Практический ультразвук: Часть 20: Новый год - год ультразвуковой диагностики.

Ultrasound Club представляет двадцатую главу из серии об использовании ультразвука на практике написанную доктором Джейсоном Бёрнхольцем, одним из основоположников ультразвуковой диагностики.

Январь 19, 2015 - Встречи RSNA (Радиологическое Общество Северной Америки) символизируют начало сезона праздников. Здесь собираются специалисты со всего мира. Они делятся знаниями, опытом, а также устраивают великолепные вечеринки. Холлы выставки же пестрят технологическими новинками.

Производители целятся представить свою продукцию как раз к началу встречи RSNA. Я провожу много времени ходя от стенда к стенду, разглядывая выставочные продукты и считаю такое времяпрепровождение полезным и даже обучающим.

Доклады и старый друг

Одним из посещенных мной выставочных стендов стал стенд Zonare Medical Systems, где я уточнял информацию об их датчике с частотой 20МГц. Мне сразу же выдали брошюру по «Двусторонней непрерывной фокусировке на передаче и приеме ультразвукового сигнала». В докладе описывались особенности технологии Zone Sonography (Зональная сонография). Там были представлены несколько вариантов формирования «идеального» УЗ луча на передачу и прием и с двойной фокусировкой.

Это была информационная брошюра, составленная непосредственно компанией производителем. Она похож на статью, аттестованную экспертами, однако в нем не хватает аналитического и сравнительного материала. Такие доклады часто хорошо написаны и имеют неоспоримую ценность, однако это все равно что отредактированная рекламная брошюра.

В таких случаях очень хотелось бы увидеть результаты клинических исследований. Так я бы мог определиться, пригодятся ли мне эти знания в дальнейшей практике. В таких докладах главными авторами чаще всего являются сторонние консультанты. И я был очень рад узнать, что одним из авторов доклада был Томас Йедрцевич, медицнский ультразвуковой консультант из Остина, штат Техас. Я знаю Тома по меньшей мере 30 лет и сожалею, что мы не так часто с ним видимся.

Том – истинный пример джентльмена и специалиста своего дела. Он работал с фирмой Acuson очень долгое время, и приложил руку к внедрению режима энергетического допплеровского картирования. Том является специалистом по инженерной составляющей ультразвуковых аппаратов и многие могут не знать, какую роль он сыграл в развитие современных технологий в ультразвуковой диагностике. Целью моей поездки на выставки является встреча с такими выдающимися специалистами. Ведь именно такие как Том внесли значительный (и часто недооцененный) вклад в развитие данного вида диагностики.

Том внес значительный вклад в разработку двухмерной технологии энергетического допплера (Энергетическое допплеровское картирование или ЭДК). Я предпочитаю термин именно «энергетический», а не «мощностной»*. В допплеровских режимах измеряется частотный сдвиг сигнала отраженного от медленно двигающегося объекта. Скорость УЗ луча и «мишени» (отражающего объекта) по направлению дополняют друг друга. Клиническое применение эффекта Доплера улучшается, если возвести сдвиг частоты в квадрат. Таким образом значение всегда остается положительным. Кинетическая энергия = 0.5 x масса x скорость в квадрате. Возведенная в квадрат скорость — это общий множитель, отсюда и термин energy. Мощность же определяет именно скорость, с которой энергия расходуется. Именно поэтому я считаю, что лучше использовать термин Энергетический Допплер.

Такая привередливость в терминах не имеет смысла при обсуждении названия вида УЗИ - эндовагинальный или трансвагинальный. Если подходить со всей строгостью, то исследование следует назвать двойным трансвагинальным, т.к. для формирования каждого изображения используется сигнал и на передачу и на прием.

Многие скажут, что повсеместное употребление слова делает его устоявшимся термином. Я же считаю, что именно такие мелочи и не маргинализируют ультразвуковую диагностику и не позволяют назвать её серьезной наукой.

Медуза

Людвиг Стефген из компании Zonare. Фото предоставлено Доктором Джейсоном Бёрнхольцем.

