Артефакты

СОДЕРЖАНИЕ

Предположения, сделанные с помощью ультразвукового оборудования 51

Реверберация 52

Акустическое затенение 53

Акустическое улучшение 54

Затенение краев 55

Артефакт ширины луча 56

Артефакт толщины среза 56

Артефакт бокового лепестка 58

Артефакт зеркального отображения 59

Артефакт двойного изображения 59

Артефакты, генерируемые оборудованием 60

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

1. Перечислите основные предположения, которые делает ультразвуковое оборудование, приводящее к появлению артефактов.

2. Опишите появление наиболее распространенных артефактов, возникающих при ультразвуковом сканировании.

3. Объясните причины часто возникающих артефактов.

Ультразвуковой артефакт — это структура на изображении, которая напрямую не коррелирует с фактической сканируемой тканью. Артефакты принимают разные формы, в том числе:

• структуры на изображении, которых на самом деле нет

• объекты, которые должны быть представлены, но отсутствуют на изображении

• структуры, неправильно совмещенные на изображении.

Если оператор не знает о наличии артефактов, возможно, что патология не будет обнаружена и, следовательно, не будет диагностирована (ложноотрицательный результат) или что патология будет диагностирована там, где ее нет (ложноположительный результат).

Понимание основных механизмов, лежащих в основе ультразвуковых артефактов, определение ситуаций, в которых они могут возникнуть, и ознакомление с их внешним видом — все это помогает исключить ошибочные диагнозы, которые могут возникнуть в противном случае.

ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ, СДЕЛАННЫЕ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для работы ультразвуковых аппаратов необходимо сделать определенные допущения. Это:

• Скорость распространения звука одинакова во всех типах тканей (обычно оборудование предполагает ее равной 1540 м/с).

• Ультразвуковой луч движется по прямым линиям.

• Время, необходимое после подачи импульса для возвращения эха к преобразователю от интерфейса, напрямую связано с расстоянием интерфейса от преобразователя.

• Затухание звука в тканях равномерное

• Все эхо-сигналы, обнаруженные преобразователем, исходят от центральной оси луча.

• Эхо, генерируемое на интерфейсе, возвращается непосредственно к преобразователю по прямой линии, не создавая никаких вторичных эхо-сигналов.

• Интенсивность или сила отраженного эха пропорциональна плотности отражателя, генерирующего эхо.

Эти предположения часто неверны и приводят к появлению изображений, которые не соответствуют фактической анатомии или ткани в плоскости сканирования. Именно эти проявления мы называем артефактами.

Могут возникнуть несколько возможных артефактных проявлений:

• Могут быть области, которые неправильно отображают отсутствие эхосигналов.

• Эхо может появляться в областях, которые не соответствуют реальным интерфейсам.

• Отдельные структуры могут казаться соединенными

• Одна структура может отображаться как отдельные структуры.

• Яркость или текстура эхо-сигналов могут не коррелировать с фактической структурой ткани.

• Тонкие структуры могут казаться толще реальности и наоборот.

Может возникнуть множество различных артефактов, но наиболее часто встречающиеся артефакты, которые будут обсуждаться в этой главе:

• реверберация

• акустическое затенение

• акустическое улучшение

• затенение краев

• артефакт ширины луча

• артефакт толщины среза

• артефакты боковых лепестков

• зеркальное изображение

• двойное изображение

• Артефакты, создаваемые оборудованием.

РЕВЕРБЕРАЦИЯ

Это возникновение паразитных (ложных) эхо-сигналов из-за повторяющихся отражений между двумя интерфейсами с высоким рассогласованием акустического импеданса. Эхо от интерфейса принимается преобразователем и отображается на изображении. Некоторая часть энергии возвращенного эха отражается от поверхности преобразователя и возвращается к отражающему интерфейсу, как если бы это был слабый передаваемый импульс, возвращаясь в виде второго эха (реверберация). Поскольку время, необходимое для прибытия второго эхо, в два раза превышает время, необходимое для прибытия первого эхо, изображение будет отображать его на удвоенной глубине. Эта последовательность отражения и передачи может происходить много раз, при этом третьему эхо-сигналу требуется в три раза больше времени, чтобы вернуться к преобразователю, и он отображается на трехкратной глубине, и так далее. Эхо-сигналы реверберации будут располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга, поскольку время каждого дополнительного эха кратно времени возвращения первого эха. Эти эхо-реверберации будут сильными из-за высокого акустического рассогласования (см. рис. 9.1 ).

