Рис. 4.1
Существует большое количество параметров и настроек, которые могут быть изменены пользователем. Эти семь представляют собой обычно используемые настройки и функции для управления качеством изображения
В этой главе будет рассмотрено использование каждой из этих переменных, “контролируемых пользователем”, с акцентом на лежащие в их основе физические принципы и определение клинических обстоятельств, при которых могут потребоваться эти корректировки.
Выбор датчика
Выбор преобразователя имеет решающее значение для максимального качества изображения . При определенных обстоятельствах физическая форма преобразователя может иметь важное значение. Изображение, создаваемое преобразователем, можно распознать по его форме. Линейный матричный преобразователь создает прямоугольное изображение, в то время как изогнутый матричный преобразователь создает изображение трапециевидной формы (рис. 4.2).

Рис. 4.2
(a) Преобразователь с линейной матрицей формирует прямоугольное поле изображения. (b) Датчик с изогнутой матрицей создает трапециевидное или кругообразное изображение. Форма преобразователя влияет на расходимость звуковой волны при ее распространении в организме
Датчики с линейной матрицей чаще всего используются в урологии для визуализации яичек и мужских гениталий. Датчик с изогнутой маткой чаще используется для сканирования брюшной полости. Изогнутый характер зонда позволяет слегка надавливать на живот или бок пациента, что приводит к контакту всей поверхности датчика с кожей. Датчики с изогнутой матрицей полезны для получения изображений между ребрами или под углом к лобковому сочленению.
Преобразователи обычно многочастотные, что означает, что частоту можно переключать электронным способом в диапазоне частот (например, 2,5-6 МГц для абдоминального преобразователя). Важно выбрать самую высокую частоту, обеспечивающую достаточную глубину проникновения для интересующей анатомической области. Чем выше частота преобразователя, тем выше разрешение по оси и тем лучше анатомическая репрезентация изображения. Однако существует компромисс между частотой и глубиной проникновения. Для визуализации почек требуется более низкая частота, чтобы проникнуть на глубину 6-14 см ниже поверхности кожи. Таким образом, сканирование почек обычно выполняется с помощью датчика с изогнутой матрицей с частотой от 2,5 до 6 МГц. Напротив, из-за непосредственной близости яичек к поверхности кожи сканирование яичек может выполняться с помощью высокочастотного преобразователя, обеспечивающего превосходное осевое разрешение. Для ультразвукового исследования яичек часто используется линейный матричный преобразователь с частотой 12 МГц. При трансректальном ультразвуковом исследовании предстательной железы часто используется преобразователь с частотой 7,5 МГц, поскольку он обеспечивает оптимальное сочетание глубины проникновения и осевого разрешения для железы среднего размера (рис. 4.3).

Рис. 4.3
Выбор преобразователя с частотой 7,5 МГц отражает компромисс между глубиной проникновения и хорошим осевым разрешением. На этом аксиальном изображении большой предстательной железы может потребоваться более низкая частота сканирования для адекватной визуализации передней части предстательной железы
Среда сканирования
Для получения изображения наилучшего качества сонографист должен организовать среду сканирования таким образом, чтобы были оптимизированы интерфейсы между пациентом, сонографом и оборудованием. Пациент должен располагаться на высоте, позволяющей УЗИ-оператору стоять или сидеть в удобном положении, чтобы УЗИ-оператор мог зафиксировать датчик относительно тела пациента. Это сводит к минимуму нежелательное перемещение датчика и позволяет сонографисту сохранять ориентацию и положение датчика при настройке функций аппарата (рис. 4.4).

