Пространственное и временное разрешение эхокардиографии (ЭхоКГ)
Пространственную разрешающую способность двумерного изображения следует рассматривать как два отдельных компонента: осевое (в направлении ультразвукового луча) и латеральное разрешение, перпендикулярное к осевому компоненту.
а) Осевое разрешение. Осевая разрешающая способность двумерного В-режима соответствует таковой одномерного М-режима и физически ограничена длиной излучаемых пакетов волн (импульсов). Последняя, в свою очередь, складывается из числа циклов ультразвуковых колебаний (сегодня обычно несколько менее 5) и длины волны цикла, которая обратно пропорциональна основной частоте. Поэтому осевое разрешение возрастает при увеличении частоты датчика. Таким образом, типичный пакет волн при основной частоте датчика 2,5 МГц и 4 циклах в пакете имеет длину 4 • 1540 м/с /2,5 МГц = 2,5 мм.
Теоретически, это наименьшее расстояние, которое можно различить в осевом направлении при использовании таких длины волны и длины импульса. При частоте датчика 5 МГц и 4 циклах в пакете минимальное расстояние между различимыми точками составило бы 1,25 мм.
Осевое и латеральное разрешение (по 36):
а Осевое разрешение. Два расположенных друг за другом рефлектора (R1, R2) в водной среде исследуются двумя датчиками (с частотами 7 и 2 МГц соответственно). Каждый датчик испускает импульс длиной в 4 цикла, но благодаря более высокой частоте длина импульса для 7-МГц-датчика меньше (пропорционально), чем для 2-МГц-датчика. Расстояние между рефлекторами слишком мало, чтобы его можно было обнаружить при помощи 2-МГц-датчика. Поэтому для этого датчика оба рефлектора будут отображаться как единая эхотень, тогда как высокочастотный датчик сможет их различить.
б Латеральное разрешение. Минимальное различимое расстояние между рефлекторами в боковом направлении зависит от ширины ультразвукового луча и всегда больше, чем минимальное различимое расстояние вдоль оси. На верхней картинке два рефлектора R1 и R2 будут восприниматься датчиком как один рефлектор, хотя расстояние между ними такое же, как на нижней картинке, где они будут дифференцироваться благодаря осевому разрешению.
б) Латеральное разрешение. В В-режиме к качеству изображения добавляется еще и элемент латерального (бокового) разрешения. Оно зависит от плотности сканирующих линий, фокусировки и других факторов и всегда меньше, чем осевое разрешение.
в) Режим второй гармоники. Более подробно об этом будет сказано в отдельной статье на сайте. Вкратце, речь идет об использовании ближайшей гармоники («harmonics») ультразвукового луча, возникающей при прохождении через ткани. При помощи соответствующей фильтрации и комбинирования с отраженным ультразвуком основной частоты можно получить изображения со значительно меньшим, чем при классическом режиме использования, количеством шумов, в том числе и в ближнем поле. Осевое разрешение - в зависимости от используемой, чаще несколько большей длины пакета - при этом немного меньше, из-за чего изображения кажутся слегка зернистыми. Соответственно, тонкие структуры, такие как клапаны, могут выглядеть несколько толще, чем в привычном режиме.
Однако обертоны или частотные гармоники в меньшей степени искажаются из-за артефактов ближнего поля и боковых лепестков, так что суммарный эффект этого режима дает более «чистую» картинку, что особенно предпочтительно для оценки контуров эндокарда. В настоящее время все современные эхосканеры используют для получения изображения частотные гармоники, хотя и различным патентованным для каждой фирмы образом.
г) Компрессия («dynamic range»). Генерируемые пьезоэлектрическими кристаллами датчика первичные электрические сигналы имеют очень широкий спектр амплитуд, иными словами, очень большое отношение самой высокой интенсивности сигнала к самой низкой. Эта ширина оценивается примерно в 120 дБ, т.е. наименьшие пригодные к использованию амплитуды относятся к наибольшим как 1/106. Однако для оптического отображения, например, в двумерном В-режиме, возможно применение лишь ограниченного числа градаций серого - как правило, 256 («глубина цвета» 8 бит). Поэтому исходная ширина спектра амплитуд («dynamic range») при помощи логарифмической компрессии сужается до выводимого диапазона (приблизительно 50 дБ, 1/256).
При этом можно частично настраивать параметры этой компрессии, например, с какого уровня выполняется «насыщение», какое линейное соотношение исходного и выводимого сигналов применяется для среднего диапазона амплитуд и так далее. Визуальное качество изображения обычно улучшается с усилением компрессии, т.е. самые «красивые» картинки - наиболее сжатые. Меньшая степень компрессии приводит к «зернистости» изображения. Кроме того, следует также учитывать, что человеческий глаз не может дифференцировать все 256 градаций серого, отображаемых цифровым монитором, а различает лишь приблизительно 30 оттенков от светло-белого до глубоко-черного (около 30 дБ).
Динамический диапазон («dynamic range») эхоизображения. Исходный электромагнитный сигнал, который передается от датчика к УЗ-аппарату, имеет диапазон интенсивности примерно в 120 дБ (1/106).
При помощи логарифмической компрессии этот сигнал сжимается до диапазона примерно в 30 дБ (1/32), поскольку приблизительно столько градаций серого может оптически различить человек.
