Введение

Диагностическая и терапевтическая техника визуализации человеческого тела.

Медицинское ультразвуковое исследование включает в себя диагностические методы (преимущественно методы визуализации) с использованием ультразвука, а также терапевтические применения ультразвука. В диагностике оно используется для создания изображения внутренних структур тела, таких как сухожилия, мышцы, суставы, кровеносные сосуды и внутренние органы, для измерения определенных характеристик (например, расстояний и скоростей) или для получения информативного звукового сигнала. Использование ультразвука для получения визуальных изображений в медицине называется медицинской ультрасонографией, или просто сонографией, или эхографией. Обследование беременных женщин с помощью ультразвука называется акушерской ультрасонографией и являлось одним из первых этапов развития клинической ультрасонографии. Аппарат, используемый для этого, называется ультразвуковым аппаратом, сонографом или эхографом. Визуальное изображение, сформированное с помощью этой техники, называется ультрасонограммой, сонограммой или эхограммой. Ультразвук состоит из звуковых волн с частотами выше 20 000 Гц, что приблизительно соответствует верхнему пределу человеческого слуха. Ультразвуковые изображения, также известные как сонограммы, создаются путем направления импульсов ультразвука в ткани с помощью датчика. Эти импульсы отражаются от тканей с различными отражающими свойствами и возвращаются к датчику, который регистрирует и отображает их в виде изображения. Для большинства исследований можно использовать ультразвуковой преобразователь общего назначения, но в некоторых случаях может потребоваться специализированный преобразователь. В большинстве случаев ультразвуковое исследование проводится с помощью датчика, расположенного на поверхности тела, однако улучшение визуализации часто возможно, если датчик помещен внутрь тела. Для этого обычно используются специальные датчики, включая трансвагинальные, эндоректальные и трансэзофагеальные. В отдельных случаях очень маленькие датчики могут быть установлены на катетерах малого диаметра и введены в кровеносные сосуды для визуализации стенок и патологий этих сосудов.

Преимущества и недостатки

По сравнению с другими методами медицинской визуализации, ультразвуковое исследование обладает рядом преимуществ. Оно обеспечивает получение изображений в режиме реального времени, является портативным и, следовательно, может быть использовано непосредственно у постели больного. Стоимость ультразвукового исследования значительно ниже, чем у других методов визуализации. К недостаткам относятся различные ограничения поля зрения, необходимость в сотрудничестве пациента, зависимость от комплекции пациента, трудности визуализации структур, затенённых костями, воздухом или газами, а также потребность в квалифицированном специалисте, как правило, прошедшем профессиональное обучение.

Применение

Ультрасонография (ультразвуковое исследование) широко используется в медицине. Возможно проведение как диагностических, так и терапевтических процедур, используя ультразвук для навигации при интервенционных вмешательствах, таких как биопсия или дренирование скоплений жидкости, что может быть как диагностической, так и лечебной целью. Специалисты по ультразвуковой диагностике (сонографы) выполняют сканирование, которое традиционно интерпретируют врачи-рентгенологи, специалисты по применению и интерпретации методов медицинской визуализации, или кардиологи в случае эхокардиографии (сердечной ультрасонографии). Ультрасонография эффективна для визуализации мягких тканей организма. Поверхностные структуры, такие как мышцы, сухожилия, яички, молочная железа, щитовидная и паращитовидные железы, а также головной мозг новорожденных, визуализируются на более высоких частотах (7–18 МГц), обеспечивающих лучшее линейное (аксиальное) и горизонтальное (латеральное) разрешение. Более глубокие структуры, такие как печень и почки, визуализируются на более низких частотах (1–6 МГц) с меньшим аксиальным и латеральным разрешением, что является компромиссом для достижения большей глубины проникновения в ткани.

Анестезиология

В анестезиологии ультразвук широко применяется для контроля за введением иглы при инъекциях растворов местных анестетиков вблизи нервов, визуализированных на ультразвуковом изображении (нервный блок). Он также используется для получения сосудистого доступа, например, при катетеризации крупных центральных вен и затруднительной артериальной катетеризации. Нейроанестезиологи часто используют транскраниальную допплерографию для оценки скорости кровотока в основных сосудах головного мозга.

Ангиология (сосудистая)

В ангиологии или сосудистой медицине для диагностики артериальных и венозных заболеваний используется дуплексное ультразвуковое исследование (визуализация в режиме B в сочетании с допплеровским измерением кровотока). Это особенно важно при потенциальных неврологических проблемах, когда ультразвуковое исследование сонных артерий обычно используется для оценки кровотока и выявления потенциального или подозреваемого стеноза в сонных артериях, а транскраниальная допплерография – для визуализации кровотока во внутримозговых артериях. Внутрисосудистое ультразвуковое исследование (IVUS) использует специально разработанный катетер с миниатюрным ультразвуковым датчиком, прикрепленным к его дистальному концу, который затем вводится внутрь кровеносного сосуда. Проксимальный конец катетера подключен к компьютеризированному ультразвуковому оборудованию, что позволяет применять ультразвуковые технологии, такие как пьезоэлектрический преобразователь или емкостной микромеханический ультразвуковой преобразователь, для визуализации эндотелия кровеносных сосудов у живых пациентов. В случае распространенной и потенциально серьезной проблемы, связанной с образованием тромбов в глубоких венах ног, ультразвуковое исследование играет ключевую диагностическую роль, в то время как ультразвуковая диагностика хронической венозной недостаточности нижних конечностей фокусируется на более поверхностных венах для помощи в планировании подходящих вмешательств с целью облегчения симптомов или улучшения косметического эффекта.

