Настройка ультразвуковых приборов в режиме цветового допплеровского картирования и сепии

Введение

Качество изображения и диагностическая ценность ультразвукового прибора определяются набором, качеством и возможностями ультразвуковых датчиков, а также рядом основных технических характеристик самого сканера. К последним относятся чувствительность, пространственная, контрастная и временна́я разрешающая способность, динамический диапазон, возможность регулировки частоты кадров, усреднения по кадрам, плотности акустических строк, количество фокусных зон, зон усиления по глубине, разнообразные варианты предустановок и, что особенно важно, - постобработка изображения, представляющая собой возможность изменения оператором характеристик изображения в реальном времени, в режиме «фриз» («заморозки»), а также изображений, сохраненных в памяти прибора, подчеркивая одни (например, исходно слабые по амплитуде) и заглушая другие (например, чрезмерно сильные) эхосигналы, снижение уровня шумов с сохранением как можно больше необходимой видеоинформации.

Как должно выглядеть качественное ультразвуковое изображение? На хороших изображениях должны быть представлены все исследуемые структуры с хорошим разрешением и одинаковым свечением всех участков изображения. Это включает в себя использование всех доступных регулировок, применяющихся в настройке 2D-изображений. Особенностям настройки приборов в режиме цветового допплеровского картирования (ЦДК), равно как и в режиме сепии, в руководствах по ультразвуковой диагностике уделено мало внимания, а информация, которая излагается в заводских руководствах, оказывается крайне скудной. Мы постарались исправить сложившуюся ситуацию, обратившись к теме цветового ультразвукового исследования с целью систематизировать доступную в настоящее время информацию.

Регулировка изображений в режиме цветного допплеровского картирования

Следует понимать, что основной принцип настройки изображения в режиме ЦДК - соблюдение баланса между частотой кадров и высоким разрешением [1, 2]. Визуализация скоростных показателей кровотока в камерах сердца и сосудах требует постоянного обновления изображения с частотой 17 Гц и выше, и любые настройки, которые позволяют достичь большей частоты кадров, приведут в итоге даже к более значимым изменениям показателей кровотока, особенно в центре и на границах струи крови. Наиболее важные фоновые настройки для всей системы цветового допплера, в зависимости от производителя аппарата, называются «Цветовая оптимизация» или «Частотная оптимизация», либо «Частота кадров». Все ультразвуковые приборы в настоящее время имеют функцию «оптимизации настроек низкого, среднего и высокого уровня».

Установка «оптимизации потока или частоты кадров среднего уровня» представляет собой хорошую начальную настройку для выполнения эхокардиографии большинству взрослых пациентов. Такая установка помогает получить адекватную частоту смены кадров, хорошее пространственное разрешение и глубину проникновения. В то время, когда врач-диагност проводит исследование в режиме ЦДК в установках среднего уровня, прибор может быть перенастроен на уровень высокой или низкой регулировки в зависимости от потребностей выполняемого исследования с целью оптимизации частоты смены кадров, глубины проникновения и качества разрешения. Понимание возможностей настройки приборов предоставляет врачу определенное преимущество при получении изображений в режиме цветового допплера при достижении лучшей разрешающей способности.

«Низкая оптимизация потоков» оказывается полезной в тех случаях, когда визуализация крайне затруднена. При этом низкие частоты могут использоваться и при возникновении трудностей в В-режиме. Низкая оптимизация потоков также может быть полезной в случаях регистрации потоков крови с очень низкой скоростью (чаще всего регистрируемых в легочных венах, при больших дефектах межпредсердной перегородки (ДМПП) и в нижней полой вене (НПВ), но эта функция требуется крайне редко, так что проще оставаться в режиме «средней оптимизации» и периодически переходить в режим «низкой оптимизации», чем использовать другие оптимизации настроек в ручном режиме (рис. 1).

Некоторые врачи большую часть времени выполняют исследования при «низкой оптимизации потоков», либо потому, что они не знают, что подразумевается под этой функцией, либо потому, что так облегчается выполнение цветового допплеровского сканирования. Однако обратная сторона рутинного использования предустановок с «низкой оптимизацией» заключается в том, что при этом уменьшается частота кадров, ухудшается разрешение и предустановлен излишне большой сектор цветового сканирования.