Улыбающийся человек, стоящий рядом с аппаратом Zonare, на котором видно «зафризованное» изображение тропической рыбы полученной датчиком на частоте 14МГц, это Людвиг Стефген, директор маркетингового отдела Премиальных продуктов фирмы Zonare. Людвиг рассказал мне, что прежде чем стать преподавателем, он работал техником-патанатомом, где многому научился. Он учился на ультразвукового техника в Стэнфорде, пока работал на Acuson. У нас с ним есть общие интересы: фотография и УЗИ странных объектов. Людвиг показал мне пару видеоклипов своих тест-объектов, одним из которых оказалась маленькая пресноводная медуза, изображения получены датчиком на частоте 20МГц.

Видео предоставлено Людвигом Стефгеном, представителем фирмы Zonare.

Людвиг упомянул и о своем новом хобби: дайвинг и поимка пресноводных медуз. Его дух авантюризма, а также качество изображения медузы удивили меня. На картинке не было никаких посторонних фоновых помех, что часто является главной проблемой при визуализации на высоких частотах. Видео был четким, без рывков, а частицы жидкости, циркулирующие в ванне, были хорошо различимы.

Риски и проблемы новых датчиков

Мне очень хотелось бы увидеть хоть какие-нибудь клинические УЗ изображения: будь то изображение кожи или глаза через водную «подушку», возможно в первых версиях датчика имеется проблема с затуханием сигнала. Одна из идей, что пришла мне в голову, это реконфигурация датчика под 30 градусным углом при помощи длинной ручки, как в случае с эндовагинальными датчиками (т.е. с подходящим углом для исследования шейки матки или простаты). Трансвагинальный доступ (мы опять говорим о пути УЗ луча) минимизировал бы затухание сигнала и проблемы множественных ревербераций. Я предполагаю, что контрастное и пространственное разрешение аппарата помогли бы выявлять эндометриоз со спайками намного точнее. Это помогло бы при исследовании эмбрионов в начале первом триместра, а также позволило бы выявлять предраковые изменения в яичниках, что недоступно при использовании нынешних технологий визуализации.

Как бы я не хотел протестировать свои замыслы, разработка оборудования — это очень сложное и рискованное занятие для производителей. Направление развития должно быть определено инженерным отделом, а их возможности ограничены законами физики: свойствами генерирования УЗ волн, распространением волн и их приемом, законом сохранения энергии. Также они ограничены законодательством, регламентирующим уровень передачи УЗ энергии в ткани и другими проблемами безопасности. На пути также встает цена материалов и производства. По большей части бизнес-модели компаний нацелены на улучшение уже применяемых технологий, нежели на попытках развить новые направления.

Так же существует и проблема с самими датчиками. Вскоре я напишу отдельную статью, посвященную именно датчикам. Современные датчики имеют «решетки»** элементов, иногда линейной формы, а иногда с двухмерным расположением элементов. Сейчас существуют новые материалы способные обеспечить изоляцию отдельных элементов от перекрестных помех, которые являются серьезной проблемой.

Решетка элементов датчика должна быть настроена точно под конкретную ультразвуковую систему, далее её необходимо интегрировать с целой цепочкой программных модулей. Купить датчик и подключить его в систему просто так не получиться. Любое изменение, большое или маленькое, сопровождается огромным количеством перенастроек. Как и в клинической медицине здесь нужен систематический подход.

От сотрудничества до серийного выпуска

В большинстве случаев, мы используем оборудование и не знаем, через что пришлось пройти производителю, чтобы выпустить рабочую модель на обозрение публике во всём мире. Давным-давно, радиологи, производители рентгеновского и вспомогательного оборудования, были очень тесно связаны во время исследований. Правительственные и фондовые гранты были главным источником поддержки для лабораторных исследований, в то время как клинические тестирования почти не поддерживались производителями оборудования.

