ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТРЕХМЕРНОГО УЛЬТРАСОНОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

Трехмерные изображения внутренних органов человека стали использовать с начала 90-х годов после появления в компьютерных томографах мощных вычислительных систем, способных к направленной обработке двухмерных срезов. В настоящее время трехмерное представление элементов зоны диагностического интереса является каждодневной реальностью в ведущих клиниках мира [45, 60, 74, 85,93].
Способ трехмерного представления диагностических данных связан в основном с мощными аппаратными возможностями, заключающимися в получении параллельных (или расположенных под заранее заданными углами) магнитно-резонансных, рентгеновских или ультрасонографических срезов с последующим объединением их в единый визуальный массив, в котором "прозрачность" элемента изображения определяется, например, его эхоинтенсивностью [48, 56, 68, 72].

Трансабдоминальная ультрасонография
Трансабдоминальное ультразвуковое исследование при острых заболеваниях органов брюшной полости в силу универсальности и общедоступности было названо "хирургическим стетоскопом". Однако это определение было дано и является справедливым лишь в отношении данных двухмерного исследования. Построение трехмерных ультрасонографических образов органов брюшной полости в настоящее время считается в основном экспериментальной задачей [62, 78]. Широко применяемый метод получения отдельных двухмерных изображений с помощью трансабдоминального ультразвукового исследования не получил большого распространения при создании трехмерных диагностических образов [10, 34].
Помимо решения традиционных для трехмерной реконструкции задач на основании данных трансабдоминальной двухмерной ультрасонографии возникает ряд значительных трудностей, преодоление которых вряд ли достижимо путем использования каких-либо тривиальных алгоритмов или массивных вычислений [47, 50].
Возможно, именно этим следует объяснить неудовлетворительные результаты, приведенные в одном из первых сообщений о трехмерной реконструкции по трансабдоминальным ультразвуковым данным. Webber J.D. et аl. [95] в 1995 г. применили этот метод для исследования брюшной аорты у одного больного с аневризмой аорты, у пяти больных с заболеванием периферических сосудов, у одного больного со стенозом ренальной артерии и у четырнадцати доноров почки. Авторы использовали аннулярный трансдьюсер с частотой 5 МГц, закрепленный на механическом устройстве, рабочая часть которого поворачивалась на 180°. Результаты исследований не позволили авторам обнаружить принципиальных отличий диагностической эффективности трехмерных изображений нормальной и измененной аорты.
Тем не менее, исследователи возлагали на трехмерную ультрасонографию большие надежды, первоначально связанные, прежде всего, с ее применением в эндоскопии. Kavic M.S. в начале 1996 г. теоретически обосновал мнение о том, что применение трехмерного ультразвукового исследования в лапароэндоскопической хирургии позволит "заглянуть за горизонт", увидеть анатомические структуры, которые не могут быть визуализированы при помощи лапароскопа. Он считал, что ультрасонография является диагностически эффективной, безопасной и приемлемой по стоимости процедурой [50].
Roth С. и Zoller W.G. [82] установили, что при измерении объема очаговых образований печени двух- и трехмерная сонография оказываются одинаково точными при относительно простой форме новообразований, близкой к округлой или овальной. Однако при сложной форме новообразований, указывают авторы, результаты измерений двумя методами не совпали в 65% случаев, причем точнее оказалось трехмерное планиметрическое измерение.
Wolf G.K. et аl., в 1998 г. сообщили о результатах применения трехмерной трансабдоминальной ультрасонографии в диагностике заболеваний гепатобилиарной системы, в частности, для уточняющей диагностики обнаруженных ранее новообразований. Целью их исследования явилась оценка точности метода трехмерной ультрасонографии in vivo с использованием свободно перемещающегося датчика. Результаты сравнивали с данными компьютерной томографической портографии, проводимой на спиральном томографе. Было проанализировано 42 случая, включающих в себя печеночные новообразования размером от 1.5 см до 12.3 см. Ими показано, что трехмерная модель, построенная на ультразвуковых данных, является зависимой от исследователя, но содержит более точные и ценные диагностические сведения, чем обычная ультрасонография, по сравнению с данными, полученными при КТ. Авторы считают, что трехмерная сонография является экономически доступной процедурой в диагностике опухолевых поражений [99]. Можно предположить, что успешные результаты этого исследования во многом были обеспечены возможностью произвольного перемещения трансдьюсера, что необходимо при трансабдоминальном ультразвуковом исследовании для получения полноценных двухмерных сечений объектов сложной формы.
Приведенными выше работами (за исключением отдельных публикаций об измерении объемов желудка и желчного пузыря) практически исчерпываются систематизированные исследования, посвященные трехмерной реконструкции органов и образований брюшной полости по данным трансабдоминального ультразвукового исследования, о которых когда-либо сообщалось в периодической англоязычной научной литературе.

