Рис. 1.1Ультразвуковой преобразователь (зонд) содержит пьезоэлектрические кристаллы, которые генерируют звуковые волны высокой частоты (), передают их тканям тела и принимают отраженное эхо, предоставляя пространственную и контрастную информацию для создания изображения.
♦Основы физики
Звуковые волны сталкиваются с различными тканевыми интерфейсами, такими как жидкость-мышцы или кортикальная кость-мягкие ткани. Эти взаимодействия приводят к появлению эхо-сигналов, которые создают изображения и / или артефакты. Понимание этих принципов позволяет оператору устранять проблемы и создавать качественные изображения.
Отражение
Звуковой луч, генерируемый датчиком, проникает в различные ткани, поражая границы раздела (рис. 1.2). Некоторые лучи проникают в более глубокие ткани, а некоторые отражаются непосредственно обратно к преобразователю и преобразуются в яркий сигнал. Яркость сигнала варьируется в зависимости от различных тканей; некоторые препятствуют передаче звуковых волн (акустический импеданс) больше, чем другие. Большая разница между двумя соседними тканями приводит к интенсивному отражению звуковых волн обратно к датчику.
Рис. 1.1 Частотный спектр звуковых волн. Частота медицинской диагностики находится в диапазоне от 1 до 20 МГц.
Рис. 1.2 Интерфейсы. Множественные интерфейсы, создаваемые мышечной фасцией проксимального отдела предплечья, отражают яркое эхо. (Поперечная визуализация проксимального отдела предплечья с помощью датчика с линейной матрицей 15 МГц.) Sub Q, подкожный.
Рис. 1.3 Рефракция. Потеря сигнала происходит на краю сухожилия (белые стрелки) и на краю мышечной фасции (желтые стрелки), и преломляющее затенение происходит глубоко в этой структуре, поскольку исходный звуковой луч изгибается на остром краю структур. (Поперечная визуализация дистального отдела предплечья с помощью линейного матричного преобразователя 15 МГц).
Рефракция
Рис. 1.3Преломление возникает, когда ультразвуковая волна изгибается и перенаправляется, не возвращая эхо-сигнал на преобразователь (). Это может произойти, когда звуковой луч попадает на край сухожилия, что приводит к преломлению тени позади структуры.
Ослабление
На силу ультразвукового луча влияют отражение некоторых эхо-сигналов, преломление и перенаправление, а также рассеяние и поглощение. Это приводит к потере отраженного эха в более глубоких мягких тканях (рис. 1.4).
Рис. 1.4 Ослабление. Потеря дискретного и четко выраженного эхо-сигнала происходит в более глубоких мягких тканях (желтые стрелки), поскольку ультразвуковой луч ослабляется поверхностными структурами и становится менее эффективным. (Поперечная визуализация дистального отдела предплечья с помощью линейного матричного преобразователя 13 МГц).
Рис. 1.5 Компенсация выигрыша во времени. (a) Несколько скользящих кнопок позволяют вручную регулировать усиление на нескольких глубинах изображения для выравнивания шкалы серого на разных глубинах. (b) Эхо-сигналы и серая шкала отображаются равномерно (желтые стрелки) от поверхностного к глубокому. (Поперечная визуализация дистального отдела предплечья с помощью линейного матричного преобразователя 13 МГц).
Компенсация выигрыша во времени
Чтобы максимально увеличить детализацию, многие современные ультразвуковые аппараты имеют возможность регулировать усиление в определенных сегментах изображения. Это позволяет усиливать более слабые и глубокие отраженные сигналы (Рис. 1.5).
♦Оборудование
Рис. 1.6В настоящее время доступны ультразвуковые аппараты различных марок и типов (). Они различаются по размеру, портативности, качеству изображения, возможностям, простоте использования и цене. Выбор соответствующего устройства является индивидуальным выбором.
