разверстки по вертикали откладывается расстояние, по горизонтали - время. В зависимости от положения курсора на экране, можно получить график колебания серии точек, расположенных вдоль курсора, вытянутый во времени, т.е. проследить за их колебанием в систолу и в диастолу.
3. Допплер-эхокардиография, включая импульсный, непрерывно-волновой, цветовой, цветовой М-режим, энергетический, тканевой цветовой, тканевой импульсный, тканевой С-режим и т. д., - метод, позволяющий неинвазивно оценить параметры центральной гемодинамики. Активное применение методики в медицине можно отнести к началу 80-х годов.
Проведение допплеровского исследования подразумевает высокий технический навык в проведении двухмерного исследования, знание топографической анатомии и гемодинамики сердца.
В эхокардиографии используют следующие варианты допплера:
Импульсный допплер (PW - pulsed wave).
Импульсный высокочастотный допплер (HFPW - high frequency pulsed wave).
Постоянноволновой допплер (CW - continuouse wave).
Цветовой допплер (Color Doppler).
Цветовой М-модальный допплер (Color M-mode).
Энергетический допплер (Power Doppler).
Тканевой скоростной допплер (TissueVelosity Imaging).
Тканевой импульсный допплер (Pulsed Wave Tissue Velosity Imaging).
Импульсный допплер (Pulsed Wave, или PW). Графическая разверстка импульсно-волнового допплера отражает характер кровотока в конкретной данной точке, в месте установки контрольного объема. Точка установки контрольного объема называется базовой линией. По вертикали на графике откладывается скорость потока, по горизонтали - время. Все потоки, которые в конкретной данной точке движутся к датчику, располагаются на графике выше базовой линии; все потоки, которые движутся от датчика - ниже нулевой линии. Помимо формы и характера кровотока на графике можно зафиксировать щелчки открытия и закрытия створок клапанов, дополнительные сигналы от хорд створок и стенок сердца. Импульсный допплер имеет скоростной предел (не более 2,5 м/с), поэтому с его помощью нельзя зарегистрировать потоки, имеющие высокую скорость. Импульсный высокочастотный допплер (HFPW - high frequency pulsed wave). Несколько контрольных объемов распологаются один за другим на различной глубине. Это позволяет регистрировать кровоток, скорость которого превышает 2,5 м/с.
Постоянно-волновой допплер (CW - Continuous Wave Doppler). Позволяет регистрировать высокоскоростные потоки. Недостаток метода состоит в том, что на графике регистрируются все потоки по ходу луча. Методика CW допплеровского исследования позволяет произвести расчеты давления в полостях сердца и магистральных сосудов в ту или иную фазу сердечного цикла, рассчитать степень значимости стеноза и т.д. Основным уравнением CW является уравнение Бернулли, позволяющее расчитать разницу давления или градиент давления. С помощью уравнения можно измерить разницу давления между камерами в норме и при наличии патологического, высокоскоростного
Цветовой допплер - аналог импульсного допплера, где направление и скорость кровотока картируется различным цветом. Так кровоток к датчику принято картировать красным цветом, от датчика - синим цветом. Турбулентный кровоток картируется сине-зелено-желтым цветом. Цветовой M-модальный допплер (Color M-mode). Сопоставление M-модального режима и цветового допплера при проведении курсора через ту или иную плоскость, позволяет разобраться в фазами сердечного цикла и патологическим кровотоком.
Энергетический допплер (Power Doppler). Применяется для регистрации низкоскоростного кровотока. При этом регистрируется амплитуда отраженного от движущегося объекта сигнала в виде бело-оранжевого изображения, которое не отражает направление кровотока. В настоящее время энергетический допплер используют в сочетании с контрастными веществами (левовист и др.) для изучения перфузии миокарда.
Тканевой допплер (Tissue Velocity Imaging). Принцип данного метода основан на картировании направления движения тканей определенным цветом. Таким образом, красным цветом обозначают движение к датчику, синим - от датчика. Изучая направления движения стенок левого и правого желудочков в систолу и диастолу с помощью TVI можно обнаружить скрытые зоны нарушения локальной сократимости. Совмещение двухмерного исследования в режиме TVI с M-модальным увеличивает точность диагностики.
