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.

19 января 2015 года. Конгресс RSNA открывает праздничный сезон. Специалисты со всего мира встречаются, обмениваются знаниями и опытом, устраивают великолепные вечеринки. А выставочные залы полны технических новинок.

Производители стараются приурочить премьеры к RSNA, рассчитывая вывести продукты на рынок в первом квартале. Я подолгу хожу от стенда к стенду: наряду с многочисленными курсами это важная часть моего обучения.

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.

Документ подготовил сам производитель. По форме он похож на рецензируемую статью, но аналитических и сравнительных данных не хватает. Такие технические обзоры часто написаны хорошо и действительно полезны. Однако по сути перед нами всё же тщательно отредактированный рекламный материал.

Для любой новинки мне хотелось бы увидеть клинические результаты — и самому решить, расширит ли она мои практические возможности. Первым автором технического обзора нередко становится внешний консультант, а ещё два–четыре соавтора работают внутри компании. В этом случае я очень обрадовался имени Томаса Йедрцевича, консультанта по медицинскому ультразвуку из Остина, Техас. Знаю Тома не меньше тридцати лет и жалею, что давно не виделись.

Том — воплощение учёного и джентльмена. Он долго работал в Acuson и многое сделал для появления энергетического доплера. Его область — инженерная сторона ультразвука, поэтому многие клинические пользователи даже не знают, скольким ему обязаны современные технологии. В наступающем году я хочу рассказать о таких выдающихся людях, как Том: они внесли огромный и нередко незаметный вклад в нашу область.

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.

Эта придирчивость, возможно, почти так же бессмысленна, как спор об «эндо-» — где расположен датчик — и «транс-» — куда проходит луч — вагинальном УЗИ. Строго говоря, оно было бы дважды трансвагинальным: для каждого обычного изображения есть и передача, и приём сигнала.

Многие скажут: достаточно длительное общее употребление делает термин правильным. Но мне кажется, подобная небрежность в названиях — одна из причин, по которым ультразвук всё ещё оттесняют на периферию серьёзных дисциплин.

Медуза

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

Улыбающийся человек рядом с Zonare — Людвиг Стефген, руководитель маркетинга премиальных продуктов компании. На экране заморожен кадр тропической рыбы, полученный датчиком 14 МГц. Людвиг рассказал: до преподавательской работы он был техником в патологии и многому там научился. Работая в Acuson, учился на сонографиста в Стэнфорде. Нас объединяют фотография и любовь сканировать необычные объекты. Он показал несколько видеозаписей своих тестов, в том числе маленькую пресноводную медузу, снятую на 20 МГц.

Видео предоставлено Людвигом Стефгеном, представителем фирмы Zonare.

Если я правильно запомнил, Людвиг обнаружил этот редкий вид медуз, ныряя в пещерах. Меня впечатлили и его смелость, и качество изображения. Фонового шума почти нет — на высоких частотах это обычно большая проблема. Детали отчётливы, движение передаётся плавно, хорошо видны и частицы, циркулирующие в воде.

Риски и проблемы новых датчиков

Мне очень хотелось бы увидеть клинические изображения — хотя бы глаза или кожи через водный слой, если у первой версии датчика есть трудности с затуханием. Я подумал о конструкции с длинной рукояткой и решёткой примерно под 30° для эндовагинального применения либо под прямым углом для шейки матки и простаты. Трансвагинальный доступ — теперь мы говорим о пути луча — уменьшил бы затухание и множественные реверберации. Ожидаемое контрастное и пространственное разрешение могло бы сделать выявление эндометриоза и спаек очень надёжным, улучшить оценку эмбрионов в начале первого триместра и, возможно, позволить находить предраковые изменения яичников — пока ни один метод визуализации нам этого не даёт.