После принятия решения необходимо оптимизировать оборудование для использования. Важно потренироваться с отдельным аппаратом, прежде чем использовать его с пациентом.
При покупке (или аренде) ультразвукового аппарата следует учитывать следующее:
•Как будет использоваться ультразвуковой аппарат? Какова специализация пользователя и особенности его использования?
•Какие особенности желательны?
•Какие датчики необходимы?
•Какие программные опции необходимы?
•Насколько необходима портативность?
•Каков бюджет для этой покупки или аренды?
Оптимальное качество изображения
Правильный датчик
Доступно большое разнообразие частот и форм (рис. 1.7). Частота зависит от глубины изображения и возможного качества (рис. 1.8).
1.Низкая частота (5-7 МГц)
a.Обеспечивает превосходную глубину изображения, но низкое разрешение
b.Может быть криволинейным или линейным; более низкая частота используется для охвата большей площади и большей глубины
Рис. 1.6 Ультразвуковые аппараты. Портативный ультразвуковой аппарат (a) предлагает различные стандартные функции и является недорогим, но ему может не хватать сложности и спектра функций, присущих более дорогому стандартному диагностическому аппарату полного размера (b).
2.Высокая частота (10-17 МГц)
a.Результаты с высоким разрешением, но меньшей глубиной
б.Линейный с головками переменного размера; линейный преобразователь с меньшей головкой (зонд в форме хоккейной клюшки) отлично подходит для поверхностных структур
Поэтому очень важен выбор подходящего датчика для области, подлежащей сканированию.
Рис. 1.7 Преобразователи. Преобразователи бывают различных частот и форм. (a) Зонд “Хоккейная клюшка» представляет собой высокочастотный линейный матричный преобразователь для оценки небольших или сложных областей, таких как пальцы. (b) Стандартный линейный матричный преобразователь представляет собой прямоугольный преобразователь с диапазонами частот от 6 до 15 МГц, используемый для большинства стандартных применений в опорно-двигательном аппарате. (c) Датчик с изогнутой матрицей обычно используется для оценки больших площадей и глубоких мягких тканей.
Рис. 1.8 Частоты преобразователя. (а) Поперечная визуализация проксимального отдела предплечья, полученная с помощью криволинейного преобразователя с частотой 5 МГц. Ультразвуковое изображение имеет изогнутую форму. Глубина изображения составляет 6 см, а детали изображения ограничены, например, разгибатель лучевой мышцы запястья (белая стрелка). Четко видна кора лучевой кости (желтая стрелка). (b) Поперечное изображение проксимального волярного отдела предплечья получают с помощью датчика с частотой 15 МГц в той же анатомической области. Глубина этого более прямоугольного изображения составляет 3 см. Разгибатель лучевой мышцы запястья описан гораздо подробнее (белая стрелка). Видна только очень ограниченная область коры головного мозга (желтая стрелка).
Связующий агент
Связующие вещества (гель) обеспечивают максимально гладкую поверхность раздела между кожей пациента и датчиком. Для обеспечения связи между датчиком и пациентом и уменьшения артефактов необходима жидкая среда.
Правильная настройка оборудования
1.Необходимо указать правильный датчик и частоту, если аппарат не распознает датчик автоматически.
2.Необходимо выбрать правильную яркость и контрастность экрана монитора.
Рис. 1.93. Следует выбрать соответствующее усиление (серая шкала) (). Многие аппараты настраивают это автоматически, но допускают настройки для максимального качества изображения.
4.Необходимо установить соответствующую глубину для исследуемой области (рис. 1.10).
5.Должны быть указаны соответствующие фокальные зоны для максимального разрешения изображения (рис. 1.11). Можно выбрать одну или несколько фокальных зон, но чем больше зон выбрано, тем медленнее будет обновляться изображение.
