Настройки аппарата и методика оптимизации изображения

Рис. 2.1

Это изображение отображает характеристики изображения хорошего качества благодаря техническим настройкам переменных, контролируемых пользователем, а также надлежащей маркировке

Выбор преобразователя

Первым шагом при проведении ультразвукового исследования является выбор датчика оптимальной формы. Датчик с линейной матрицей создает прямоугольное изображение и обычно используется для ультразвукового исследования мошонки (рис. 2.2). Датчик с изогнутой матрицей создает изображение трапециевидной формы, которое обычно используется для ультразвукового исследования органов брюшной полости и малого таза (рис. 2.2). Изогнутый характер зонда позволяет слегка надавливать на живот или бок пациента, что приводит к контакту всей поверхности датчика с кожей. Эндокавитарные зонды (трансвагинальные и трансректальные зонды) представляют собой изогнутые массивные зонды с трапециевидным отображением изображения.

Рис. 2.2

(a) Преобразователь с линейной матрицей создает прямоугольное поле изображения. (b) Преобразователь с изогнутой матрицей создает трапециевидное или кругообразное изображение. Форма преобразователя влияет на расходимость волны при распространении волны в организме

Преобразователи обычно многочастотные, что означает, что частоту можно переключать электронным способом в диапазоне частот (например, 3,5-5,0 МГц для трансабдоминального УЗИ органов малого таза). Важно выбрать самую высокую частоту, которая обеспечивает достаточную глубину проникновения для интересующей анатомической области. Чем выше частота, тем выше разрешение по оси и тем лучше анатомическая репрезентация изображения. Однако, чем выше частота, тем ниже глубина проникновения (рис. 2.3).

Рис. 2.3

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 оптимизировать доступ к пациенту и оборудованию (рис. 2.4). Стол должен располагаться на высоте, позволяющей сонографисту стоять или сидеть в удобном положении, чтобы сонографист 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. 2.4

Конфигурация оборудования и близость к пациенту имеют решающее значение для максимального комфорта, эффективности и точности при сканировании и документировании

Сонографист должен располагаться таким образом, чтобы ему было удобно дотягиваться до физической консоли или сенсорного экрана для настройки настроек 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 четкий прямой обзор монитора. Угол наклона монитора должен быть отрегулирован для просмотра сонографистом. Настройки яркости монитора необходимо регулировать в соответствии с условиями, в которых выполняется сканирование. В целом, приглушение освещения в помещении улучшает возможность оценки изображения на мониторе.

Отображение на мониторе

При выполнении ультразвукового исследования важно понимать информацию, отображаемую 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 (рис. 2.5). Информация об общем коэффициенте усиления и других настройках доступна на мониторе. Обычно на одной стороне изображения отображается кривая TGC (компенсация временного усиления), 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. 2.5

Настройки аппарата и значки, отображаемые на мониторе, помогают настроить параметры аппарата для оптимизации качества изображения

Ориентация

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. 2.6).

Рис. 2.6

На этом сагиттальном изображении правого яичка верхний полюс яичка (A) находится слева, нижний полюс яичка (B) — справа. Передняя часть яичка (C) находится в верхней части изображения, а задняя часть (D) — в нижней части. Без метки (сагиттальное яичко справа) 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. Эти правила следует всегда соблюдать при документировании ультразвукового исследования; однако может быть полезно также продемонстрировать ориентацию зонда с помощью графики или значков. При визуализации парных структур, таких как почки или семенники, особенно важно обозначить орган как правый или левый.

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.

Оператор может регулировать как усиление, так и мощность звука; однако мощность звука ограничена производителем в соответствии с отраслевыми стандартами безопасности [1]. Как правило, при увеличении усиления результирующее изображение получается ярче. При чрезмерном общем усилении изображение часто кажется ярким и размытым. При недостаточном общем усилении изображение часто получается темным, и трудно различить соседние структуры (рис. 2.7).

Рис. 2.7

На этом сагиттальном снимке мочевого пузыря и простаты (a) демонстрируется настройка усиления, которая создает яркие эхо-сигналы по всему изображению, подчеркивая дефект толщины среза, видимый в передней части мочевого пузыря, и затемняя детали тканей, расположенных кзади от мочевого пузыря, из-за повышенной сквозной передачи. (b) Демонстрирует общую настройку усиления, которая обеспечивает хорошую контрастность, меньшее количество артефактов и лучшую детализацию тканей в целом.

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 временного усиления (TGC) — 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 регуляторов временной компенсации усиления. Элементы управления компенсацией временного усиления 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 ползунков на консоли (рис. 2.8).

