Доказательный ультразвук

Перевод авторской колонки 2015 года. Сохранены позиция автора и исторический контекст; публикация не является действующими клиническими рекомендациями.

AuntMinnie.com представляет двадцать пятую статью цикла о практике ультразвуковой диагностики доктора Джейсона Бёрнхолца, одного из пионеров этого метода.

Это моя двадцать пятая публикация в нерегулярно выходящем цикле. Я стараюсь быть полезным, исследовать вопросы за пределами привычного круга ультразвуковых публикаций и выступлений и немного раздвигать границы повседневной клинической практики. Я очень благодарен редакторам AuntMinnie.com, которые всегда меня полностью поддерживали.

Мои статьи часто напоминают путешествие сквозь швейцарский сыр. Есть точка входа, множество боковых ходов, возможность полюбоваться пейзажем — пусть порой и повторяющимся — и иногда чётко обозначенный выход. Так же работает диагностика в визуализации. Отправной точкой может стать лишь ниточка, наблюдение, тень подозрения. Мы начинаем распутывать её, пытаясь обнаружить скрытую патологию или патофизиологический процесс и добраться до информационного выхода. Это вероятностный мир зыбучих песков, где мало надёжных опор и безопасных мест, куда можно поставить ногу.

Я часто, разумеется намеренно, добавляю в эти колонки что-нибудь о себе или своём опыте. Когда мы непосредственно работаем с пациентами — а это должен делать каждый, кто занимается диагностическим ультразвуком, — в дело вступает наша личность. Всё вместе: взгляды, опыт, образование, характер, интеллект, эмоции и многое другое.

В этой смеси всегда присутствуют скрытые предубеждения. Врачи учатся распознавать и анализировать первые впечатления от нового пациента и противодействовать всему, что может ослабить уважение к нему или помешать оказать наилучшую помощь. Если это невозможно, наша обязанность — найти того, кто сможет нас заменить.

Мы работаем со своими эмоциями и одновременно оцениваем данные с абсолютной беспристрастностью. Собственное «я» не должно вмешиваться в получение и анализ данных или появляться в научной публикации. Глупо спрашивать, медицина — искусство или наука. Это и то и другое, всегда, подобно квантовой двойственности фотонов как волн и частиц; на каждом этапе помощи конкретному человеку медицина становится тем, чем должна быть.

Визит к подиатру

Отправной точкой этого отступления стало больничное светское мероприятие. Я стоял в очереди с тарелкой в руке, разглядывая миску креветок, когда ко мне присоединился подиатр, которого я не видел много лет. Когда-то мы жили в одном школьном округе. Мы поговорили о детях — насколько вообще можно было поговорить в таком шуме. Как всякие гордые родители, мы одновременно находились в настоящем и в прошлом, когда дети ещё учились в школе.

Он спросил, знаю ли я что-нибудь об ультразвуке. Я ответил: «Немного». Он рассказал, что уже несколько лет применяет УЗИ у себя в кабинете и считает его незаменимым. И добавил: «Всё дело в доказательной медицине».

Мне это показалось замечательным наблюдением, и я договорился прийти к нему на работу, чтобы узнать больше. Это была хорошая возможность изучить две прекрасные статьи, опубликованные одна за другой в начале того года в RadioGraphics. Прежде я их пропустил, поскольку исследования опорно-двигательной системы никогда не были моим главным интересом. Итальянская группа под руководством доктора Луки Марии Сконфьенцы подробно описала динамическое УЗИ высокого разрешения связок голеностопного сустава и среднего отдела стопы. Другая группа, возглавляемая доктором Михрой Талянович из медицинской сети Аризонского университета, рассказала об УЗИ высокого разрешения и МРТ при повреждениях сухожилий малоберцовых мышц.

Я рассчитывал многому научиться, и визит действительно оказался поучительным. Хозяин был любезен и позволил посмотреть несколько исследований. Никаких материалов по ультразвуку у него в кабинете я не увидел. По его словам, всему он научился самостоятельно, а ещё многому — у продавца, который продал ему аппарат, а затем установил его. В годы его обучения ультразвук не входил в программу; перед получением лицензии и началом практики не требовалась и ординатура.

Что ж, я тоже в основном учился сам, когда в 1960-х получил в Национальных институтах здоровья свой первый аппарат B-сканирования во временное пользование, так что мог его понять. Он сказал, что оборудование старое, но полностью оптимизировано для подиатрии. Кажется, это означало наличие подписей, относящихся к стопе. Принтер был, но возможности сохранить файл изображения, по-видимому, не было. Допплером он не пользовался и о нём не знал, а настройки, судя по всему, ни разу не менялись с момента установки.