Эндоскопическое и интраоперационное УЗИ
Упомянутые выше трудности методологического и вычислительного характера в значительной мере нивелируются при проведении эндоскопического и интраоперационного ультразвукового исследования органов брюшной полости и малого таза, при котором наиболее сложным этапом трехмерной визуализации становится текстурная сегментация полученного двухмерного изображения. Nishimura К. et аl. [75] сравнили результаты эндоскопической ультрасонографии желудочно-кишечных новообразований с данными ультразвукового сканирования макропрепаратов in vitro, полученных у обследованных ранее больных. В двух случаях рака пищевода, в двух случаях рака толстой кишки, а также в 7 из 10 случаев рака желудка результаты трехмерной реконструкции, произведенной по данным эндоскопической ультрасонографии, были точными в отношении глубины опухолевой инвазии. Японские исследователи Kanemaki N. et аl. в 1997 г. сообщили о предварительных результатах применения трехмерной интрадуктальной ультрасонографии у 26 больных. Трехмерная реконструкция, проведенная по данным радиальных изображений, позволила установить наличие метастатического поражения окружающих органов, а в 4 из 6 случаев рака общего желчного протока установить объем опухолевой ткани [49].
Hunerbein М. et аl. использовали эндоскопическое ультразвуковое исследование для трехмерной реконструкции изображения пищевода у 5 больных раком этого органа. Исследование проводилось датчиком с частотой 12.5 МГц с обзором в 360°. Трехмерные изображения были реконструированы из серии поперечных срезов. Точная трехмерная визуализация структуры опухоли и окружающих ее тканей была получена во всех случаях. Правильное определение стадии опухолевого процесса при этом было достигнуто в трех из четырех случаев. Авторы отмечают особое диагностическое значение изображений, содержащих продольные сечения опухоли, позволяющие точно установить ее протяженность и связь с медиастинальными структурами [44].
Одними из наиболее стандартизированных методов исследования являются трехмерная ультрасонография прямой кишки [46] и трансректальное ультразвуковое сканирование предстательной железы.
Берлинскими онкопроктологами Hunerbein М. et аl. было проведено трехмерное эндосонографическое исследование 100 больных опухолями прямой кишки [42]. Точность трехмерного ультразвукового исследования в их диагностике составила 88%, в то время как точность двухмерной ультрасонографии в той же группе больных - 82%. Точность этих методов в определении поражения параректальных лимфатических узлов равнялась 79% при трехмерной визуализации и 74% по двухмерным данным. Авторы считают, что трехмерная трансректальная ультрасонография позволяет преодолеть известные ограничения двухмерного ультразвукового исследования, встречающиеся при стенозирующих опухолях, а также в обнаружении рецидивов рака прямой кишки [43].
Hunerbein М. et аl. использовали трехмерную ультрасонографию также после операции у больных раком прямой кишки с целью выявления рецидивов малигнизации органа. Возможности двухмерного ультразвукового исследования в этих случаях сильно ограничены в связи с массивным разрастанием фиброзной ткани. Данные для трехмерной реконструкции были получены Hunerbein М. и Schlag P.M. с помощью бифокального мультипланарного 3-D транедьюсера, обладающего углом в 100° продольного и углом в 360° поперечного сканирования. С помощью трехмерной ультрасонографии у 28 из 163 больных были обнаружены параректальные образования. Прицельная биопсия подтвердила рецидив заболевания у 7 и метастатическое поражение лимфатических узлов у 2 больных соответственно [41].
Сотрудниками кафедры детской хирургии Stuhldreier G. et аl. Тубингенского университета (Германия) трехмерная ультрасонография тазового дна использована в качестве дополнительного диагностического инструмента для определения хирургической тактики у детей с недержанием кала. Исследование включало визуализацию мышц сфинктера и стенки прямой кишки, и его результаты подтверждались данными спиральной КТ. Отличительной чертой этого исследования явилось использование интерактивной сегментации органов и тканей во время их трехмерной визуализации [87].
Chin J.L. et аl. [20] выполнили трехмерную трансректальную сонографию предстательной малигнизированной железы у 44 больных. Позиционирование датчика осуществлялось механическим способом. Именно по полученным при этом диагностическим данным в последующем была произведена криоаблация предстательной железы.
Возможная диагностическая ценность трехмерной ультрасонографии наиболее отчетливо выявляется при исследовании органов малого таза у женщин, где традиционное использование разнообразных диагностических методов позволяет лучше видеть достоинства и недостатки каждого из них [57, 97].
Ayida G. et аl. не получили какой-либо дополнительной информации при трехмерной ультразвуковой трансвагинальной сонографии по сравнению с данными обычного двухмерного трансвагинального ультразвукового исследования, при котором были обнаружены среди 5 женщин у одной - перегородка полости матки, у троих - фиброидные очаги, и у одной - эндометриальный полип [7]. Испанские гинекологи Bonilla-Musoles F. et аl. изучали возможности трехмерной гистеросонографии, трансвагинальной сонографии, трансвагинальной допплерографии, гистероскопии и обычной гистеросонографии в диагностике эндометриальных опухолей и определении толщины эндометрия во время курса гормонального лечения у 16 больных. Трехмерное исследование проводилось при заполнении полости матки стерильным физиологическим раствором и оказалось наиболее точным среди других ультразвуковых методов [14].
Chan L. et аl., гинекологи из Темпленского университета (Филадельфия), в 1997 г. сообщили о результатах сравнительного изучения диагностической эффективности двухмерной и трехмерной трансабдоминальной и трансвагинальной ультрасонографии, проведенных у 8 женщин, страдающих хирургическими заболеваниями яичников [18]. Все больные в дальнейшем были подвергнуты эксплоративной лапаротомии или диагностической лапароскопии. Сонографические данные сравнивали с интраоперационными находками, а также с результатами макроскопического и гистологического исследования. В каждом из восьми случаев с помощью трехмерной ультрасонографии удалось поставить правильный диагноз до операции. Особенно важно, что при отсутствии разницы в диагностической эффективности между данными двухмерного и трехмерного исследования в отношении кист и доброкачественных новообразований обычная ультрасонография оказалась менее точной в распознавании малигнизированных тканей, давая как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты.
Chou C.Y. et аl. произвели сравнительную оценку точности двухмерной и трехмерной трансвагинальной ультрасонографии в уточняющей диагностике рака шейки матки. Исследования были проведены за один день до оперативного вмешательства у 61 женщины, при этом точность трехмерного исследования в определении объема опухоли колебалась от +6.68 до -6.1 мл, двухмерного - от +12.46 до -10.98 мл [21].
Французскими 'гинекологами Harika G. et аl. трехмерная трансвагинальная ультрасонография использована для диагностики эктопированной беременности у 12 женщин с периодом аменореи, превышающим 6 недель. Лапароскопия выявила эктопированную беременность в 9 случаях, в четырех из которых она была обнаружена на трехмерных ультразвуковых изображениях. Тем не менее, авторы считают этот диагностический метод эффективным, в особенности для раннего неинвазивного выявления развития плодного яйца в фаллопиевой трубе [35].