Понятно, что оптимизация цветового допплера устанавливается на низком уровне в тех случаях, когда цветовая картинка неясная или бледная, движения медленные и края размыты. В такой ситуации следует пробовать переключение «оптимизации» в среднее или высокое качество с целью улучшения разрешения. Продвинутые врачи используют оптимизацию настройки изображения от средней до высокой при более высокой настройке усиления и более низкой скоростной шкале, близкой к 50 см/с, что приводит к компенсации любых потенциальных потерь в зоне потока. При этом наблюдается улучшение временно́го и пространственного разрешения.

Режим высокого качества «оптимизации потока» используется у пациентов с нормальными и высокоскоростными потоками крови, а также у тех из них, у кого удается получить изображения от среднего по качеству до «кристально чистого». При высокой оптимизации потоков уменьшение масштаба шкалы до 50 см/с повышает чувствительность цветового допплера без принесения в жертву частоты кадров и помогает получить изображения более высокого качества (т.е. изображения с высоким разрешением).

Установка настроек оптимизации потока не позволяет полностью решить задачу по улучшению разрешения цветового допплера. Как только установлен режим фоновой оптимизации цветового допплера, первичный способ регулирования частоты смены кадров ограничен шириной В-изображения, а также размером и глубиной цветового сектора. Регулировка шкалы цветового допплера является другим критическим фактором, от которого зависит получение более высокой частоты смены кадров. Те врачи, кто никогда не уменьшает сектор В-сканирования (несмотря на то что про это пишется в учебниках и этому учат на курсах по ультразвуковой диагностике), не используют полностью возможности ультразвуковых приборов и в конечном счете получают изображения, которые обладают значительно меньшей диагностической ценностью.

Разрешение цветового допплеровского изображения также влияет на обработку изображения. Чрезмерное использование функции сглаживания, функции Data Dependent Processing (DDP), «бокового усреднения», «радиального усреднения» или «цветового выравнивания» приводит к прогрессивному размазыванию цветовой допплеровской шкалы. Целью регулировки цветового допплера всегда должно быть получение четких границ потока, скоростных слоев внутри потока и «мозаичности» высокой скорости или турбулентных участков.

Порядок найстройки цветового допплера

1. Настраивая оптимизацию потоков или частоту смены кадров до уровня среднего качества, следует регулировать их в сторону усиления/уменьшения только тогда, когда это необходимо для увеличения проникновения (путем уменьшения оптимизации) или увеличения разрешения (путем увеличения оптимизации).
2. Следует регулировать размер цветового сектора так, чтобы он охватывал только область непосредственных интересов (рис. 2).

3. Старайтесь избегать делать цветовой сектор шире, чем это требуется. Расширяя область сканирования, мы катастрофически уменьшаем частоту смены кадров.
4. Постарайтесь избегать делать цветовой сектор длиннее, чем это требуется в действительности. Чем глубже область интересов, тем меньше шкала, поскольку увеличивается время прохождения ультразвукового сигнала, а также увеличивается площадь сканируемой области интересов.
5. В-сектор изображения также должен быть максимально уменьшен до величины, не превышающей нескольких сантиметров ширины цветового сектора.
6. Правильная настройка цветового допплера должна подбираться под каждого пациента путем медленного его усиления до того момента, когда появляются «случайные артефактные цветовые пиксели», отражающие видимый шум, и после этого - с возвращением настроек назад до устранения большинства из помех, но никак не важной информации по характеристикам потоков крови (рис. 3).

7. Зона «фокуса» должна быть точно отрегулирована в зависимости от области интересов.
8. Цветовой допплеровский фильтр или низкоскоростные фильтры используются для устранения низкоскоростных сигналов и сигналов от движения стенок, которые вносят хаос в цветовую картину. В эхокардиографии эти настройки должны быть изначально установлены на среднем уровне, но могут быть перенастроены до низкого, когда оценивается венозный кровоток или шунты, и увеличиваться до тех пор, пока важный поток не начнет уменьшаться. Врач должен понимать, что подобные настройки оправданы при каждом исследовании и выполняются в самом его начале.
9. Стандартная цветовая допплеровская шкала составляет 50-60 см/с у пациентов с нормальной частотой сердечных сокращений (ЧСС), однако лучше придерживаться настроек близких к 60 см/с при типичной ЧСС между 45 и 90 в 1 мин, поскольку меньшие потоки будут лоцироваться четче в турбулентных областях, а частота смены кадров будет выше. Шкала цветового допплера может быть выставлена более 60 см/с, для того чтобы помочь увидеть потоки более четко в областях с высокой турбулентностью и гипердинамическими потоками крови. Так как шкала может быть уменьшена до 50 см/с и ниже в случаях, когда требуется оценить низкоскоростные потоки, в частности потоки, наблюдаемые в легочных венах, НПВ и в области шунтов через ДМПП (рис. 4).

