способ количественной оценки ультрасонографического изображения органов и тканей

Формула изобретения

Способ количественной оценки ультрасонографического изображения органов и тканей, включающий наведение датчика на объект, получение его изображения, маркировку, построение и анализ амплитудной гистограммы изображения органа или ткани с определением преобладающей градации "серой шкалы", по которой судят об акустической плотности исследуемого объекта, отличающийся тем, что дополнительно перед построением и анализом амплитудной гистограммы изображения органа или ткани осуществляют наведение датчика на крупный кровеносный сосуд или полость сердца, расположенные в плоскости объекта, маркировку участка изображения внутри него, определяют максимальный уровень излучаемого сигнала, при котором преобладающая градация "серой шкалы" данного участка равна 1 и этот уровень мощности используют при построении и анализе гистограммы исследуемого объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к способам исследования ультрасонографических изображений органов и тканей.

Существует способ количественной оценки ультрасонографического изображения органов и тканей путем построения и анализа амплитудных гистограмм (АГ) [1] Способ включает в себя наведение датчика на исследуемый объект, маркировку участка объекта, построение и анализ АГ, вычисление по АГ преобладающей градации "серой шкалы" (ПГСШ) для данного участка органа. Получение изображения паренхимальных эхо-сигналов соответствует разложению белого пятна на экране монитора на оттенки серого цвета в зависимости от силы сигнала: сильные сигналы (от более плотных тканей) изображается как белые, а слабые как темные различной интенсивности. Количество оттенков "серой шкалы", воспринимаемых аппаратом (обычно 64), считается градациями "серой шкалы" [2] Средняя величина преобладающей градации, определенная в исследуемом участке, вычисляется по АГ и характеризует акустическую плотность ткани [3] Данный способ выбран за прототип.

Недостатком известного способа является то, что получаемая с его помощью информация недостаточно объективна. Многими исследователями [4,5] показано, что величина ПГСШ органа зависит не только от его структуры, плотности, толщины жировой клетчатки и других анатомических параметров, но и от величины мощности излучаемого сигнала, расстояния от датчика до объекта [4, 5, 6] Попытки использовать для сравнения больных гистограммы, полученные при заданных параметрах мощности, малоэффективны, поскольку оптимальное изображение, позволяющее объективно оценить структуру органа, характеризуется для каждого больного различной настойкой прибора (и, следовательно, различными параметрами мощности).

С целью повышения объективности получаемой информации предлагается способ количественной оценки ультрасонографического изображения органов и тканей, включающий наведение датчика прибора на объект, его маркировку, построение и анализ АГ, определение ПГСШ, согласно которому при получении изображения исследуемого органа или ткани датчик наводят на крупный кровеносный сосуд или полость сердца, расположенные в исследуемой зоне, определяют максимальный уровень мощности, при котором ПГСШ участка изображения, соответствующего срезу сосуда или полости сердца, равна 1, а затем проводят оценку изображения исследуемого органа при наведенном уровне мощности.

Таким образом, предлагаемый способ заключается в том, что изучение показателей гистограммы исследуемого органа или ткани осуществляют после предварительного индивидуального подбора мощности.

Сопоставительный анализ выявил следующие признаки, отличающие заявляемый способ от известного, принятого за прототип:

при получении изображения исследуемого органа или ткани, до проведения анализа изображения, датчик прибора наводят на крупный кровеносный сосуд или полость сердца, расположенные в исследуемой зоне;

после получения четкого изображения сосуда или полости сердца проводят серию исследований с построением АГ одного и того же участка этого сосуда или полости при последовательном увеличении мощности излучаемого сигнала от минимальной величины, при которой может быть получено изображение, до максимального уровня мощности, при котором ПГСШ на гистограмме еще равна 1;

при выбранном значении мощности получают АГ участка исследуемого органа или ткани с последующим определением ПГЦШ.

Согласно предлагаемому способу датчик прибора наводят на крупный кровеносный сосуд или полость сердца, расположенные в зоне исследуемого органа, т. е. для органа и для соответствующего кровеносного сосуда или полости действительны одни и те же факторы, могущие влиять на объективность получаемых результатов: плотность и толщина жировой клетчатки, например, расстояние от датчика до объекта и т.п.

Наведя датчик прибора на крупный кровеносный сосуд или полость сердца, получают изображение внутрипросветного содержимого сосуда или полости, т.е. крови. Кровь, как жидкость, является анэхогенной средой, характеризуется постоянным акустическим импедансом, высокой звукопроводностью, в ней практически не происходит отражения сигналов [2,6] поэтому при разложении сигнала по "серой шкале" она должна характеризоваться наименьшей ее градацией, т. е. 1.

Таким образом, в предлагаемом способе изображение кровеносного сосуда или полости сердца используют в качестве эталона (критерия) качества изображения, учитывая постоянные физические свойства крови. Очевидно, что для исследования внутрипросветной структуры сосуда или полости сердца должна использоваться мощность, при которой ПГСШ участка изображения, соответствующего срезу сосуда или полости, равна 1.