Рис. 9.1 . Повторяющиеся отражения между двумя интерфейсами вызывают реверберацию отображаемых эхо-сигналов.

Этот артефакт часто можно увидеть:

• на границе раздела кожа-датчик, когда звук реверберирует между подкожно-жировым/мышечным слоем и датчиком (см. рисунки 9.2 и 9.3 ).

• за кишечным газом, когда звук реверберирует между поверхностью газа и датчиком (также известный как «звонок вниз») (см. рис. 9.4 ).

Рис. 9.2 Реверберация, возникающая на границе раздела кожа–датчик

Рис. 9.3. Реверберация, возникающая на границе раздела кожа–датчик и появляющаяся в мочевом пузыре.

Рис. 9.4. Реверберация, возникающая между кишечным газом и датчиком, появляющаяся на изображении дистальнее кишечного газа и известная как Ringdown.

Артефакт можно отличить от реального эха по отсутствию дыхательных движений.

Чтобы устранить этот артефакт, может быть полезно:

• увеличить количество используемого геля

• используйте специальную подушечку (например, гелевую подушечку промышленного производства или пакетик с физраствором)

• уменьшить выигрыш

• изменить положение датчика.

АКУСТИЧЕСКОЕ ЗАТЕНЕНИЕ

Это выглядит как область низкоамплитудных эхо-сигналов (гипоэхогенных или анэхогенных) позади области сильно затухающих тканей. Это вызвано сильным ослаблением луча на границе раздела, в результате чего за пределы границы передается очень мало звука (см. рис. 9.5 ). Затухание может быть вызвано либо поглощением, либо отражением звуковых волн, либо их комбинацией.

Рис. 9.5. Акустическая тень позади сильно затухшего желчного камня.

Акустическое затенение будет возникать на границах разделов с большим акустическим несоответствием, например:

• мягкие ткани и газ (где степень затухания будет обусловлена ​​отражением 99,9% луча)

• мягкие ткани и кости или камни (где затухание обусловлено сочетанием примерно 40% отражения луча и 60% поглощения костью).

Часто можно диагностически дифференцировать такие структуры, как газ в двенадцатиперстной кишке или конкременты в небольшом суженном желчном пузыре, глядя на тип акустического затенения. Часто затенение в этой области может быть неоднозначным и приводить к неточному диагнозу, однако тщательное обследование выявит разные типы затенения. Если затенение содержит реверберационные (рингдаун) эхо, то это, скорее всего, газ (см. рис. 9.6a и b ). Если затенение является четким, без какого-либо кольца, то это, скорее всего, исчисление (см. рис. 9.7 a и b).

Рис. 9.6a и b. Акустическое затенение, возникающее в области желчного пузыря (предполагающее возможное наличие желчных камней), но, поскольку оно содержит кольцо вниз, оно, скорее всего, вызвано газом в прилежащей кишке.

Рис. 9.7a и b. Акустическая тень позади желчных камней из-за сочетания отражения и поглощения.

АКУСТИЧЕСКОЕ УЛУЧШЕНИЕ

Этот артефакт выглядит как локализованная область повышенной амплитуды эхо-сигнала позади области низкого затухания. На сканировании он выглядит как область повышенной яркости и обычно виден дистальнее заполненных жидкостью структур, таких как мочевой пузырь, желчный пузырь или киста.

