Ультразвуковые сканеры производства корпорации General Electric (GE) уже давно зарекомендовали себя как носители лидирующего технологического концепта в области медицинской визуализации, сохраняя этот статус в течение десятилетий. Это вызывает немалый интерес к истории такого грандиозного успеха как у специалистов ультразвуковой и функциональной диагностики, так и у организаторов здравоохранения. Одной из самых захватывающих, уникальных хроник технологического прогресса аппаратных линеек Logiq, Vivid и Voluson в международных масштабах является совершенствование пакетов недоплеровской визуализации B-flow. Таким опытом и объемом потраченных усилий, яркостью творческих озарений и значением научных прорывов при разработке столь нестандартной задачи не обладает, пожалуй, ни один другой производитель медицинского оборудования.
Все началось 14 лет назад, незадолго до наступления нового тысячелетия. Тогда уже были разработаны наиболее «ходовые» режимы ультразвуковой визуализации (М- и В-режимы, ЦДК, энергетический допплер, импульсно- и постоянно волновой допплер). Основным трендом развития диагностического ультразвука стало внедрение цифровых технологий. Засияли новые возможности и обозначились новые проблемы...
Попытки отхода от аналоговой аппаратной схемы при конструировании УЗ-сканеров оказывались успешными не во всех случаях - системная увязка резко возросшей функциональности разных блоков обработки сигнала на новых прототипах не всегда бывала оптимальной. Обозначились принципиально иные, неожиданные особенности цифровых систем, которые приходилось учитывать. Так, возникла необходимость разрабатывать новые пакеты коррекции и оптимизации сигнала на разных стадиях излучения, съемки (acquisition), цифровой «проявки» (processing) и постпроцессинга. Одним из первых детищ «эпохи цифры» в клинической ультразвуковой визуализации стали широкополосные датчики, пришедшие на смену простым мультичастотным. Благодаря диапазону рабочих частот (широкая полоса) достигалось увеличение продольной разрешающей способности (по глубине). У простых мультичастотных аппаратов (2-4 узких безградиентных значений рабочей частоты) этот показатель был хуже, так же отставал потенциал гармонических технологий (тканевые гармоники были доступны не на всех датчиках и т.д.). Появились новые факторы, влияющие на чувствительность систем. В частности, блок цифрового преобразования улавливаемых эхоимпульсов должен был оперировать большим количеством двоичных кодов, чтобы присваивать их входящим сигналам. Однако самой масштабной проблемой оказалась сочетание высокого качества допплера с хорошей «картинкой» в В-режиме.
Дело в том, что В-режим и доплеровские методики требуют разной физики формирования луча и диаметрально-противоположных настроек последовательностей процессинга.
Общерадиологическое направление всегда было самым популярным среди производителей ультразвукового оборудования. «Проявка» в радиологических сканерах была сконфигурирована таким образом, что в первую очередь обеспечивалась высокая разрешающая способность и, в частности, разрешение на низком контрасте в В-режиме. Аппаратом прорабатывалась текстура тканей с тем, чтобы можно было адекватно оценивать состояние паренхиматозных органов и выявлять малозаметные патологические узлы/ включения. Быстродействие первых цифровых радиологических систем чаще всего приносилось в жертву разрешающей способности. Из доплеровских методик наиболее скрупулезно оттачивались энергетический, направленный энергетический и импульсно-волновой. Как правило, кардиологические пакеты и опции подключения секторных фазированных датчиков с постоянно-волновым доплером имелись, но на довольно простом уровне, достаточном для редкого вспомогательного применения.
Кардиологическое направление в диагностическом ультразвуке всегда было доступно лишь нескольким избранным брендам, в том числе GE, поскольку отработка адекватной визуализации сердца требовало колоссальных научно-технологических инвестиций. Сердце - мышечный орган, к тому же весьма подвижный. Основное требование к процессингу при эхокардиографии - быстродействие. В-режим требовал высокой контрастности (подчеркивание границ эндокарда, створок клапанов, соединительно-тканных фрагментов в толще миокарда). Очень серьезные требования пришлось предъявлять к ЦДК, постоянно-волновому и тканевому доплеру. При кардиологических экспозициях (в отличие от общерадиологических) использовались другие подрешетки передачи. Разрешение в В-режиме было не столь важно, важней оказалось разрешение при ЦДК (из-за необходимости выводить даже незначительные регургитации на клапанах, турбулентности кровотока). Раньше обще-радиологическое использование кардиологических систем было возможно, однако следовало учитывать их слабое низкоконтрастное разрешение. Это делало затруднительной и ненадежной визуализацию паренхиматозных органов, выявление объемных злокачественных процессов на ранних стадиях и др.