Трехмерная ультрасонография молочной железы
Другими методологически ценными для определения достоинств трехмерного представления ультрасонографических данных являются результаты, полученные при ультразвуковом исследовании молочной железы [73]. Здесь важной особенностью является практически стопроцентная эходоступность зоны ультразвукового сканирования при ее относительно небольшом объеме, что позволяет исследователям успешно применять механизированные датчики, обеспечивающие получение полноценного набора двухмерных изображений [61].
Blohmer J.U. et аl., применив трехмерную ультрасонографию молочной железы у 50 женщин, у 19 из которых имелись злокачественные новообразования органа, сообщили о четырех ложноположительных диагнозах рака молочной железы против двух случаев ложноположительной диагностики при использовании двухмерной ультрасонографии. При этом авторы отмечают, что трехмерная ультрасонография имеет преимущества в оценке краевой зоны и формы патологического очага, а также при мультифокальном поражении молочной железы [12].
Английским маммологам Davies J.D. et аl. в Бристольском университете с помощью трехмерной ультрасонографии молочной железы удалось в ряде случаев выявить и определить внутреннюю структуру интрадуктальной карциномы in situ, а также образований, симулирующих микроинвазивную карциному. Столь выдающихся диагностических результатов авторы достигли путем использования трансдьюсера с частотой 50 МГц, позволяющего получить срезы толщиной в 500 микрон [23].
Тем не менее, по данным берлинских радиологов Richter К. et аl. [80], возможности трехмерной ультрасонографии в диагностике злокачественных новообразований молочной железы уступают возможностям традиционной рентгеновской маммографии. Авторами была дана оценка клинической эффективности автоматизированной ультразвуковой системы обнаружения доброкачественных и малигнизированных образований молочной железы с использованием трехмерной реконструкции. При сравнении полученных результатов с маммографическими данными автоматизированная трехмерная ультрасонография оказалась менее эффективной в отношении выявления злокачественных новообразований при практически равных возможностях в выявлении доброкачественных новообразований.