Артефакт возникает из-за применения компенсации временного усиления (TGC) к областям структур с низким затуханием, таких как жидкость. Это вызвано низким уровнем ослабления луча при прохождении через жидкость по сравнению с большим ослаблением луча в прилежащей, более твердой ткани (см. рис. 9.8 ). Когда эхо-сигналы выходят за пределы этой области, они будут иметь более высокую амплитуду, чем окружающие ткани, поскольку они были усилены без необходимости. Таким образом, яркость с высокой амплитудой не связана с какими-либо собственными свойствами рассеивания или отражения ткани, а возникает потому, что оборудование предполагает равномерную скорость затухания по всему изображению (см. рис. 9.9 ).

Рис. 9.8. Усиление акустики позади кисты с низким уровнем затухания.

Рис. 9.9. Акустическое усиление позади кисты.

Этот артефакт часто может оказаться полезным диагностическим средством, особенно при сканировании образований мягких тканей или кист, содержащих низкоуровневые эхосигналы. Эти эхо часто могут привести к исчезновению структуры на изображении, поскольку она сливается с окружающим эхо-изображением. Наблюдательный оператор часто замечает усиление эхосигнала, что приводит к более тщательному осмотру области над ней, после чего можно очертить образование или кисту (см. рис. 9.10 ).

Рис. 9.10. Акустическое усиление позади образования мягких тканей.

ЗАТЕНЕНИЕ КРАЯ

Сочетание преломления и отражения, происходящее на краях закругленных структур (и когда скорость звука отличается от скорости звука в окружающей ткани), приводит к артефакту затенения краев.

Затенение краев возникает из-за преломления луча, вызванного как кривизной закругленных краев, так и разницей в скорости двух материалов. Когда ультразвуковой луч достигает закругленного края конструкции, происходит отражение, угол падения которого равен углу отражения. Внешняя часть луча будет полностью отражена, а остальная часть луча проходит через закругленную структуру и преломляется (отклоняется от первоначального пути) (см. рис. 9.11 ). Эта комбинация отражения и преломления луча на краю закругленной структуры приводит к тому, что тонкая полоска ткани за краем не озвучивается и вызывает тень. Эти тени узкие и располагаются непосредственно дистальнее краев округлой структуры, например кисты (см. рис. 9.12 ) или образования мягких тканей (см . рис. 9.13 ). Затенение обычно должно быть легко идентифицировано как артефакт, однако возможно, что его ошибочно диагностируют как области кальцификации внутри органа.

Рис. 9.11 Затенение краев

Рис. 9.12. Затенение края позади кисты.

Рис. 9.13. Затенение краев позади образования мягких тканей.

АРТЕФАКТ ШИРИНЫ ЛУЧА

Все эхо-сигналы, возвращающиеся к преобразователю, возникают по всей ширине луча, которая может варьироваться на несколько миллиметров. Когда луч проходит через пациента, точечный отражатель будет генерировать эхо до тех пор, пока он остается в луче, и отражатель будет отображаться на дисплее в виде линии, а не точки. Таким образом, длина линии будет представлять ширину луча на этой глубине. Этот артефакт можно продемонстрировать, просканировав точечный отражатель в фантоме, где на дисплее это будет четко отображено в виде линии ( рис. 9.14 ).

Рис. 9.14 Сканирование фантома, показывающее, что точечные отражатели можно рассматривать как точки в центре изображения, где установлена ​​фокальная зона (и, следовательно, луч является самым узким), но те же точки отображаются в виде линий там, где они лежат за пределами фокальная зона (и луч шире)

Во время обычного сканирования артефакт можно увидеть, когда ложные эхо-сигналы отображаются в зоне, свободной от эха, например, когда отражения от кишечника генерируются краем луча и отображаются внутри сагиттальной проекции мочевого пузыря, где центр луч (см. рис. 9.15 и 9.16 ).

Рис. 9.15 Артефакт ширины луча

Рис. 9.16. Артефакт ширины луча в сагиттальной проекции мочевого пузыря.

Правильное расположение фокальной зоны поможет уменьшить этот артефакт. Фокальная зона контролируется посредством электронного сужения луча (см. главу 5 «Ультразвуковой луч»).