Кардиология (сердце)

Эхокардиография является важным инструментом в кардиологии, помогая в оценке функции сердечных клапанов, таких как стеноз или недостаточность, силы сокращения сердечной мышцы, а также гипертрофии или расширения основных камер сердца (желудочков и предсердий).

Экстренная медицина

Ультразвуковое исследование у постели больного имеет множество применений в неотложной медицине. К ним относятся дифференциальная диагностика сердечных и легочных причин острой одышки, а также расширенное ультразвуковое исследование при травме (FAST), включающее оценку значительного гемоперитонеума или тампонады сердца после травмы (EFAST). Также ультразвук используется для дифференциальной диагностики причин боли в животе, таких как желчные и почечные камни. Ординатура по неотложной медицине имеет давнюю историю поддержки использования ультразвука у постели больного в процессе обучения врачей.

Гастроэнтерология/колоректальная хирургия

Как абдоминальное, так и эндоанальное ультразвуковое исследование часто используются в гастроэнтерологии и колоректальной хирургии. При абдоминальном ультразвуковом исследовании визуализируются основные органы брюшной полости, такие как поджелудочная железа, аорта, нижняя полая вена, печень, желчный пузырь, желчные протоки, почки и селезенка. Однако звуковые волны могут блокироваться газом в кишечнике и ослабляться жировой тканью в различной степени, что иногда ограничивает диагностические возможности. Аппендикс можно иногда увидеть при воспалении (например, при аппендиците), и ультразвуковое исследование является методом визуализации первого выбора, позволяющим избежать облучения, если это возможно, хотя часто требуется его дополнение другими методами визуализации, такими как КТ. Эндоанальное ультразвуковое исследование особенно полезно при диагностике аноректальных симптомов, таких как фекальное недержание или затрудненная дефекация. Оно позволяет визуализировать ближайшую перианальную анатомию и выявлять скрытые дефекты, такие как разрыв анального сфинктера.

Гепатология

Ультразвуковое исследование опухолей печени позволяет обнаруживать и характеризовать их. Ультразвуковые исследования часто проводятся в процессе оценки неалкогольной жировой болезни печени. Ультразвуковое исследование выявляет "яркую" печень с повышенной эхогенностью. Компактные ультразвуковые аппараты могут использоваться в качестве инструментов экспресс-диагностики для выявления стеатоза печени.

Гемодинамика (кровообращение)

Скорость кровотока может быть измерена в различных кровеносных сосудах, таких как средняя мозговая артерия или нисходящая аорта, с помощью относительно недорогих и малоинвазивных ультразвуковых допплеровских датчиков, подключенных к портативным мониторам. Они обеспечивают неинвазивную или транскутанную (не проникающую) минимально инвазивную оценку кровотока. Распространенными примерами являются транскраниальная допплерография, пищеводная допплерография и супрастернальная допплерография.

Отоларингология (голова и шея)

Большинство структур шеи, включая щитовидную и паращитовидную железы, лимфатические узлы и слюнные железы, хорошо визуализируются при ультразвуковом исследовании высокой частоты с высокой степенью анатомической детализации. Ультразвуковое исследование является методом выбора для диагностики опухолей и образований щитовидной железы, и его применение важно при оценке состояния, предоперационном планировании и послеоперационном наблюдении пациентов с раком щитовидной железы. Многие другие доброкачественные и злокачественные состояния головы и шеи могут быть дифференцированы, оценены и лечены с помощью диагностического ультразвука и процедур, проводимых под контролем ультразвука.

Неонатология

В неонатологии транскраниальная допплерография может использоваться для первичной оценки внутримозговых структурных аномалий, подозрения на кровоизлияние, вентрикуломегалию или гидроцефалию, а также аноксических повреждений (перивентрикулярная лейкомаляция). Исследование проводится через роднички черепа новорожденного (Fontanelle) до их полного закрытия, что обычно происходит к 1 году жизни, после чего они формируют практически непроницаемый для ультразвука акустический барьер. Наиболее часто для проведения ультразвукового исследования используют передний родничок. Чем меньше родничок, тем хуже качество изображения.

Плюмонология (лёгкие)

Ультразвуковое исследование используется для оценки легких в различных клинических ситуациях, включая интенсивную терапию, неотложную медицину, травматологическую хирургию и общую терапевтическую практику. Этот метод визуализации применяется непосредственно у постели больного или на кушетке для выявления ряда различных патологий легких, а также для навигации при проведении таких процедур, как торакоцентез (дренаж плевральной жидкости (выпота)), аспирационная биопсия и установка катетера. Несмотря на то, что воздух в легких препятствует хорошему проникновению ультразвуковых волн, интерпретация специфических артефактов, формирующихся на поверхности легких, позволяет выявлять аномалии.