Трехмерная ультрасонография сосудистого русла
Своеобразным эталонным тестом диагностической эффективности трехмерной реконструкции при сложной конфигурации исходных двухмерных данных считают послойное сканирование сосудистого русла, результаты которого сравнивают с аналогичными данными традиционного, хорошо апробированного рентгеноконтрастного исследования.
Так, Slager C.J. et аl. в 1997 г. сообщили о результатах исследований, проведенных в университетском госпитале Роттердама и посвященных "реконструкции геометрии сосудистого русла" по данным рентгеноконтрастной ангиографии и интракоронарного ультразвукового исследования. Оценивая точность реконструкции по исследованиям, проведенным на специальных фантомах, авторы сочли результаты "очень реалистичными" и предложили ряд критериев для сравнительной оценки точности трехмерной реконструкции сосудистого русла. Клиническая часть исследований содержала сравнение реконструированных трехмерных образов коронарных артерий с данными обычных ангиограмм. Различия составили менее 3% [83].
Thrush A.J. et аl. [89] отмечают следующие преимущества трехмерных реконструированных изображений артерий, полученных с помощью интраваскулярного ультразвукового исследования: 1) сосуд может быть рассмотрен с различных сторон, 2) можно проследить его направление, 3) хорошо видны изменения диаметра сосуда, 4) возможно получение сечения сосуда, не совпадающего с плоскостью ультразвукового сканирования, 5) с высокой точностью может быть оценено состояние и место расположения внутрисосудистого стента.
Gotsman M.S. et аl. установили высокую диагностическую эффективность трехмерной интраваскулярной ультрасонографии в визуализации структуры артериальной стенки и ее патологических изменений. Авторы считают, что интраваскулярная сонография с последующей трехмерной реконструкцией значительно превосходит коронарную ангиографию, так как она обладает лучшим разрешением и позволяет выявлять многие скрытые образования; поэтому ее роль незаменима при исследовании состояния коронарных артерий после трансплантации сердца [31].
Kvitting P. et аl., сотрудникам кафедры Бергенского университета (Норвегия), во время хирургической операции удалось получить поперечные ультрасонограммы восходящей аорты в диастолическую фазу и на высоте систолического выброса. Исследование проводилось трансдьюсером с частотой 10 МГц, на протяжении 6-8 см, промежуток между сечениями составлял 1 мм, при этом место положения датчика определялось специальным устройством, соединенным с ним. Полученные данные позволили всесторонне оценить динамику сердечного выброса во время оперативного вмешательства [55].

Точность трехмерных ультрасонографических моделей
Сразу же после первых сообщений о положительных результатах реконструкции трехмерных образов внутренних органов по ультрасонографическим данным стала очевидной необходимость проведения всесторонней объективной оценки абсолютной и относительной точности получаемых трехмерных моделей [25, 26, 92]. Первые сообщения на эту тему содержали простые безотносительные данные о вычислении объемов органов. Для трансабдоминальной трехмерной ультрасонографии характерными в этом отношении являются две следующие работы.
Норвежские гастроэнтерологи Gilja О.Н. et аl. в 1997 г. сообщили о применении трехмерной ультрасонографии для измерения объема желудка. Ультразвуковой трансдьюсер позиционировали с помощью электромагнитного устройства, закрепленного на нем. Исследования были проведены на фантомах (точность до 70 мл при объеме 1200-1500 мл) [29]. Теми же авторами в другой серии исследований была выполнена трехмерная трансабдоминальная ультрасонография для определения объема полости желудка у больных с функциональной диспепсией и у здоровых добровольцев. Исследование проводили через одну, десять и тридцать минут после приема обследуемыми 500 мл жидкости. Сканирование выполнялось датчиком с частотой 3.25 МГц, позиционирование которого производилось специальным механическим устройством в пяти сантиметрах от пилорического отдела в проксимальном направлении. Только в двух из 160 случаев воздух, находящийся в полости желудка, помешал измерению его объема [28].
Hausken Т. et аl. с успехом применяли трехмерную ультрасонографию для измерения объема полости желчного пузыря в исследовании общих патогенетических механизмов неосложненной желчекаменной болезни и функциональной диспепсии [39]. Stucker М. et аl. в 1995 г. сообщили об успешном клиническом применении двух трехмерных сонографических систем для диагностики кожных опухолей (22 случая). Данные двухмерной сонографии, полученные у этой же группы больных, обладали схожей сонометрической и гистометрической точностью. Лишь при фантомных испытаниях трехмерная ультрасонография оказалась значительно точнее в измерении объемов сложных по форме образований. Это обстоятельство, считают авторы, может быть использовано в динамической оценке первичных опухолей и метастатических поражений кожи при проведении химио- и радиотерапии [86].
Австрийскими радиологами Riccabona М., Pretorius D.H. и Nelson T.R. в 1996 г. была проведена серия экспериментов по оценке точности трехмерной ультрасонографии в измерении расстояний и объемов. Исследования проводились на 21 фантоме емкостью от 20 до 490 мл, содержащем материал по эхопроницаемости близкий к биологическим тканям. Аналогичные измерения на этих же фантомах были проведены методом двухмерной сонографии. Средняя абсолютная ошибка измерения объема составила 6.4% для трехмерного метода, и 12.6% - для двухмерной ультрасонографии [78].
При определении объема полых органов по ультрасонографическим данным in vivo и сравнении полученных данных с результатами МРТ, КТ или двухмерного ультразвукового исследования далеко не все авторы отдают явное предпочтение трехмерному исследованию. Kyei-Mensah А. et аl. измерили объем яичников у 20 женщин с помощью трехмерной и двухмерной ультрасонографии (метод измерения трех диаметров). Результаты измерений не различались достоверно [56].
Wong J. et аl. выполнили 193 ультразвуковых сканирования полостей шести фантомов, четыре из которых представляли собой неэхогенную сферу, один - эхогенную сферу и один - эхогенную сферу неправильной формы. Средняя погрешность измерений составила 10%, что, как указывают авторы, не хуже аналогичных показателей двухмерного ультразвукового метода [100]. Однако при совершенствовании методов позиционирования трансдьюсера преимущества трехмерной ультрасонографии могут стать более очевидными. Так, Barry C.D. et аl., применив навигационную систему, основанную на электромагнитной локации и допускающую свободное перемещение ультразвукового сканера, установили высокую точность трехмерной ультрасонографии в определении объема латексных фантомов, заполненных водой [8].
Chang F.M. et аl. использовали двухмерную и трехмерную ультрасонографию для определения объема печени плода в 30 случаях нормально протекающей беременности в сроки от 20 до 30 недель. Различия в результатах измерения двумя методами оказались достоверными, при этом авторы указывают на большую точность трехмерной ультрасонографии [19].