Рис. 4.4
Конфигурация оборудования и близость к пациенту имеют решающее значение для максимального комфорта, эффективности и точности при сканировании и документировании
Сонографист должен иметь возможность удобно дотянуться до физической консоли или сенсорного экрана, чтобы отрегулировать настройки аппарата. Многие ультразвуковые установки обеспечивают возможность замораживания и размораживания датчика с помощью кнопки на самом датчике или ножного переключателя. В любом случае сонографист должен иметь возможность сканировать пациента одной рукой, одновременно управляя консолью и документируя другой рукой.
У сонографиста должен быть прямой обзор монитора. Угол наклона монитора должен быть отрегулирован для просмотра сонографистом. Настройки яркости на мониторе необходимо регулировать в соответствии с условиями, в которых выполняется сканирование. В целом, приглушение освещения в помещении улучшает возможность оценки изображения на мониторе.
Дисплей монитора
При выполнении ультразвукового исследования важно понимать информацию, доступную на мониторе. Следует ввести демографическую информацию о пациенте, типе обследования и учреждении. Обычно на мониторе отображается информация о том, какой зонд активен, частота использования зонда и увеличение изображения. Информация об общем коэффициенте усиления и других настройках доступна на мониторе. Обычно на одной стороне изображения отображается кривая TGC , а также цветовая шкала, демонстрирующая диапазон доступной яркости пикселей или оттенков. Кроме того, на одной стороне будет нанесена градиентная разметка, чтобы можно было оценить глубину резкости (рис. 4.5).

Рис. 4.5
Некоторые настройки аппарата отображаются на мониторе. Знание того, где отображаются эти настройки и что они означают, помогает оптимизировать качество изображения
По соглашению, при сканировании органов в сагиттальном режиме верхний полюс органа (например, почки или яичка) находится слева от экрана, а нижний полюс — справа от экрана (рис. 4.6).

Рис. 4.6
На этом сагиттальном изображении левого яичка верхний полюс яичка (A) находится слева, а нижний полюс яичка (B) — справа. Передняя часть яичка (C) находится в верхней части изображения, а задняя часть (D) — в нижней части. Без метки “LtTestSag” невозможно было бы отличить правое яичко от левого
При поперечном сканировании правая сторона анатомической структуры отображается в левой части изображения точно так же, как это было бы при оценке обычной рентгенограммы. При документировании ультразвукового исследования всегда следует соблюдать эти правила; однако может быть полезно также продемонстрировать ориентацию зонда с помощью графики или значков. При визуализации парных структур, таких как почки или семенники, особенно важно определить, является ли орган правым или левым.
Переменные, контролируемые пользователем
Одной из наиболее часто требуемых настроек во время ультразвукового сканирования является регулировка общего усиления. Коэффициент усиления — это регулятор, который определяет степень усиления электрического сигнала, создаваемого возвращающейся звуковой волной при попадании на преобразователь, для отображения. Это необходимо отличать от акустического сигнала, который определяется как мощность или амплитуда афферентной волны, генерируемой преобразователем (рис. 4.7).

Рис. 4.7
Типичный консольный интерфейс, показывающий обычные переменные, управляемые пользователем
Оператор может регулировать как коэффициент усиления, так и мощность звука; однако мощность звука ограничена производителем в соответствии со стандартами промышленной безопасности [1]. Как правило, при увеличении усиления результирующее изображение получается более ярким или гиперэхогенным. При чрезмерном общем усилении изображение часто кажется ярким и размытым. При недостаточном общем усилении изображение часто получается темным и трудно различить соседние структуры (рис. 4.8).

Рис. 4.8
(a) Чрезмерно высокие настройки усиления затрудняют распознавание камня (черная стрелка) в верхнем полюсе почки. (b) Недостаточное усиление затрудняет понимание различия между медиальной почечной капсулой (белая стрелка) и околопочечной жировой клетчаткой
Обычно более желательно увеличивать или уменьшать коэффициент усиления, а не манипулировать акустическим выходом. Однако могут быть обстоятельства (например, у очень худого или очень тяжелого пациента), при которых увеличение или уменьшение акустического выхода было бы уместно. В каждом конкретном случае для улучшения качества изображения производятся манипуляции с коэффициентом усиления или акустическим выходом. При выполнении этих настроек всегда следует соблюдать принцип ALARA (как можно более низкий), передавая пациенту как можно меньше акустической энергии, чтобы обеспечить адекватное изображение.
компенсация выигрыша во времени — это еще один способ управления усилением сигнала от возвращающейся звуковой волны. В отличие от общего усиления, усиление этих сигналов может регулироваться независимо в зависимости от области сканируемого поля. То есть электрический сигнал, генерируемый звуковыми волнами, возвращающимися из определенной области внутри пациента, может быть индивидуально усилен с помощью элементов управления TGC. Элементы управления TGC обычно включают в себя набор скользящих переключателей, которые могут увеличивать или уменьшать усиление сигнала на определенной глубине сканируемого поля. Это часто отображается графически на мониторе в виде линии или кривой, которая соответствует положению физических слайдов на консоли (рис. 4.9 и 4.10).