АРТЕФАКТ ТОЛЩИНЫ СЛОСА

Они возникают из-за толщины луча и аналогичны артефактам ширины луча (см. главу 5 « Ультразвуковой луч»). Однако они возникают под углом 90° к плоскости сканирования (см. рис. 9.17 ), при этом на дисплее появляются эхо-сигналы от интерфейсов перед и за предполагаемой исходной плоскостью.

Рис. 9.17 Ширина луча и толщина среза

Предполагается, что эхо-сигналы, регистрируемые датчиком, исходят от очень тонкого среза ткани. Однако реальность такова, что этот срез на самом деле состоит из нескольких срезов информации, и поэтому эхо-сигналы от интерфейсов по обе стороны от предполагаемого тонкого среза будут включены в отображаемое изображение (см. рис. 9.18 ). Увеличение толщины среза приведет к увеличению количества артефактных эхо-сигналов на дисплее.

Рис. 9.18 Каждое изображение состоит из нескольких срезов информации, сложенных вместе.

Эти артефакты обычно можно увидеть на поперечных проекциях мочевого пузыря, когда в изображение включаются структуры, прилегающие к сканируемому срезу мочевого пузыря. Эти эхо затем отображаются так, как если бы они исходили изнутри мочевого пузыря (см. рис. 9.19 ). Хотя внешний вид этого артефакта аналогичен артефакту ширины луча, отличительным фактором является то, что отражатель, вызывающий артефакт толщины среза, не будет виден на дисплее.

Рис. 9.19. Артефакт толщины среза на поперечном снимке мочевого пузыря.

Этот артефакт является результатом свойственных преобразователю характеристик, и его невозможно устранить, кроме попытки использовать другой преобразователь. Однако новые технологии постоянно приводят к уменьшению толщины ломтиков.

АРТИФАКТ БОКОВОГО ЛЕПЯЧКА

Энергия внутри ультразвукового луча существует в виде нескольких боковых лепестков, исходящих под разными углами от центрального лепестка (см. рис. 9.20 ). Эхо-сигналы генерируются этими боковыми лепестками в дополнение к основному лепестку, но преобразователь предполагает, что все возвращающиеся эхо-сигналы исходят от центральной оси главного лепестка (см. главу 5 «Ультразвуковой луч»). Поэтому эхо-сигналы боковых лепестков будут неправильно регистрироваться на дисплее. Поскольку ультразвуковые лучи трехмерны, боковые лепестки существуют не только в плоскости сканирования, но и на всех 360° вокруг луча. Эхосигналы, генерируемые боковыми лепестками, обычно имеют гораздо меньшую амплитуду, чем основной луч, и поэтому часто не видны, если только эхо-сигналы не возвращаются от сильного отражателя, такого как газ.

Рис. 9.20 Боковые лепестки

Этот артефакт часто можно увидеть в таких областях, как мочевой пузырь, где боковые лепестки улавливают эхо-сигналы от прилегающей кишки, а оборудование регистрирует эти эхо-сигналы, как если бы они возникли изнутри мочевого пузыря. Они также могут возникать внутри кисты, где соседние структуры изображаются так, как будто возникающие изнутри кисты (см. рис. 9.21 ). Эти проявления могут привести к ложному диагнозу перегородок внутри кисты.

Рис. 9.21. Артефакт в кисте, вызванный информацией, полученной боковыми долями, и приводящий к возможной ошибочной диагностике перегородчатой ​​кисты.

АРТЕФАКТ ЗЕРКАЛЬНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Эти артефакты приводят к зеркальному отображению структуры на ультразвуковом дисплее. Они возникают из-за зеркального отражения луча на большой гладкой границе раздела. Область, близкая к зеркальному отражателю, будет визуализирована дважды: один раз исходным ультразвуковым лучом и один раз лучом, отраженным от зеркального отражателя. Эхо возвращается по тому же пути от отражающей границы обратно к преобразователю. Поскольку оборудование предполагает, что все эхо-сигналы исходят от прямого луча, отраженные эхо-сигналы отображаются в виде линии, как если бы они исходили из-под зеркальной отражающей поверхности (см. рис. 9.22 ).