Рис. 1.9 Настройки усиления. Настройка усиления сильно влияет на детализацию изображения, доступного для интерпретации. (a) Коэффициент усиления установлен слишком высоким, а повышенная яркость на границе раздела тканей затрудняет интерпретацию изображения. (b) Коэффициент усиления установлен слишком низким, и изображение размыто. (c) Коэффициент усиления настроен соответствующим образом, что позволяет легко оценить структуры. (Поперечная визуализация проксимального отдела предплечья с помощью линейного матричного преобразователя с частотой 15 МГц.)
Рис. 1.10 Выбор глубины. (a) Поперечная визуализация волосистой части дистального отдела предплечья с неправильным выбором глубины, что приводит к плохому разрешению и пустой трате места (желтые стрелки). (b) Правильный выбор глубины позволяет улучшить использование экрана для визуализации. (Получено с помощью линейного матричного преобразователя с частотой 15 МГц.)
Рис. 1.11 Фокальные зоны. Серия изображений получается с помощью преобразователя с линейной матрицей частотой 15 МГц. Единственное различие между изображениями заключается в выборе различных фокальных зон (желтые стрелки). (а) Выбрано пять фокальных зон. Частота обновления экрана очень низкая. (b) Выбирается единственная фокальная зона на уровне коры головного мозга. (c) Выбирается единственная очаговая зона в глубине до уровня коры головного мозга. (d) Две фокальные зоны выбираются на уровне мышц, которые врач желает осмотреть. (Получены с помощью линейного матричного преобразователя с частотой 15 МГц.)
♦Методика
Правильная техника сканирования
1.Специалист по сканированию должен сидеть в удобном положении.
a.Руку, проводящую сканирование, следует поддерживать в удобном и стабильном положении.
b.Зонд крепко удерживается перпендикулярно исследуемой структуре (Рис. 1.12).
2.Зонд ориентирован (рис. 1.13). На одной стороне каждого зонда есть индикатор, стрелка или выступ. Маркер зонда всегда должен быть ориентирован справа от пациента, независимо от области, подлежащей обследованию.
3.Маркер зонда должен быть направлен в сторону головы пациента, когда зонд ориентирован в краниально-каудальной плоскости. Сканирование должно проводиться воспроизводимым и упорядоченным образом (аналогично выполнению физикального обследования в одинаковом порядке каждого пациента).
4.При необходимости следует использовать контрольный список.
5.Сканирование следует выполнять твердыми, медленными, размашистыми движениями. Ультразвуковой луч представляет собой тонкий узкий луч (более узкий, чем головка зонда).
6.Изображения должны быть сохранены и помечены для последующей оценки и / или сравнения.
Рис. 1.12 Правильное положение датчика. (а) Датчик крепко удерживается большим и указательным пальцами. Во время сканирования пациент может опереться на мизинец или тыльную сторону кисти для повышения устойчивости. (b) Маркер датчика (желтая стрелка) должен располагаться под большим пальцем, ориентированным справа от пациента в поперечной плоскости, и цефаладой для продольной визуализации.
Рис. 1.13 Ориентация датчика. (а) Поперечное (аксиальное) изображение волярного дистального отдела предплечья, полученное с помощью маркера датчика, ориентированного так, чтобы левая сторона изображения представляла правую сторону пациента. (b) Продольное изображение, ориентированное левой стороной к голове пациента. (Получено с помощью линейного матричного преобразователя с частотой 15 МГц).
Основные артефакты ультразвуковой визуализации
Основные предположения об ультразвуковом исследовании включают следующее:
1.Волны распространяются по прямой линии.
2.Отражения возникают от структур вдоль центральной оси луча.
3.Звук передается непосредственно к отражающей поверхности и обратно.
4.Интенсивность отражения соответствует силе рассеяния отражателя.
Эти предположения не всегда верны и могут привести к появлению артефактов.