Увеличение ПГСШ от внутрипросветного содержимого кровеносного сосуда или полости выше 1 обусловлено акустическим феноменом реверберации, связанным с избыточной мощностью сигнала. Таким образом, для получения объективной информации уровень используемой мощности не должен превышать некоторого максимального возможного (порогового) значения (при котором ПГСШ еще равна 1).

При уровнях мощности ниже максимального (порогового) ПГСШ на гистограмме с сосуда или полости равна 1, т.е. показатели гистограммы в этом случае не зависят от уровня мощности. Иная зависимость имеет место для показателей гистограммы с исследуемого органа или ткани (для любых эхогенных структур): показатели гистограммы равномерно убывают с уменьшением мощности сигнала (см. чертеж), что не позволяет использовать подобные значения мощности для объективной оценки изображения исследуемого органа.

Таким образом, максимальное значение мощности, при котором ПГСШ на гистограмме с сосуда или полости, расположенных в исследуемой зоне, еще равна 1, является тем значением, при котором получают объективную оценку ультрасонографического изображения исследуемого органа.

Проведенный анализ показал, что каждый из отличительных признаков необходим, а все они в совокупности с другими существенными признаками заявляемого способа достаточны для повышения объективности оценки ультрасонографического изображения органов и тканей. Т.е. эти признаки являются существенными.

Анализ общедоступной литературы показал, что изобретение (совокупность его существенных признаков) не известно из уровня техники, т.е. является новым.

Авторами впервые предложено использовать изображение крупного кровеносного сосуда или полости сердца, расположенных в исследуемой зоне, для определения уровня мощности, при котором проводят оценку ультрасонографического изображения исследуемого органа или ткани.

Изобретение, не следуя явным образом из уровня техники, имеет изобретательский уровень.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:

Исследование проводят на аппарате для ультразвуковой диагностики, например "Aloka-630", работающем в режиме реального времени, позволяющем строить амплитудные гистограммы. Использовали электронный конвексный датчик с рабочей частотой 3,5 МГц, механические датчики с рабочей частотой 3,5 и 5 МГц.

Датчик прибора наводят на крупный кровеносный сосуд или полость сердца, расположенные в зоне исследуемого органа на необходимой глубине.

После получения четкого изображения сосуда или полости проводят серию исследований с построением АГ одного и того же участка сосуда или полости при различных значениях мощности излучаемого сигнала.

Последовательно увеличивая мощность излучаемого сигнала от минимальной величины, при которой может быть получено изображение, определяют максимальную мощность, при которой ПГСШ на гистограмме с участка сосуда или полости еще равна 1.

При выбранном уровне мощности строят АГ с маркированного участка исследуемого органа и анализируют АГ, определяя ПГСШ, по которой судят об акустической плотности ткани в исследуемом участке.

Следующие примеры иллюстрируют осуществление предлагаемого способа.

Пример 1. Исследовали печень здорового человека. Использовали электронный конвексный датчик с рабочей частотой 3,5 МГц.

Получив изображение среза паренхимы печени, наводили датчик прибора на печеночную вену. Последовательно увеличивая мощность излучаемого сигнала строили АГ с одного и того же участка вены (наиболее крупной ветви в правой доле), установили, что максимальный уровень мощности, при котором ПГСШ на АГ участка вены еще равна 1, составил 66 Дб/см². При дальнейшем увеличении мощности ПГСШ для участка печеночной вены также увеличивается в становится больше 1.

На чертеже представлены графики зависимости ПГСШ на АГ с исследуемой доли печени и с участка печеночной вены от мощности излучаемого сигнала. На чертеже видно, что с увеличением мощности увеличивается акустическая плотность исследуемого органа, т.е. с увеличением мощности излучаемого сигнала выше порогового значения искажается объективная картина.

При уровне мощности излучаемого сигнала 66 Дб/см² строили АГ исследуемого участка печени. ПГСШ на АГ исследуемого участка печени составила 13.

Пример 2. Исследовали печень здорового человека.

С помощью предлагаемого способа определен пороговый уровень мощности излучаемого сигнала 65 Дб/см². Показатель ПГСШ на АГ с участка изображения правой доли печени при данном уровне мощности 12.

У других пациентов из контрольной группы показатели уровня мощности колебались в пределах 64 69 Дб/см², показатели ПГСШ в пределах 11 - 14. Показатели ПГСШ у этих пациентов характеризуют нормальную паренхиму печени.

Для сравнения взята группа пациентов с клинико-морфологически подтвержденным диагнозом "Цирроз печени".

Пример 3. Исследовали печень пациента с диагнозом "Цирроз печени". Показатель уровня мощности (порогового) излучаемого сигнала составил 70 Дб/см², показатель ПГСШ 9.

Пример 4. Исследовали печень пациента с диагнозом "Цирроз печени".