Основы ультразвукового исследования легких

Нормальная поверхность легких: поверхность легких состоит из висцеральной и париетальной плевры. Эти две поверхности обычно прилегают друг к другу, образуя плевральную линию, которая является основой ультразвукового исследования легких (или плеврального пространства). У большинства взрослых эта линия визуализируется менее чем в сантиметре ниже линии ребер. На ультразвуковом изображении она выглядит как гиперехогенная (ярко-белая) горизонтальная линия при перпендикулярном приложении ультразвукового датчика к коже. Артефакты: Ультразвуковое исследование легких основано на артефактах, которые в других ситуациях могли бы рассматриваться как помеха для визуализации. Воздух блокирует ультразвуковой луч, поэтому визуализация самой здоровой легочной ткани с помощью этого метода нецелесообразна. В связи с этим врачи и специалисты ультразвуковой диагностики научились распознавать паттерны, которые ультразвуковой луч создает при исследовании здоровой и пораженной легочной ткани. Три часто встречающихся и используемых артефакта при ультразвуковом исследовании легких включают скольжение плевры, A-линии и B-линии. § Скольжение плевры: Наличие скольжения плевры, указывающего на мерцание плевральной линии, возникающее при движении висцеральной и париетальной плевры друг относительно друга во время дыхания (иногда описывается как «марширующие муравьи»), является наиболее важным признаком нормального воздушного легкого. Скольжение плевры свидетельствует о том, что легкое прилегает к грудной стенке и функционирует. Важно также отметить, что существуют различные типы взаимодействия между плевральной поверхностью и ультразвуковой волной, которые могут генерировать артефакты, сходные с B-линиями, но не имеющие патологического значения. Пневмоторакс: В клинической практике, при подозрении на пневмоторакс, ультразвуковое исследование легких может помочь в диагностике. При пневмотораксе воздух находится между двумя листками плевры, поэтому скольжение плевры на ультразвуке отсутствует. Отрицательная прогностическая ценность отсутствия скольжения плевры при ультразвуковом исследовании составляет 99,2–100% – другими словами, если скольжение плевры присутствует, пневмоторакс практически исключен. Плевральные выпоты на ультразвуке выглядят как структурные образования внутри грудной клетки, а не как артефакт. Обычно они имеют четыре четких границы, включая плевральную линию, две тени от ребер и глубокую границу. COVID-19: Ультразвуковое исследование легких оказалось полезным в диагностике COVID-19, особенно в случаях, когда другие методы исследования недоступны.

Мочевыводящие пути

Ультразвуковое исследование (УЗИ) routinely используется в урологии для определения объема остаточной мочи в мочевом пузыре пациента. При проведении УЗИ органов малого таза визуализируются матка и яичники или мочевой пузырь у женщин. У мужчин УЗИ позволяет оценить состояние мочевого пузыря, предстательной железы или яичек (например, для быстрой дифференциальной диагностики эпидидимита и перекрута яичка). У молодых мужчин УЗИ используется для дифференциации доброкачественных образований яичек (варикоцеле или гидроцеле) от рака яичка, который поддается лечению, но требует терапии для сохранения здоровья и репродуктивной функции. Существует два метода проведения УЗИ органов малого таза – наружный и внутренний. Внутреннее УЗИ выполняется трансвагинально (у женщин) или трансректально (у мужчин). УЗИ тазового дна может предоставить важную диагностическую информацию о точном расположении патологических структур по отношению к другим органам малого таза и является полезным ориентиром при лечении пациентов с симптомами, связанными с пролапсом тазовых органов, двойным недержанием и затрудненной дефекацией. Оно также применяется для диагностики и, при использовании более высоких частот, для лечения (разрушения) камней или кристаллов в почках (нефролитиаза).

Пенис и мошонка

Скротальное ультразвуковое исследование используется в оценке боли в мошонке и может помочь выявить солидные образования. Ультразвук – отличный метод исследования пениса, например, при травмах, приапизме, эректильной дисфункции или подозрении на болезнь Пейрони.

Мускуло-скелетные заболевания

Ультразвуковое исследование опорно-двигательного аппарата используется для обследования сухожилий, мышц, нервов, связок, мягкотканных образований и поверхностей костей. Оно полезно при диагностике растяжений связок, растяжений мышц и патологии суставов. Является альтернативой или дополнением к рентгенографии при выявлении переломов запястья, локтя и плеча у пациентов до 12 лет (ультразвуковая диагностика переломов). Количественная ультразвуковая диагностика используется как дополнительный метод исследования опорно-двигательного аппарата при миопатических заболеваниях у детей, для оценки безжировой массы тела у взрослых и как косвенная оценка качества мышц (т.е. состава тканей) у пожилых людей с саркопенией.