Позиционирование ультразвукого сканера
Продолжая тему точности трехмерной ультрасонографии, следует сказать о развитии методов позиционирования ультразвуковых датчиков при получении ими набора последовательных двухмерных изображений.
Для относительно простых диагностических целей вполне пригодными оказались механические устройства позиционирования [6, 15, 22].
Riccabona М. et аl. провели сравнение трехмерной ультрасонографии и МРТ в отношении определения объема почек человека in vivo у 20 здоровых добровольцев. Для получения 81 сечения органа ультразвуковой трансдьюсер позиционировался механическим способом, поворачиваясь на 88°. Средний объем по сонографическим данным составил 155.7 мл, по данным МРТ - 171.8 мл с хорошим корреляционным показателем, равным 0.82 [77].
Guo Z. et аl. в 1995 г. провели in vitro испытание трехмерной допплерографической системы, которая предназначалась для клинического использования с трансдьюсером, укрепленным на подвижной механизированной основе. В качестве фантома использовали систему имитирующую кровоток путем поддержки циркуляции жидкости в звукопроницаемых трубках, причем просвет некоторых из них был неравномерно сужен. В результате эксперимента установлено, что испытываемая система обладает погрешностью в определении скорости кровотока менее 7% [32].
Downey D.B. et аl. [24] одними из первых применили в офтальмологической практике трехмерную ультрасонографию, основанную на реконструкции 200 двухмерных ультразвуковых изображений, полученных механизированным трансдьюсером за 22 сек. Исследования были проведены у 5 больных, и их результаты соответствовали последующим клиническим находкам.
Канадские урологи Tong S. et аl. использовали моторизированный трансректальный трансдьюсер с частотой 5 МГц, который под микропроцессорным управлением получал 100 двухмерных срезов зоны предстательной железы. Точность диагностической системы была оценена авторами на специальных фантомах с известными размерами и объемом и колебалась от 1% до 3% [90].
Наиболее отчетливые перспективы развития трехмерного ультразвукового исследования, по всей видимости, связаны с описанным выше дистанционным электромагнитным позиционированием трансдьюсера.
Одним из последних достижений в этом направлении является обнадеживающий результат работы Leotta D.E, Martin R.W. и Detmer PR., выполненной в Центре биоинженерии Вашингтонского университета. Авторами проведено испытание дистанционного позиционера, предназначенного для определения местоположения обычного ультразвукового трансдьюсера с точностью до 0.74 мм , которую следует признать удовлетворительной для большинства реальных диагностических задач [59].
Оригинальный способ позиционирования предложен австралийскими учеными Kossoff G., Kadi А.Р. и Griffiths К.А., которым в 1995 г. удалось доказать, что для получения сонографических сечений поворот ультразвукового трансдьюсера вокруг исследуемого объекта аналогичен повороту этого объекта вокруг неподвижного трансдьюсера. Однако до сих пор этот факт не был использован ни в одной из широко известных методик позиционирования ультразвукового сканера [51].