Показатель уровня мощности (порогового) излучаемого сигнала составил 68 Дб/см², показатель ПГСШ 8.

Показатели ПГСШ у этих пациентов характеризуют патологически измененную ткань печени.

При сравнении полученных данных у этих двух групп пациентов выявляются различия в показателях ПГСШ, определенных с помощью предлагаемого способа.

Пример 5. У двух здоровых пациентов при нормальных параметрах электрокардиограммы исследовался миокард левого желудочка.

Исследование выполняли механическими датчиками 3, 5 и 5 МГц из апикального доступа (в позиции четырехкамерного сердца) так, чтобы изображения задней стенки левого желудочка и межжелудочковой перегородки находились на одинаковом расстоянии от поверхности без интерпозиции полости сердца (для исключения эффекта усиления эхо-сигнала за жидкостью).

В одном случае показатель максимальной (пороговой) мощности излучаемого сигнала, при которой показатель ПГСШ на АГ от средних отделов полости левого желудочка равнялся 1, был равен 78 Дб/см², в другом 80 Дб/см². При этих значениях мощности показатели ПГСШ на АГ миокарда задней стенки левого желудочка в систему равнялись, соответственно, 10 и 11, в диастолу 8 у обоих пациентов. Аналогичные показатели получены и при анализе АГ межжелудочковой перегородки.

Эти показатели характеризуют нормальный миокард, при этом обращает на себя внимание выявление систоло-диастолической разницы показателей, объясняющейся сокращением мышцы сердца в систолу и расслаблением в диастолу [5]

Пример 6. Исследование миокарда у больного с постинфарктным кардиосклерозом.

Больной С. 58 лет, в 1993 году перенес трансмуральный инфаркт миокарда задней стенки левого желудочка. При обследовании миокарда по предлагаемой методике величина максимального уровня мощности излучаемого сигнала, при котором ПГСШ на АГ от полости сердца еще равнялся 1, была равна 75 Дб/см². При этом показатели ПГСШ на АГ с межжелудочковой перегородки (вне зоны рубца) были равны в систолу 9, в диастолу 6, а в зоне рубца 13, без систоло-диастолической разницы. Эти данные подтверждают наличие более плотной соединительной ткани в зоне рубца и отсутствие сокращений в этом участке. Аналогичные результаты были получены при исследовании другого акустического показателя, предлагаемого для объективизации количественных характеристик изображения величины интегрированного обратного рассеяния [5]

По всем примерам проведено сопоставление полученных данных с результатами магнитно-резонансной томографии тех же органов. МР-томография позволяет с высокой достоверностью количественно оценить протонную плотность любой ткани (по содержанию в ней протонов водорода) и объективно судить о состоянии ткани. Исследование проводили на МР-томографе SMT-50 Н/Х фирмы Shimadzu в режимах T1, T2, P1. Получены серии показателей протонной плотности, подтверждающие нормальную структуру обследованных тканей у здоровых пациентов и свидетельствующие о наличии рубцовых изменений при циррозе печени и постинфарктном кардиосклерозе, близкие к литературным данным [7, 8] Различия показателей преобладающей градации серной шкалы на АГ в норме и при различных заболеваниях (полученных с помощью предлагаемого способа) коррелируют с изменениями величин протонной плотности тех же тканей при МР-томографии, что свидетельствует об объективности предлагаемого способа оценки ультразвукового изображения.

Список литературы:

1. Itoh K. Aihare T. Yasuda Y. et al. Acoustic intensity Histogram Pattern Diagnosis of Liver Diseases//J. clin. Ultrasound. 1985. Vol. 13, N 7. p. 449 456.

2. Weill F. S. Ultrasongraphy of Digestive Disease.// N.Y. Mosby Comp. 1982. p. 537.

3. Архипов С. Н. Гасилин В.С. Ультразвуковая амплитудная гистография печени, селезенки, почек у больных постинфарктным кардиосклерозом// Клиническая медицина. 1988. т. 66. N 1. с. 39 42.

4. Дворяковский И.В. Эхография органов брюшной полости у детей в норме и при патологии: автореферат диссертации докт. мед. наук. М. 984.

5. Казакевич В. В. Атьков О.Ю. Количественная характеристика структуры миокарда с помощью анализа интегрированного обратного рассеяния ультразвука//Кардиология. 1992.-том 32. N 3. с. 91 95.

6. Камалов Ю. Р. Значение ультразвукового исследования при хронических диффузных заболеваниях печени: автореферат диссертации канд. мед. наук. М. 1987.

7. Бахтиозин Р.Ф. с соавт. Динамическая контрастная МР-томография в диагностике очаговых поражений печени: предварительное сообщение// Вестник рентгенологии и радиологии. 1994. N 2. Приложение

8. Синицын В.Е. Беленков Ю.Н. Стукалова О.В. Применение магнитно-резонансной томографии в кардиологии: роль контрастных средств//Вестник рентгенологии и радиологии. 1994. N 2. Приложение.