Пациенты лежали на животе, свесив ноги за край стола, а оператор сидел перед стопами. Продольное изображение подошвенной фасции замораживали, подписывали, затем курсорами на экране измеряли её максимальную толщину. Он также устанавливал датчик вдоль большого пальца и осторожно растягивал его, наблюдая суставную щель. Вероятно, было что-то ещё, но я запомнил это. Я спросил о наведении при инъекционном лечении подошвенного фасциита. Он держал датчик вдоль подошвы и описывал путь иглы со стороны пятки: при пересечении плоскости сканирования она появлялась центральной точкой.

Полагаю, подиатр считал УЗИ детской забавой. Других применений ультразвука или технических сторон визуализации он не знал, да и не интересовался ими. Почти уверен, он предполагал, что я ничего не понимаю в стопах. Советов по работе с аппаратом он не просил, и я их не предлагал, хотя не удержался и подправил яркость и контраст аналогового видеодисплея, далёкие от оптимальных. Чтобы вывести разговор за пределы ультразвукового оборудования, я сказал, что постоянно проделываю это со старым телевизором дома. Мой знакомый гордился мастерством и, очевидно, заботился о пациентах.

Скрининг подошвенного фасциита

Когда я спросил о «доказательной медицине», он посмотрел на меня с неодобрением и разочарованием. Он объяснил: ультразвук позволяет предоставить страховой компании доказательство выполненного исследования или процедуры и обосновать диагноз, чтобы получить оплату. Кроме того, он стал проверять на подошвенный фасциит пациентов без боли в пятке, измеряя толщину фасции, и сумел обнаружить много ранее не диагностированных случаев.

Такая трактовка «доказательной медицины» меня поразила, хотя в контексте возмещения расходов я мог её понять. Я поискал в интернете «подиатрический ультразвук», и одна из первых ссылок вела к поставщику аппаратов с формулировками вроде «обучение не требуется» и «начните работать немедленно». Там были конкретные инструкции по кодированию по Международной классификации болезней, рекомендуемые цены исследований и расчёты роста дохода после внедрения УЗИ в подиатрическую практику. Видимо, доказательную медицину они понимали так же.

И всё же в стремлении моего знакомого использовать доступный инструмент для выявления подострой формы заболевания есть нечто достойное уважения. Подошвенный фасциит очень распространён, но обычно разрешается самостоятельно. Это самая частая причина боли в пятке, хотя далеко не единственная. Я нашёл метаанализ, согласно которому толщину более 5 мм можно считать признаком отклонения от нормы.

Толщина подошвенной фасции увеличивается с массой тела и возрастом, а также зависит от ежедневного объёма ходьбы и бега. При подошвенном фасциите, диагностируемом по боли в пятке при ходьбе и тыльном сгибании пальцев, первое действие — заменить обувь на ту, которая смягчает и поглощает удары. Разумно предположить участие повторных травм и компенсаторное утолщение фасции. Тогда утолщение — вторичный признак, хотя мой знакомый и подиатрическая литература рассматривают именно его как основную проблему.

Когда я стал думать о стопах для этой статьи, в памяти всплыли два странных старых факта. Для одного из любопытства нашёл источник. При ходьбе свод поднимается за счёт натяжения подошвенного апоневроза, а по-видимому не мышечной активности: об этом говорится в статье 1954 года в Journal of Anatomy. Второй факт — необычный липидный состав жировых подушек под фасцией, который может способствовать амортизации.

Вот гипотеза: повторяющаяся нагрузка на фасцию с последующим её растяжением вызывает фиброзное утолщение, а повреждение подлежащих жировых подушек ведёт к высвобождению провоспалительных цитокинов и запускает воспаление. Не знаю, верно ли это, и возвращаться к теме не собираюсь. Мысль в том, что к УЗИ можно подходить двумя способами: один очень ограничен и ищет признаки, другой основывает наши действия на модели того, что мы хотим выявить. Я ещё вернусь к этому — это очень важно.

Базовые настройки оборудования

Мой знакомый подиатр в основном использовал ультразвук как лабораторный тест с числовым результатом — не так уж далеко от первых измерений бипариетального размера доношенного плода в A-режиме. Изобразительная часть исследования была примитивной: большая доля доступной информации игнорировалась или оставалась недоступной, поскольку визуализация ограничивалась максимально контрастными объектами. Подозреваю, что так бывает во многих областях клинического применения УЗИ, где всю цепочку формирования изображения не разбирают и не оптимизируют до конца.

Глаз и мозг — часть любой цепочки визуализации. Мы смотрим на изображения на экране или другом носителе. Первенство зрительного восприятия в интерпретации настолько фундаментально, что о нём легко забыть.

