Ультразвуковой сканер

Ультразвуковой сканер

Рис. 1.1

( а ) Важные характеристики звуковых волн. ( б ) Разрешение зависит также от ширины фронта звуковой волны, поступающей в ткани. Это определяется глубиной входящего столба звука, движущегося вдоль оси z (плоскости возвышения, перпендикулярной поверхности преобразователя). Фокус обычно устанавливается на фиксированной глубине с помощью жесткой акустической линзы.

Авторское право: [Автор]

Амплитуда дает информацию об отражающих свойствах ткани. Чем сильнее амплитуда отраженного эха, тем ярче соответствующий пиксель внутри точки изображения. Это можно сравнить с контрастностью изображения.

Пространственное разрешение описывает способность различать две соседние точки на изображении. Существует два типа пространственного разрешения. Осевое разрешение означает отдельное представление двух соседних точек в направлении звуковой волны. Он представляет разрешение по глубине. Латеральное разрешение означает отдельное представление отражающих точек под прямым углом к ​​звуковой волне. Оно представляет собой минимальное расстояние между точками на одной и той же глубине. Временное разрешение означает различение одной и той же точки между двумя моментами времени.

Плоскость z или плоскость возвышения относится к ширине фронта звуковой волны, идущего в ткани вдоль оси z (рис. 1.1б ).

Частота передачи управляет разрешением изображения. При низких частотах передачи кровь кажется черной и безэховой. С увеличением частоты агрегаты эритроцитов становятся видимыми в виде текучих эхогенных отражений. Это называется спонтанным естественным контрастом.

Чем выше частота передачи, тем короче длина волны и тем лучше пространственное разрешение. Однако более высокая частота передачи достигается за счет большего затухания. Это ограничивает глубину проникновения как для ультразвукового сканирования B, так и особенно для допплеровского ультразвука, поскольку последний использует более высокие частоты. Таким образом, чем выше частота, тем лучше разрешение, но меньше проникающая способность.

При исследовании периферических вен целесообразно использовать датчики с разной частотой. В целом, частоты передачи от 5 до 15 МГц охватывают большинство ситуаций. Частоты от 5 до 7,5 МГц являются наиболее популярными.

Разрешение изображения также зависит от фокусировки звуковых волн , как у фонарика. Регулировка фокуса улучшает яркость и четкость интересующей области.

Звуковые волны распространяются за счет сжатия и расширения молекул среды, через которую передается звук. Когда акустические свойства ткани изменяются по мере продвижения фронта акустической волны, звуковые волны отражаются обратно в виде эха. Этот процесс отбирает энергию у наступающего фронта (рис. 1.2а ). Следовательно, звук экспоненциально теряет интенсивность по мере продвижения глубже в ткани. Это можно в определенной степени компенсировать за счет усиления мощности принимаемого сигнала устройством (рис. 1.2б ).

Рис. 1.2

( а ) Потеря звуковой энергии из-за изменения акустических свойств ткани ( среды А , Б ). Передаваемая звуковая волна показана синим цветом, а ее частичное отражение — черным. На графике видно, что потеря звука в мышечной ткани значительно выше, чем в печени или крови. ( б ) Диаграмма, показывающая обратную зависимость между частотой передачи и достижимой глубиной проникновения. Он также показывает прямую связь между частотой и разрешением «точка-точка».

Авторское право: [Автор]

B-сканирование (B = яркость) представляет собой изображение акустических граничных поверхностей или границ раздела. Жидкости лишены эха и поэтому кажутся черными. Различные ткани окрашены в различные оттенки серого в зависимости от их различных акустических свойств. Костная ткань эхоплотна и поэтому отражает всю звуковую волну. Поэтому контуры костей выглядят как белая линия, за которой все черное, поскольку дальнейшее эхо не может проникнуть. Это называется акустической тенью.

Изменения эхо-сигналов вдоль линии сканирования с течением времени можно отобразить в режиме M (M = движение). Здесь экран разделен. Половина используется для сканирования B вдоль линии сканирования, а другая половина показывает непрерывную запись изменений амплитуды эхо-сигнала с течением времени. Этот режим рекомендуется для движущихся объектов, в частности для исследования сердечной мышцы и ее клапанов. В венозной системе его использовали для оценки сжимаемости сегмента вены (рис. 5.​10 ).

Артефакты B-режима

Чем ярче точки на изображении, тем больше амплитуда эха, отраженного тканью, и тем меньше энергии доступно для воздействия на ткани позади. При полном размышлении нет дальнейшего проникновения. Например, акустическая информация не просматривается за кальцинатами (рис. 1.3а ) и ослаблена за сложными эхогенными структурами (рис. 1.3б ). Поскольку в жидкостях энергия практически не теряется, звуковая энергия дистальнее кистозных пространств выше, чем в окружающих тканях. Этим объясняется парадокс кажущегося усиления сигнала (рис. 1.3в,г ).

Рис. 1.3

Схема важных поведенческих характеристик ультразвука: ( а ) Акустическая тень за кальцинированной артерией из-за полного отсутствия проникновения звуковой волны. ( б ) Ослабление звуковой волны за сильно эхогенной тканью, такой как липома. ( в ) Усиление позади небольшой вены или кисты. ( г ) Усиление позади крупной вены или кисты с устранением звука по боковым краям из-за артефакта отклонения (стрелки). Они показаны серыми вертикальными линиями . Эхосигналы передней стенки сосуда проецируются в просвет, чтобы создать ложное впечатление о внутрипросветной патологии. Эти отражения выглядят как белые линии в верхней части вены/кисты.