Тканевой импульсный допплер (Pulsed Wave Tissue Velocity Imaging). Позволяет оценить графически характер движения стенки желудочков в конкретной данной точке. Выделяют систолический компонент, ранний и поздний диастолический компоненты.Данный вариант допплера позволяет проводить картирование миокарда и увеличивает точность диагностики у больных с ишемической болезнью сердца.
Таким образом, допплеровские методики позволяют получить большой объем информации без применения инвазивных методов исследования.
Чреспищеводная эхокардиография (моно-, би-, и мультиплановая). Исследование сердца через пищевод с использованием специальных датчиков. Информативность метода очень высокая. Противопоказанием служит наличие стриктуры пищевода.
Стресс-эхокардиография (с использованием физической нагрузки, чреспищеводной электростимуляции или медикаментозной нагрузки). Широко применяется у больных с ишемической болезнью сердца.
Трехмерное и четырехмерное моделирование сердца - компьютерный анализ изображения и построение объемного изображения камер сердца, створок клапанов, кровотока и т. д.
Внутрисосудистый ультразвук - исследование коронарных артерий с использованием специального внутрисосудистого датчика малого диаметра. Инвазивный ультразвуковой метод. Используется параллельно с коронарографией.
Контрастная эхокардиография - применяется для контрастирования правых камер сердца при подозрении на дефект, или левых камер сердца для исследования перфузии миокарда. Информативность метода контрастирования левых камер сердца сопоставима со сцинтиграфией миокарда. Положительным фактором является отсутствие лучевой нагрузки на больного. Отрицательными факторами являются инвазивный характер метода и высокая цена препарата (левовист, альбунекс и т.д.).
Cкрининговое исследование сердца можно провести на любом ультразвуковом приборе, при наличии соответствующего кардиологического датчика и В- и М- режимов. При этом можно использовать недорогие ультразвуковые сканеры. Уровень диагностики и процент ошибки в этом случае во многом зависят от квалификации специалиста.
Современное эхокардиографическое исследование должно включать, помимо В- и М- режимов, цветовой допплер, импульсно-волновой и непрерывно-волновой допплер. При наличии патологии, только непрерывноволновой допплер позволит измерить высокоскоростные патологические потоки, провести все необходимые расчеты и измерения, оценить гемодинамику.
Объем получаемой информации зависит от возможности датчика. Внутрисосудистые датчики применяются параллельно с ангиографическим исследованием, используются кардиохирургами. Чреспищеводные датчики могут быть моноплановыми, биплановыми и мультиплановыми.
Современные технологии (тканевой допплер, контрасты) позволяют во много раз повысить информативность исследования, особенно, у больных с патологией миокарда.
Трехмерный ультразвук.
В 1974 г. компания "Kretztechnik" дебютировала первыми разработками в области трехмерного ультразвука. Датчик, имеющий цилиндрическую форму и состоящий из 25 элементов, установленных на барабане, выполнял объемное сканирование, которое включало в себя 25 параллельных срезов. Следующим шагом было создание более удобного торцевого преобразователя, который производил "веерное сканирование". Тем не менее, к тому времени технология отображения и сохранения полученной информации еще не была разработана. В 1989 г. в Париже на Французском конгрессе рентгенологии фирма Kretztechnik представила первую коммерческую ультразвуковую систему, созданную на основе технологии 3D-Voluson (объемная ультрасонография). Непрерывные исследования и развитие этой технологии способствовали тому, что данный метод нашел диагностическое применение в различных областях медицины. Система Voluson включает в себя несколько основных компонентов:
· специализированные преобразователи Voluson, обеспечивающие полностью автоматическое сканирование выбранной области тела пациента;
· специальный вид электронной памяти для хранения ультразвуковых данных в виде геометрически правильного трехмерного блока;
· цифровой трехмерный преобразователь изображения для быстрой и без потерь обработки изображения.