Я всегда учил ординаторов и стажёров настраивать аппарат прежде, чем пытаться рассмотреть детали. Давал им очередной фантом и заставлял повернуть каждую ручку, передвинуть каждый ползунок и щёлкнуть каждым переключателем, чтобы увидеть влияние на изображение. Отдельные изменения оценить довольно легко. А вот смотреть на сочетания одновременно действующих настроек значительно труднее.

В итоге они должны были настроить аппарат для обследования людей. Критерий был единственный: настройки оптимальны для выявления или исключения конкретной искомой патологии. Обычно это означало уменьшить случайный шум и максимально увеличить контраст очага или нужного компонента ткани относительно фона. Единственного «правильного» положения регуляторов не существовало. На протяжении исследования настройки непрерывно подправляли или меняли, при необходимости заменяли датчик. Это общий подход, применимый к любому оборудованию и любой клинической задаче.

Начинающие сосредоточиваются на пространственном разрешении. Однако способность увидеть патологию в большинстве применений определяется контрастным разрешением. Персистенция, динамический диапазон, карты отображения серой шкалы и выбор датчика — доступные оператору способы управления контрастом. Сам вопрос контрастного разрешения сложен: он включает все факторы передачи и приёма специально сформированных акустических импульсов, специфичные для конкретного аппарата и обычно недоступные пользователю.

Кто-то из вас, возможно, скажет: «С современным оборудованием вообще ничего настраивать не приходится. Есть пресеты для каждого органа и каждой задачи». Но таким образом вы отдаёте возможность оптимизировать исследование для своего пациента и его проблемы неизвестному человеку, который выбрал, что, по его мнению, лучше подходит для некоего идеального — и часто нормального — тестового объекта.

Пресет или отсутствие настройки могут подходить для очень простой ограниченной задачи, как в примере с подиатром. Но они сковывают и ограничивают более общую задачу поиска неизвестного в море возможностей. Есть автоматическая оптимизация одним нажатием, однако ей обычно недостаёт гибкости для разнообразных клинических ситуаций. Именно эту сторону сканирования я собираюсь изучать на конгрессе RSNA на следующей неделе.

Старые споры

На заре серошкальной визуализации некоторые первые пользователи выводили чёрное изображение на белом фоне. В телевизионных устройствах отображения обычно можно было выбрать полярность. Оттенков серого в изображениях было немного. Даже с учётом этого худший выбор с точки зрения восприятия было бы трудно придумать. Такая практика сохранялась десятилетиями, а большинство аппаратов вовсе не имело подобной регулировки.

Однако несколько влиятельных ранних сторонников белого изображения на чёрном фоне предпочитали гладкую и непрерывную картину паренхимы. Их логика: солидный орган должен быть заполнен эхосигналами. Поэтому они заполняли паренхиматозные поля, повышая компрессию сигнала до 70 или 80 дБ. Изображение печени, возможно, становилось красивым, но ценой высокого шума и низкого контраста.

В результате действительно трудно обнаруживать очаговые изменения — метастазы, гепатомы — и даже видеть внутрипечёночные сосудистые ветви. Обычно в ответ говорили: «Для этого у нас есть КТ», а позже — «и МРТ», «так что это неважно».

Тем не менее ультразвук сделал большой шаг вперёд, когда моя бывшая стажёрка и замечательная коллега доктор Берил Бенацерраф в 1985 году опубликовала первую серию наблюдений, связывавшую утолщение кожи в области шеи с анеуплоидией, в частности с синдромом Дауна.

С этим исследованием связана интересная история. Те же авторитеты, которые гордились гладкими паренхиматозными полями, резко и публично критиковали этот признак, потому что сами не могли его воспроизвести. Первая серия Берил основывалась почти на тысяче последовательных амниоцентезов и УЗИ, что должно было сделать её неоспоримой. Единственное объяснение, которое мне приходило в голову: возможно, на двух побережьях США — главных площадках спора — как-то различается фенотипическое проявление синдрома Дауна. Я предпочёл уважать техническую компетентность коллег в ультразвуке.

Позже понял: специалисты Западного побережья настраивали аппараты из эстетических соображений, а не для распознавания патологии. Динамический диапазон был высоким — не 45–50 дБ, лучше подходящих для зрительного восприятия контраста; к тому же они предпочитали сигмоидальное постсканирующее распределение оттенков серого, ещё больше ограничивавшее контраст. Шума было столько, что признак терялся. Эндовагинальное сканирование само по себе даёт меньше шума, чем трансабдоминальное, поэтому даже при плохих настройках признак обычно оставался хотя бы заметным. Возможно, именно это больше всего способствовало признанию работы Берил.

Уже несколько лет существуют программы, «сертифицирующие» умение оценивать толщину воротникового пространства. Если вы умеете обследовать плод, сертификация по отдельному признаку абсурдна. Если же не умеете, но хотите использовать УЗИ ради этого признака, сертификация уместна — однако, вероятно, ничего другого вам сканировать не следует. Интересно, затрагивают ли курсы по воротниковому пространству настройку аппарата, включая выбор датчика для такой задачи.