Авторское право: [Автор]

В более крупных кистах или сосудах сигнал может подавляться глубже, когда фронт звуковой волны разбивается о боковые границы кисты или боковой вены. Это известно как артефакт отражения (тень от бокового края). Повторное зеркальное отражение, происходящее от слоев передней стенки вены, часто вызывает артефакт реверберации . Это происходит, когда передняя эхогенная стенка проецируется в просвет. Это можно спутать с внутрипросветной патологией (рис. 1.3d ).

1.1.2 Измерение скорости потока

Ультразвуковая допплерография оценки кровотока основана на частотном и фазовом анализе. Для достижения необходимой мощности сигнала в импульсном и цветном допплеровском режиме используются более низкие частоты, чем в B-сканировании. Для частоты B-сканирования 7,5 МГц частота, используемая для цветного допплеровского ультразвукового исследования, обычно составляет 5 МГц.

Обнаружение кровотока основано на принципе Доплера . Звуковые волны отражаются от движущихся внутрипросветных эхо, а именно от эритроцитов. Точно так же, как частота сирены машины скорой помощи увеличивается по мере приближения и уменьшается после ее проезда, частота эха текущей крови изменяется в зависимости от ее скорости и направления. Чем быстрее течет кровь, тем больше разница между передаваемой и принимаемой частотой.

Эта разница известна как частота доплеровского сдвига . Частоты изменения сигнала могут быть отображены графически в виде спектральной кривой зависимости от времени. Если известен угол между веной или, точнее, вектором движения клеток крови и осью звука, аппарат может рассчитать скорость потока (рис. 1.4 ).

Рис. 1.4

( а ) Доплеровское уравнение сдвига частоты. Доплеровский угол или угол инсонации Θ представляет собой угол между осью направления потока в вене и углом падения. Показана формула для сдвига частоты F D , где λ  = длина волны и V F  = частота передачи. ( б ) Направление потока обозначается цветом. Это зависит от положения датчика и выбранного направления, которое обозначается цветной полосой. Цвет в верхней части цветной полосы показывает код потока к датчику ( красный ). В примере показано продольное исследование большой подкожной вены, рефлюксирующей слева направо. Кровь течет к датчику ( красный ), мимо датчика ( смешанный ) и от датчика ( синий )

Авторское право: [Автор]

Чувствительность обнаружения кровотока зависит от трех факторов: (1) излучаемой акустической энергии ; (2) частота : чем ниже частота, тем больше проникновение, но хуже разрешение; и (3) главным образом угол инсонации и кровеносный сосуд (рис. 1.4а ). Точность измерения скорости зависит от угла озвучивания. Углы > 60° не обеспечивают точного измерения скорости. Если звуковые волны встречаются с потоком крови под прямым углом с доплеровским углом 90°, то аппарат не сможет обнаружить какое-либо движение, поскольку частота сдвига теоретически будет равна нулю (рис. 1.4б ). Чем ближе угол к 0°, тем надежнее будет измерение скорости.

Потеря энергии с глубиной (рис. 1.2б ) является одним из факторов, снижающих чувствительность . Это особенно важно при измерении медленного расхода или расхода небольшого объема. Чувствительность на больших глубинах можно улучшить, увеличив коэффициент усиления, перейдя на более низкочастотный зонд или переключившись на энергетический допплер. Чувствительность можно значительно улучшить путем введения контрастного вещества.

1.1.3 Непрерывный, импульсный и мощный режимы

Если передается и принимается непрерывный доплеровский сигнал, можно обнаружить движения телец крови вдоль оси передачи. Это представлено графически в виде частотного анализа. Глубину невозможно определить в непрерывном режиме. Этот непрерывный ( CW ) доплеровский режим используется в перьевых зондах или карманных доплеровских аппаратах (рис. 1.5 ).

Рис. 1.5

Спектральная кривая с помощью CW-допплера, измеряющего поток в общей бедренной вене лежащего пациента. Зонд-ручку держат под углом, головкой вверх и, следовательно, в сторону от направления потока. Звук можно услышать в онлайн-материале вместе с примером рефлюкса и турбулентности в большой подкожной вене стоящего пациента (Манфред Стималь, Рейнфельд; с любезного разрешения)

Авторское право: М. Стималь

В отличие от CW, импульсно-волновой ( PW ) допплер использует прерывистую передачу звуковых волн. Отраженные волны принимаются в интервале между двумя передачами импульсов и затем сравниваются с частотой передачи. Сигналы анализируются в определенном окне времени, соответствующем определенной глубине. Этот интервал заранее определяется экспертом и соответствует объему пробы в сосуде. В скане B эта область измерения отображается между двумя параллельными линиями курсора (рис. 1.6 ). Расстояние между этими линиями курсора называется воротами.