Сразу после окончания объемного сканирования (через 0,5-5 секунд) на монитор выводится изображение в трех ортогональных плоскостях. Каждую из этих плоскостей можно смещать в пределах объемного блока для более детального изучения или с помощью параллельного смещения (томографическое формирование срезов) или при вращении вокруг любой из трех пространственных осей. Кроме того, на основании полученных данных могут быть рассчитаны трехмерные реконструкции (объемная реконструкция). В целом можно выделить три различных способа формирования изображения:
поверхностный метод, который позволяет получить фотореалистичные изображения;
прозрачный метод в максимальном режиме (чтобы подчеркнуть гиперэхогенные структуры, например, кости) или в минимальном режиме (чтобы подчеркнуть гипоэхогенные структуры, например кровеносные сосуды, кисты);
цветной метод позволяет получить пространственные реконструкции объемных изображений с включением данных цветного допплеровского сканирования или сосудистого режима.
Компьютерная томография, другой метод визуализации, претерпела подобное развитие. Статичные двухмерные срезы, которые давала КТ в начале своего развития, регистрировались в течение длительного времени и поэтому легко возникали артефакты, связанные с движением (при дыхании). Дальнейшее развитие техники позволило сократить время экспозиции и затем перейти к методике спирального сканирования, позволяющей проводить объемное сканирование и трехмерные реконструкции. Современная технология сегодня - это КТ со спиральным сканированием и возможностью выбора трехмерного режима.
Цифровая трехмерная ультрасонография. В настоящее время мы являемся свидетелями крупных достижений в области трехмерного ультразвукового исследования. Новая, полностью цифровая трехмерная ультрасонография расширяет границы метода, особенно для повседневного применения. Специальные трехмерные преобразователи открывают новые возможности:
новый трехмерный абдоминальный датчик с широким частотным диапазоном (3,0- 5,0 МГц), трехмерное сканирование с возможностью получения данных в цветном доплеровском и сосудистом режимах;
новый трехмерный датчик для исследования небольших областей с широким частотным диапазоном (5,0-8,0 МГц) также с возможностью трехмерного сканирования в режимах CFM/angio;
новый трехмерный внутриполостной датчик с широким частотным диапазоном (5,0-8,0 МГц) и трехмерным CFM/angio-режимом;
новый двухмерный линейный датчик для исследования небольших областей с широким частотным диапазоном (5,0-10 МГц), CFM/angio-режимом. Метод формирования луча позволяет проводить сканирование трапециевидной зоны, включающей 192 элемента.
Эти новшества позволяют сократить время сканирования в 100 раз, открыв возможность использования трехмерной ультрасонографии во многих областях, и способствовали созданию нового метода диагностики в медицине.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Cardiac Ultrasound. Edited by P. Wilde. London, 1993.
2. Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике. Под редакцией Митькова В.В., Садриковой В.А., М., Т.5.,1999.
3. Фейгенбаум Х. Эхокардиография. М., 1999.
4. Белозеров Ю.М. Детская кардиология / Ю.М. Белозеров. – М.: МЕД-пресс-информ, 2004. – 600 с.
5. Белозеров Ю.М., Болбиков В.В. Ультразвуковая семиотика и диагностика в кардиологии детского возраста. – М.: МЕДпресс, 2001. – 176 с.
Раздел 3.1.1. Ультразвуковая диагностика заболеваний органов эндокринной системы.
3.1.1.1.
ТЕМА: Ультразвуковая анатомия щитовидной железы.
(автор – доцент, д.м.н. Кушнеров А.И.)
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Анатомическое строение щитовидной железы.
2. Кровоснабжение, лимфоотток и иннервация щитовидной железы.
3. Гистологическая структура и клеточная физиология щитовидной железы.
1. Анатомическое строение щитовидной железы. Щитовидная железа располагается в переднем отделе шеи, в пределах двух медиальных треугольников. Последние ограничены нижним краем нижней челюсти, передним краем грудино-ключично-сосцевидной мышцы и средней линией шеи. Оба, правый и левый медиальные треугольники, таким путем образуют один передний треугольник шеи. ЩЖ состоит из двух, неодинаковых по величине боковых долей (правой и левой), соединенных друг с другом с помощью перешейка. Иногда перешеек может отсутствовать. В этих случаях обе доли ЩЖ неплотно прилегают друг к другу. Щитовидная железа получает отчетливое изображение на ультрасонограммах. Это позволяет с помощью ультразвукового исследования производить детальное изучение особенностей ее анатомического строения, диагностировать врожденные аномалии ЩЖ и идентифицировать различные виды деформации органа при заболеваниях ЩЖ.
