Мультиплановая сонография простаты: дополнительный диагностический метод рутинного исследования

Введение

Применение в медицине пьезоэлектрического эффекта, обнаруженного в 1880 г. Жаком и Пьером Кюри, началось в конце 1940-х годов как дальнейшее развитие метода, прикладного к геологии океана и военным нуждам. Появление компьютеров привело к быстрому внедрению ультразвука в медицину. Успех использования ультразвука в медицине и расширение областей применения объясняются тем, что это неинвазивный, не обладающий ионизирующим излучением и недорогой диагностический метод. Большая роль в развитии ультразвукового исследования предстательной железы принадлежит Н. Watanabe и соавторам, которые в начале 1970-х годов представили использование внутриполостного преобразователя для исследования простаты [1-3]. В настоящее время трансректальная сонография является рутинным методом, позволяющим оценить морфологию предстательной железы, ее структуру и объем; это первый уровень исследования в клинической урологии [4]. Трансректальный ультразвук повысил информативность биопсий предстательной железы благодаря точной картографии предстательной железы [5,6]. Однако недостаток чувствительности метода нуждается в обсуждении.

Чувствительность данного метода зависит от оператора и может быть ограничена техническими причинами - размером и расположением поражения [7,8]. Кроме того, было показано, что не каждое центрально расположенное повреждение, выявленное при сонографии, есть новообразование, а симметричность и правильность контуров железы - важные дополнительные диагностические сведения. Диагноз новообразования предстательной железы всегда должен быть подтвержден биопсией. Ультразвук может использоваться при проведении биопсий поражений, не находящихся у задней поверхности и поэтому не пальпируемых при ректальном исследовании. Трансректальная сонография может обнаружить подозрительные области в пределах предстательной железы, которые являются главным образом гипоэхогенннми и злокачественными в 17-57% случаев [9].

Простатический специфический антиген был обнаружен в 1979 г. и теперь необходим для постановки диагноза и контроля рака предстательной железы [10-17]. Целесообразность определения простатического специфического антигена на ранней стадии рака предстательной железы дискутабельна, так как простатический специфический антиген неспецифичен для рака простаты, но является продуктом нормальной и гиперплазированной ткани предстательной железы. Поэтому ПСА имеет низкую чувствительность в качестве скринингового теста на рак предстательной железы. Производные ПСА должны улучшить его диагностическую ценность [18]. Известно, что корреляция значений ПСА с объемом простаты и опухоли повышает диагностическую и прогностическую значимость этого исследования [19, 20].

Двухмерная сонография не позволяет точно измерить объем. В настоящее время существуют два метода расчета объема предстательной железы. Первый высчитывает объем по формуле эллипса, он имеет среднюю ошибку 20% [21]. Расчет объема предстательной железы вторым методом производится суммированием выделенных областей железы, полученных с 5-милиметровым интервалом. Этот способ измерения отнимает чрезвычайно много времени, не допускает повторения и неудобен для пациента. 2D-сонография имеет ограниченные возможности по сравнению с другими технологиями, такими как компьютерная томография (КТ), ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) и томография на основе эмиссии позитронов (ПЭТ), которые используют технику трехмерного изображения. Цель нашей работы - оценка применения ультразвукового трехмерного изображения (3D) для рутинного исследования предстательной железы.

Материалы и методы

Для исследования использовали современный ультразвуковой аппарат с объемным внутриполостным датчиком 7,5 МГц (рис.1). Первым шагом являлся выбор зоны объемной реконструкции предстательной железы, затем преобразователь автоматически делал серию последовательных сканов (от 50 до 256) в выбранном объеме. Для получения объемного изображения требовалось 5-20 с. На экране возникали изображения в трех ортогональных плоскостях: продольной, поперечной и фронтальной (рис.2). Послойно рассекая испытуемый объем, можно получить изображение в любой плоскости, что позволяет наилучшим образом оценить анатомические детали предстательной железы, особенно во фронтальной плоскости (рис.3). Вся информация заносилась в память прибора на жесткий диск, что позволяло оценивать как двухмерное, так и трехмерное изображение даже без присутствия пациента. Кроме того, данный метод легко повторить, и он хорошо переносится пациентами.