Рис. 1.6

Поперечный вид через левое бедро, демонстрирующий дуплекс PW большой подкожной вены. Зонд держат под небольшим углом вверх. В левой половине показан безэховый просвет на скане B с объемом образца между параллельными линиями курсора. В правой половине показана спектральная кривая, состоящая преимущественно из рефлюкса.

Авторское право: [Автор]

При цветном дуплексном ультразвуковом исследовании частота доплеровского сдвига измеряется PW в каждой точке, выбранной в цветовом поле. Цветовая маркировка определяет направление потока в зависимости от положения зонда. Красный цвет указывает на поток к зонду, а синий указывает на поток от зонда (рис. 1.4b и 1.7 ). Хотя цветовое кодирование может быть изменено оператором, стандартное соглашение требует, чтобы поток в сторону зонда был красным. Цвет в верхней половине цветной полосы на экране всегда определяет цвет потока в направлении зонда. Чем ярче цвет, тем выше сдвиг частоты, тем выше скорость потока.

Рис. 1.7

Направление или фаза. Цветная полоса в левом верхнем углу экрана обозначает направление потока. Красный (+) указывает на поток в сторону зонда. Синий (-) указывает на поток от зонда. ( а ) Продольный вид через подколенную область с подколенной артерией и веной. Поток в вене отходит от зонда и поэтому окрашен в синий цвет . Поток в артерии приближается к датчику и поэтому отображается красным цветом . Существует малая артерия, разветвляющаяся вверх, в которой поток крови направлен в сторону от зонда и поэтому она также имеет синий цвет ( голубая стрелка ). ( б ) Переключение цвета в артерии и вене в месте изгиба сосуда. Продольный вид с частично согнутым коленом. Подколенная артерия и вена выходят на поверхность, по направлению к зонду, когда они выходят из икры, и снова идут глубже, от зонда, когда они входят в бедро. Поэтому на УЗИ происходит переключение цвета в обоих сосудах. Обычно между цветами имеется тонкая черная линия, где скорость не измеряется, поскольку кровь течет параллельно датчику. Иногда его темно-синий или темно-красный цвет указывает на медленный поток по отношению к зонду. Кроме того, фильтр часто исключает перпендикулярные потоки, типичные для переключателя цвета, когда угол допплера составляет около 90°. Это контрастирует с быстрым потоком алиасинга (рис. 1.9б ), когда цвет в области переключателя желтый , белый или голубой (см. сопутствующий онлайн-материал).

Авторское право: [Автор]

В режиме энергетического доплера информация о направлении и скорости не отображается (Lamboul et al. 2009 ). Вместо этого мощность частот доплеровского сдвига отображается в монохромном режиме. Преимуществом является более высокая чувствительность при визуализации медленных скоростей с неблагоприятным углом инсонации (рис. 1.8а ). Мощность обусловлена ​​большей чувствительностью при регистрации амплитуды эхо-сигналов. Следовательно, поток выглядит ярче, и это лучший способ визуализации васкуляризации. Он не подвержен наложению спектров, поскольку он только указывает на наличие потока и не может измерять скорость. Некоторые поставщики оборудования объединяют информацию об амплитуде доплеровского сигнала с его частотой, чтобы совместить преимущества распознавания направления с высокой чувствительностью энергетического доплера (рис. 1.8б ).

Рис. 1.8

Энергетический допплер. ( а ) Энергетический допплер той же подколенной области, что и на рис. 1.7а , без информации о направлении потока. Поток визуализируется как более яркое изображение. ( б ) Двунаправленный энергетический допплер. Повышенная чувствительность энергетического допплера дополняется информацией о направлении потока.

Авторское право: [Автор]

1.1.4 Псевдонимы

За исключением режима непрерывного доплера, который передает и принимает звуковые волны непрерывно, передача и прием звука во всех других режимах допплера, включая импульсно-волновой допплер и цветной допплер, являются прерывистыми. Чтобы восстановить правильные длины волн по отраженным эхо-сигналам, необходимо назначить по крайней мере одну точку измерения для каждого минимума и пика синусоидальной кривой частоты передачи. Частота доплеровского сдвига правильно записывается только в том случае, если частота повторения импульсов выборки (PRF) как минимум в два раза превышает частоту доплеровского сдвига. Эта граница называется частотой Найквиста . Например, если PRF составляет 11 кГц, то самая высокая частота доплеровского сдвига, которую можно правильно рассчитать, равна 5,5 кГц. Теорема Найквиста гласит, что частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше самой высокой частоты, содержащейся в анализируемом сигнале.

Частота передачи, частота повторения импульсов и глубина проникновения определяют точность регистрации принимаемых эхо-сигналов в заданном диапазоне скоростей. При медленном венозном кровотоке необходимо установить низкий PRF, чтобы не пропустить явления медленного рефлюкса. В артериальной системе PRF должен быть установлен выше, чтобы регистрировать более высокие скорости без наложения спектров.

Псевдонимы можно легко распознать в графическом представлении доплеровского спектра. Частоты, превышающие предел выборки Найквиста, который должен быть выше базовой линии при движении к зонду, появляются в обратном направлении. Это известно как эффект переворачивания или эффекта обертывания . В результате скорости в режиме PW отображаются в противоположном направлении (рис. 1.9а ), а в цветном режиме – неправильным цветом (рис. 1.9б ). Белая или желтая граница обычно видна между красной и синей областями, когда цвета меняются местами в результате наложения псевдонимов.