Как бы ни хотелось немедленно проверить эти предположения, разработка аппаратуры стала для производителей трудным и рискованным делом. Направление задают инженеры, ограниченные физическими законами генерации, распространения и приёма волн, а также нормативными требованиями к передаче энергии и безопасности. Есть и ограничения стоимости материалов и производства. Поэтому коммерческая сторона компаний часто предпочитает улучшать существующие применения, а не вкладываться в совершенно новые, клиническая польза которых ещё не доказана.

Есть трудности и с самими датчиками; им я вскоре посвящу отдельную статью. Современные датчики состоят из решёток элементов:** линейных либо двумерных. Появляются материалы, позволяющие лучше изолировать элементы от взаимных помех — серьёзной проблемы конструкции.

Решётку нужно точно согласовать с конкретной системой, а затем включить в цепочку программных модулей. Просто купить датчик и подключить его не выйдет. Даже небольшое изменение требует множества перенастроек. Как и в клинической медицине, нужен системный подход.

От сотрудничества до серийного выпуска

Обычно мы пользуемся аппаратами, не зная, через что прошёл производитель, прежде чем выпустить надёжную рабочую систему на мировой рынок. Когда-то рентгенологов и изготовителей рентгеновской и вспомогательной техники связывало особое исследовательское сотрудничество. Лабораторную работу коллег поддерживали главным образом государственные и фондовые гранты, а клинические исследования по визуализации чаще всего — производители оборудования.

Чаще компания безвозмездно предоставляла аппарат, но не участвовала в самой работе: её проводили и анализировали независимые исследователи. Зарплату им платил институт, а не производитель. Обследования были бесплатными; участвовали добровольцы или пациенты, подобранные по условиям исследования.

Институты не выставляли производителю счёт за помещения, принадлежности, вспомогательные службы или лабораторию. Наоборот, такое сотрудничество поощряли. Для рентгенолога исследовательская работа была добровольной частью профессиональных обязанностей. Думаю, так было не только в США, но и в Азии и Европе.

Старые добрые времена. Большинство работ касалось рентгенографии, рентгеноскопии и радионуклидной визуализации. Этических комитетов в нынешнем виде ещё не было, но рентгенологи отвечали и за радиационную безопасность, а диагностические процедуры подчинялись строгим правилам. Комитет — полезная структура; однако и до него действовало главное: не навреди. Добровольное сотрудничество много дало всем методам визуализации. Оно хорошо работает, когда обе стороны знают своё дело и хотят лучшего для пациента.

Мне повезло: последние 35 лет я тесно общался с производителями УЗ-техники. Особенно интересно было с инженерами. Их желание учиться и понимать реальную клиническую работу всегда впечатляло. Именно от них я узнал основы формирования изображения. А доступ к новейшим аппаратам помогал моим пациентам. Думаю, каждый из вас чувствовал бы то же самое, получив возможность участвовать в такой работе.

Советы производителям

Прямое сотрудничество клиницистов и производителей выгодно обеим сторонам. Раньше оно в основном сосредоточивалось в академических учреждениях. Я предлагаю распределённую схему с участием частных УЗ-клиник: когда производитель считает новинку готовой к практическому применению, пусть привлекает к сотрудничеству столько учреждений, уже использующих его технику, сколько сможет — будь их немного или много.

Если усовершенствование уже получило разрешение FDA, специального допуска на исследование или испытание не требуется; для новых применений существуют независимые этические комитеты. На время тестирования компании должны бесплатно предоставлять аппараты, датчики, программное обеспечение и вспомогательные устройства. Клиники — приглашать пациентов или добровольцев на бесплатные обследования по цели и протоколу исследования. Все участники должны иметь возможность объединить результаты, а научно значимые наблюдения — становиться общедоступными.

Представьте, сколько УЗ-исследований проходит каждый день. Наладь мы действенный обмен наблюдениями и опытом — клинические знания распространялись бы быстрее, контроль качества стал бы лучше. А сколько дало бы техническому прогрессу постоянное сотрудничество с производителями! Вот моё главное пожелание 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).