Ультразвуковой сканер, оснащенный системой трехмерного видения, позволяет использовать объемную информацию для получения изображений в различных режимах - поверхностном и прозрачном (транспарентном) максимальном и минимальном. Изображение в поверхностном режиме оказывает небольшую помощь в отображении предстательной железы, так как простата, в отличие от эмбриона, окруженного амниотической жидкостью, не имеет границы раздела сред с высокой отражательной способностью ультразвукового луча. В данном случае можно использовать транспарентное изображение, при котором компьютер трансформирует серую шкалу в различные уровни прозрачности, разрешая заглянуть внутрь объема, при этом увеличивается контраст между гиперэхогенными и анэхогенными участками. Этот режим может обеспечивать 3D морфологическую визуализацию гипоэхогенных зон. Исходя из нашего опыта, можно сказать, что такая оценка предстательной железы является грубой и не имеет диагностической значимости.

Недавно была представлена система для автоматического вычисления объема зоны наибольшего интереса, выбранной оператором - VOCAL^ТМ (рис.4). Например, определяя границы между аденомой предстательной железы и окружающими ее тканями, с помощью компьютера можно выделить зону интереса и автоматически вычислить ее объем [28]. Для оптимизации автоматического вычисления объема можно вручную откорректировать контур области, определенной компьютером в различных плоскостях сканирования.

С января 1998 по июнь 1999 гг. было исследовано 75 больных в возрасте 58-75 лет по поводу дизурии, гематурии, увеличения значений простатического специфического антигена, изменений, обнаруженных при ректальном исследовании, или в случае комбинации различных причин. У 32 из них имелись опухоли, большинство из которых были предварительно диагностированы, и больные ожидали радикальную простатэктомию. У 25 человек из 43 больных с доброкачественной гипертрофией предстательной железы произведена аденомэктомия через надлобковый доступ. Другие пациенты получали медикаментозное лечение финастеридом.

Объемы аденом и опухолей предстательной железы рассчитывались суммированием через регулярные, заранее определенные интервалы. Области расчетов были вручную выделены на каждом скане. После этого стало возможно оценить объем автоматически с помощью программы VOCAL^ТМ, и результаты совпали с предварительно полученными данными. Объемы, полученные при обследовании 25 аденом и 19 опухолей, сравнивались с объемами, обнаруженными при хирургических вмешательствах. Пациенты с доброкачественной гипертрофией предстательной железы, получавшие медикаментозное лечение, обследовались повторно через 3 и 6 мес. Объемы, полученные в трех последовательных исследованиях, взаимосравнивались.

Результаты исследования

Трехмерная сонография предстательной железы позволяет дать точную оценку всех размеров предстательной железы, включая объемы аденомы и злокачественных опухолей [29-39]. Полученные нами результаты, касающиеся объемов аденом, объемов опухолей в разных группах больных, отличались от фактических незначительно. В 25 случаях трансабдоминальных аденомэктомий при объемах аденом более 40 см³ ошибки в оценке объемов составили 1-7%. Это может быть связано с морфологическим строением аденом, которые не всегда однородны. Ошибка также зависит от часто встречающейся третьей доли предстательной железы (рис.5). Ошибка была меньше при малых аденомах и при отсутствии третьей доли. Как и ожидалось, большие, неоднородные аденомы давали значительные ошибки измерений.

Аденомы были разделены на три группы в зависимости от объема: 40-60, 61-80 см³ и более 81 см³. В 8 случаях при объемах аденомы 40-60 см³ средняя ошибка составила 2,7%, учитывая, что в 2 случаях из 8 наблюдений отмечалась гипертрофия третьей доли. В 13 случаях аденомы объемом 61-80 см³ средняя ошибка составила 3,9%. Среди 4 больных с аденомой более 81 мл средняя ошибка равнялась 5,2%. В одном из этих четырех случаев ошибка была меньше 1%, в то время как в двух наблюдениях - 6,5 и 7% (таблица).

18 больных аденомой, которые лечились финастеридом, были обследованы через 3 и 6 мес после начала терапии. Объем этих аденом колебался от 41 до 70 см³. Медикаментозное лечение было предпочтительнее, чем хирургическое или из-за недостатка симптомов заболевания, или по желанию пациентов. В каждом из этих случаев вычисление объема при 3D сонографии продемонстрировало уменьшение объемов аденом на 9-21%, причем большие аденомы сокращались в большей степени, чем малые. Наибольшее сокращение объема предстательной железы наблюдалось через 3 мес, далее сокращение было менее значимым.