Рис. 1.9

Псевдонимы. ( а ) Измерение PW в подколенной вене. При быстром течении скорость отображается в противоположном направлении. Поток настолько быстрый, что «выскальзывает из окна измерения» и снова появляется в отрицательной зоне внизу. «Перевернутая» кривая потока выделена синим цветом . ( б ) Измерение с цветовой кодировкой в ​​подколенной области. Медленный рефлюкс из вены Джакомини виден красным цветом в верхней части изображения. Однако совмещение наблюдается в более быстрой подколенной вене. Обратите внимание, что белая или желтая граница обычно видна между красной и синей областями , когда цвета меняются местами в результате наложения псевдонимов.

Авторское право: [Автор]

При алиасинге «черные дыры» появляются, когда цвета инвертируются, если полученные яркие цвета интерфейса устраняются настройками цветового фильтра на сканере. Если кровь действительно течет в разных направлениях, между двумя цветными областями, где нет измеряемого потока, будет видна черная линия (рис. 1.4b и 1.7b ).

Простая модель псевдонимов аналогична секундной стрелке часов. Если вы посмотрите на часы с интервалом в 15 секунд, вам покажется, что секундная стрелка движется по часовой стрелке. Если этот интервал выборки продлить до 30 с, определить направление движения уже невозможно. Если интервал увеличить до 45 с, секундная стрелка будет двигаться против часовой стрелки. Таким образом, частота выборки имеет решающее значение для точного анализа. Если тактовая частота (частота доплеровского сдвига) равна 1 обороту в минуту, то правильную оценку направления вращения можно сделать только в том случае, если частота дискретизации (частота повторения импульсов) больше 2 в минуту (рис. 1.10 ).

Рис. 1.10

Псевдонимы. ( a ) PRF достаточен для выборки более чем двух точек на волне. Кривая построена правильно. ( б ) Волна слишком быстрая для PRF. За цикл отбирается менее 2 точек (гребень и впадина), и создается ложная кривая ( красная линия ).

Авторское право: [Автор]

Эффект алиасинга хорошо известен по старым западным фильмам. При медленной частоте кадров или быстром вращении колес спицы колес телеги, по-видимому, начинают поворачиваться назад.

1.1.5 Цветение

Другой клинически значимый артефакт называется «цветением» (McDicken and Anderson 2002 ). Это приводит к переоценке границ сосудов, венозных клапанов и образованию мелких тромбов. Это подчеркивает значение компрессионного ультразвука в диагностике тромбозов.

Уменьшение цветового усиления и увеличение доплеровской частоты — это меры, которые уменьшат цветение.

1.2 Выбор зонда

Выбор головки преобразователя определяет диапазон частот передачи и, следовательно, глубину проникновения и разрешение. Выбор зонда зависит от анатомических обстоятельств. Он должен обеспечивать достаточное качество изображения для диагностических целей в сочетании с приемлемой частотой повторения изображений и максимальной чувствительностью для обнаружения медленного кровотока.

Существует три различных типа зондов :

• Линейный зонд характеризуется линейным расположением кристаллов, передающих параллельные звуковые волны. Это прямоугольный формат изображения. Такое расположение обеспечивает наилучшее пространственное разрешение. Однако ширина изображения ограничена длиной зонда. Линейный датчик особенно удобен для показа тканей, находящихся в непосредственной близости от них (рис. 1.11а, б ).

Рис. 1.11

Зонды. ( а ) Линейный зонд. ( б ) «Виртуальный» изогнутый массив. ( c ) Секторный зонд. ( d ) Изогнутая решетка

Авторское право: [Автор]

• Техническим вариантом линейного зонда является виртуальная выпуклая конфигурация. Внешние элементы этого зонда можно отклонять, что позволяет увеличить размер изображения примерно на 20 % (рис. 1.11б ).
• На небольших площадках контакта секторный зонд передает радиально звуковые волны, исходящие из точки (рис. 1.11в ), тем самым достигая максимальной ширины изображения на глубине. Принципиальным недостатком является плохое пространственное разрешение, особенно на большой глубине. Этот датчик особенно подходит для визуализации сердца.
• Изогнутая решетка представляет собой линейный зонд выпуклой формы (рис. 1.11г ). Его свойства визуализации делают его компромиссом между линейными и секторными датчиками. Он особенно подходит для УЗИ брюшной полости и глубоких вен ног. Одно направление потока обычно дает составное изображение синего и красного цветов. Это связано с тем, что прямой поток может идти как к одному концу зонда, так и от другого конца.

Поскольку венозный поток необходимо отображать достаточно точно как в поверхностной области, так и на глубине за толстыми слоями мышц, рекомендуется иметь в наличии широкий спектр датчиков. Высокочастотный линейный датчик идеально подходит для поверхностных сосудов (5–10 МГц), а низкочастотный линейный датчик или изогнутая решетка – для глубоких вен ног (3,5–5 МГц).

1.3 Технические разработки

1.3.1 Гармоническая визуализация тканей

Звуковые волны распространяются в среде за счет сжатия и разжатия молекул. Это колебание давления также приводит к сжатию и разжатию самой ткани. Скорость звука зависит от плотности тканей. Это подвержено периодическим изменениям, поскольку звук вызывает переходное состояние сжатия. Скорость звука ускоряется в сжатых тканях и соответственно замедляется в разжатых тканях (рис. 1.12 ).