Ультразвук также может применяться для контроля введения иглы при инъекциях в мышцы или суставы, например, при ультразвук-контролируемой инъекции в тазобедренный сустав.

Почки

В нефрологии ультразвуковое исследование почек имеет важное значение в диагностике и лечении заболеваний почек. Почки легко визуализируются, и большинство патологических изменений можно выявить с помощью ультразвука. Это доступный, универсальный, относительно экономичный и быстрый метод для принятия решений у пациентов с симптомами со стороны почек и для навигации при проведении интервенций на почках. С использованием B-режимной визуализации оценка анатомии почек выполняется легко, и УЗИ часто используется в качестве визуального контроля при проведении интервенций на почках. Кроме того, в УЗИ почек внедрены новые методы, такие как ультразвук с контрастным усилением (УЗ с КУ), эластография и фьюжн-визуализация. Однако УЗИ почек имеет определенные ограничения, и для дополнительной визуализации при оценке заболеваний почек следует рассмотреть другие методы, такие как КТ (КТ с контрастом) и МРТ. Преобразователи старых технологий фокусировали луч с помощью физических линз. Современные преобразователи используют цифровые антенные решетки (пьезоэлектрические элементы в преобразователе генерируют эхосигналы в разное время), что позволяет ультразвуковому аппарату изменять направление и глубину фокусировки. Вблизи преобразователя ширина ультразвукового луча почти равна ширине преобразователя; после достижения определенного расстояния от преобразователя (длина ближней зоны или зона Френеля) ширина луча сужается до половины ширины преобразователя, а затем увеличивается (длина дальней зоны или зона Фраунгофера), что приводит к снижению бокового разрешения. Следовательно, чем шире преобразователь и чем выше частота ультразвука, тем длиннее зона Френеля, и боковое разрешение можно поддерживать на большей глубине от преобразователя. Ультразвуковые волны распространяются в виде импульсов. Поэтому для формирования ультразвукового импульса требуется большая полоса пропускания (большее количество частот). Как уже упоминалось, фокусировка звука осуществляется либо формой преобразователя, линзой перед преобразователем, либо сложным набором управляющих импульсов от ультразвукового сканера с использованием метода формирования луча или пространственной фильтрации. Эта фокусировка создает дугообразную звуковую волну, исходящую с поверхности преобразователя. Волна проникает в тело и фокусируется на заданной глубине. Материалы на поверхности преобразователя обеспечивают эффективную передачу звука в тело (часто резиновое покрытие, обеспечивающее согласование импедансов). Кроме того, между кожей пациента и датчиком наносится гель на водной основе для облегчения прохождения ультразвука в организм. Это связано с тем, что воздух вызывает полное отражение ультразвука, препятствуя его проникновению в тело. Звуковая волна частично отражается от границ между различными тканями или рассеивается более мелкими структурами. В частности, звук отражается везде, где в организме происходят изменения акустического импеданса: например, клетки крови в плазме крови, мелкие структуры в органах и т.д. Часть отражений возвращается в преобразователь.

Показывать изображение

Изображения, полученные с ультразвукового сканера, передаются и отображаются в соответствии со стандартом DICOM. Как правило, постобработка применяется в минимальном объеме.

Звук в теле

Ультразвукография (сонография) использует зонд, содержащий несколько акустических преобразователей, для посылки импульсов звука в материал. Когда звуковая волна встречает материал с иной плотностью (акустическим импедансом), часть звуковой волны рассеивается, но часть отражается обратно к зонду и регистрируется в виде эха. Время, необходимое эху для возвращения к зонду, измеряется и используется для расчета глубины границы ткани, вызывающей эхо. Чем больше разница между акустическими импедансами, тем сильнее эхо. Если импульс попадает в газ или твердое вещество, разница в плотности настолько велика, что большая часть акустической энергии отражается, и дальнейшее распространение становится невозможным. Частоты, используемые для медицинской визуализации, обычно находятся в диапазоне от 1 до 18 МГц. Более высокие частоты имеют соответствующую меньшую длину волны и могут использоваться для получения более детализированных сонограмм. Однако затухание звуковой волны увеличивается с повышением частоты, поэтому для проникновения в более глубокие ткани требуется более низкая частота (3–5 МГц). Глубокое проникновение в тело с помощью сонографии затруднено. Часть акустической энергии теряется при каждом формировании эха, но большая ее часть (примерно) теряется из-за акустического поглощения. (См. «Акустическое затухание» для получения более подробной информации о моделировании акустического затухания и поглощения.) Скорость звука изменяется при прохождении через различные материалы и зависит от акустического импеданса материала. Однако сонографический аппарат предполагает, что скорость звука постоянна и равна 1540 м/с. Следствием этого предположения является то, что в реальном теле с неоднородными тканями луч становится несколько расфокусированным, а разрешение изображения снижается. Для создания двухмерного изображения ультразвуковой луч сканируется. Преобразователь может сканироваться механически путем вращения или качания, либо может использоваться одномерный фазированный массив преобразователей для электронного сканирования луча. Полученные данные обрабатываются и используются для построения изображения. Изображение представляет собой двухмерное представление среза тела. Трехмерные изображения могут быть получены путем получения серии смежных двухмерных изображений. Обычно используется специализированный зонд, который механически сканирует обычный двухмерный преобразователь. Однако, поскольку механическое сканирование происходит медленно, трудно получить трехмерные изображения движущихся тканей. В последнее время были разработаны двухмерные фазированные массивы преобразователей, которые могут сканировать луч в трех измерениях. Они могут создавать изображения быстрее и даже использоваться для получения динамических трехмерных изображений бьющегося сердца. Допплеровская ультрасонография используется для изучения кровотока и движения мышц. Различные обнаруженные скорости отображаются в цвете для облегчения интерпретации, например, при протекании клапанов сердца: утечка отображается в виде вспышки уникального цвета. Цвета также могут использоваться для представления амплитуд полученных эхосигналов.