У 19 из 32 больных со злокачественными опухолями, подвергшихся радикальной простатэктомии, патологоанатомическое вычисление объема совпало с результатами измерения объемов при трехмерной сонографии. В 15 случаях опухолей, расположенных у задней поверхности, объемом 1-3 см³, сонографические и реальные объемы были почти одинаковыми с ошибкой приблизительно 2% (рис.6). Это можно объяснить небольшими размерами опухолей и их гипоэхогенностью относительно окружающих тканей у задней поверхности предстательной железы, которая ясно очертила края опухоли на эхограммах. Это также можно объяснить тем фактом, что маленькие опухоли имеют типичный рост, приводящий к компрессии окружающих тканей и дающий более четкое эхографическое распознавание краев опухоли. Большие опухоли имеют менее четкие границы, отделяющие их от окружающих тканей, возможно, вследствие инфильтративного характера роста. Поэтому при опухолях объемом 3-7 см³ сонография дает ошибку 3-7%. Объемы опухолей более 7 см³ дают ошибки более 10%. Это увеличение ошибки измерения связано с трудностями отграничения повреждения, особенно в тех областях, где опухоль не находится у задней поверхности железы, но вторгается в переходную зону или обладает инфильтративным ростом в капсулу (рис.7, 8). Важно понимать, что вычисления объемов ограничены способностью ультразвука "распознавать" опухоли среди нормальной ткани железы. В 6 наблюдениях, когда имелась большая ошибка при вычислении объема, патологоанатом обнаруживал мультифокальные опухоли, которые невозможно было точно измерить из-за диффузной опухолевой инфильтрации.

Выводы

В нашем исследовании мы хотели оценить эффективность вычисления объема предстательной железы с помощью трехмерной сонографии по сравнению с определением производных простатического специфического антигена. Эта технология обеспечивает быстрый и надежный метод оценки объема предстательной железы [37, 40]. Доступная литература, касающаяся вычисления объема предстательной железы методом эллипса, приводит данные об ошибке примерно 20% относительно реального объема [22]. Ранее проведенные исследования in vitro и in vivo доказали чрезвычайную точность 3D сонографии в вычислении объема предстательной железы. Мы откоррелировали эти объемы с данными, полученными при хирургическом лечении и патологоанатомическом исследовании, чтобы объединить их с вычислениями простатического специфического антигена. 2D сонография с ошибкой измерения объема приблизительно 20% не может использоваться для оценки плотности простатического специфического антигена. Последний может играть существенную роль в установлении критериев для отбора пациентов, нуждающихся в биопсии, т.е. пациентов с негативными результатами сонографии и уровнями простатического специфического антигена от 4 до 10 мг/мл. Определение точного объема предстательной железы и оценка уровня простатического специфического антигена могут быть весьма полезными для выработки тактики лечения и контроля его эффективности. Клиницисты рассматривают объем опухоли предстательной железы в качестве важного прогностического фактора в плане оценки агрессивности опухоли. Точное измерение объема опухоли может быть важным в предоперационном периоде, особенно принимая во внимание вовлечение лимфоузлов. Помимо точного объема предстательной железы для терапии и прогноза лечения необходим точный объем опухоли. В нашем исследовании имелось хорошее совпадение сонографических объемов простаты с реальными объемами, особенно при изучении аденом и злокачественных опухолей. Точность измерений объемов чрезвычайно высока, особенно при изучении аденом с четким разграничением между переходной зоной и неизмененной частью предстательной железы. В этих случаях ошибка очень мала.

Опухоли до 3 см³, ограниченные задней поверхностью простаты, с четким разграничением между опухолью и окружающей тканью, давали достаточно точные результаты измерений объемов. В то же время идентифицировать края большой опухоли затруднительно как при ультразвуковом, так и патологоанатомическом исследовании из-за ее инфильтративного роста.