В наше время на экспертных УЗ-приборах удается сочетать высокое качество радиологических и кардиологических режимов визуализации. Большие частоты кадров (500 и более в секунду) позволяют реализовать функцию персистенции сигнала, которая необходима для фильтрации шумов и гашения артефактов. Чем больше резерв частоты кадров, тем выше разрешение В-режима при визуализации быстро-двигающихся структур, в триплкесе. Также достигнуты значительные возможности обеспечить адекватное качество энергетического допплера у «сложных» пациентов, большую настраивомость ЦДК и т.д.
Однако в далеком 2000-м году до отладки достаточного «частотно-кадрового резерва» было еще далеко. Именно поэтому разработчики ультразвуковых сканеров GE пошли на смелую новацию, чтобы найти решение проблемы в другом измерении...
В апреле 2000 года Henri P, Tranquart F. (2000) одними из первых сообщили о новой «прямой» технике серо-шкальной визуализации кровотока под названием B-flow. Суть методики - в одномоментном отображении стенки сосуда и тока крови в его просвете без ущерба разрешению в В-режиме и при достаточной частоте кадров, что полезно при попытках адекватно «вывести» пульсацию артерии на «картинку». Новая методика охарактеризована как «многообещающая» и «способная улучшить раннюю диагностику сосудистых заболеваний». Weskott HP. (2000) выделил особенности режима B-flow: 2-4 вектора рассеивания в моде субтракции при отображении тока крови по одной линии; шумоподавление на цифровой основе; обогащение сигнала с использованием компрессии импульса и кодированного усиления. Кроме того, в своей публикации Weskott HP. подчеркнул, что при работе в B-flow достигаемое пространственное разрешение выше, чем для ЦДК, так же отсутствуют типичные для цветного допплера блуминг- и элайзинг-артефакты.
К 2001 году появились первые сообщения об использовании режима B-flow для конкретных клинико-диагностических задач. Группа японских ученых Furuse J. et al. (2001) произвели сравнительную оценку пакетов B-flow и ЦДК при исследовании сосудов печени, васкуляризации опухолей этого органа, а так же состояния печеночных сосудов при его циррозе (25 пациентов). Отмечено, что с помощью B-flow удавалось достигать четкого разграничения на «картинке» печеночной артерии от портальной вены, что было затруднительно в режиме допплера. Wachsberg RH. (2003) высоко оценил возможности B-flow при сканировании глубоких абдоминальных структур, особенно в сравнении с классическими допплеровскими пакетами. Однако наиболее строгому испытанию подвергли новую технологию Pooh RK и Korai A. (2005), использовав ее для задач визуализации фетального сердца в 2D- и 4D-режимах (система VOLUSON 730 Expert) с помощью абдоминальных датчиков. Выборка состояла из 65 случаев беременности на сроках 21-39 недель. В 38 наблюдениях удалось «вывести» все экстракардиальные сосуды дуги аорты, нисходящую аорту, нижнюю полую вену, ductus venosus и печеночные вены, причем как в двух-, так и в четырехмерном вариантах. Что касается легочных вен, то они легко визуализированы во всех 65-ти случаях. Авторы сделали вывод, что B-flow является ценным приложением для выявления и детального исследования тяжелых аномалий малых сосудов с относительно низкой скоростью кровотока (легочные вены) на ранних сроках беременности.
Рис. 1. Случай обнаружения гепатоцеллюларной карциномы при помощи B-flow у пациента 45 лет с циррозом печени (Источник: Wachsberg RH. B-flow imaging of the hepatic vasculature: correlation with color Doppler sonography. AJR Am J Roentgenol. 2007 Jun; 188(6): W522-33). Слева - ЦДК на максимальном значении «color gain» до возникновения цветовых «шумов»; позиция - сагитально, рядом со срединной линией. Отображена левая печеночная вена с признаками нормальной проходимости. Справа - та же самая позиция, та же самая левая печеночная вена, но в режиме B-flow. Однако в просвете сосуда видны криволинейные каналы, больше напоминающие неоваскуляризацию опухолевого тромба. Дополнительное обследование на КТ подтвердило диагноз опухолевой инвазии в левую печеночную вену. Данный случай показывает, что широко распространенная тактика ЦДК может приводить к ложным заключениям при неполной тромбовой окклюзии крупных венозных коллекторов.