Чаще всего, производители отдавали оборудование безвозмездно для использования в медицине, однако они не участвовали в разработке, которая проводилась и анализировалась независимыми учеными. Ученые получали зарплату от своих научных учреждений, а не от производителей. Исследования проводились бесплатно, на добровольцах или больных, подобранных согласно параметрам тестирования.

Научные учреждения не выставляли издержки производителям, предоставляли все необходимые помещения, принадлежности, вспомогательное или лабораторные условия. Научные учреждения поощряли такое сотрудничество. Исследования были добровольной частью обязанностей радиологов. Я считаю, что это было довольно общепринятой практикой как у нас (в США), так и в странах Азии и Европы.

Это были старые добрые времена. Большинство работ были о радиографии, рентгеновской флюроскопии или радионуклидной визуализации. Не было ревизионный советов, хоть радиологи и были одновременно офицерами радиационной безопасности и все диагностические процедуры выполнялись по согласно строгим правилам. Ревизионный совет - это полезная структура, но даже до его создания все исследования выполнялись с одним правилом - «не навреди». Добровольные совместные исследования привнесли многое в все виды медицинской визуализации в прошлом. Это метод идеален, ведь обе стороны являются специалистами в своей отрасли и хотят для пациентов только лучшее.

Мне очень повезло и последние 35 лет я тесно контактировал с производителями ультразвукового оборудования. Интереснее всего было общаться с инженерами. Я всегда был впечатлён их желанием узнавать новое и интересоваться реалиями клинической практики. Основы принципов формирования УЗ изображения я узнал именно от них. Возможность работать с новейшим оборудованием позволило мне помочь пациентам, что были направлены ко мне.

Советы производителям

Я хочу сказать, что обеспечение прямого взаимодействия между производителями оборудования и врачами, использующими его на практике, это единственный беспроигрышный вариант. В прошлом многие совместные исследования происходили на базе научных институтов, тем самым являя собой централизованный процесс. Я бы предложил привлекать к данному процессу и частные медучреждения. Если производителям кажется, что у них появился какой-то новый продукт, готовый к массовому использованию, им следует постараться привлечь к сотрудничеству несколько, а лучше как можно больше, учреждений, которые уже используют их оборудование.

Если новый продукт уже получил одобрение от Администрации по пищевым продуктам и лекарственным веществам (FDA), то никаких специальных исследований или тестов не понадобится, а ревизорный совет будет отдельным для каждого метода диагностики. Компании должны предоставлять оборудование, датчики, программное обеспечение или любые другие вспомогательные устройства бесплатно на период прохождения тестирования, а учреждения должны предоставлять пациентов или волонтеров для испытаний согласно цели и протоколу исследований. Все сотрудничающие учреждения должны объединять результаты исследований и делать их открытыми, чтобы они в свою очередь получили научное заключение.

Только представьте, сколько УЗ исследований проводится в клиниках каждый день. А если бы мы могли найти способ эффективного обмена результатами исследований и опытом, то наши научные познания в клинической медицине быстро бы распространились в нашей среде, а контроль качества бы повысился. Подумайте, какие последствия в плане технического прогресса имело бы наше сотрудничество с производителями на постоянной основе. Именно это является на мой взгляд главным пожеланием на будущее.

Доктор Джейсон Бёрнхольц был одним из немногих передовых ученых Фонда Джеймса Пикера, и он также являлся профессором по радиологии и акушерству, член Американского колледжа радиологии и Королевского колледжа радиологии, член Американского колледжа акушеров и гинекологов.

* В зарубежной медицинской терминологии для обозначения режима ЭДК используется термин Power Doppler (мощностной допплер). Автор данной статьи далее в формулах пытается объяснить, почему данный термин некорректен и необходимо использовать термин Energy Doppler.

** Для описания расположения пьезоэлементов в датчиков исторически используется термин «array», который переводится как решётка, хотя в большинстве датчиков пьезоэлементы расположены в один ряд (1D array). Если имеется много рядов пьезоэлементов, то говорят о двумерной решетке (2D array).