Щитовидная железа покрыта двумя соединительнотканными капсулами (сумками). Изучение капсулы ЩЖ имеет большое практическое значение, особенно у больных раком ЩЖ. Нарушение целостности капсулы при прорастании опухоли за пределы железы свидетельствует о генерализации злокачественного процесса и диктует необходимость применения таким больным дистанционного лучевого лечения или использования йодтерапии. Своими соединительнотканными пучками наружная сумка фиксирует щитовидную железу к соседним органам — перстневидному хрящу, трахее, к грудинно-подязычной и грудинно-щитовидной мышцам. Часть этих пучков, наиболее плотных, образуют своего рода связки, идущие от железы к близлежащим органам. Наиболее хорошо выражены три пучка - средняя связка щитовидной железы, фиксирующая сумку в области перешейка к передней.
Для понимания отдельных этапов выполнения ультразвукового исследования определенного внимания заслуживают пространственные соотношения ЩЖ с мышцами шеи и трахеей. Каждая доля щитовидной железы со своей переднелатеральной поверхности покрыта грудино-подъязычными и грудинно-щитовидными мышцами, а также верхними брюшками лопаточно-подъязычных мышц. В месте перехода переднелатеральных поверхностей в заднемедиальные щитовидная железа прилегает к сосудисто-нервному пучку шеи (общая сонная артерия, внутренняя яремная вена, блуждающий нерв). Кроме того, у заднемедиальной поверхности проходит возвратный нерв гортани. Нижние отделы обеих, правой и левой, долей достигают пятого-шестого колец трахеи. Заднемедиальные поверхности железы прилегают к боковым поверхностям верхних колец трахеи, глотки и пищевода. Изменяя плоскость сканирования, с помощью современных ультразвуковых датчиков изучают взаиморасположение боковых долей и перешейка ЩЖ с мышцами шеи, с трахеей и пищеводом, а также - с сосудисто-нервным пучком шеи.
На ультрасонограммах получают отчетливое изображение латеральный и медиальный края правой и левой боковых желез ЩЖ, их передняя и задняя поверхности, верхний и нижний полюса каждой из боковых долей ЩЖ. Эти структуры исполняют роль ориентиров при проведении ультразвуковой морфометрии. С помощью этого метода определяют линейные размеры ЩЖ и ее объем у здоровых людей и у пациентов с заболеваниями щитовидной железы.
Хорошо известно, что размеры и вес ЩЖ подвержены индивидуальным колебаниям. Так, по данным анатомических исследований, продольный размер каждой из долей ЩЖ у взрослого человека достигает, в среднем, 6-ти см, но может колебаться.
2.Кровоснабжение, лимфоотток и иннервация щитовидной железы. Щитовидная железа весьма богата кровеносными и лимфатическими сосудами. Собственные артерии, кровоснабжая паренхиму железы, анастамозируют с сосудами соседних органов.
· Верхняя щитовидная артерия. Эта парная артерия отходит от наружной сонной артерии и вступает в задний отдел верхнего полюса боковой доли железы. Она снабжает кровью преимущественно передний отдел органа.
· Нижняя щитовидная артерия. Эта парная артерия также отходит от наружной сонной артерии и вступает в заднюю поверхность нижнего полюса железы. Она снабжает кровью задний отдел органа.
· Непарная щитовидная артерия — является непосредственной ветвью дуги аорты. Она встречается в 10% случаев. Эта артерия поднимается кверху и вступает в нижний край перешейка щитовидной железы.
На ультрасонограммах идентифицируются внеорганные сосуды щитовидной железы и, прежде всего, общая сонная артерия и внутренняя яремная вена. Они служат ориентиром при выполнении тонкоигольной пункционной биопсии под ультразвуковым контролем, а также при эхосканировании зон возможной локализации лимфогенных метастазов рака щитовидной железы.