Некоторые учреждения всё ещё предлагают оценку воротникового пространства для скрининга риска анеуплоидии. Мне также интересно, не понимают ли они «доказательность» в подиатрическом смысле, не обращая внимания на огромный объём рецензируемой литературы о внеклеточной ДНК. Старая радиологическая мудрость эпохи обычных рентгенограмм гласит: «Признак — не болезнь; отсутствие признака — не признак». Современное дополнение: срок жизни визуальных признаков, обнаруживаемых невооружённым глазом, будет ограничен по мере понимания молекулярных основ заболеваний и разработки более совершенных тестов.

Трёхмерные лица

Я начал получать трёхмерные изображения поверхности с программным обеспечением TomTec Imaging Systems более десяти лет назад. Оно использовало ручное перемещение или покачивание датчика, так что можно было выбрать любой датчик и сканировать медленно, добиваясь наилучшей выборки исследуемого объёма. С самого начала стало очевидно: обычные настройки для плода прекрасно подходят для задач вроде выявления расщелин лица, но из-за низкого шума не годятся в качестве подарка будущим родителям, которые вправе ожидать, что кожа ребёнка будет гладкой, непрерывной и идеальной.

Решение состояло в настройке аппарата ради эстетически привлекательной подарочной картинки. Ниже — пример плода на сроке 14 недель, обследованного трансабдоминально датчиком 15 МГц. Кстати, мимики на этом сроке практически нет. Щёки — одно из первых мест, где откладывается белый жир.

Как и следовало ожидать, компьютерное «восприятие» цифровых ультразвуковых изображений по чувствительности должно существенно отличаться от человеческого зрения. В 1980-е годы на ежегодной встрече Американского института ультразвука в медицине я представил постер с изображениями печени, раскрашенными по вычисленному стандартному отклонению амплитуды сигнала в последовательных соседних участках. Нормальные случаи чётко отделялись от подтверждённого биопсией цирроза. Работу поддерживала компания ATL, но продолжать её не стала. Тогда большой интерес вызывало автоматическое распознавание закономерностей по статистическим признакам изображений более высоких порядков — невидимым при непосредственном просмотре, но подходящим для компьютерной обработки.

Более удачный современный пример — система Visualize:Vascular компании Salient Imaging. Она точно восстанавливает просвет артерии по набору шумных B-изображений. Программа раскрывает множество ценных количественных сведений, которые просто невозможно увидеть на исходных изображениях, прежде всего позволяя точно измерить сужение просвета атеросклеротической бляшкой.

Ультразвуковая головоломка

Доказательная медицина в общепринятом смысле уже глубоко повлияла на практику и единообразие оказания помощи. К сожалению, большинство крупных исследований ультразвука показывают, что метод не отличается большой полезностью, точностью или надёжностью. Меня печалит, что так происходит после десятилетий его применения во всём мире. Смешение всех форм УЗИ в массовом популяционном анализе способно отразить лишь преобладающий способ использования метода — главным образом ограниченный. Он неэффективен и чрезмерно оплачивается, и пока он остаётся вариантом по умолчанию, прогресс будет сдерживаться.

Ограниченное применение УЗИ, безусловно, играет важную роль в помощи пациентам. Его легко внедрить; во многих ситуациях, например при наведении иглы, оно действительно вообще не требует знаний об ультразвуке. Проблема в том, что успех в этой узкой области поддерживает технический застой, а сейчас это последнее, что может позволить себе любая медицинская дисциплина. Ультразвук ещё не раскрыл потенциал диагностического инструмента для множества возможных форм патологии или средства оценки ткани и её состояния, сопоставимого с биопсией либо целым набором инвазивных физиологических измерений.

Ультразвук включает очень сложные взаимодействия потоков фононов с тканями. Для эффективного использования нужно непрерывно оптимизировать аппарат по ходу исследования, хотя с новейшими малошумящими системами необходимость в этом немного менее остра. В этом отношении УЗИ отличается от всех остальных методов медицинской визуализации. Во многих отделениях радиологии этот фактор не понимают или беспечно игнорируют. Масштаб и надёжность их работы снизились по сравнению с великими первопроходческими временами 1980-х. Даже такая кажущаяся мелочь, как необдуманное изменение динамического диапазона, имеет последствия.

Признать многоликость ультразвука — первый шаг к возрождению области. На ближайшем горизонте видны серьёзные потенциальные перемены в ультразвуковой визуализации. Надеюсь, новое поколение специалистов встретит их с энтузиазмом и сумеет квалифицированно применить, обладая подготовкой для эффективной работы и соединяя новые возможности с формирующимися молекулярными основами.