Авторы: Małgorzata Serafin-Król и Artur Maliborski
Вступление
В статье рассматриваются основные проблемы, связанные с принципами правильной методики УЗИ опорно-двигательного аппарата (ОДА). Уделено внимание всем важнейшим аспектам правильной диагностики мягких тканей ОДА, в том числе настройке оборудования, использованию последних инноваций в программном обеспечении для обработки изображений, а также правильному позиционированию датчика. Была подчеркнута важность основополагающих принципов УЗИ ОДА, обеспечивающих хорошее качество изображения и ограничивающих появление артефактов. Были обсуждены нетипичные ультразвуковые результаты, приводящие к неправильной диагностике данных патологических состояний.
Множество факторов влияют на правильную работу и интерпретацию результатов, в том числе:
- качество аппарата,
- выбор подходящего датчика,
- правильные настройки сканера,
- правильная техника сканирования, в том числе правильное расположение датчика или использование ультразвуковой подставки, если необходимо,
- знание возможностей и ограничений модальности, включая знание типичных артефактов,
- знание нормальной анатомии ОДА, функциональной анатомии и патофизиологии ОДА.
Правильные настройки ультразвукового аппарата позволяют оптимизировать изображение таким образом, чтобы были видны ткани, расположенные на разных глубинах, и небольшие различия в эхогенности. Во-первых, необходимо выбрать правильные настройки для данного типа исследования. Большинство доступных устройств имеют общие или более подробные предварительные настройки для УЗИ ОДА, включая качество изображения, размер и глубину фокусировки. Их выбора обычно достаточно, чтобы правильно выполнить сканирование. Тем не менее, изображение может иногда требовать изменений, чтобы соответствовать индивидуальным предпочтениям врача. Корректировки включают в себя шкалу серого, динамический диапазон, усиление краев, кривую гаммы. Изображение, адаптированное к индивидуальным требованиям, может быть легко сохранено в памяти каждого устройства в качестве индивидуальной предварительной настройки изображения.
Все современные ультразвуковые аппараты среднего и экспертного класса оснащены кнопкой автоматической оптимизации изображения, что упрощает и ускоряет работу. Тем не менее, такой автоматической настройки не всегда достаточно.
Следующий важный шаг включает в себя тщательную настройку фокусировки ультразвукового луча (положение, иногда несколько глубин фокусировки). Уменьшение ширины и толщины луча оказывает существенное влияние на пространственное и контрастное разрешение. Используемые в настоящее время системы динамической фокусировки луча, включающие попеременную активацию различных сегментов датчика через заданные промежутки времени или специальные линзы, размещенные перед датчиками, доступны в высокопроизводительных «премиальных» аппаратах.
Фокус следует отрегулировать на уровне или чуть ниже исследуемых структур. Сканирование тонких, расположенных на поверхности тканей (запястье, дорсальная сторона стопы, пальцы рук или ног) требует единой фокусировки, настроенной на самом высоком уровне. При исследовании более толстых слоев тканей следует добавить дополнительные фокальные зоны, оставляя первую фокальную зону на самом верхнем уровне (рис. 1). Если необходимо оценить ткани, расположенные глубже, и при этом имеется толстый поверхностный слой жировой ткани, то верхняя фокальная зона может быть перемещена в более глубокий слой.
Рисунок 1: Влияние установки глубины фокуса (стрелка) на изображение тканей, расположенных на разных глубинах. Срединный нерв (MN) в нижней трети предплечья, между flexor digitorum superficialis и flexor digitorum profundus: A. фокальная точка установлена низко, структура нерва и расположенные на поверхности мышцы менее заметны; B. смещение фокальной точки приводит к лучшей визуализации нерва и расположенных на поверхности тканей
Основной датчик, используемый при УЗИ ОДА, представляет собой линейный датчик средней частоты 7–8 МГц. Чем шире полоса датчика, тем шире область его применения. Датчики, обычно включаемые в сканеры среднего и высокого класса, имеют частоту 5–12 МГц, в то время как в устройствах начального класса – до 10 МГц.
Наличие толстых слоев поверхностных тканей, особенно толстого слоя подкожной жировой ткани в нижних конечностях или более толстых мышц в области плеча, требует использования линейного датчика с более низким частотным диапазоном (для сосудистых применений). Конвексный датчик, обычно используемый для УЗИ брюшной полости, также может использоваться при условии, что он имеет диапазон частот до 5–6 МГц (рис. 2). Кроме того, для сканирования тонких и мелких тканей, расположенных на поверхности (пальцы рук и ног, особенно у детей), полезен меньший датчик в форме хоккейной клюшки.
Рисунок 2: Сонограмма задней крестообразной связки у пациента с толстым слоем тканей подколенной ямки: A. линейный датчик 3–9 МГц, очень слабый луч УЗИ, недиагностическое изображение; B. 3–6 МГц конвексный датчик, изображение той же области, задняя крестообразная связка и расположенные сзади ткани лучше видны.
