Ультразвуковая фетометрия

Ultrasound Club представляет восьмую в серии статью по практическому ультразвуку доктора Джейсона Бернхольца, одного из пионеров данного метода визуализации.

Дорогие специалисты ультразвуковой диагностики!

Врачи удивительно изобретательны: умеют извлечь максимум из доступных средств. Меня всегда впечатляла история Леопольда Ауэнбруггера, который в Австрии XVIII века придумал метод — технического предшественника УЗИ.

Его отец был виноделом, и Леопольд обучился этому ремеслу, включая простукивание бочек для определения уровня газа и оценки ферментации. Во время или после получения медицинского образования он применял этот метод к людям для определения уровней воздуха и жидкости, например при крупном плевральном выпоте. Это метод физикального обследования, называемый перкуссией. 

В ультразвуке мы заменяем постукивающий палец источником звука, а прослушивание отражающихся волн -пьезоэлектрическим датчиком. Получаем А-режим ультразвука, первая реализация которого последовала довольно скоро и включала в себя сканирование области и получение ультразвукового изображения. 

Но у изобретательности есть оборотная сторона. Стоит приёму хорошо заработать, и некоторые продолжают повторять его годами. Навык растёт, работа идёт быстрее — а вопрос «По-прежнему ли это лучший способ?» уже не возникает. Для УЗИ это особенно серьёзная проблема. За его 50-летнюю историю техника совершенствовалась и рывками, и постепенно; одновременно мы гораздо лучше научились понимать болезни и лечить их.

В акушерском УЗИ практика, кажется, отстаёт от возможностей каждый день. На рисунке 1 — портрет плода, сделанный в сентябре 2012 года на сроке около 20 недель: точнее, 19,6 недели в десятичной записи. У кого-то из вас наверняка уже есть более новые и качественные изображения. И возникает вопрос: при таком уровне визуализации должны ли мы по-прежнему руководствоваться правилами 1970-х, а то и более ранними, в какой-либо части обследования плода?

Рисунок 1*. Трёхмерное изображение здорового плода мужского пола на сроке 19,6 недели. Все изображения предоставлены доктором Джейсоном Бёрнхолцем.

На этот вопрос и попробуем ответить, разобрав несколько сторон фетальной «биометрии». Термин мне нравится: точный, но почти чрезмерно серьёзный для того, что за ним стоит. Измерять плод — занятие, казалось бы, скучное. Однако если копнуть глубже, обнаружится немало интересного.

Срок беременности («гестационный возраст»)**

Определение срока беременности (СБ) входит в каждое ультразвуковое исследование. В действительности мы хотим знать внутриутробный возраст или время после зачатия в днях или неделях. СБ – это просто внутриутробный возраст плюс две недели, т.е. вы начинаете на второй неделе и, в среднем, заканчиваете на сороковой. Здесь сохраняется традиционная форма определения срока беременности по дате последней менструации, которая, по моему мнению, также возникла в середине XVIII века. Я годами не спрашивал пациенток о дате последней менструации, ведь с этой задачей так хорошо справляется ультразвук. 

Если дата зачатия известна, эта информация, безусловно, очень ценная. У пациенток с экстракорпоральным оплодотворением (ЭКО) используется день извлечения яйцеклетки, который является днем зачатия (в случае криоконсервированных эмбрионов внутриутробный возраст, часто пять дней, отнимается от даты имплантации). Максимально точное определение СБ важно для планирования повторных кесаревых сечений, еще важнее для полного исключения перенашивания, и наиболее важно для установления ориентира для оценки роста и этапов развития. 

Основные проблемы измерений и расчетов 

В некоторых учреждениях сохраняется странная, на мой взгляд, привычка записывать срок в неделях и днях. Для расчётов его затем приходится переводить в десятичную дробь по таблице или на программируемом калькуляторе — и обратно. Впрочем, если кому-то удобно — пусть так. Можно было бы вернуться и к аптекарским мерам, прописывая две драхмы настойки омелы. Но вряд ли мы захотим.

Определение срока — аналитическая задача: одно или несколько УЗ-измерений обычно сопоставляют с эталонными данными для определённой группы плодов. При этом приходится выбирать наиболее вероятный ответ. Значит, речь не о простом считывании числа, а об интерпретации — разновидности диагностики, у которой есть и юридические последствия при претензиях к качеству помощи.

Вы все знаете различные факторы, связанные с ультразвуковой биометрией в общем. Я хочу обратить ваше внимание лишь на некоторые аспекты. Измерения на глубине зависят от настроек скорости распространения волны, обычно 1540 м/сек, на самом новом оборудовании она регулируется. Тем не менее, измерения, сделанные с помощью линейной решетки вдоль оси датчика, «абсолютные» и зависят от количества и размещения элементов. 