Рис. 4.9
TGC (компенсация временного усиления). Сигнал от отраженной (возвращающейся) звуковой волны может быть усилен или уменьшен в зависимости от глубины расположения отражателя в поле сканирования. Физические “ползунки” (открытые стрелки) соответствуют форме “кривой TGC” (белая стрелка) на мониторе

Рис. 4.10
Обратите внимание, как форма кривой TGC (черная стрелкаs на изображении слева) соответствует яркости пикселей в заданных областях сканируемого поля. Когда кривая TGC отклоняется вправо (большие стрелки на изображении справа), сигналы, создаваемые звуковыми волнами, возвращающимися из соответствующей области ультразвукового поля, усиливаются и отображаются в виде “более ярких” пикселей. Акустический выход остается неизменным за счет настройки компенсации усиления по времени
TGC чаще всего используется для усиления уровня сигнала в областях изображения, где наблюдается высокое ослабление звуковых волн, или для уменьшения усиления уровня сигнала, когда есть области, где звуковые волны не ослаблены. Одним из частых способов применения TGC при урологическом сканировании является компенсация гиперэхогенности тканей дистальнее заполненных жидкостью структур, таких как мочевой пузырь или большая киста почки. Часто бывает необходимо уменьшить TGC для той области изображения, которая находится дистальнее заполненной жидкостью структуры, чтобы можно было точно представить структуры в этом месте (рис. 4.11).

Рис. 4.11
(a) Заполненный жидкостью мочевой пузырь приводит к образованию области с пониженным ослаблением, что приводит к появлению гиперэхогенных тканей кзади от мочевого пузыря. (b) Этот дефект, называемый “повышенным пропусканием”, может быть исправлен путем уменьшения кривой TGC в этой области (скобки)
Регулировкачастоты позволяет переключать многочастотный зонд между двумя или тремя основными частотными диапазонами во время сканирования. Например, зонд с изогнутой матрицей для сканирования брюшной полости часто имеет возможность регулировки частоты от 2-4 до 3,5–5-6 МГц. Эти диапазоны специально разработаны для использования преимуществ большего осевого разрешения при более высоких частотах и большей глубины проникновения при более низких частотах. Во время сканирования полезно переключаться между частотами, чтобы определить, какой частотный диапазон обеспечивает наилучшее общее качество изображения (рис. 4.12).

Рис. 4.12
Относительная взаимосвязь между частотой и глубиной проникновения. Обратите внимание, что для получения изображения почки, расположенной на глубине 12 см под кожей, потребуется частота 2-4 МГц для достижения достаточной глубины проникновения
Частота определяет осевое разрешение сканирования. Осевое разрешение — это способность идентифицировать два отдельных объекта в направлении распространения звуковой волны. Чем выше частота, тем лучше осевое разрешение. Импульс, посылаемый датчиком, обычно состоит из двух или трех длин волн и, как таковой, имеет физическую длину. Этот импульс должен полностью проходить между двумя объектами в осевой плоскости, чтобы различать эти объекты как отдельные (рис. 4.13).