Использованное нами оборудование позволило производить автоматическое измерение объема предстательной железы и обеспечивало немедленную визуализацию железы на мониторе в трех плоскостях: поперечной, продольной и фронтальной. Развитие этой технологии делает возможным реальное трехмерное изучение предстательной железы, обеспечивая лучшее изображение контуров, верхушки и внутренней структуры железы. Фронтальная плоскость особенно удобна для изучения контуров железы и демонстрации переходной зоны, которая плохо определяется в аксиальной и сагиттальной плоскостях. Сокращение времени исследования чрезвычайно важно для пациента, трансдьюсер помещается в прямую кишку на очень короткое время. Способность сохранить полученную информацию на жестком диске позволяет в последующем воспроизводить данные с точным и детальным их изучением. Кроме того, полученные данные можно повторно изучать с коллегами, уточняя диагноз.

В нашем исследовании мы не сравнивали диагностические возможности трехмерной сонографии и обычного двухмерного сканирования, но возможность исследования предстательной железы срез за срезом, в том числе во фронтальной плоскости, делает ее диагностически значимой.

В последующих исследованиях необходимо ясно определить значимость измерения объема, но мы полагаем, что трехмерная сонография, являясь точным и воспроизводимым диагностическим методом, особенно для измерения объема, может стать рутинным исследованием в качественной и количественной оценке патологии предстательной железы.