В соответствии с принципами формирования ультразвукового изображения угол луча должен быть перпендикулярен сканируемым тканям для оптимального изображения. Костно-мышечные ткани часто включают в себя тонкие, узкие или изогнутые структуры. Правильное расположение датчика является одной из основных предпосылок для предотвращения появления артефактов и диагностических ошибок. Часто перпендикулярное позиционирование датчика является сложной задачей, требующей значительных усилий. Основным принципом работы с датчиком является его постепенное перемещение по сканируемой области, сохраняя при этом его перпендикулярную ориентацию, и избегая любых движений, приводящих к его вращению в стороны или назад и вперед. Следует избегать сильного давления на ткани, так как в случае твердого костного фона некоторые патологии могут не визуализироваться или могут быть искажены, а кровоток может быть не виден.
Непосредственное применение датчика на тонкие структуры, расположенные непосредственно под кожей и тонкой подкожной тканью, на неровные, выступающие контуры ткани приводит к появлению артефактов на границе раздела кожи и датчика, следовательно, возникают трудности при визуализации поверхностных тканей. Динамическая оценка также может быть затруднена при таких обстоятельствах. В этом случае полезно использовать ультразвуковую прокладку, позволяющую точно визуализировать контур дермы, подкожной клетчатки, фасции и сухожилия (Рис. 3), а также облегчающую динамическую оценку. Мы использовали опорную подушку для исследования областей с четко выраженными контурами кости (например, коленна или медиальной и латеральной лодыжек), где правильное расположение датчика затруднено, а получение надежного изображения требует времени и усилий.
Рисунок 3: Сонограмма дорсальной стороны запястья, поперечная плоскость: А. без ультразвуковой отклоняющей накладки; В. с ультразвуковой накладкой.
Еще одним условием правильной работы ультразвука является знание принципов формирования ультразвукового изображения и, следовательно, знание того, когда изображение может быть искажено. Принципы КЗИ ОДА, те же, что и при ультразвуковой диагностике других органов. Для большинства исследований используются высокочастотные волны, которые, с одной стороны, допускают высокое пространственное разрешение, а с другой – облегчают появление артефактов и препятствуют визуализации более глубоких структур как с точки зрения анатомии, так и оценки кровотока.
Современные ультразвуковые методы, такие как тканевая гармоническая визуализация, составная визуализация (перекрестная визуализация), управление лучом и другое дополнительное программное обеспечение, представленное под разными названиями производителями оборудования, пытаются ограничить или устранить некоторые из этих проблем и в первую очередь улучшить контрастное разрешение. Новые методы, использующие различные типы импульсов и специализированное программное обеспечение, анализирующее возвращаемый сигнал, позволяют увеличить глубину проникновения без ущерба для осевого разрешения.
Традиционно ультразвуковые артефакты делятся на диагностически полезные и неблагоприятные.
Список полезных артефактов, облегчающих правильный диагноз, включает следующее:
- акустическая тень, которая возникает после кальцификации,
- усиленная сквозная передача, обычно встречающаяся глубоко в заполненной жидкостью структуре,
- артефакт “хвост кометы” – глубоко металлический предмет или большой кусок стекла.
Акустическая тень обычно возникает глубоко. Классическим примером является сильный сигнал (отражение ультразвуковой волны) кальцифицированной ткани (такой как кортикальная кость или кальцификация), создающей акустическую тень (рис. 4). Кроме того, в костно-мышечной ткани тень, вызванная сильным сигналом, может возникать позади крупных инородных тел (рис. 5). Тень также может формироваться глубоко до большего скопления газа (например, в суставе), однако из-за своей нестабильной структуры изображение тени также является переменным, и как таковой артефакт может быть не виден (рис. 6).
Рисунок 4: Плечевой сустав, надостные мышцы сухожилия. Характерное изображение кальцификации в сухожилиях в виде сильного сигнала и акустической тени (стрелка). ACR – акромион, SS – сухожилие надостных мышц
Рисунок 5: Сильный сигнал, генерируемый инородным телом – осколок, в паховой области, вблизи тазобедренного сустава, аналогично кальцификации (стрелка). В – кусок пули, IL – подвздошная кость
Рисунок 6: Сильный сигнал, генерируемый газом (G) в коленном суставе по контуру мыщелка бедра (C) с реверберациями и нерегулярной тенью (стрелка)
Акустическая тень не является неоспоримым симптомом наличия кальцификаций, поскольку она также возникает в результате рефракции (изменение направления распространения волны) и значительного снижения интенсивности эхо-сигнала. Это может произойти в случае поврежденной и скрученной волокнистой ткани, такой как разорванный кусок связки или сухожилия, в месте расположения большого фиброзного рубца. Стоит отметить, что в отличие от кальцификации гиперэхогенный фокус не виден (рис. 7). Следует также отметить, что использование датчика высокой частоты приводит к усилению этого артефакта. Тщательная оценка отражений в области тени позволяет дифференцировать эти повреждения и поставить окончательный диагноз кальцификации. В целом, следует помнить, что не каждая акустическая тень соответствует присутствию кальцификации, и отсутствие тени не исключает наличия небольших кальцификаций.