Рис. 9.22 Артефакт зеркального изображения

Артефакты зеркального отображения чаще всего наблюдаются там, где имеется большое акустическое несоответствие, например, на границе раздела жидкость-воздух. Обычно этот артефакт может возникнуть во время сканирования полного мочевого пузыря, когда воздух в прямой кишке позади мочевого пузыря действует как зеркальный отражатель, а сзади отображается зеркальное изображение мочевого пузыря. Тогда она будет иметь вид большой кисты позади мочевого пузыря (см. рис. 9.23 ). Его также можно увидеть при сканировании печени, а диафрагма действует как зеркальный отражатель. При этом паренхима печени располагается не только под диафрагмой, но и над ней (см. рис. 9.24 ). Пытаясь определить, представляют ли эти явления патологию или артефакт, важно понять, имеют ли эхо тот же вид, что и орган, из которого они возникли.

Рис. 9.23 Зеркальный артефакт мочевого пузыря, имитирующий кисту в малом тазу.

Рис. 9.24. Артефакт зеркального изображения печени, появляющийся над диафрагмой.

(Из Bates 1999 , с разрешения Черчилля Ливингстона.)

АРТЕФАКТ ДВОЙНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Этот артефакт вызван преломлением луча и может возникать в таких областях, как прямая мышца живота на передней брюшной стенке. В поперечной плоскости края мышцы действуют как линза и вызывают преломление ультразвукового луча (т.е. отклонение от его первоначального пути), в результате чего одна структура подвергается воздействию двух отдельных преломленных лучей (см. рис. 9.25 ). Таким образом, будут возвращены два набора эхо-сигналов, что приведет к отображению двух структур на изображении. В результате, например, получаются два изображения поперечной аорты, расположенные рядом в брюшной полости (см. рис. 9.26 ). Альтернативно, один плодный мешок может быть зеркальным и выглядеть как два плодных яйца рядом, что приводит к ошибочному диагнозу беременности двойней. Чтобы установить, являются ли эти эхосигналы подлинными, необходимо слегка сдвинуть датчик в сторону, чтобы избежать соприкосновения прямых мышц живота.

Рис. 9.25. Артефакт двойного изображения, вызванный преломлением луча.

Рис. 9.26. Артефакт двойного изображения аорты.

АРТЕФАКТЫ, СОЗДАННЫЕ ОБОРУДОВАНИЕМ

Неправильное использование органов управления оборудованием может привести к появлению артефактов. Неправильное использование таких элементов управления, как усиление (см. рис. 9.27 ) или TGC (см. рис. 9.28 и 9.29 ), может привести к тому, что эхо-сигналы будут записываться как слишком яркие или слишком темные. При настройке этих элементов управления необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить равномерную яркость по всему изображению. Если применить слишком большое усиление, то электронный шум, присущий всем системам, также будет усилен. Это выглядит как мелкое наложение эхо-сигналов низкого уровня на изображение и приводит к ухудшению качества изображения, снижая способность оператора правильно интерпретировать его. Если применяется слишком малое усиление, это может привести к потере соответствующей информации и может возникнуть неправильный диагноз.

Рис. 9.27. Слишком большое усиление приводит к появлению артефактных эхо.

Рис. 9.28 Неправильное использование TGC, вызывающее артефактное эхо

Рис. 9.29 Неправильное использование TGC, вызывающее артефакты

Если управление динамическим диапазоном установлено неправильно, это может привести к тому, что изображение станет слишком контрастным и приведет к потере информации о тонком эхо (см. рис. 9.30 ).

Рис. 9.30. Изображение слишком контрастное, что приводит к потере малозаметной информации.

Размытие движущегося изображения может произойти, если частота кадров слишком низкая или постоянство слишком велико. Важно убедиться, что частота кадров позволяет записывать движущуюся структуру с правильной скоростью.

Использование нескольких фокальных зон может привести к заметному эффекту полос на изображении. Обычно их можно идентифицировать как имеющие электронное происхождение из-за четко определенных границ полос.