Другое независимое исследование возможностей пакета B-flow для решения диагностических задач в акушерстве предпринято Volpe P et al. (2006), которые сосредоточились на диагностике сочетанной атрезии легочных сосудов с дефектом межжелудочковой перегородки. Отмечено, что в случаях, когда ЦДК было несостоятельным в отображении анатомии центральных легочных артерий, с помощью B-flow удавалось разглядеть как анатомические детали порока, так и источник поступления крови в легочный круг. Таким образом, методика по состоянию на 2005-2006 год была незаменимым подспорьем в оценке прогноза при врожденных отклонениях развития. Надо отметить, что интерес к потенциалу B-flow в визуализации плода на разных сроках беременности не исчерпывается только лишь системой truncus pulmonalis. Gindes L et al. (2009) добились впечатляющих результатов, комплексно используя описываемое приложение для отображения фетальных сосудов большого круга на сроках 15-34 недель. В частности, авторы отлично наблюдали верхние брыжеечные вены и артерии, левую и правую почечные артерии, подвздошный бассейн, пупочные, селезеночные и даже надпочечниковые сосуды.
Рис. 2. B-flow визуализация предсердия плода, STIC-модификация метода (Источник: Volpe P, Campobasso G, De Robertis V, Di Paolo S et al. Two- and four-dimensional echocardiography with B-flow imaging and spatiotemporal image correlation in prenatal diagnosis of isolated total anomalous pulmonary venous connection. Ultrasound Obstet Gynecol. 2007 Nov; 30/6: 830-7). Слева - нормальное впадение легочных вен (PV) в левое предсердие (LA), Ао - грудная аорта. Справа - полностью аномальное супракардиальное впадение легочных вен, извитая и огромная структура в точке слияния указана стрелочками.
Особо сложной диагностической проблемой в неотложном акушерстве является внематочная беременность. Наглядно продемонстрированы возможности описываемой опции в статье Valsky DV et al. (2007), посвященной случаю беременности в рудиментарном роге с сопутствующей артерио-венозной мальформацией. Питающий ее сосуд отходил от правой маточной артерии (Рис. 3).
Рис. 3. Случай эктопической беременности, осложненный сосудистой аномалией по Valsky DV et al. (2007). Вверху слева - аномально расположенный гестационный мешок (С) и эндометрий (Е) в простом серо-шкальном двухмерном режиме визуализации. Вверху справа - трехмерное отображение избыточной васкуляризации вокруг эктопического гестационного мешка, произведено в режиме энергетического допплера. Внизу слева - ЦДК артериального (А) и венозного (V) кровотока в одном и том же сосудистом пучке в области мальформации, прилегающей к эктопической беременности. Внизу справа - визуализационное подтверждение диагноза в режиме B-flow, поскольку только этот пакет предоставляет достаточный резерв разрешения и частоты кадров для вывода на «картинку» мельчайших пульсаций, по которым артерио-венозная мальформация и определена (указана стрелочкой, AVM). U - правая маточная артерия, I - внутренняя подвздошная артерия.
Функция B-flow сканеров ультразвуковой визуализации производства GE продолжает уверенное развитие и в наши дни. В своем исследовании по мониторингу пересаженных почек Russo E et al. (2010) характеризуют B-flow как методику с высшим пространственным и временным разрешением, если сравнивать с доплеровскими пакетами. В частности, в 45% экспозиций недоплеровская черно-белая визуализация кровотока давала более ясную картину кортикальной циркуляции в трансплантированном органе. С помощью этого пакета легче обнаруживались стенозы почечной артерии.
Таким образом, уникальная инновация Компании General Electric по высокоточному отображению кровотока недоплеровскими средствами - B-flow - уверенно вошла в повседневную практику медицинской диагностики и является на сегодняшний день одним из методов, получивших самые многосторонние и подробные свидетельства высоких операционных характеристик по международным стандартам доказательной медицины. Адвенсум является дистрибьютором оборудования для лучевой диагностики производства GE на территории РФ и оказывает своим клиентам логистическую, консультативную и научную поддержку по аспектам приобретения этого оборудования и работы с ним.
Список использованной литературы