Текстурная сегментация ультрасонограмм
Возможно, более сложным с методологической точки зрения в трехмерной ультразвуковой диагностике является проблема автоматизированной текстурной сегментации ультрасонограмм. Именно корректностью выделения на ультразвуковом изображении экспертно значимых зон определяется общая пригодность трехмерных диагностических данных. В большинстве работ, приведенных выше, текстурная сегментация не проводилась, так как трехмерные данные были представлены упорядоченным набором двухмерных срезов, обладающих прозрачностью, прямо связанной с величиной отраженного эхосигнала. Очевидно, если в трехмерном изображении известны координаты его основных текстур, то "полезность" такого изображения многократно возрастает, так как появляется возможность произвольных манипуляций с однородными текстурными зонами, составляющими в этом случае широко применяемые в трехмерном моделировании параметрические объекты. Такие объекты могут независимо друг от друга масштабироваться, изменять свою геометрическую конфигурацию и даже анимироваться как составляющие сложной сцены (с произвольным расположением камер наблюдения, источников света и т.п.) [3, 13, 58].
Применение "ручной" экспертной сегментации для получения таких объектов может дать приемлемые результаты, если ее целью является, например, выделение одного объекта, а число двухмерных сечений относительно невелико [40].
Поскольку наиболее распространенный метод построения трехмерного прозрачного изображения заключается в сканировании с помощью датчика, "способного за счет ротации вокруг горизонтальной оси как бы раскачиваться над областью интереса", то проблема автоматизированной сегментации ультрасонограмм долгое время не была значимой [4].
В то же время результаты автоматизированной сегментации ультразвуковых изображений являются весьма скромными и, возможно, недостаточными для построения полноценных векторно-объектных трехмерных сцен. Так, при реконструкции поверхности исследуемого объекта в перинатальной диагностике, где трехмерная ультрасонография часто и относительно давно применяется, может быть получено впечатляющее изображение плода, но оно зависит от ряда условий: изображаемые части плода должны быть окружены амниотическими водами так, чтобы компьютер мог дифференцировать их от окружающих тканей. Если плод коснется стенки матки или плаценты, то подобная дифференциация становится невозможной. Несмотря на то, что изображения, полученные методом реконструкции поверхности, распознаются легче, чем при формировании прозрачного несегментированного изображения, сам метод вряд ли может быть рутинным, поскольку связан с множеством трудно разрешаемых проблем, часто являющихся причиной возникновения значительного числа артефактов. В то же время формирование прозрачного изображения возможно в большинстве случаев, так как всегда можно увидеть плод сквозь стенки матки или плаценту [4].
Тем не менее, Mojsilovic A. et аl. в 1997 г. описали метод полностью автоматизированной сегментации интраваскулярных ультразвуковых изображений, направленный на выделение просвета кровеносного сосуда. Он был опробован на 29 интраваскулярных ультразвуковых изображениях, полученных in vivo. Критерием оценки точности автоматизированного выделения просвета сосуда служило сравнение полученных контуров с контурами, выделенными вручную экспертами. По мнению авторов, результаты автоматизированной сегментации являются достаточно хорошими [70].
Chalana V. и Kirn Y. использовали набор из ультразвуковых изображений сердца, в которых экспертами были выделены контуры эпикарда и эндокарда, а также ультразвуковых изображений плода, в которых аналогичным образом были определены контуры некоторых костей скелета и очертания брюшной полости, для совершенствования алгоритма автоматизированной сегментации подобного рода изображений. Как и ожидалось, построенный подобным образом алгоритм оказался недостаточно эффективным в тех зонах изображения, в которых текстурные контуры, выделенные различными экспертами, не совпадали [17].
В 1996 г. Richard W.D., Keen C.G. была выполнена автоматизированная (методами классификационной статистики) сегментация двухмерных ультразвуковых изображений предстательной железы для дальнейшего построения трехмерной модели органа с удовлетворительным результатом в большинстве случаев. Данная работа выделяется реалистичной целью текстурного анализа, состоявшей в разделении всего ультразвукового изображения на два класса: "изображение предстательной железы" и "изображение не предстательной железы" [79].
Данные трехмерного ультрасонографического исследования как основа графического компьютерного моделирования в хирургии Наиболее впечатляющим оказалось применение данных трехмерного исследования в интраоперационной навигации и компьютерном моделировании хирургических манипуляций 154, 65-67].
Руководитель кафедры акушерства и гинекологии Джорджтаунского университета (Вашингтон) Macedonia С. аргументированно заявил, что трехмерное ультразвуковое исследование потенциально является как раз тем диагностическим инструментом, который в скором будущем будет служить основным источником данных, предназначенных для предоперационного хирургического тренажера, использующего индивидуальные диагностические данные [63].
Трехмерная ультрасонография широко используется в кардиохирургии как средство интраопераци-онной навигации. Характерной в этом отношении является работа кардиоторакальных хирургов из Северной Каролины Abraham Т.Р. et аl., которыми в 1997 г. представлен подробный отчет о широком клиническом применении интраоперационной трехмерной чреспищеводной эхокардиографии во время протезирования клапанов сердца. Авторы сообщают, что этот диагностический метод помог им получить важные интраоперационные данные о тонких морфологических особенностях клапанов, не выявленных при двухмерной эхокардиографии и допплерографии [5].
Идя дальше самых оптимистичных предположений о возможном применении трехмерной ультрасонографии, Harris SJ. et аl. используют данные последней об эхоструктуре предстательной железы для компьютеризированного контроля за движениями робота (!) во время выполнения им трансректальной резекции органа [36].
Уникальный и по всей видимости не имеющий равных по своей эффективности навигационный алгоритм был предложен в 1997 г. Hata N. et аl. - исследователями из Токийского университета. Они сообщили о принципиальной возможности точного совмещения трехмерных изображений, полученных посредством КТ и МРТ в дооперационном периоде, с данными трехмерного УЗИ, полученными во время нейрохиругического вмешательства. Ультразвуковой трансдьюсер с частотой 5 МГц являлся составной частью системы и содержал встроенный позиционер. Авторы сообщают об успешном клиническом применении системы в трех случаях и указывают на удачное взаимное дополнение интраоперационных сонографических, МРТ и КТ изображений. С одной стороны, не визуализированные на ультрасонограммах участки зоны хирургического вмешательства были восполнены изображениями, полученными в предоперационном периоде; с другой стороны, точное интраоперационное позиционирование различных анатомических объектов на сонограмме позволяло идентифицировать их безошибочно. По мнению авторов, даже предварительные результаты этого исследования позволяют предположить начало нового этапа в интраоперационной навигации, основанной на сонографических трехмерных изображениях человеческого тела, что невозможно при изолированном применении перечисленных методов или неточном совмещении изображений, полученных с их помощью [38].
В целом при сравнении диагностической эффективности различных методов непрямой визуализации ультрасонография, значительно потесненная такими аппаратными титанами как КТ и МРТ, пришедшими сегодня и в операционную, в последние 2-3 года стала приобретать качественно новое значение, связанное как с совершенствованием самого метода ультразвуковой визуализации, так и с результатами трехмерной реконструкции, выполненной по сонографическим данным [81].