Расширения

Дополнительным расширением ультразвукового исследования является бипланарное ультразвуковое исследование, в котором датчик имеет две 2D-плоскости, расположенные перпендикулярно друг другу, что обеспечивает более эффективную локализацию и выявление. В 3D-ультразвуковом исследовании множество 2D-изображений цифровым способом объединяются для создания трехмерного изображения объекта.

Допплеровская ультразвукография

Допплеровская ультрасонография использует эффект Доплера для оценки того, движутся ли структуры (обычно кровь) к датчику или от него, а также их относительной скорости. Путем вычисления сдвига частоты в определенном объеме исследования можно определить и визуализировать скорость и направление кровотока в артерии или струи крови, проходящей через сердечный клапан, например. Цветовой допплер – это измерение скорости с использованием цветовой шкалы. Цветные допплеровские изображения обычно комбинируются с изображениями в оттенках серого (B-режим) для получения изображений дуплексной ультрасонографии. Области применения включают: Допплеровская эхокардиография – это использование допплеровской ультрасонографии для исследования сердца. Эхокардиограмма, в определенных пределах, может обеспечить точную оценку направления кровотока и скорости крови и сердечной ткани в любой произвольной точке, используя эффект Доплера. Измерение скорости позволяет оценить площадь и функцию сердечных клапанов, аномальные сообщения между левой и правой сторонами сердца, обратный ток крови через клапаны (клапанная недостаточность) и рассчитать сердечный выброс и отношение E/A (показатель диастолической дисфункции). Для улучшения измерений скорости или других параметров, связанных с кровотоком, можно использовать контрастно-усиленную ультрасонографию с применением газонаполненных микропузырьковых контрастных веществ. Транскраниальный допплер (ТКД) и транскраниальный цветной допплер (ТКЦД) измеряют скорость кровотока в сосудах головного мозга через череп. Они полезны для диагностики эмболий, стенозов, вазоспазма при субарахноидальном кровоизлиянии (кровотечении из разорванной аневризмы) и других проблем. Допплеровские мониторы плода используют эффект Доплера для обнаружения сердечного ритма плода во время дородового наблюдения. Они портативные, и некоторые модели также отображают частоту сердечных сокращений в ударах в минуту (уд/мин). Использование этого монитора иногда называют допплеровской аускультацией. Допплеровский монитор плода обычно называют просто допплером или допплером для плода и предоставляет информацию, аналогичную той, которую предоставляет стетоскоп для прослушивания сердцебиения плода.

Молекулярная ультразвуковая томография

В настоящее время перспективы контрастной ультразвукографии связаны с молекулярной визуализацией, имеющей потенциальные клинические применения, в частности, в скрининге рака для выявления злокачественных опухолей на самых ранних стадиях их развития. Молекулярная ультразвуковая томография (или ультразвуковая молекулярная визуализация) использует целевые микропузырьки, первоначально разработанные доктором Александром Клибановым в 1997 году; эти целевые микропузырьки специфически связываются или прикрепляются к опухолевым микрососудам, нацеливаясь на биомолекулярную экспрессию рака (сверхэкспрессию определенных биомолекул, происходящую во время неоангиогенеза или воспаления в злокачественных опухолях). В результате, через несколько минут после их введения в кровоток, целевые микропузырьки накапливаются в злокачественной опухоли, что облегчает ее локализацию на уникальном ультразвуковом контрастном изображении. В 2013 году доктор Гессель Викстра завершил первое исследовательское клиническое испытание на людях при раке предстательной железы в Амстердаме, Нидерланды. В молекулярной ультразвукографии применяется метод акустического излучения (также используемый для эластографии сдвиговой волны) для буквального прижатия целевых микропузырьков к стенкам микрососудов, впервые продемонстрированное доктором Полом Дейтоном в 1999 году. Это позволяет максимизировать связывание с злокачественной опухолью, обеспечивая более прямой контакт целевых микропузырьков с раковыми биомолекулами, экспрессируемыми на внутренней поверхности опухолевых микрососудов. На этапе научных доклинических исследований метод акустического излучения был реализован в виде прототипа в клинических ультразвуковых системах и проверен in vivo в режимах 2D и 3D визуализации.

