7.4. Место ультразвука в медицинской визуализации
В следующих трех главах мы несколько подробнее опишем отдельные методы медицинской визуализации, основанные на применении ультразвука. Поэтому здесь в связи с тем, что уже было сказано о предмете визуализации, уместно рассмотреть некоторые причины того, почему для этой цели следует применять именно ультразвук.
Одно из преимуществ ультразвуковых методов визуализации, обычно выдвигаемое на передний план, — их относительная безопасность. Некоторые доказательства для утверждений такого рода приведены в гл. 14, а здесь мы сформулируем этот тезис в следующем виде: «при уровнях экспозиции, соответствующих данной степени риска для пациента, ультразвук способен обеспечить значительно большее отношение сигнал/шум в изображении, чем системы медицинской визуализации, основанные на применении ионизирующего излучения». На практике именно отношение сигнала к шуму и его влияние на такие параметры, как разрешение по контрасту, в конечном счете определяют минимальную дозу облучения, достижимую в рентгеновской и радиоизотопной визуализации. В случае ультразвука, однако, ограничение обычно определяется факторами, не связанными с радиационной безопасностью, хотя отношение сигнал/шум и остается первостепенно важным.
Как было показано в предыдущих главах, ультразвук взаимодействует с тканями органов человека по-разному и зачастую весьма специфично: значения таких параметров, как коэффициенты обратного рассеяния и затухания, у разных, но анатомически близких тканей могут существенно отличаться. Сам этот факт служит основой способности ультразвука обеспечить достаточное число градаций контрастности и для некоторых диагностических задач может дать важное преимущество, например, перед рентгеновской визуализацией, где коэффициент поглощения может быть малочувствителен к гистопатологическим изменениям. В последнее время возрос интерес к методам так называемой ультразвуковой характеризации биологических тканей (гл. 10). Развитие этой области направлено на создание количественных и объективных процедур, которые в терминах визуализации можно рассматривать как поиск параметров изображения, обеспечивающих более четкое различение в конкретных ситуациях и тем самым возможность еще большего улучшения контрастности.
Другим важным свойством, влияющим на возможности
разрешения по контрасту, является возможность отделять сигналы от интерферирующих с мишенью областей (например, от вышележащих тканей). Эта возможность, очевидно, присуща основным методам ультразвуковой визуализации, тогда как в рентгеновском и радиоизотопном методах это часто достигается за счет стоимости и сложности (например, путем компьютерной реконструкции образа).
Основные требования к любому излучению, применяемому для визуализации, — чтобы его распространение было геометрически предсказуемо, а затухание в исследуемой среде — не очень сильным. Эти требования должны выполняться на частотах, для которых направленность, определяемая дифракцией, соответствует необходимому пространственному разрешению. Другими словами, длины волн должны быть малы по сравнению с изучаемым объектом. Одно из замечательных явлений природы — то, что всем этим требованиям удовлетворяет распространение ультразвука в мягких тканях организма. Отклонение и деформация пучков происходят, но не настолько, чтобы качество изображения значительно ухудшалось. Затухание существенно (иначе не было бы взаимодействий, используемых для визуализации), но допускает проникновение сигнала в мягкие ткани на глубину порядка 300 длин волн (в мегагерцевом диапазоне частот), что обеспечивает получение изображений с достаточным отношением «сигнал/шум» при работе как в режиме обратного рассеяния, так и в трансмиссионном режиме. На практике, как будет подробно показано ниже, дифракция ограничивает разрешение величиной порядка нескольких миллиметров.
Еще одна особенность ультразвука как средства для визуализации в медицинских применениях (помимо удобства технической реализации и уменьшения риска лучевого поражения для пациента, о чем уже упоминалось) — это возможность получать высококачественные быстро сменяющиеся изображения с частотой кадров выше пороговой частоты, за которой наблюдатель уже не воспринимает мелькания. В этом отношении ультразвук несомненно превосходит все другие средства визуализации.