10. Частота цветового допплера может оказывать серьезное влияние на чувствительность приборов: при более низкой частоте ультразвуковой луч будет проникать дальше и таким образом формировать более сильный сигнал. Периодически проверка дает уверенность в том, что ультразвуковые приборы установлены на уровне 1,9-2,2 МГц для проведения эхокардиографии у взрослых. Если ультразвуковой прибор имеет частотную регулировку, существует несколько путей для определения того, настроен ли прибор подходяще. Вопервых, если цветовое допплеровское изображение беспорядочно при низкой скорости и имеется большое количество артефактов, которые не исчезают даже при уменьшении частоты, увеличение частоты, скорее всего, приведет к очистке изображения. С другой стороны, если цветовое допплеровское изображение тусклое и регулировка до высоких установок не помогает, рекомендуется уменьшить частоту.
11. Следует помнить о возможных ограничениях при использовании функции «цветового сглаживания», прямолинейного усреднения, бокового усреднения и DDP из-за того, что они размазывают или смешивают скорости на цветовой допплеровской карте. Хорошо настроенная цветовая допплеровская карта дает возможность оператору увидеть отдельные слои скорости в потоках крови настолько хорошо, насколько различима цветовая мозаика, где могут различаться и высокие скоростные и турбулентные потоки. Уменьшение уровня плотности может помочь в увеличении частоты смены кадров, но не должно быть уменьшено до уровня, когда чрезмерно отсеивается информация цветового допплера.
12. С осторожностью пользуйтесь функцией «Тканевого приоритета» (tissue priority) или приоритета записи (write priority), поскольку это может привести к еще большему удалению цветовой допплеровской картины на изображении, уменьшению чувствительности отображаемого цветового допплеровского изображения. Нередко встречаются приборы высокого уровня, в которых имеются предустановки с функцией «приоритета записи» или «тканевого приоритета».
13. Контролируйте масштаб скорости цветового допплера в течение всего времени выполнения исследования, поскольку если программа автоматически уменьшит масштаб в какой-то момент времени, либо если это будет выполнено вручную, прибор не сможет перенастроиться автоматически в обратном направлении, считая больший масштаб вполне пригодным для анализа. При смене программ сканирования у одного и того же пациента следует помнить и о возможности автоматической программной смены направления потоков (рис. 5).

14. При записи длинных потоков, когда требуется сильно расширять цветовое окно, можно уменьшить четкость контуров до точек, так что размер потока оказывается чрезмерно сокращенным. Примером такой ситуация может служить аортальная недостаточность, оцениваемая из парастернальной позиции по длинной оси. Если врач предполагает, что при таком подходе останется за кадром много деталей, при осмотре поток может быть разбит на части, используя узкий цветовой сектор для того, чтобы сохранить адекватную оценку области потока.
15. Цветовое окрашивание в В-режиме, также называемое «сепией», не применяется совместно с цветовым допплером, поскольку интенсивно красный, желтый, оранжевый или голубой фон обесцвечивает некоторые цвета на шкале цветового допплера и таким образом влияет на чувствительность системы и может привести к тому, что какая-либо патология будет пропущена.
16. Избыточно яркие изображения в В-режиме могут ухудшить видимость цветовой допплеровской шкалы из-за того, что оба режима конкурируют за «пиксельное доминирование». Следует настраивать В-изображение вручную, так, чтобы цветовой допплер имел максимально возможное насыщение.