Рис. 4.13
(a) Более короткая длина импульса, связанная с этой высокочастотной волной, способна проходить между двумя объектами в осевой плоскости, обеспечивая хорошее осевое разрешение. (b) Большая длительность импульса не может поместиться между объектами, таким образом, два разных объекта изображаются как единый “размытый” эхогенный фокус
Следовательно, импульс, использующий волну более высокой частоты, имеет меньшую физическую длину, чем импульс, использующий волну более низкой частоты. Чем короче длительность импульса, тем лучше разрешение по оси. Преобразователь с частотой 5 МГц выдает импульс достаточной длительности, чтобы обеспечить разрешение по оси приблизительно 0,9 мм (см. Вставку 4.1).
Вставка 4.1: Осевое разрешение
1 импульс = 3λ
ν = ƒλ
Для нормальной ткани скорость 1540 м / с и частота 5 МГц,
λ = ν/ƒ
λ = 1540 м / с / 5 МГц
λ = 0,31 мм
3λ = 0,93 мм
1 импульс = 0,93 мм
Следовательно, осевое разрешение при частоте 5 МГц ≥ 0,93 мм .
Динамический диапазон
Отраженные в обратном направлении эхо-сигналы в поле сонографии возвращаются к преобразователю с большим разнообразием амплитуд. Амплитуда отраженной волны соответствует оттенку серого для каждого пикселя, который будет отображаться на мониторе. Динамический диапазон — это спектр амплитуд, который должен быть разделен на обычные оттенки серого. В целом, чем больше динамический диапазон, тем выше способность различать тонкие различия в амплитуде возвращающегося эхо-сигнала и, следовательно, между различными тканевыми отражателями (рис. 4.14).

Рис. 4.14
Обратите внимание на улучшенную контрастность и четкость кисты на боковой поверхности правой почки на изображении (b), где динамический диапазон равен 75, по сравнению с изображением (a), где динамический диапазон равен 69
Регулировка фокальной зоны выполняется в попытке направить самую узкую часть ультразвукового луча в то место, где требуется максимальное боковое разрешение. Боковое разрешение определяется как способность различать две отдельные точки, равноудаленные от преобразователя (рис. 4.15).

Рис. 4.15
Боковое разрешение оптимизируется, когда ширина луча достаточно мала, чтобы поместиться между двумя объектами, равноудаленными от преобразователя. В (a) объекты будут корректно отображаться как отдельные объекты. В (b) ширина луча слишком велика, чтобы поместиться между объектами, и они будут отображаться как единый “размытый” фокус
Боковое разрешение зависит от ширины луча звуковой волны. Чем более сфокусирован луч, тем лучше боковое разрешение; то есть можно различать даже близко расположенные объекты. Большинство преобразователей имеют фокусную точку, обеспечивающую наилучшее боковое разрешение, и фокусный диапазон, обеспечивающий адекватное боковое разрешение (рис. 4.16).

Рис. 4.16
Форма ультразвукового луча определяет его поперечное разрешение. Самая узкая часть луча является его фокальной точкой или фокальной зоной. Местоположение самой узкой точки луча можно отрегулировать, установив фокусы вручную
Шириной луча можно управлять, устанавливая расположение фокальных зон. Однако толщина луча (известная как угол возвышения или азимут) определяется характеристиками кристаллов преобразователя и конструкцией. Как правило, фокальная зона должна располагаться на уровне или чуть дистальнее области, представляющей максимальный клинический интерес (рис. 4.17).

Рис. 4.17
Форма ультразвукового луча смоделирована на этом чертеже (фиолетовый). Фокальная зона (A) расположена таким образом, чтобы обеспечить наилучшее латеральное разрешение медиальной части коры почки (белые стрелки). Расположение фокальной зоны обозначается стрелкой (B). Расположение фокальной зоны может регулироваться оператором
Можно установить несколько фокальных зон; однако для этого требуется, чтобы программное обеспечение последовательно интерпретировало возвращающиеся звуковые волны из определенных участков поля сканирования (рис. 4.18).