Рис. 1.12

( а ) В сжатых тканях скорость звука увеличивается. В декомпрессированной ткани оно замедляется. V ₊ относительное ускорение, V ₋ относительное замедление, V средняя средняя скорость. ( б ) Сложная звуковая волна, отраженная от ткани. Волна распадается на основную частоту ( f 0 ) и гармоническую частоту ( 2 f 0 )

Авторское право: [Автор]

На приемной стороне эхо разделяется на две частотные составляющие. Они называются основной частотой ( f 0 ) и гармонической частотой (2 f 0 ), которая в два раза превышает основную частоту (рис. 1.12 ) и создается самой тканью. Величина сжатия или декомпрессии зависит от акустических (механических) свойств ткани. Современные преобразователи имеют достаточную полосу пропускания, способную передавать 2 МГц, что позволяет принимать гармоническую частоту 4 МГц.

Гармонические частоты можно обнаружить во всех твердых тканях, но не в жидкостях, таких как кисты или кровь. Энергия гармонических частот всегда ниже основной. В то время как передаваемая звуковая волна ослабляется дважды при прохождении через ткань и обратно, гармоническая звуковая волна ослабляется только один раз за один путь, поскольку она исходит из ткани. Поэтому изображение, которое создается с использованием только приема гармонической частоты, известно как тканевая гармоническая визуализация (THI) (Simpson et al. 1999 ).

Изображение становится более контрастным, а кистозные объемы отображаются более четко благодаря устранению эхо-сигналов.

1.3.2 Комплексное сканирование

Этот метод уменьшает количество артефактов изображения и, таким образом, помогает улучшить качество сканирования B. Каждая точка изображения в эхо-поле озвучивается под несколькими углами. Затем эхо-сигналы от точки изображения сопоставляются. Противоречивая информация интерпретируется как артефакты и удаляется. Для формирования изображения принимаются только идентичные данные (рис. 1.13 ). С помощью этого метода следует уменьшить многочисленные шумы или артефакты отражения, как показано на рис. 1.3d .

Рис. 1.13

Комплексное сканирование с использованием поперечных лучей. Информация от 3 до 9 отдельных изображений снимается под разными углами и сопоставляется для создания составного изображения.

Авторское право: [Автор]

Недостатком метода является значительное устранение артефактов, которые могут быть полезны для диагностики, таких как акустические тени за небольшими кальцинатами.

1.3.3 Кодирование частоты передачи

Передача кодированных частот помогает оптимизировать качество изображения и уменьшить артефакты, особенно при использовании сигналов низкой амплитуды. В режиме кодированного возбуждения частоты передаются в ткани в закодированной форме, называемой цифровым частотным кодированием. Частота передачи кодируется путем изменения полярности или промежутка времени между отдельными импульсами (Tranquart et al. 1999 ).

При приеме отраженных эхо-сигналов для построения изображения используются только те, которые соответствуют зеркальному отображению кода передачи. Это похоже на кассовый аппарат в супермаркете, распознающий штрих-код. Устройство считывания штрих-кода проверяет полученную частоту, сравнивая полученные частоты перевернутого штрих-кода со штрих-кодом. Только распознанные эхо-сигналы имеют правильную частоту и используются для генерации изображения. Любые эхо-сигналы, которые неправильно закодированы, распознаются как артефакты и устраняются (рис. 1.14 ).

Рис. 1.14

Кодирование частоты передачи. Если передача частоты кодируется паузами и фазоинвертированными импульсами, это кодирование распознается в принимаемых эхо-сигналах и все остальные шумовые сигналы могут быть устранены.

Авторское право: [Автор]

1.3.4 Б. Поток

Долгое время для визуализации кровотока в реальном времени были доступны только методы, основанные на допплерографии, такие как энергетическая и цветная допплерография. Оба визуализируют кровоток косвенно за счет обнаружения акустического рассеяния от движения телец крови.

Методика B-потока доступна с начала 1999 года и позволяет обнаружить эхо-сигналы, отраженные от частиц крови. В потоке В амплитуды эха двух-четырех звуковых импульсов, передаваемых через короткий интервал, вычитаются друг из друга. Это позволяет отличать стационарные эхосигналы от движущихся эхосигналов.

Как и в случае с энергетическим доплером, поток B демонстрирует амплитуду движущихся отражателей, но не может измерить их скорость или направление потока. Текущая кровь показана как светло-серое движущееся отражающее облако.

Преимуществами являются относительная независимость угла облучения и отсутствие чрезмерной визуализации границ сосудов или мелких тромбов из-за эффекта цветения, который возникает при использовании цветной дуплексной печати (рис. 1.15 ).

Рис. 1.15

Поток Б. ( а ) Слева : продольный разрез подколенной ямки, демонстрирующий образование подколенной вены из икроножных вен. Справа : поперечный вид. Как на продольной, так и на поперечной проекциях виден небольшой дефект наполнения, возникший в результате тромба ( стрелка ). Это невозможно было увидеть в цветном допплеровском режиме из-за цветущих артефактов. ( b ) Поток B с дополнительной цветовой маркировкой направления потока. Цветная полоса указывает на то, что красный цвет находится вдали от датчика, а синий — в направлении.