Эластография (ультразвуковое изображение эластичности)

Ультразвук также используется для эластографии – относительно новой методики визуализации, которая позволяет картировать эластические свойства мягких тканей. Эта методика получила развитие в последние два десятилетия. Эластография полезна в медицинской диагностике, поскольку позволяет различать здоровую и пораженную ткань в конкретных органах или образованиях. Например, раковые опухоли часто более плотные, чем окружающие ткани, а пораженные печени – жестче здоровых. Существует множество техник ультразвуковой эластографии. При ультразвуковом контроле в кисту вводится игла калибра 25, после чего, после удаления содержимого кисты, около 50% объема кисты вводится обратно в полость под строгим контролем оператора за кончиком иглы. Процедура в 80% случаев позволяет уменьшить кисту до минимального размера. Метастатический рак щитовидной железы в шейных лимфатических узлах: HFUS также может применяться для лечения метастатического рака щитовидной железы в шейных лимфатических узлах у пациентов, которые отказываются от хирургического лечения или больше не являются его кандидатами. Небольшое количество этанола вводится под ультразвуковым контролем. Перед инъекцией проводится исследование кровотока с использованием допплера. Кровоток может быть разрушен, и узел может стать неактивным. Визуализированный с помощью допплера кровоток может быть устранен, и может наблюдаться снижение уровня онкомаркера тиреоглобулина (ТГ) по мере утраты узлом функциональности. Другое интервенционное применение HFUS – маркировка ракового узла перед операцией для облегчения поиска скопления узлов во время хирургического вмешательства. Вводится небольшое количество метиленового красителя под тщательным ультразвуковым контролем, в переднюю поверхность, но не в сам узел. Краситель будет виден хирургу-эндокринологу при рассечении тканей шеи. Аналогичная процедура локализации с использованием метиленового синего может быть выполнена для определения местоположения паратиреоидных аденом. Инъекции в суставы могут выполняться под контролем медицинского ультразвука, например, при ультразвуковой навигации при инъекциях в тазобедренный сустав.

Ультразвукография сжатия

Компрессионная ультрасонография – это метод, при котором датчик прижимается к коже. Это может приблизить исследуемую структуру к датчику, повышая пространственное разрешение. Сравнение формы исследуемой структуры до и после компрессии может способствовать диагностике. Метод используется при ультразвуковой диагностике тромбоза глубоких вен, где невозможность компрессии вены является сильным признаком тромбоза. Компрессионная ультрасонография обладает высокой чувствительностью и специфичностью при выявлении проксимального тромбоза глубоких вен у пациентов с симптомами. Результаты не являются надежными у бессимптомных пациентов, например, у пациентов с высоким риском послеоперационных осложнений в ортопедии.

Панорамная ультразвуковая

Панорамная ультрасонография — это цифровая склейка нескольких ультразвуковых изображений в одно широкое изображение. Она позволяет отобразить аномалию целиком и показать ее взаимосвязь с окружающими структурами на одном снимке.

Изображение со скоростью звука

Целью визуализации скорости звука (SoS) является определение пространственного распределения SoS в тканях. Идея заключается в измерении относительных задержек для различных событий распространения и решении задачи томографической реконструкции с ограниченным углом на основе этих задержек и геометрии распространения. По сравнению с эластографией сдвиговых волн, визуализация SoS обеспечивает лучшую дифференциацию тканей ex vivo при оценке доброкачественных и злокачественных опухолей.

Атрибуты

Как и все методы визуализации, ультразвуковое исследование обладает преимуществами и недостатками.

Сильные стороны

Мышечная ткань, мягкие ткани и костные поверхности визуализируются очень хорошо, включая четкое отображение границ между твердыми и заполненными жидкостью пространствами. "Живые" изображения могут быть выбраны динамически, что часто позволяет быстро проводить диагностику и документирование. "Живые" изображения также позволяют выполнять ультразвуковую биопсию или инъекции, которые могут быть затруднительны при использовании других методов визуализации. Можно визуализировать структуру органов. При использовании в соответствии с рекомендациями не выявлено долгосрочных побочных эффектов, а дискомфорт минимален. Возможность визуализации локальных изменений механических свойств мягких тканей. Оборудование широко доступно и отличается сравнительной гибкостью. Имеются небольшие, легко переносимые сканеры, позволяющие проводить обследования непосредственно у постели пациента. Преобразователи стали относительно недорогими по сравнению с другими методами исследования, такими как компьютерная рентгеновская томография, DEXA или магнитно-резонансная томография. Пространственное разрешение выше у высокочастотных ультразвуковых преобразователей, чем у большинства других методов визуализации. Использование исследовательского ультразвукового интерфейса может предложить относительно недорогой, оперативный и гибкий способ получения данных, необходимых для конкретных исследовательских целей, связанных с характеристикой тканей и разработкой новых методов обработки изображений.