Рисунок 7: Акустическая тень (стрелка) рубца в результате частичного разрыва мышц. Волокнистый рубец (B) без сильного эхосигнала.
Повышенная сквозная передача глубоко в заполненную жидкостью структуру происходит из-за слабого затухания звуковой волны в простой жидкой, гелеобразной структуре, а также в некоторой степени изгиба волны на границе раздела двух сред, что приводит к локализованной области повышенного эхосигнала сзади. Волна, которая проходит глубже, имеет более высокую энергию и более сильно отражается от более глубоких слоев ткани, что приводит к более сильному сигналу по сравнению с соседними тканями. На основании наличия этого артефакта можно с большей уверенностью предположить, что гипоэхогенное или безэхогенное повреждение представляет собой сбор жидкости (рис. 8).
Рисунок 8: Изображение усиленного сигнала за заполненной жидкостью структурой (стрелка), видимой глубоко в небольшой желатиновой кисте, расположенной рядом с сухожилием flexor digitorum.
Артефакт “хвоста кометы” обычно возникает при наличии металлического объекта. Он может также быть замечен позади большого куска стекла. Он визуализируется как плотные, сильные линейные отражения. Интенсивность сигнала сужается, поэтому форма выглядит как хвост кометы (рис. 9).
Рисунок 9: Фиксация винта (S) в плечевой кости. Артефакт хвоста кометы направлен к металлическому объекту (стрелка)
Диагностически неблагоприятные артефакты включают в себя:
- широкую тень глубоко в кальцинированной структуре, наложенной на задние ткани;
- боковое (краевое) затенение;
- анизотропию;
- реверберации;
- артефакт ширины луча.
Даже если затенение позади кальцификации полезно, тень, когда она слишком велика, может покрывать ткани, расположенные под ней, что затрудняет визуализацию структур, таких как медуллярная полость, ткани в суставе.
Боковые тени образуются на боковых сторонах изогнутых (закругленных) структур, где нет больших различий в акустическом импедансе на границе раздела тканей, но угол обзора почти соответствует кривизне ткани или отличается от 90 °. Боковая тень может покрывать или иногда имитировать небольшие поражения в сухожильных или паратеноновых оболочках или повреждения после травм. В сомнительных случаях датчик должен перемещаться по области, изменяя угол визуализации, чтобы проверить, останутся ли повреждения видимыми (Рис. 10).
Рисунок 10: Боковая тень (стрелки) рядом с ахилловым сухожилием (Т): A. перпендикулярное расположение датчика; В. Наклонное позиционирование датчика, уменьшение тени.
Анизотропный эффект при ультразвуковом исследовании заключается в том, что ткани демонстрируют аномальную эхогенность, обычно это потеря эхогенности, из-за наклонного угла визуализации, что свидетельствует о наличии патологического состояния. В костно-мышечной системе этот симптом часто встречается, что может привести к неправильной диагностике. Структуры, наиболее затронутые анизотропией, являются сухожилиями и мышцами. Небольшое вращение датчика без изменения направления его прилегания к поверхности приводит к резкому снижению эхогенности сухожилий или мышц. Этот артефакт выражен на изогнутых выступах сухожилий и связок (рис. 11). Анизотропия нервов – похожий, но менее интенсивный эффект. В мышцах также можно увидеть артефакты в виде гиперэхогенных очагов, имитирующих отечные или воспалительные поражения. Чтобы полностью преодолеть анизотропию, датчик должен находиться в строго перпендикулярном положении относительно рассматриваемой анатомии, и потенциальное поражение должно быть исключено или подтверждено во второй, перпендикулярной плоскости. Помните об анизотропии, особенно потому, что она не полностью устранена корректирующим программным обеспечением.
Рисунок 11: Связанный с анизотропией артефакт, наблюдаемый в месте прикрепления сухожилия четырехглавой мышцы бедра (T) к основанию надколенника (P).
Рефракция происходит на границе раздела двух сред с различными скоростями распространения ультразвука, таких как жировая ткань и мышца. Направление волны изменяется при переходе от одной среды к другой, в результате чего глубокие повреждения на границе раздела кажутся смещенными. Артефакт частично преодолевается путем постоянного удержания датчика в перпендикулярном положении к исследуемым структурам.