Авторское право: [Автор]

1.3.5 Панорамная съемка

Это также известно как визуализация с расширенным полем зрения. При использовании этого метода зонд перемещается с постоянной скоростью в направлении его продольной оси на протяжении длинного отрезка. Информация движущегося изображения суммируется для получения обзорного или панорамного изображения (рис. 1.16 ).

Рис. 1.16

Панорамное изображение длиной более 22 см. Продольный вид через бедро у пациента с лимфедемой.

Авторское право: [Автор]

Преимущество этого метода в том, что он обеспечивает лучший обзор анатомической области.

1.3.6 Трехмерное ультразвуковое исследование

Большие объемы данных можно получить, перемещая трехмерный датчик по участку ткани с постоянной скоростью. Эти данные можно реконструировать для создания трехмерного изображения. Это позволяет визуализировать участки различной глубины и угла, что невозможно в режиме реального времени. Уровень сечения, параллельный поверхности кожи , называется уровнем C.

Таким образом можно более четко показать отеки, рубцы и их взаимосвязь с соседними структурами (рис. 1.17 ).

Рис. 1.17

Трехмерное изображение лимфедемы с проходящей через нее веной на уровне С. Этот уровень параллелен поверхности кожи.

Авторское право: [Автор]

1.3.7 Ультразвук с контрастным усилением (CEUS)

Воздух гораздо лучше отражает свет, чем мягкие ткани или жидкость. Это принцип использования воздуха в качестве контрастного вещества, основанный на взаимодействии звука и пузырьков воздуха (рис. 1.18а ). Ультразвуковые контрастные вещества состоят из крошечных пузырьков воздуха или газа, которые составляют одну треть размера эритроцита. Они могут проходить через капилляры и не опасны для тканей (Weskott 2000 ). Пузырьки окружены гибким покрытием, которое стабилизирует их и предотвращает слияние в более крупные пузырьки. Они действуют как отражатели звуковых волн, эхо которых значительно сильнее, чем от крови или тканей.

Рис. 1.18

УЗИ с контрастным усилением (CEUS). ( а ) Принцип заключается в воздействии низкоэнергетической звуковой волны ( f 0 ) для запуска резонансной вибрации в пузырьках. Затем это генерирует гармонические частоты. Частота второй гармоники (2 f 0 ) используется при построении изображения. Низкая интенсивность звука, излучаемого при сканировании B, слишком слаба, чтобы предоставить информацию о ткани, которая увеличивает относительную визуализацию сосудов, содержащих микропузырьки. ( б ) Тромб в нижней полой вене не виден на снимке В ( слева ). После введения контраста ( справа ) его можно распознать как тромб с окружающим его потоком. Контраст не попадает в тромб ( стрелка ). ( в ) Слева : тромб во внутренней яремной вене. В середине : через 9 с после внутривенного введения контраста он появляется в общей сонной артерии. Сигнал от тромба усиливается за счет подачи из сонной артерии. Это типичное поведение сосудистой опухоли. Справа : через 17 с контрастное вещество заполняет внутреннюю яремную вену, хотя оно в значительной степени вымыто из опухоли. У этого пациента был неопластический тромб из метастаза почечно-клеточной карциномы в щитовидную железу.

Авторское право: [Автор]

При введении контрастных микропузырьков в периферические вены их можно использовать для диагностики в течение нескольких минут. Пузырьки очень хрупкие, поэтому для их изображения необходимо использовать настройки слабой акустической передачи. Однако ультразвуковой сканер имеет режим передачи, благоприятный для микропузырьков, называемый импульсной инверсией (Wilson et al. 2009 ).

Ультразвуковые контрастные вещества повышают силу сигнала текущих и неподвижных пузырьков в органах и в просвете брюшных и периферических сосудов. Наибольшее клиническое значение их при заболеваниях вен заключается в улучшении визуализации кровотока в глубоких венах для исключения тромбоза и дифференциации опухолевых тромбов от тромбов (рис. 1.18б, в ).

1.4 Выбор сканера и преобразователя

Выбор правильного аппарата УЗИ является важным решением при планировании сосудистой практики. Особое значение имеет выявление тромбоза глубоких вен, а также повышение диагностических возможностей венозной патологии. В больницах обычно имеется хороший аппарат, и вопрос лишь в выборе подходящего зонда (см. ниже). Все дуплексные сканеры, продаваемые нынешними компаниями, подходят для исследования вен и теперь продаются по доступным ценам. Однако если требуется лучшее разрешение и более высокое качество изображения, капитальные вложения будут намного больше.

Высокопроизводительные машины, предлагающие еще лучшее разрешение со всеми новыми методами визуализации, описанными выше, не являются необходимыми для большинства практик. Они предназначены для больниц и специализированных центров.

Убедитесь , что сканер обеспечивает хорошее разрешение в ближнем поле при сканировании B. Важно уметь без труда различать структуры на глубине всего 1–2 мм под кожей. Аппарат должен обеспечивать адекватное разрешение при сканировании B, чтобы можно было увидеть даже здоровые перфорантные вены, такие как перфорантные вены бедра.