В случаях, когда включается режим цветового допплера, следует помнить о необходимости добиться максимальной частоты смены кадров за счет настройки ширины В-сектора, размера цветового окна и настройки характеристик потоков, для того чтобы движения крови различались лучше, чем «вспышки» или «цветовые мелькания». При анализе потоков крови предпочтительным оказывается увеличение или уменьшение масштаба изображения. Настройка усиления цветового допплера позволяет получить цветовую шкалу хорошего насыщения и избежать признаков чрезмерной оптимизации [3, 4]. Усиление в В-режиме следует уменьшать так, чтобы информация цветового допплера не была потеряна. Следует настраивать фокус на уровне установленного окна (выше зоны интересов) цветового допплера. Не используйте колоризацию/сепию В-изображений в режиме цветового допплера. Постарайтесь не использовать процессинговую обработку, так как это приводит к сглаживанию, усреднению или потере части информации цветового допплера.

Алгоритм действий по улучшению качества ультразвукового изображения (главным образом за счет повышения частоты кадров) в режиме ЦДК может быть представлен в следую щем виде:

1. Уменьшение «угла сектора сканирования» приводит к увеличению частоты кадров.
2. Увеличение частоты кадров приводит к увеличению диапазона шкалы скоростей.
3. Уменьшение ширины окна ЦДК приводит к увеличению частоты кадров. Желательно всегда уменьшать ширину окна ЦДК до минимально приемлемого уровня.
4. Увеличение частоты сканирования датчика приводит к уменьшению частоты кадров. Уменьшение частоты сканирования датчика приводит к увеличению частоты кадров.

Цветовая базовая линия

Базовая линия делит цветовую полосу на положительную и отрицательную допплеровские составляющие (рис. 6). Регулировка базовой линии изменяет отображаемый диапазон скоростей и поэтому используется для предотвращения наложения. Может быть выполнено несколько приемов с целью избежать появления артефактов наложения, например: перемещение цветовой или спектральной базовой линии вверх или вниз, увеличение шкалы скоростей и уменьшение частоты допплеровского сдвига (изменение угла ультразвукового воздействия) с увеличением угла сканирования и использованием низкочастотного преобразователя.

При снижении базовой цветовой линии упор будет сделан на поток к датчику. Изменение базовой линии не приводит к какому-либо изменению отображаемой цветовой шкалы (диапазона скоростей). Хотя общий диапазон отображаемых скоростей и не изменяется, происходит изменение отображаемых характеристик попадающих в такой диапазон цветов. Когда цветовой допплеровский поток является активным режимом сканирования, настройка базовой линии не изменит представление о наличии потока, но оптимизирует качественное отображение потока. В этой ситуации может быть важно уменьшить алиасинг не только для определения направления потока, но и для получения точных характеристик потока.

Сепия или колоризация/цветовое окрашивание изображения

Цветовое окрашивание изображения может оказаться полезным в ряде исследований, чаще в случаях, когда в приоритете качественное визуальное восприятие анатомии сердца, эндокарда и иной патологии, такой как тромбы, опухоли, вегетации и аневризмы. Различная цветовая гамма может оказаться полезной по чисто физиологической причине: человеческий глаз может различать больше цветовых вариаций, чем оттенков серого. Чаще для колоризации выбираются желтый цвет и его оттенки, поскольку чувствительность сетчатки глаза близка к 1,0 (100%) именно для данного цвета. Меньшая чувствительность сетчатки (0,8-0,7) - у оранжевого и зеленого цветов, еще меньше (0,3) - у голубого и 0,2 - у красного/фиолетового/синего (чувствительность 20%). При этом также следует помнить и о том, что 10% людей страдают нарушениями цветового зрения (большинство из них нечувствительны к красному, несколько меньшее число - к красному и зеленому и 1% - к красному, зеленому и синему). Таким образом, если предположить, что и 10% врачей ультразвуковой диагностики могут иметь признаки дальтонизма, применение колоризации будет способствовать нивелированию различной чувствительности глаз у таких врачей. А вероятность невынужденных ошибок, обусловленных физиологическими особенностями органа зрения, будет близка к нулю. И хотя исторически оттенки серого стали стандартными для использования в ходе выполнения ультразвуковых исследований, о возможности применения функции колоризации изображения, конечно, не стоит забывать.

Рекомендуется ограничивать использование ультразвука в B-цвете, применяя его только в тех случаях, когда имеются трудности в распознавании важных деталей изображения в стандартной серой шкале, поскольку это мешает использованию цветового допплера и различных цветовых курсоров (рис. 7).