Слабые стороны

У сонографов возникают трудности с проникновением ультразвука через кости. Например, ультразвуковое исследование мозга взрослого человека в настоящее время сильно ограничено. Ультразвуковая визуализация работает неэффективно при наличии газа между датчиком и интересующим органом из-за значительной разницы в акустическом импедансе. Например, газ в желудочно-кишечном тракте часто затрудняет ультразвуковое исследование поджелудочной железы. Однако визуализация легких может быть полезна для определения плеврального выпота, выявления сердечной недостаточности и пневмонии. Даже при отсутствии костей или воздуха глубина проникновения ультразвука может быть ограничена в зависимости от используемой частоты. Следовательно, могут возникнуть трудности с визуализацией глубоко расположенных структур, особенно у пациентов с ожирением. У пациентов с ожирением качество изображения и точность диагностики снижены, а подкожно-жировая клетчатка ослабляет ультразвуковой луч. В таких случаях требуется датчик с более низкой частотой, что приводит к снижению разрешения. Метод зависит от квалификации оператора. Для получения изображений хорошего качества и постановки точного диагноза необходимы навыки и опыт. В отличие от КТ и МРТ, отсутствует предварительное сканирующее изображение. После получения изображения невозможно точно определить, какая часть тела была визуализирована. 80% специалистов УЗИ испытывают травмы от повторяющихся нагрузок (RSI) или так называемые профессиональные заболевания опорно-двигательного аппарата (WMSD) из-за неудобной рабочей позы.

Исследования безопасности ультразвука

Мета-анализ нескольких исследований ультразвуковой диагностики, опубликованных в 2000 году, не выявил статистически значимых вредных эффектов от проведения ультразвукового исследования. Отмечалось отсутствие данных о долгосрочных значимых последствиях, таких как нейроразвитие. Исследование, проведенное в Йельской медицинской школе и опубликованное в 2006 году, показало небольшую, но значимую корреляцию между продолжительным и частым использованием ультразвука и аномальной миграцией нейронов у мышей. Исследование, выполненное в Швеции в 2001 году, продемонстрировало, что незначительные эффекты неврологических повреждений, связанные с ультразвуком, могли быть связаны с увеличением числа левшей среди мальчиков (признак проблем с мозгом в негенетических случаях) и задержкой речевого развития. Однако эти результаты не были подтверждены в последующем исследовании. Более позднее исследование, проведенное на большей выборке из 8865 детей, установило статистически значимую, хотя и слабую, связь между воздействием ультразвука и неправорукостью в более позднем возрасте.

Регулирование

Диагностическое и терапевтическое ультразвуковое оборудование регулируется в США Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, а во всем мире – другими национальными регулирующими органами. FDA ограничивает выходную акустическую мощность, используя несколько показателей; как правило, другие агентства принимают руководящие принципы, установленные FDA. В настоящее время только штаты Нью-Мексико, Орегон и Северная Дакота в США регулируют деятельность диагностических медицинских сонографов. В США сертификационные экзамены для сонографов проводят три организации: Американский реестр диагностической медицинской сонографии, Cardiovascular Credentialing International и Американский реестр радиологических техников. Основными регулируемыми показателями являются механический индекс (МИ), связанный с биоэффектом кавитации, и термический индекс (ТИ), связанный с биоэффектом нагрева тканей. FDA требует, чтобы показатели оборудования не превышали установленные пределы, которые намеренно консервативны, чтобы обеспечить безопасность диагностического ультразвука как метода визуализации. Это требует саморегулирования со стороны производителя в отношении калибровки оборудования. Ультразвуковые технологии пренатального ухода и определения пола были внедрены в Индии в 1980-х годах. В связи с опасениями по поводу злоупотреблений для проведения селективных абортов по половому признаку, правительство Индии приняло Закон о пренатальной диагностике (PNDT) в 1994 году для разграничения и регулирования законного и незаконного использования ультразвукового оборудования. Закон был впоследствии изменен и в 2004 году принят Закон о методах предоконцепционной и пренатальной диагностики (регулирование и предотвращение злоупотреблений) (PCPNDT) для предотвращения и наказания пренатального определения пола и селективных абортов по половому признаку. В настоящее время в Индии определение или раскрытие пола плода с использованием ультразвукового оборудования является незаконным и уголовно наказуемым деянием.

Использование у других животных

Ультразвуковое исследование также является ценным инструментом в ветеринарной медицине, предоставляя неинвазивную визуализацию, которая помогает в диагностике и наблюдении за состоянием животных.