Литература

1. Watanabe H, Igari D, Tanahasi Y, Harada K, Saito M. Development and application of new equipment for transrectal ultrasonography. J Clin Ultrasound 1974;2:91.
2. Watanabe H. History and applications of transrectal ultrasonography of the prostate. Urol Clin N Am 1989;16:617.
3. Strasser H, Janetschek G, Reissigl A, Bartsch G. Prostate zone in three-dimensional transrectal ultrasound. Urology 1996;4:47.
4. Aarnink RG, Beerlage HP, Dela Rosette J J M, Debruyne F M J, Wijkstra H. Transrectal ultraso und of the prostate; innovations and future applications /J. Urol. 1998;159:1568-79.
5. Melchior SW, Brawer MK. Role of transrectal ultrasound and prostate biopsy. J Clin Ultrasound 1996;24:463.
6. Lee F, TorpxPedersen ST, Siders DB, et al. Transrectal ultrasound in the diagnosis and staging of prostatic carcinoma. Radiology 1989; 170:609.
7. Flanigan RC, Catalona WJ, Richie JP, et al. Accuracy of digital rectal examination and transrectal ultrasonography in localizing prostate cancer. J Urol 1994;152:1506-9.
8. Hemandez AD, Smith JA Transrectal ultrasound of the early detection and staging of prostate cancer. Urol Clin North Am 1990; 17:745-57.
9. Giensen RJB, Huyner AL, Aarnink RG, et al. Computer analysis of transrectal ultrasound images of the prostate for the detection of carcinoma: a prospective study in radical prostatectomy specimens. J Urol 1995; 154:1397.
10. Hammerer PG, Mc Neal JE, Stamey TA. Correlation between serum prostate specific antigen levels and the volume of the individual glandular zones of the human prostate. J Urol 1987; 137:686-9.
11. Bazinet M, Peloquin F, Meshref AW, et al. Prospective evaluation of prostate-specific antigen density and systematic biopsies early detection of prostatic carcinoma Urology 1994;43:44-51.
12. Littrup PJ, Kane RA, Williams CR, et al. Determination of prostate volume with transrectal US for cancer screening: Comparsion with prostatespecific antigen studies. Radiology 1991;178:537-2.
13. Bretton PR, Evans WP, Barden JD, Castellanas RD. The use of prostate specific antigen to improve the sensitivity of prostate specific antigen detecting prostate carcinoma cancer Br J Urol 1994;74: 2991-95.
14. Brawer MK, Aramburn EAG, Chen GL, Presten SD, Ellis WJ. The inability of prostate specific antigen index to enhance the predictive value of prostate specific antigen in the diagnosis of prostatic carcinoma. J Urol 1993;156:369-73.
15. Partin AW, Oesterling JE. The clinical usefulness of prostatic specific antigen: update 1994. J Urol 1994;152:1358.
16. Partin AW, Oesterling JE. The clinical usefulness of prostate specific antigen: update 1994. J Urol 1994;152:1358.
17. Babaian RJ, Kojima M, Ramirez El, Johnston D. Comparative analysis of prostate specific antigen and its indexes in the detection of prostate cancer. J Urol 1996; 156:432.
18. Van Iersel MP, Witjes WPJ, De La Rosette JJMCH, et al. Prostate specific antigen density: correlation with histological diagnosis of prostate cancer, benign hyperplasia and prostatitis. Br J Urol 1995;76:47.
19. Kalisk J, Cooner WH, Graham SD. Serum PSA adjusted for volume of transition zone (PSAT) is more accurate than PSA adjusted for total gland volume (PSAD) in detecting adenocarcinoma of the prostate. Urology 1994;43:601-6.
20. Benson MC, Whang IS, Pantuck A, et al. Prostate specific antigen density: a means of distinguishing benign prostatic hypertrophy and prostate cancer. J Urol 1992;147:815-16.
21. Jeminow A, Hammer M, Rather P, Hertle L. Prostatic specific antigen corrected for prostate volume improves differentiation of benign prostatic hyperplasia and organ confined prostatic cancer. Br J Urol 1994;73:538-43.
22. Kimura A, Kurooka Y, Hirasawa K, Kitamura T, Kawabe K. Accuracy of prostatic volume calculation in transrectal ultrasonography. Int J Urol 1995;2:252-6.
23. Kirbach D, Whittingam TA. 3D Ultrasound The Kretztechnic Voluson Approach. Eur J Ultrasound 1994:1:85-9.
24. Baba K, Okai T. Real time processable three dimensional fetal ultrasound Lancet 1996;348:1307
25. Hohue KH, Fuchs H, Pizer SM. 3D imaging in medicine algorithms systems, application. Berlin: Springer-Verlag, 1990.
26. Fishman EK, Magid D, Ney DR, et al. Threedimensional imaging Radiology 1991;181:321-37
27. Terns MK, McNeal JE, Stamey TA. Estimation of prostate cancer volume by transrectal ultrasound imaging. J Urol 1992; 147:857-8.
28. Hodges TC, Detmer PR, Bums DH, et al. Ultrasonic three-dimensional reconstruction; in vitro and in vivo volume and area measurement. Ultrasound MedBiol 1994;20:719-29.
29. Aarnink RG, Huynen AC, Giensen RJ, et al. Automated prostate volume determination with ultrasonographic imaging. J Urol 1995;153: 1549-54.
30. Tong S, Downey DB, Cardinal HN, Feuster A. Three-dimensional ultrasound prostate imaging system. Ultrasound Med Biol 1996;22:735-46.
31. Littrup PJ, Williams CR, Egglin TK, Kane RA. Determination of prostate volume with transrectal US for cancer screening: accuracy of in vitro and in vivo techniques Radiology 1991;179:49-53.
32. Elliot TL, Downey DB, Tong S, McLean CA, Feuster A. Accuracy of prostate volume measurements in vitro using three-dimensional ultrasound. AcadRadiol 1996;3:401-6.
33. Riccabona M, Nelson TR, Pretorius DPH. Three-dimensional ultrasound: accuracy of distance and volume measurament. Ultrasound Obstet Gynecol 1996;7:429-34.
34. Riccabona M, Nelson TR, Pretorius DH, Davidson TE. In vivo three-dimensional sonography measurement of organ volume: validation in the urinary bladder. J Ultrasound Med 1996; 15:627-32.
35. Hamper UM, Trapanotto V, Sheth S, Dejong MR, Caskey CI. Three-dimensional US: preliminary clinical experience. Radiology 1994; 191:397-41.
36. Sehgal CM, Broderick GA, Whittington R, Gorniock RJ, Arger PH. Three-dimensional ultrasound and volumetric assessment of prostate. Radiology 1994:192:274-8.
37. Hamper UM, Trapanotto V, Dejong MR, Sheth S, Caskey CI. Three-dimensional US of the prostate: early experience. Radiology 1999;212:719-23.
38. Tewari A, Indudhura R, Shinohara K, Schalow E, Woods M, Lee R, Anderson C, Uarayun P. Comparison of transrectal ultrasound prostatic volume estimation with magnetic resonance imaging volume estimation and surgical specimen weight in patients with benign prostatic hyperplasia. / Clin Ultrasound 1996:24:169-74.
39. Collerelli K, Strasser H, Reissigl A, Janetschek G, Bartsch G. Three-dimensional transrectal sonography: staging of prostate cancer. J Urol 1994:150:504.
40. Hamper VM, Trapanotto V, Sheth S, Dejong MR, Caskey CI. Three-dimensional ultrasound: preliminary clinical experience. Radiology 1994:191:397-401.