Лимфоотток от железы направлен по системе поверхностных лимфатических сосудов к поверхностным шейным лимфатическим узлам. Они расположены по ходу сосудисто-нервного пучка, вдоль грудинно-ключично-сосцевидной мышцы, часть лимфатических сосудов, по которым происходит отток лимфы от ЩЖ, объединены в систему с надключичными лимфатическими узлами и с предтрахеальными лимфатическими узлами. Отсюда лимфа направляется в следующий барьер - глубокие нижние лимфатические узлы. У здоровых людей лимфатические узлы шеи не получают отображения на ультрасонограммах.
В то же время при их метастатическом поражении и (или) развитии воспалительных процессов лимфатические узлы становятся отчетливо видны. Возможность ультразвуковой визуализации патологически измененных лимфатических узлов шеи приобретает важное значение при распознавании регионарных метастазов рака ЩЖ.
Иннервация ЩЖ происходит за счет нервных стволов, происходящих из симпатического и блуждающего нервов. Они достигают железы в составе сплетений, сопровождающих верхнюю и нижнюю щитовидные артерии. Нервные стволы и сплетения не доступны для ультразвукового исследования.
3.Гистологическая структура и клеточная физиология щитовидной железы. Основной структурно-функциональной единицей ЩЖ является фолликул. Он состоит из слоя эпителиальных клеток (тиреоцитов), окруженных базальной мембраной. Тиреоциты выстилают стенку фолликула, в полости которого располагается коллоид. Каждый фолликул окружен большим количеством мелких кровеносных сосудов (капилляров), в просвет которых секретируются гормоны щитовидной железы - тироксин и трийодтиронин. Содержимое фолликула (коллоид) также является продуктом секреции тиреоцитов. Фолликулярные клетки ЩЖ, таким образом, обладают двойственной функцией. Они являются типичными инкреторными клетками, синтезирующими гормоны (тироксин и трийодтиронин) и выделяющими их в кровь. Одновременно тиреоциты характеризуются признаками железистых экскреторных клеток, выделяющих другой продукт их синтеза – тиреоглобулин - в просвет фолликула.
Двойственность функции тиреоцитов отражается на особенностях их расположения в ткани щитовидной железы: базальная поверхность этих клеток находится в тесном контакте с кровеносными капиллярами, а апикальная часть - с просветом фолликула.
В результате на ультрасонограммах щитовидная железа идентифицируется как мелкогранулярная структура средней акустической плотности. Так, при недостаточном поступлении в организм йода происходит снижение гормонопродуцирующей активности тиреоцитов. Морфологически это проявляется в уменьшении высоты фолликулярных клеток, резком увеличении диаметра фолликулов и накоплением в их просвете коллоида. Аналогичные диффузные изменения тиреоидной паренхимы имеют место и при состояниях, связанных с врожденными нарушениями, вызванными неспособностью тиреоцитов к накоплению йода из крови. Структурные изменения такого типа (резкое уплощение фолликулярных клеток и переполнение просвета фолликула коллоидом) характерны для диффузного увеличения щитовидной железы у больных со спонтанным и спорадическим зобом. Вследствие таких гистоструктурных изменений тиреоидной паренхимы, ЩЖ при данном заболевании увеличивается в размерах и деформируется. При другом весьма распространенном заболевании -узловом нетоксическом зобе - в ткани щитовидной железы формируются так называемые солидные (плотные) узлы. В строгом смысле этого термина им обозначают патологические состояния, при которых развиваются «коллоидные узлы». Они представляют собой локальные скопления резко расширенных фолликулов, окруженных соединительнотканной капсулой. Полость этих фолликулов заполнена густым коллоидом, а тиреоциты, выстилающие стенку этих фолликулов — резко уплощены. Узлы коллоидного зоба могут формироваться в относительно неизмененной ткани щитовидной железы (узловой зоб), либо развиваться в диффузно измененной тиреоидной паренхиме (диффузно-узловой зоб). По данным морфологических исследований, эти «объемные образования» на самом деле могут представлять собой аденоматозные узлы с различной гистоструктурой, коллоидные и паренхиматозные узлы и, нередко, участки развития раковой опухоли.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Астахова Л.Н., Дрозд В.М. и др. Организация массовых осмотров детского населения Белоруссии, подвергшегося радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Метод. рекомендации. Минск, 1991.