Реверберация видна, когда ультразвуковой луч сталкивается с двумя сильными параллельными средами и отражается между ними, возвращаясь к датчику в течение различного времени. Это является одной из причин формирования линейных эхо-сигналов в заполненных жидкостью структурах, расположенных позади контура кости, или в зеркальном отображении (рис. 12). В костно-мышечной ткани этот эффект обычно возникает из-за наличия изогнутой кортикальной костной ткани, сильно отражающей ультразвук.
Рисунок 12: Зеркальное отражение артефакта рядом с передней стороной голени (TIB). Поверхностная по контуру кости посттравматическая гематома (HEM) видна в подкожной клетчатке. Гипоэхогенный очаг, видимый глубоко в контуре кости, представляет собой артефакт зеркального отражения (стрелка), имитирующий патологическое состояние в кости.
Артефакты уменьшения ширины или объема ультразвукового луча возникают, когда аппарат регистрирует эхо-сигналы от заданного объема ткани в зависимости от конструкции датчика и толщины исследуемых тканей. Если сканируемая структура меньше ширины луча, его изображение получается из отраженных сигналов от структуры и соседних тканей. Это может привести к удалению тени позади небольшой кальцификации, отображению сигнала внутри заполненной жидкостью структуры или появлению аномалий ткани.
Такие изображения включают безэховые и гипоэхогенные очаги и пространства, которые могут представлять следующие ткани и поражения:
- гиалиновые хрящи;
- различные заполненные жидкостью структуры;
- воспалительные очаги, отеки;
- слизистая или гиалиновая дегенерация мягких тканей в месте повреждения;
- некротическая ткань;
- воспалительные поражения с повышенной васкулярностью;
- ангиофибробластическая гиперплазия;
- компактная фиброзная рубцовая ткань с нерегулярным рисунком из толстых коллагеновых волокон, сильно рассеивающих ультразвуковую волну.
Первый этап дифференциальной обработки включает в себя определение местоположения структуры в отношении хряща, поверхностного к контура кости или слоя жидкости. Безэхогенный очаг, наблюдаемый в месте повреждения, может соответствовать заполненной жидкостью структуре различных типов, а также целому ряду дегенеративных очагов. Простой тест с давлением помогает дополнительно различать заполненные жидкостью структуры и другие повреждения. Когда к датчику прикладывается давление, заполненные жидкостью структуры меняют форму, при этом жидкость иногда меняет местоположение или полностью исчезает из поля зрения. Чтобы отличить конструкцию, заполненную жидкостью под высоким давлением, от других повреждений, можно использовать доплерографию (рис. 13).
Рисунок 13: Дополнительный симптом, облегчающий дифференцировку заполненных жидкостью структур при двусмысленных находках: A. типичная заполненная жидкостью структура в подколенной ямке; B. симптом флуктуации, показанный опцией допплера.
Тест с давлением также помогает различить более мягкую соединительную ткань (дегенерация слизистой оболочки, некроз, грануляционная ткань), которая несколько сжимается и сглаживается под давлением, в отличие от жестких, несжимаемых рубцов, состоящих из коллагеновых волокон, или дегенеративных гиалиновых поражений.
В качестве следующего шага диагностической процедуры следует использовать цветовой или энергетический допплеровский режим. Наличие сосудистой сети внутри поражения позволяет дифференцировать воспалительные поражения и оценивать воспалительную активность (рис. 14), а также выявлять аномально заживающие поражения с историей травмы или хронического механического перенапряжения (рис. 15).
Рисунок 14: Пястно-фаланговый сустав: A. утолщенная суставная капсула с гипоэхогенным отеком синовиальной оболочки (стрелки); B. Энергетическое допплеровское сканирование показало многочисленные сосуды, соответствующие высокоактивным воспалительным поражениям (степень васкуляризации 3 степени).
Рисунок 15: Энтезопатия в месте крепления связки надколенника, поражение с историей чрезмерного травмирования у профессионального спортсмена: A. Энергетический допплер показывает множественные сосуды, что соответствует аномальному заживлению с ангиофибробластической гиперплазией; B. сосуды не видны, когда оказывается более сильное давление.
Визуализации кровеносных сосудов, опорно-двигательного аппарата направлена на выявление повышенной васкуляризации тканей (гиперемия) или каких-либо сосудистых патологий. Артефакты обычно отображаются в виде случайных цветовых вспышек; в окрестности более крупных сосудов может быть обнаружена пульсация периваскулярных тканей.
Следует также отметить, что наличие повышенной аномальной сосудистой системы не обязательно согласуется с диагнозом воспалительного состояния. Оценка требует тщательного анализа морфологии ткани (2D изображение), местоположения сосуда и клинических данных. Помимо воспалительных состояний, повышенная васкуляризация обнаруживается на ранних стадиях нормального процесса заживления, при фиброангиобластической гиперплазии, при синдроме сдавления нервов, опухолях и сосудистых мальформациях.