Практически все предлагаемые к продаже дуплексные аппараты имеют опцию цветного допплера. Однако альтернатива покупке подержанной черно — белой машины была бы очень утомительной . Исследование занимает больше времени, чем при использовании аппарата с дуплексной печатью с цветовой кодировкой. Кроме того, визуализация перфорантных вен и сафенофеморальных притоков в паху затруднена из-за отсутствия цветового кодирования.

Некоторые машины продаются только с дуплексной функцией с цветовой маркировкой. Однако режим PW незаменим для исследования вен, что делает эти аппараты непригодными для этой задачи. Запись в режиме PW может осуществляться как в режиме стоп-кадра, так и в режиме движущегося B-скана. Преимущество записи в режиме фиксированного B-сканирования заключается в лучшем временном разрешении частотного спектра. Преимущество активного B-сканирования заключается в непрерывном контроле местоположения объема пробы. Современные устройства не теряют качество PW при записи одновременно с B-сканированием.

В идеале машина должна также включать в себя датчик CW с частотой 8 МГц . Опплеровская ручка — зонд дополнительно помогает исследовать очень поверхностные притоки.

В цветном режиме изображение в скане B обычно отображается в окне размером примерно 1,5 на 2 см. Это не должно замедляться при использовании цветного окна. Движения, вызванные исследованием, можно отфильтровать, поэтому море цветов не заливает изображение каждый раз, когда датчик перемещается. Если датчик перемещается, поток должен быть виден только в вене без цветных артефактов в окружающих тканях. Однако медленные потоки могут быть пропущены, если настройка фильтра слишком высока.

Зонд 7,5 МГц незаменим для исследования поверхностных вен. Сегодня частоты зондов регулируются, поэтому идеальный диапазон, включающий все возможности, должен составлять 6–8 МГц. Зонд достигает максимального разрешения в центре этого диапазона. Лучше всего использовать линейный датчик, поскольку ближнее поле является наиболее частым требованием при обследовании. Изогнутые или выпуклые зонды плохо позволяют выявить вены, которые кажутся размытыми или отсутствуют (рис. 1.19a–c ).

Рис. 1.19

Схема подкожной вены с притоком. Поле, проецируемое на скане B сверху вниз, заштриховано серым , а вены показаны черным . ( а ) Линейный датчик демонстрирует всю вену. ( б ) Датчик с изогнутой решеткой скрывает левую и правую части. ( c ) Секторный зонд еще больше сужает поле и ограничивает обзор центральной областью (Из Mendoza E (2002) Handbuch CHIVA. Arrien, Wunstorf; с любезного разрешения Arrien GmbH)

Авторское право: Арриен, Вунсторф

Датчик 3,5 МГц идеально подходит для исследования глубоких вен ног у людей с ожирением, а также для исследования подвздошных и полых вен. Использование зонда с частотой 5 МГц является плохим компромиссом, поскольку оно не подходит для исследования глубоких вен или подкожных притоков.

Высокая разрешающая способность датчика 10 МГц не является существенной при варикозном расширении вен. Вены, которые можно увидеть только с помощью этого датчика и не заметить с помощью датчика с частотой 7,5 МГц, слишком малы, чтобы вызвать значительную патологию.

Интересно, что у некоторых страховых компаний есть список машин/зондов, которые они признают только в целях возмещения расходов. Рекомендуется проверить это, прежде чем инвестировать в дуплексное оборудование.

1.5 Выбор режима исследования

Наиболее распространенными режимами исследования поверхностных вен ног являются B-сканирование , дуплекс с пульсирующей волной ( PW ) и цветной дуплекс . Другие описанные варианты с использованием высокопроизводительных машин не нужны для рутинной оценки. Поток B или режим Power Duplex могут помочь обнаружить очень медленный поток. Однако эти потоки также должны быть распознаваемы в режиме PW. Преимущество B-flow и Power Duplex заключается в распознавании медленного кровотока в глубоко расположенных венах.

Морфология и сжимаемость вен исследуются на сканировании B, обзор и направление кровотока в цветном дуплексе, а детальная оценка отдельных сосудов исследуется в режиме PW.

Цветовое кодирование позволяет получить хороший и быстрый обзор хода вены, ее кровотока и направления. Цвет особенно полезен для обнаружения глубоких вен на икрах. Совмещение необходимо учитывать во время стимуляции и при наличии быстрого рефлюкса, поскольку оно часто создает обманчивое впечатление о сосуществовании рефлюкса и антеградного потока. Настройка должна оставаться для обнаружения медленного рефлюкса, при этом оператор игнорирует артефакты высокой скорости, вызванные наложением помех. Эта стратегия позволяет избежать необходимости постоянно изменять частоту повторения импульсов (PRF).

К сожалению, цветовое кодирование имеет свои ограничения и может привести к ложноотрицательным результатам. Если фильтр установлен слишком высоко, чтобы исключить артефакты окружающего движения, медленный кровоток может быть замаскирован (раздел 1.6 ). Если имеется турбулентность или неоднородность перфорантных вен, может быть сложно определить четкое направление потока с помощью цвета. Кроме того, цвет совершенно непригоден для измерения и документирования объема рефлюкса в вене. Различить дренированные и плохо дренированные системы также невозможно с помощью цветного дуплекса (раздел 3.​2.​3 ).