Анизотропия
Рис. 1.14Коллагеновые волокна сухожилий и связок имеют очень характерный гиперэхогенный фибриллярный вид, когда ультразвуковой луч направлен прямо перпендикулярно структуре (). Если луч направлен под углом от перпендикуляра, обычный гиперэхогенный вид теряется. При попытке оценить наличие или отсутствие разрыва или частичного разрыва луч ультразвука должен быть точно перпендикулярен исследуемой структуре.
Рис. 1.14 Анизотропия. (а) Поперечная визуализация сухожилий сгибателей непосредственно проксимальнее запястного канала демонстрирует тонкий фибриллярный рисунок двух сухожилий сгибателей (желтые и ,,,(b) При небольшом наклоне датчика этот нормальный гиперэхогенный рисунок исчезает, и структуры кажутся более гипоэхогенными. (c, d) Продольное сканирование только дистального отдела лучевой кости показывает изменчивость внешнего вида сухожилия (желтая стрелка) с небольшим изменением угла наклона датчика. Потеря этого фибриллярного рисунка может имитировать разрыв сухожилия или связки. (Получено с помощью линейного матричного датчика с частотой 15 МГц.)
Реверберация
Рис. 1.15Реверберация проявляется в виде множества линий, расположенных на равном расстоянии друг от друга вдоль линии луча (). Это происходит из-за того, что эхо-сигналы отражаются взад-вперед между границами тканей, а затем возвращаются к приемнику.
Акустическое затенение
Акустическое затенение — это безэховая область, возникающая в результате отражения, поглощения или преломления ультразвукового луча (рис. 1.16).
Рис. 1.15 Реверберация. Продольное сканирование средней части предплечья демонстрирует яркое эхо в коре лучевой кости (желтая стрелка). Равномерно расположенные, чуть более светлые эхо-сигналы (белые стрелки) глубоко в коре головного мозга являются артефактами реверберации. (Получены с помощью преобразователя с линейной матрицей 15 МГц.)
Рис. 1.16 Акустическое затенение. Кортикальная кость является сильным отражателем ультразвукового луча, что приводит к потере сигнала глубоко в коре головного мозга и появлению заметной безэховой области (желтые стрелки). (Получено с помощью линейного матричного преобразователя 15 МГц).
Рис. 1.17 Усиление звука. Усиление звука (желтые стрелки) отмечается в глубине сосуда на этом поперечном изображении, полученном около локтевой ямки.
Акустическое улучшение
Рис. 1.17Иногда известное как усиление за счет передачи, акустическое усиление возникает в результате высокого проникновения звука через структуру, такую как сосуд, ганглий или абсцесс (). Это приводит к увеличению пропускания и отражения звукового луча, который проявляется на изображении в виде яркого эха.
Преимущества и недостатки ультразвукового исследования
Преимущества
•Неионизирующие звуковые волны
•Легко доступен
•Портативный
•Недорого
•Оценка конкретной проблемной области в режиме реального времени
•Позволяет быстро оценить состояние нескольких суставов для сравнения из стороны в сторону
•Полезно для оценки поверхностных структур мягких тканей, включая связки и нервы
•Позволяет оценить структуры при растяжении или движении
•Подтверждает правильное положение иглы для инъекций в капсулу сустава
Недостатки
Чрезвычайно• зависит от оператора, требует специальных усилий для приобретения навыка
•При сканировании, ориентированном на проблему, может оказаться невозможным определить весь масштаб существующей проблемы
•Невозможно оценить ткани с высоким акустическим сопротивлением (кости и воздух)
•Риск термического нагрева или механического повреждения с высокой частотой, особенно для плода (ультразвуковая допплерография вызывает особую озабоченность и не рекомендуется в первом триместре беременности)
•Множество артефактов
•Ограниченное применение у пациентов с ожирением и патологически измененными формами ожирения
•Ограниченная визуализация структур в глубине кортикальной поверхности кости
•Ограниченная визуализация внутрисуставных структур
•Выполнение соответствующего обследования требует много времени