При сканировании датчиками с небольшой сканирующей поверхностью в секторном формате точное измерение представляет собой угловое смещение, а не расстояние. Еще одна проблема, преломление луча, может возникнуть, если путь содержит много жира (ниже скорость) или плаценты (на 1°- 2° теплее, чем фон, выше скорость). Использование микроконвексных датчиков может быть проблематично, однако можно с достаточной уверенностью предположить, что в районе середины поля сканирования они не сильно отличаются от линейных датчиков. Также важно максимально увеличить соотношение пиксели/миллиметр ткани для уменьшения погрешности измерения – т.е. заполнить экран тем, что необходимо измерять. 

В практике пользу измерений ограничивают ошибки специалиста и аппарата, а также естественная биологическая изменчивость каждого показателя. В ранних работах по фетометрии нередко оптимистично предполагали, что главное ограничение — биологическая вариабельность. Между тем для линейных размеров плода ошибка оператора её сильно перевешивает — образно говоря, на тонну. Нет, на все десять.

Площадь и окружность измерить с той же точностью труднее, чем простой диаметр. Поэтому каждое измерение стоит повторять: в обычной практике я делаю это 3–5 раз. Но не спешите усреднять всё подряд! Посмотрите, какие значения близки друг к другу, и исключите явные выбросы. Усреднять верные и ошибочные данные нельзя.

Бипариетальный размер 

Бипариетальный размер, БПР, — классический показатель для определения срока; без него не обходятся учебники и курсы. Мне всегда было интересно, почему именно он занял такое место. Немного истории — по памяти, поэтому в именах и приоритетах могу ошибаться. Если хотите разобраться глубже, отправная точка — работы Скаммона и Калкинса 1920-х годов об измерениях плода и истории вопроса.

Измерение различных поперечных диаметров головы можно проследить по меньшей мере до XIX века, обычно это делалось огромным циркулем, который выглядел как щипцы для льда. Измерения эмбриона и плода встречаются в работах великих эмбриологов начала ХХ века, таких как Хиз, Молл, Стритер, хотя их больше всего интересовало раннее развитие. Довольно скоро после того, как радиография получила широкое применение, сформировалась рентгеновская пелвиметрия, в основу которой легли измерения БПР для прогноза или исключения несоответствия размеров таза матери размерам головки плода. БПР существовал задолго до того, как пришел ультразвук. 

Самой ранней реализацией ультразвука был А-режим, который в основном использовался для обнаружения смещения срединных внутричерепных структур при субдуральной гематоме вследствие травмы. Я думаю, первые отчеты об использовании А-режима вместо пальпации для измерения БПР головы плода в конце беременности датировались концом 1950х и были сделаны Яном Дональдом и Брауном в Глазго и Когорном в Балтиморе. Использованию его во втором и третьем триместрах для определения СБ содействовал Стюарт Кэмпбелл в Лондоне в 1960х годах, которые стали началом работы с В-режимом. В каждой стране есть свои знаменитые пионеры акушерского ультразвука, которые внесли огромный вклад в развитие этой самой распространенной сферы его применения. Я считаю, что Стюарт Кэмпбелл сделал больше всех для становления этой области и направил ее развитие во всем мире. 

Итак, БПР вошёл в практику тогда, когда череп был почти единственной структурой, которую можно было уверенно увидеть при ручном сканировании. Выбор был понятен. Но вряд ли кто-то, изучавший рост плода, сказал бы: «Из всех размеров БПР биологически оптимален». Он, безусловно, полезен — иначе мы не тратили бы столько сил на точные протоколы и поправки на форму головы, измеряя дополнительные диаметры, площади и окружности.

Череп растет в объеме, а это кубическая величина, одним из линейных размеров которой является БПР. Даже если забыть, что череп это своеобразный полуэлипсоид с некоторой гибкостью формы, любое отношение между БПР и СБ (время) не может быть просто линейным. 

Для оценки срока длинные кости, например бедренная, подходят лучше. Основное изменение при росте приходится на длину, а высокий акустический контраст позволяет легко и точно измерить её линейной решёткой.*** Длину бедра предложили в 1980-х — возможно, Джон Куинен, а популяризировал Джон Хоббинс. На рисунке 2 показана её связь со сроком в клинически неоднородной группе примерно из 3000 плодов с надёжно установленным сроком, без структурных аномалий и анеуплоидии.

Рисунок 2. Длина диафиза бедренной кости и срок беременности у 3182 эуплоидных плодов без аномалий, с достоверно установленным сроком. Пациентки направлены из разных учреждений в Diagnostic Ultrasound Consultants, Ок-Брук, Иллинойс.

С момента, когда длина тела кости становится основным показателем роста на 12 неделе СБ, увеличение практически линейное и нет существенных изменений в дисперсии данных по мере гестации. Таким образом, его можно использовать до конца беременности. 