Трехмерная ультрасонография и эхоконтрастные препараты
Значительное расширение возможностей ультразвукового исследования в настоящее время связывают с использованием вводимых внутривенно контрастных препаратов [11, 53]. В роли контрастного вещества выступают стабилизированные в растворе галактозы пузырьки газа, обладающие достаточно малым размером, чтобы проникать через легочные капилляры. Находясь в просвете сосуда, такие пузырьки остаются некоторое время достаточно стабильными и при взаимодействии с ультразвуковым лучом увеличивают его отражение на три (!) порядка [2]. В настоящее время контрастные препараты третьего поколения позволяют получать усиление изображения паренхимы органа и способны обеспечить отчетливую визуализацию образований размером в несколько миллиметров [27, 71]. Еще большие перспективы в отношении разрешающей способности ультразвукового исследования связаны с так называемым "методом второй гармоники" [84]. Использование возможностей регистрации различных гармоник основного эхосигнала (чаще всего второй гармоники) в сочетании с эхоконтрастированием позволяет усилить визуализацию и снизить дозы вводимых эхоконтрастных препаратов.
Контрастная эхография может быть использована при диагностике различных заболеваний практически всех внутренних органов с любой частотой исследования, без специальной подготовки больного. Высокая диагностическая ценность метода, а также отсутствие противопоказаний к применению эхоконтрастных препаратов уже сейчас позволяют в ряде случаев заменить рентгеноконтрастную ангиографию ультразвуковым исследованием с контрастным усилением [64, 69].
Тем не менее, о клинических исследованиях, посвященных трехмерному представлению сонографических данных, полученных при контрастировании исследуемых структур, до настоящего времени не сообщалось. Можно предположить, что именно контрастная ультрасонография позволит одновременно упростить и значительно повысить эффективность автоматизированной сегментации ультразвуковых изображений для последующей сборки трехмерных каркасных моделей различных органов и патологических образований.