Диаграмма на рис. 1.20 показывает кривую потока в цвете и в режиме дуплекса PW в трех различных условиях дренажа. В недренированной системе (рис. 1.20d ) выбор режима PW имеет решающее значение, поскольку он позволяет обнаружить очень медленный рефлюкс. В противном случае морфологическое исследование может оказаться ничем не примечательным, поскольку эти вены не кажутся значительно расширенными ни снаружи, ни на В-сканировании.

Рис. 1.20

Схематическая диаграмма кривой кровотока в поверхностной вене ноги. Дуплекс PW показан выше на черном фоне. Цветовой режим аналогичен этому результату. Первая тонкая стрелка соответствует моменту поднятия пальцев ног. Вторая более широкая стрелка соответствует их релаксации. ( а ) В здоровой вене кровоток антеградный, когда пальцы ног подняты, и ретроградный, пока клапаны не закроются. ( б ) Поток в хорошо дренированной рефлюксной вене имеет резкий подъем перед рефлюксом, который заканчивается относительно быстро. ( в ) Поток в плохо дренированной рефлюксной вене имеет более медленный и продолжительный рефлюкс. ( d ) Поток в недренированной рефлюксной вене имеет очень медленный обратный поток, который не регистрируется в цветовом режиме (Из Mendoza (2002); с любезного разрешения Arrien GmbH)

Авторское право: Арриен, Вунсторф

1.6 Настройка ультразвукового сканера

Новые машины покидают завод со стандартной предустановленной конфигурацией. Идеальные настройки для поверхностных вен запрограммированы производителем. К ним относятся глубина проникновения, усиление (при B-сканировании и дуплексном режиме), контраст, PRF, фильтр и размер окна измерения кровотока. Эти настройки можно изменить и сохранить в профиле в соответствии с личными предпочтениями пользователя.

Каждый параметр имеет оптимальную настройку. Если эти настройки изменить, это может занять больше рабочей памяти, используемой для создания изображения. С некоторыми изменениями конечный результат заключается в том, что генерация изображений может стать настолько медленной, что ультразвуковое исследование в реальном времени станет невозможным. Таким образом, оптимальная общая конфигурация представляет собой компромисс между преимуществами настройки параметров и скоростью генерации изображения. Это менее применимо к современным машинам с более быстрыми процессорами и большим объемом памяти.

Оптимальная настройка — это когда на В-сканировании вены отображаются черным цветом , а фасции подкожной клетчатки выделяются белым цветом на фоне окружающей среды. С помощью аппаратов высокого разрешения можно идентифицировать эритроциты в вене. Это означает, что просвет не полностью черный, а содержит крошечные яркие движущиеся элементы. Масштаб серого (усиление) можно регулировать с помощью ползунков на аппарате для отдельных областей и с помощью ручки сканирования B для всего изображения.

Глубину проникновения звукового импульса иногда приходится изменять. Это зависит от обследуемой области (бедро или икра) и толщины жирового слоя. В идеале большая подкожная вена должна располагаться в центральной части изображения бедра. В голени обычно достаточно глубины проникновения 3–4 см.

Фокус должен быть установлен с особой тщательностью . Чем уже фокус, тем больше ресурсов машины используется при расчетах, оставляя их менее доступными для других задач. Оптимальной регулировкой является установка фокуса на глубину исследуемой вены или немного глубже, чтобы можно было четко видеть перфорантные вены.

Окно измерения в PW duplex должно быть отрегулировано в соответствии с диаметром вены. Он не должен быть больше вены; в противном случае будет показано большое количество артефактов. В расширенных, рефлюксных венах его можно установить значительно меньше диаметра и не всегда приходится его регулировать.

Выбранное цветовое окно не должно быть слишком большим; в противном случае распознавание цвета будет медленным. В паху достаточно большого окна, чтобы в цвете были видны глубокие вены и сафенофеморальный переход. Чем меньше окно, тем быстрее компьютер сможет сгенерировать изображение.

Поскольку скорость кровотока в венах ниже, чем в артериях, PRF необходимо установить ниже. Значение обычно находится на краю изображения рядом с цветовой шкалой. Она отображается косвенно как скорость потока, а не как прямое значение PRF. Оптимальная скорость для вен составляет от 5 до 15 см/с.

Фильтр является важным инструментом для устранения артефактов , создаваемых стенкой вены и тканью на кривой кровотока. Фильтр просто исключает из анализа очень низкие скорости потока. Особенно сложно настроить фильтр при работе в цветном дуплексе. Это связано с тем, что система распознает движение зонда вдоль ножки как поток. Если датчик перемещать вдоль вены в цветном режиме, окружающие ткани будут мерцать цветом. Этот цветовой сигнал можно устранить с помощью фильтра. Однако если фильтр установлен слишком высоко, медленные потоки могут быть пропущены (рис. 1.21 ).

Рис. 1.21

( а ) PW-сканирование рефлюксной вены на ноге в поперечном разрезе. Фильтр установлен на высокий уровень, и сигнал вблизи нулевой линии отсутствует. ( б ) Очень медленный рефлюксный поток в большой подкожной вене. Если бы фильтр был установлен немного выше, этот поток был бы пропущен.