Особенность ранних сроков беременности

Одна из по-прежнему актуальных работ раннего ультразвука – определение Хью Робинсоном срока беременности по длине эмбриона, которую часто называют копчико-теменным размером. Введен этот параметр был в 1970-х годах во времена ручного сканирования. Разумеется, тогда эмбрионы невозможно было визуализировать на очень ранней стадии беременности. В середине-конце первого триместра этот метод так хорошо работает потому, что эмбрионы относительно плоские, численно доминирующим параметром роста является длина и существует высокий контраст между эмбрионом и жидкостью в полости амниона. Метод подобен использованию длинны бедренной кости после 12 недель.

Рисунок 3: 3D изображение 13,2-мм эмбриона. Частота сердечных сокращений на основе 4-секундной доплеровской записи составляет 149,58. Возраст 7,6 недель.

Когда эмбрион первый раз «смотрят», примерно через 24 дня после зачатия, его длина субмиллиметровая, и эффективные измерения сложно провести на большинстве систем. К тому времени, когда эмбрион уже можно видеть, его сердце уже начало биться. Есть ряд исследований, которые показывают, что независимо от выбранного начального значения частота сердечных сокращений увеличивается до пиковых 190 ударов в минуту приблизительно на 9,5 неделе СБ, после чего падает и стабилизируется примерно на 140 ударах и сохраняется до конца третьего триместра. 

Несколько слов об измерении ЧСС плода. Возьмите весь доступный участок доплеровского спектра, где хорошо виден каждый сердечный цикл. Какой бы ни была длина записи, считайте частоту по числу циклов и времени между первым и последним выбранными циклами. Многие ограничиваются интервалом между двумя сокращениями, потому что так проще сразу получить число. Это надёжный способ увеличить погрешность.

Мы всегда используем высокочастотный доплер — чем выше частота, тем лучше: амплитуда обратно рассеянного сигнала пропорциональна четвёртой степени частоты. Записываем 2–5 секунд. Даже столь короткая запись позволяет определять ЧСС с погрешностью около одного удара в минуту в обе стороны в физиологическом диапазоне ранних сроков.

В нескольких изящных исследованиях показано: электрическую активность водителя ритма запускают внутриклеточные колебания кальция, опосредованные циклом инозитол-1,4,5-трифосфата (Méry et al., Molecular Biology of the Cell, 1 мая 2005, том 16:5, с. 2414–2423). А ЧСС жёстко программируется последовательным включением рианодиновых рецепторов (Huang-Tian et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 9 июля 2002, том 99:2, с. 9225–9230).

Исследовав примерно 950 эмбрионов возрастом менее 9 недель или копчико-теменным размером примерно 22 мм, я выяснил, что сердечное движение видно примерно с 5,6 недели СБ или 0,6 мм КТР и доплероское исследование можно провести уже на этом этапе. Все пациентки пришли к нам по направлениям, основная причина – выделения или подозрение на угрозу прерывания беременности, однако некоторые были направлены для установления срока беременности.

Требовалось лишь, чтобы беременность продолжалась минимум до 20 недель. ЧСС быстро возрастала от 66 ударов в минуту на сроке 5,6 недели до примерно 100 при КТР 2,4 мм, то есть около 6 недель. Эти самые ранние случаи мы исключили. Остались 854 наблюдения в интервале 6–9 недель, когда рост ЧСС был почти линейным. Приведу формулу для этого интервала; для этих данных r² = 0,898: СБ = 3,9429741 + 0,0019595647 × ЧСС^1,5.

Мне этот способ кажется наиболее точным для определения возраста эмбриона — примерно до дня. Всё зависит от диапазона значений ЧСС и точности измерения. Рассматриваемый интервал приходится на критический этап развития сердца, начинающийся с простой сердечной трубки.

Реальная значимость

Измерение ЧСС может выглядеть обычной рутинной процедурой. Нужна ли при определении срока столь высокая точность? Главная ценность, по-моему, в другом: даже небольшое несоответствие ЧСС сроку или КТР на ранней стадии, как и необычная динамика ЧСС между двумя близкими исследованиями, может быть чувствительным и специфичным признаком неблагоприятного исхода.

При использовании импульсного доплера существуют другие известные нам признаки сниженной насосной функции сердца. По нашему опыту соответствие частоты сердечных сокращений сроку беременности в интервале от 6 до 9 недель означает вероятность 98% или более, что беременность продолжится. Это может быть лучшим практическим применением импульсного доплера. 

* На взгляд редакции сайта 3D изображение не лучшее (вероятно после виртуальной обрезки мешающих фрагментов), не исключена патология плода
** В англоязычной литературе используется термин «gestational age» 
*** «Линейная решетка» - дословный перевод термина «linear array». Данный тип «решетки» (расположения элементов датчика) относится к конвексным и линейным датчикам