История

После открытия пьезоэлектричества французским физиком Пьером Кюри в 1880 году, стало возможным целенаправленное генерирование ультразвуковых волн для промышленности. В 1940 году американский акустический физик Флойд Файерстоун разработал первое устройство ультразвуковой эхографии, "сверхзвуковой рефлектоскоп", для обнаружения внутренних дефектов в металлических отливках. В 1941 году австрийский невролог Карл Тео Дюссик, совместно со своим братом Фридрихом, физиком, предположительно впервые получил ультразвуковое изображение человеческого тела, визуализировав желудочки головного мозга. Ультразвуковая энергия впервые была применена в медицинских целях к человеческому организму доктором Джорджем Людвигом в Институте военно-морских медицинских исследований в Бетесде, штат Мэриленд, в конце 1940-х годов. Английский физик Джон Уайлд (1914–2009) впервые использовал ультразвук для оценки толщины тканей кишечника уже в 1949 году; его называют "отцом медицинской ультразвуковой диагностики". Последующие усовершенствования происходили одновременно в нескольких странах, но только в 1961 году работа Дэвида Робинсона и Джорджа Коссоффа в Австралийском департаменте здравоохранения привела к созданию первого коммерчески пригодного ультразвукового сканера с погружением в воду. В 1963 году компания Meyerdirk & Wright начала производство первого коммерческого, ручного, шарнирного B-сканера, что сделало ультразвук широко доступным для медицинского применения.

Франция

Леандр Пурселот, исследователь и преподаватель INSA (Institut National des Sciences Appliquées) в Лионе, в 1965 году совместно опубликовал доклад в Академии наук под названием "Effet Doppler et mesure du débit sanguin" ("Эффект Допплера и измерение кровотока"), который стал основой для его разработки допплеровского расходомера в 1967 году.

Шотландия

Параллельные разработки в Глазго, Шотландия, профессором Ианом Дональдом и его коллегами из Королевской родильной больницы Глазго (GRMH) привели к первым диагностическим применениям этой методики. Дональд был акушером, признававшимся в "детском интересе к машинам, электронным и не только", и, после лечения жены одного из директоров компании, был приглашен посетить исследовательский отдел котельных Babcock & Wilcox в Ренфрю. Он адаптировал их промышленное ультразвуковое оборудование для проведения экспериментов на различных анатомических образцах и оценки их ультразвуковых характеристик. Вместе с медицинским физиком Томом Брауном и коллегой-акушером Джоном МакВикаром, Дональд усовершенствовал оборудование, чтобы обеспечить дифференциацию патологий у живых добровольцев. Эти результаты были опубликованы в журнале The Lancet 7 июня 1958 года под названием «Исследование абдоминальных образований с помощью импульсного ультразвука» – возможно, одна из самых важных статей, опубликованных в области диагностической медицинской визуализации. В GRMH профессор Дональд и Джеймс Уиллокс затем усовершенствовали свои методы для акушерских целей, включая измерение головки плода для оценки его размера и роста. С открытием новой больницы Королевы-Матери в Йоркхилле в 1964 году стало возможным еще больше улучшить эти методы. Пионерская работа Стюарта Кэмпбелла в области цефалометрии плода привела к тому, что она закрепилась в качестве основного метода изучения роста плода на долгий срок. По мере улучшения технического качества сканирования, вскоре стало возможным изучать беременность от начала до конца и диагностировать многие осложнения, такие как многоплодная беременность, пороки развития плода и предлежание плаценты. С тех пор диагностический ультразвук был внедрен практически во все другие области медицины.

Швеция

Медицинская ультрасонография была применена в 1953 году в Лундском университете кардиологом Инге Эдлером и Карлом Хеллмутом Герцем, сыном Густава Людвига Герца, который в то время был аспирантом кафедры ядерной физики университета. Эдлер спросил Герца, возможно ли использовать радар для исследования тела, но Герц ответил, что это невозможно. Однако он предположил, что можно использовать ультразвуковую диагностику. Герц был знаком с применением ультразвуковых рефлектоскопов, изобретённых американским акустическим физиком Флойдом Файерстоуном для неразрушающего контроля материалов, и вместе Эдлер и Герц разработали идею применения этой методики в медицине. Первое успешное измерение сердечной деятельности было проведено 29 октября 1953 года с использованием аппарата, взятого взаймы у судостроительной компании Kockums в Мальмё. 16 декабря того же года метод был применён для получения эхоэнцефалограммы (ультразвукового исследования мозга). Эдлер и Герц опубликовали свои результаты в 1954 году.

Соединенные Штаты

В 1962 году, после примерно двух лет работы, Джозеф Холмс, Уильям Райт и Ральф Мейердирк разработали первый сканер в режиме B с композитным контактным преобразователем. Их работу поддержали Служба общественного здравоохранения США и Университет Колорадо. Райт и Мейердирк покинули университет, чтобы основать компанию Physionic Engineering Inc., которая в 1963 году выпустила первый коммерческий портативный сканер в режиме B с шарнирной рукояткой и композитным контактным преобразователем. Это стало началом самой распространенной конструкции в истории ультразвуковых сканеров. В конце 1960-х годов Джин Стрэнднесс и группа биоинженеров из Университета Вашингтона проводили исследования допплеровского ультразвука как диагностического инструмента для сосудистых заболеваний. В конечном итоге они разработали технологии для использования дуплексного сканирования, то есть допплеровского режима в сочетании со сканированием в режиме B, для визуализации сосудистых структур в режиме реального времени и одновременного получения гемодинамической информации. Первая демонстрация цветного допплера была проведена Джеффом Стивенсоном, который принимал участие в ранних разработках и медицинском применении ультразвуковой энергии, сдвинутой по частоте эффектом Доплера.