Использование цветового фона с цветовым допплером отрицательно сказывается на чувствительности карты цветового допплера, что затрудняет обнаружение патологического потока, а иногда и делает его невозможным для просмотра. Кроме того, глаза каждого человека воспринимают цвет по-разному: в то время как один сонографист, проводящий обследование, может посчитать тот или иной цвет приятным для своего восприятия или улучшающим общее восприятие, другой может посчитать, что такая цветовая схема, напротив, нарушает визуальную оценку. В связи с этим, вероятно, есть смысл сохранять изображения в стандартной серой шкале, а колоризацию, если таковая потребуется, выполнять в процессе постобработки.

С другой стороны, контур спектрального допплера может быть выделен (для лучшей визуальной оценки) посредством колоризации (сепии), особенно в тех случаях, когда сильные сигналы имеют тенденцию переходить в белый цвет, либо когда низкоскоростные сигналы оказываются трудноразличимы (см. рис. 7).

Таким образом, знание особенностей настройки изображения в режиме ЦДК позволяет избежать диагностических ошибок и повысить качество оцениваемых изображений, повышая диагностическую точность итогового заключения.

Общие положения, рекомендации по настройке ультразвуковых приборов

1. Выберите соответствующие преднастройки (так называемые пресеты). Это позволит оптимизировать параметры системы под конкретное исследование.
2. Установите мощность на уровне рекомендованных пределов для исследования плода данного срока беременности. Отрегулируйте усиление цвета. Убедитесь, что фокус находится в интересующей Вас области, и отрегулируйте усиление для оптимизации цветового сигнала.
3. Позиционируйте датчик для получения удовлетворительного угла сканирования между осью луча и сосудом (рис. 8, 9).

4. Отрегулируйте частоту повторения импульсов в соответствии с характеристиками потока. Низкая частота импульсов более чувствительна к низкоскоростным потокам, но может вызывать «наложение». Высокая частота импульсов уменьшает эффект «наложения», но менее чувствительна к низкоскоростным потокам.
5. Установите подходящий для данного исследования размер области цветового потока. «Окно» меньшего размера позволяет повысить частоту кадров и, соответственно, улучшить разрешение (см. рис. 2).

При этом следует помнить о том, что измерение общих показателей кровотока при помощи ЦДК, равно как и при допплерографии, сопряжено с трудностями даже в идеальных условиях [5]. Конечно, возможны и ошибки, которые могут быть разделены на две большие группы:

1. ошибки, вызванные неточным измерением площади поперечного сечения сосуда, например площади поперечного сечения артерий, которые пульсируют во время каждого сердечного цикла;
2. ошибки, которые возникают при определении скорости, становятся особенно значимыми тогда, когда расчеты показателей кровотока выполняются на сосудах с маленьким диаметром. Ошибки в измерении диаметра увеличиваются, когда диаметр используется для определения площади поперечного сечения. Как и при измерениях скорости, целесообразно осознавать возможные ошибки и не лениться проводить повторные исследования.

Литература

1. Kruskal J.B., Newman P.A., Sammons L.G., Kane R.A. Optimizing Doppler and Color Flow US: Application to Hepatic Sonography // RadioGraphics. 2004; 24 (3): 657-675.
2. Zander D., Huske S., Hoffmann B. et al. Ultrasound Image Optimization («Knobology»): B-Mode // Ultrasound Int Open. 2020; 6 (1): E14-E24. DOI: 10.1055/a-1233-1134
3. Sharma M., Hollerbach S., Fusaroli P. et al. General principles of image optimization in EUS // Endosc Ultrasound. 2021; 10 (3): 168-184. DOI: 10.4103/eus_eus_80_20
4. Doppler in Obstetrics: book by K. Nicolaides, G. Rizzo, K. Hecher. Chapter on Doppler ultrasound: principles and practice by Colin Deane. https:// fetalmedicine.org/var/uploads/ web/Doppler/Doppler%20Ultrasound%20-%Principles%20and%20practice.pdf (22.11.2022)
5. Rourke C., Hendrickx P., Roth U. et al. Color and conventional image-directed ultrasonography: accuracy and sources of error in quantitative blood flow measurement // J Clin Ultrasound. 1992; 20: 187-193.