Рис. 2.8

TGC (компенсация временного усиления): сигнал от отраженной (возвращающейся) звуковой волны может быть усилен или уменьшен в зависимости от глубины расположения отражателя в поле сканирования. В большинстве аппаратов TGC представляет собой набор ползунков, как показано на изображении (a). Кривая TGC отображается на экране в виде линии (b)

Компенсация временного усиления чаще всего используется для усиления уровня сигнала в областях изображения, где наблюдается сильное затухание звуковых волн, или для уменьшения усиления уровня сигнала, когда есть области, где звуковые волны не ослаблены. Одним из частых применений TGC при урологическом сканировании является компенсация относительной гиперэхогенности тканей дистальнее заполненных жидкостью структур, таких как мочевой пузырь или большая киста почки. Часто бывает необходимо уменьшить компенсацию временного усиления для той области изображения, которая находится дистальнее заполненной жидкостью конструкции, чтобы можно было точно представить структуры в этом месте (рис. 2.9).

Рис. 2.9

(a) На этом изображении мочевого пузыря обратите внимание, насколько форма кривой TGC (белые стрелки) соответствует яркости пикселей в заданных областях сканируемого поля. Когда кривая TGC отклоняется вправо, сигналы, создаваемые звуковыми волнами, возвращающимися из соответствующей области ультразвукового поля, усиливаются и отображаются в виде “более ярких” пикселей. (b) Кривая TGC (открытые стрелки) настраивается таким образом, что достигается равномерная яркость по всему изображению мочевого пузыря и окружающих тканей

Частотные настройки позволяют 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 МГц до 3,5–5 МГц и 4-6 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. 2.10).

Рис. 2.10

Относительная взаимосвязь между частотой и глубиной проникновения. Обратите внимание, что для получения изображения почки 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. 2.11).

Рис. 2.11

(a) Более короткая длительность 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 импульсы с длительностью, достаточной для получения разрешения по оси 1 мм (рис. 2.12).

Рис.2.12

Пример расчета осевого разрешения для зонда с частотой 5 МГц

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 как отдельные две точки, находящиеся на равном расстоянии от преобразователя (рис. 2.13).

Рис.2.13

Боковое разрешение оптимизируется, когда ширина луча достаточно мала, чтобы пройти 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. 2.14).

Рис. 2.14

Форма ультразвукового луча определяет его поперечное разрешение. Самые узкие участки луча являются его фокальной точкой или фокальной зоной. Местоположение самой узкой точки луча можно отрегулировать, установив фокусы вручную.

Местоположение самой узкой части ультразвукового луча можно установить, отрегулировав фокальную зону. 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. 2.15).

Рис. 2.15

Форма ультразвукового луча смоделирована на этом чертеже (фиолетовый). Фокальная зона (A) расположена таким образом, чтобы обеспечить наилучшее латеральное разрешение медиальной коры почки (белые стрелки). Расположение фокальной зоны обозначается стрелкой (B). Расположение фокальной зоны может быть скорректировано оператором

Можно установить несколько фокальных зон; однако для этого требуется, чтобы программное обеспечение последовательно интерпретировало возвращающиеся звуковые волны из определенных участков поля сканирования (рис. 2.16).

Рис. 2.16

На этом сагиттальном снимке мочевого пузыря фокальная зона установлена на уровне камня в мочевом пузыре

Несколько фокальных зон приводят к более низкой частоте обновления кадров и могут приводить 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 твердой структуре (в частности, 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.

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. 2.17).

Рис. 2.17

(a) Глубина резкости была установлена таким образом, чтобы семенник заполнял доступное пространство дисплея, но давал зернистое изображение. (b) Глубина резкости была увеличена таким образом, что яичко занимает очень небольшую часть доступного дисплея. Ткань, расположенная кзади от яичка, которая не имеет значения, занимает большой процент изображения

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 эхо-данных, и улучшит частоту обновления кадров. Это также ограничивает визуальное отвлечение тканей, которые не имеют отношения к конкретному исследованию (рис. 2.18).

Рис. 2.18

Полное поле ультразвукового исследования отображается в (a). Ограничение поля зрения почкой (b) сокращает время, необходимое для интерпретации возвращаемой эхо-информации, и улучшает частоту обновления кадров

Функция cine большинства аппаратов предоставляет возможность сохранить последовательность кадров из самого 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 до тех пор, 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

Ультразвук, в конечном счете, является упражнением в распознавании изображений. Клиницисты склонны видеть то, что они знают, и то, с чем они знакомы. Необходимо проявлять большую осторожность для обеспечения оптимального качества изображения, чтобы можно было распознать неожиданное и незнакомое явление и правильно поставить диагноз. Хотя ультразвуковое оборудование имеет предустановленные приложения, которые позволяют сканировать большинство пациентов без необходимости внесения индивидуальных настроек, существует множество клинических обстоятельств, в которых возможность внесения индивидуальных настроек имеет неоценимое значение для постановки клинического диагноза или уточнения артефакта. Знание физических свойств ультразвука и разумное использование основных инструментальных средств контроля, таких как TGC, глубина, усиление и фокусировка, позволят клиницисту максимально расширить диагностические возможности этого метода визуализации при оценке заболеваний тазового дна.