Рис. 4.18
При этом ультразвуковом исследовании почек в сагиттальном направлении две фокальные зоны (стрелки) установлены так, чтобы они соответствовали (A) латеральной почечной коре и (B) медиальной почечной воронке
Наличие нескольких фокальных зон приводит к снижению частоты обновления кадров и может привести к прерывистому движению дисплея. В большинстве приложений урологического сканирования более низкая частота обновления не является существенной помехой. Множественные фокальные зоны наиболее полезны при урологическом сканировании, когда желательны мелкие анатомические детали по всей сплошной структуре (особенно при сканировании яичек). Когда желательно получить и интерпретировать артефакт мерцания во время доплеровского сканирования, полезно поместить фокус непосредственно на объект, вызывающий артефакт мерцания, или дистальнее него (глава 5, стр. 63).
Функция глубины / размера позволяет пользователю выбрать ту часть сканируемого поля, которая будет отображаться на мониторе. Регулируя глубину резкости, можно обеспечить, чтобы интересующая структура занимала соответствующую долю поля зрения. За счет ограничения области сканируемого поля, из которой необходимо будет интерпретировать и отображать возвращающиеся эхо-сигналы, будет уменьшен объем выполняемой работы по интерпретации возвращаемой информации и улучшена частота обновления кадров. Функция глубины / размера не влияет на осевое разрешение изображения. Соответствующие настройки глубины резкости могут улучшить способность визуально различать определенные структуры во время урологического сканирования и повысить общую производительность оборудования (рис. 4.19).

Рис. 4.19
(a) Глубина резкости установлена таким образом, чтобы яичко заполняло доступное пространство дисплея, но давало зернистое изображение. (b) Глубина резкости была увеличена таким образом, что яичко занимает очень небольшую часть доступного дисплея. Ткани, расположенные кзади от яичка, которые не имеют отношения к делу, занимают большой процент экрана
Поле зрения — это настройка для ограничения ширины изображения, позволяющая интерпретировать только часть доступной ультразвуковой информации. Как и при изменении глубины резкости, сужение поля зрения сократит объем работы, необходимой для интерпретации возвращаемых данных эхо-сигнала, и улучшит частоту обновления кадров. Это также ограничивает визуальное отвлечение тканей, которые не имеют отношения к конкретному обследованию. В некоторых случаях поле зрения может быть виртуально увеличено для визуализации всей структуры (рис. 4.20).

Рис. 4.20
Виртуальное выпуклое поле зрения (a) охватывает все яичко. Традиционный вид с помощью зонда с линейной матрицей (b) не позволяет отобразить верхний и нижний полюсы яичка одновременно
Функция cine большинства устройств предоставляет возможность сохранить последовательность кадров из последнего сеанса сканирования и позволяет воспроизводить эти кадры один за другим. Это очень полезная функция при сканировании органов, таких как почки, на которые могут повлиять дыхательные движения. При обнаружении малозаметной находки аппарат можно перевести в режим замораживания, а затем последовательно сканировать изображения, записанные в киношную память, в обратном направлении, пока не будет определено наиболее подходящее изображение для измерения и документации . Функция cine неоценима в клинической урологии, поскольку она значительно сокращает время, необходимое для выполнения и документирования полного обследования .
Заключение
Ультразвуковое оборудование имеет предустановленные приложения для визуализации предстательной железы, почек, мочевого пузыря и яичек. Эти предустановки позволяют сканировать большинство пациентов без необходимости внесения индивидуальных настроек. Однако существует множество клинических обстоятельств, при которых возможность вносить индивидуальные корректировки имеет неоценимое значение для постановки клинического диагноза или уточнения артефакта. Большинство устройств позволяет пользователям хранить большое количество дополнительных протоколов сканирования для учета часто встречающихся проблем, таких как пациенты с ожирением или педиатрические пациенты.
Краткие сведения
Изображение хорошего качества распознается по определенным общепринятым характеристикам (рис. 4.21).

Рис. 4.21
Это изображение отображает характеристики изображения хорошего качества благодаря соответствующим настройкам переменных, управляемых пользователем, а также надлежащей маркировке
Ультразвук, в конечном счете, является упражнением в распознавании изображений. Клиницисты склонны видеть то, что они знают и с чем знакомы. Необходимо проявлять большую осторожность для обеспечения оптимального качества изображения , чтобы можно было распознать неожиданное и незнакомое заболевание и правильно поставить диагноз.