Совершенствование диагностической аппаратуры
Благодаря ряду качественных изменений ультразвуковой диагностической аппаратуры произошло расширение возможностей сонографии до пределов, о которых вряд ли кто-либо имел представление еще несколько лет назад, когда в хирургической гастроэнтерологии очевидным казалось нарастающее преимущество КТ и МРТ.
Применение высокочастотных датчиков при эндоскопических ультразвуковых исследованиях в гастроэнтерологии позволило поднять уровень ранней диагностики патологии на качественно новый уровень. С помощью этой методики удается диагностировать поверхностную карциному пищевода или желудка, когда раковые клетки инфильтрируют только слизистый и подслизистый слои, а также начальные проявления метастазирования в параэзофагеальные и парагастральные лимфатические узлы [37]. Считается, что применение высокочастотных датчиков при гастроскопии обеспечивает определение глубины и протяженности опухолевой инфильтрации стенки желудка в 91.5% случаев. Кроме этого, использование высокочастотных датчиков позволяет превзойти все известные методы диагностики полипов и опухолей фатерова соска, при этом специфичность метода при предоперационной диагностике холедохолитиаза достигает 94%. Наконец, имеются сведения, согласно которым использование высокочастотных датчиков позволяет визуализировать конкременты, невидимые даже при интраоперационной холангиографии [1].
Все более распространяющийся метод визуализации, пока еще не имеющий русского названия и обозначаемый "SieScape", обеспечивает получение ультразвуковых изображений с расширенным полем зрения обычными датчиками при помощи вычислительного алгоритма, позволяет выявить области совпадения структур последовательно смещаемых изображений, полученных в реальном времени, и синтезировать единую сонограмму [91].
В реальном времени метод позволяет генерировать изображение длиной до 60 см, умещая на одной ультрасонограмме изображения нескольких внутрибрюшных органов. Исследователи особо подчеркивают возможности метода "SieScape" в выявлении анатомо-топографических особенностей зоны диагностического интереса, в чем ультрасонография традиционно уступала КТ и МРТ. Особое значение при этом придают возможностям протяженной визуализации разветвленных тубулярных структур и массивных патологических образований [52].
Единственными ограничениями метода являются перемещения лоцируемых структур и зависимость результатов визуализации от навыков оператора. Качественные ультразвуковые томограммы, полученные методом "SieScape", вполне способны исключить или, во всяком случае, уменьшить число КТ- и МРТ-исследований при эхографически выявляемых опухолях [9].
Заключение
Уже сейчас, когда методы трехмерной диагностики еще только проходят стадию становления и стандартизации, можно предположить направления их дальнейшего развития в отношении взаимной конкуренции и взаимодополнения.
Gupta Н. и Dupuy D.E. в 1997 г., отмечая, что за последние 10 лет значимое различие методов визуализации при острой абдоминальной патологии было связано в основном с КТ, считают, что в настоящее время в связи с технологическим усовершенствованием ультразвуковых трансдьюсеров, сонография должна стать первым диагностическим исследованием у детей с острой болью в животе и у женщин с острыми болями в правом нижнем квадранте живота или в малом тазу. Компьютерная томография, считают авторы, в этих случаях необходима только тогда, когда ультрасонография оказалась диагностически неэффективной. Место МРТ в диагностической последовательности при острых хирургических заболеваниях органов брюшной полости оценивается авторами как неопределенное в связи с отсутствием его широкого использования [33].
В Кембриджском университете Syn М.Н., Berman L.H. и Prager R.W. разработали алгоритм построения "проволочной" модели органов на основе их частотных характеристик, получаемых различными методами медицинской регистрации. Наиболее показательным результатом применения этого алгоритма авторы считают его использование для построения модели печени по данным трехмерного ультразвукового исследования [88].
Таким образом, роль ультразвукового исследования в комплексной диагностике непрерывно возрастает и становится уникальной. При этом в современном (трехмерном) представлении диагностических данных, в частности, в хирургической гастроэнтерологии, массив ультразвуковых двухмерных сечений во многих случаях оказывается достаточным для получения исчерпывающей диагностической информации [76, 96].
Однако метод прозрачных изображений, преобладающий в настоящее время в трехмерной реконструкции ультразвуковых данных, вряд ли можно рассматривать как полноценный метод получения трехмерного изображения. Его можно считать способом усовершенствованного представления двухмерных данных, над которыми выполняются так называемые "растровые преобразования" [16, 30]. Очевидно, что построение истинных трехмерных изображений возможно только при корректной текстурной сегментации исходных ультрасонограмм [94].
Другим важнейшим аспектом является совершенствование прикладных методов представления трехмерных диагностических данных, что позволит реализовать многочисленные возможности эффективной визуализации исследуемых объектов [98], а также использовать их графические образы для компьютерных тренажеров и реальной интраоперационой навигации [ 81].
Решение именно этих задач является наиболее эффективным способом качественного улучшения предоперационной диагностики и повышения точности хирургических манипуляций.
Достигнутый аппаратно-программный уровень в дистанционном позиционировании ультразвукового датчика, накопленный отрицательный и положительный опыт автоматизированной сегментации ультрасонограмм, бурное развитие программ трехмерной анимации, доступных для использования на персональном компьютере средней графической и вычислительной мощности, позволяют обоснованно ставить вопрос о необходимости разработки и клинической апробации приемлемых с практической точки зрения и унифицированных методов трехмерной параметрической анимации на основании ультразвуковых данных.

Источник: www.medi.ru

Раздел
"Функциональная диагностика"

 Поставщики:

 Всего в разделе

 Обзоры по теме

24.09.09  Трехмерная эхография органов пищеварения структур.  

24.06.09  ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТРЕХМЕРНОГО УЛЬТРАСОНОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.  

 Публикации по теме >>

 Объявления >>

 Частные объявления >>

 Книги по теме (всего 15)

Методические рекомендации по применению аппаратно-программного рефлексодиагностического комплекса <B>&quot;Риста-ЭПД&quot;</B> в <B>СКЭНАР-терапии</B>  

Психоэлектропунктура "ЕВРАЗИЯ"  

Энерготерапия "ЕВРАЗИЯ"