2. Агеев И.С., Минкин А.У.,Копылов В.И. Тактика хирургического лечения узловых образований щитовидной железы в эндемичной по зобу области. Вестн. хирург. им. И.И.Грекова. 1985, N5, стр. 125.
3. Алиев М.А., Кабдрахманов Т.К., Димент Э.Л., Ясаев В.А. Комплексная рентгенорадионуклидная диагностика ранних форм узловых и смешанных зобов. В кн. Всесоюз. Съезд рентгенологов и радиологов. 1984,стр.83.
4. Бальтер С.А., Пачес А.И., Анохин Б.М.и др. Ультразвуковая томография в диагностике заболеваний щитовидной железы. Вопр. онкол. 1989, т.35, N8, стр. 920.
5. Богин Ю.Н., Финикова Г.А. Комплексное исследование щитовидной железы методами радиоизотопной индикации и ультразвуковой биолокации. Вестн. хирург. им. Грекова. 1968, N9, стр. 42.
6. Богин Ю.Н., Маневич Н.А., Шапиро Н.А. Комплексная диагностика узловых форм заболеваний щитовидной железы. Клин. мед.. 1990, N5, стр. 70.
7. Болотова Н.В. и др. Применение тепловидения и эхографии для диагностики заболеваний щитовидной железы у детей. Вопр. охр. мат. дет. 1986, N10, стр. 36.
8. Воронецкий И.Б., Курцева Л.Г. Ранняя диагностика непальпируемых узлов щитовидной железы. Мед. радиол. 1992, N8, стр. 3.
9. Воронецкий И.Б., Зубовский Г.А., Сметанина Л.И. Ультразвуковое исследование в дифференциальной диагностике заболеваний щитовидной железы. Мед. радиол. 1989, N9, стр. 15.
10. Федосеева Г.И., Озерова О.Е., Базарова Э.Н., Бобровская Т.С. Эхографическое исследование щитовидной железы при аутоиммунном тиреои-дите. Вопр. эндокрин. 1987, N11, стр. 178.
11. Цыб А.Ф. Ульразвуковая диагностика в онкологии. В кн: Мат.IV Всесоюзного съезда онкологов. Ленинград, 1986, стр. 527.
12. Цыб А.Ф., Нестайко Г.В., Гришин Г.Н. Тонкоигольная биопсия под ультразвуковым наведением в диагностике опухолей органов малого таза. Мед. радиол. 1993, №4, стр.43.
13.Цыб А.Ф., Матвеенко Е.Г., Паршин B.C. и др. Эхография щитовидной железы при диспансеризации населения. Сов мед.1988, №5, стр. 77.
14. Цыб А.Ф., Паршин B.C. Заболевания щитовидной железы после Чернобыльской аварии. Докл. 8 Европейского конгресса радиологов. Вена, 1993, N136O.
15. Цыб А.Ф., Паршин B.C. Состояние щитовидной железы у детей Брянской области, проживающих на территориях с плотностью загрязнения почв цезием- 137 до 4О Ku/км2. В кн.: Медицинские аспекты влияния малых доз радиации на организм детей и подростков. Обнинск-Москва, 1992, стр.42.
16. Цыб А.Ф., Паршин B.C. Линейные параметры и типы строения щитовидной железы у здоровых лиц различного пола и возраста в ультразвуковом изображении. Вестн. рентген.радиол., 1992, №4, стр.42.
17. Цыб А.Ф., Паршин B.C., Матвеенко Е.Г. и др. Результаты шестилетнего ультразвукового обследования щитовидной железы у детей и взрослых, проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Калужской области. Мат.научно-практической конференции. Калуга, 1992, стр.33.
18. Цыб А.Ф., Паршин B.C., Матвеенко Е.Г. и др. Ультразвуковой метод определения объема и массы щитовидной железы при диспансеризации населения. В кн.: Ультразвуковая диагностика. Метод.рекомендации. М., 199О.
3.1.1.2.
ТЕМА: Методика проведения исследования щитовидной железы.
(автор – доцент, д.м.н. Кушнеров А.И.)
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Возможности ультразвуковой диагностической аппаратуры.
2. Использование двух- и трехмерной эхографии.
3. Контролируемая ультразвуковая тонкоигольная биопсия.
