Режим второй гармоники с контрастом в эхокардиографии: гармонический В-режим и пульс-инвертированная методика
Первоначально режим второй гармоники был разработан для контрастной ЭхоКГ. Ультразвуковые контрастные средства, применяемые сегодня в клинической практике, состоят из микропузырьков. Обнаружение того, что эти микропузырьки в ультразвуковом поле испускают гармонические частоты, позволило поначалу надеяться, что благодаря этому можно будет специфически визуализировать ультразвуковое контрастное средство. Как было показано выше, в тканях также и без контрастного средства возникают гармонические частоты, к которым при контрастной ЭхоКГ добавляются сигналы от микропузырьков.
а) Возникновение гармонических частот при асимметричных колебаниях микропузырьков. Облучение диагностическим ультразвуком приводит к небольшим периодическим повышениям и понижениям давления в тканях. Если в ультразвуковом поле находятся микропузырьки, то их радиус увеличивается и уменьшается соответственно изменениям давления, так что микропузырьки колеблются. Колебания микропузырьков происходят асимметрично, т.е. уменьшение диаметра в фазу повышенного давления меньше, чем увеличение диаметра в фазу пониженного давления.
Это следует связывать с тем, что газы легче расширяются, чем сжимаются. При асимметричных колебаниях микропузырьки наряду с основной частотой испускают также (гармонические) обер-частоты. Колебания тем сильнее, чем выше энергия облучающего ультразвука и чем ближе частота звуковых колебаний к резонансной частоте микропузырьков. Случайно оказалось так, что резонансные частоты разрешенных и клинически апробированных на данный момент микропузырьков контрастных средств лежат в диапазоне частот, который используется в двумерной ЭхоКГ. Поэтому при помощи имеющихся датчиков можно отличным образом вызывать колебания микропузырьков.
Конечно, при этом наступает и более быстрое разрушение хрупких пузырьков. Как при резонировании, так и при разрушении микропузырьков возникают гармонические частоты, которые могут быть зарегистрированы различными визуализирующими методиками. При помощи обычной двумерной ЭхоКГ при внутривенном введении контраста можно добиться лишь слабого эффекта контрастирования в артериальной системе, поскольку при этом может быть использован только эффект повышенного рассеивания волн контрастным средством. При регистрации гармонических колебаний их абсолютные амплитуды хотя ниже, чем у сигналов исходной частоты, но отличие от сигналов тканей значительное, что позволяет достичь визуального эффекта контрастирования.
Возникновение гармонических частот при асимметричных колебаниях микропузырьков контрастного средства в ультразвуковом поле.
Традиционный и гармонический режимы двумерной ЭхоКГ (четырехкамерная позиция). Сравнение максимально достижимого эффекта контрастирования после внутривенного введения 5 мл Левовиста.
Четырехкамерная позиция, гармонический В-режим, субоптимальное изображение с недостаточной визуализацией эндокарда, особенно боковой стенки (слева), улучшение визуализации миокарда после введения 0,3 мл Оптисона (в центре), улучшение градаций серого в миокарде после введения 0,5 мл Оптисона.
б) Техника исследования и показания для контрастного усиления гармонического В-режима/пульс-инвертированной методики. Ультразвуковые контрастные средства двигаются исключительно в сосудах и поэтому могут применяться для лучшей визуализации внутрисосудистой и внутриполостной крови. Это позволяет, с одной стороны, получить четкую границу крови в полостях сердца (для оценки функции левого желудочка), с другой - оценить перфузию миокарда. Тогда как в режиме второй гармоники, как правило, рекомендуется более высокая мощность исходного ультразвука, при исследованиях с контрастным средством мощность излучения - это палка о двух концах. Сигналы от микропузырьков, конечно, тем сильнее, чем выше локальная акустическая энергия, испускаемая датчиком.
Но одновременно усиливаются и гармонические частоты, получающиеся от тканей без контраста. В результате, с одной стороны, уменьшается контраст (различие в градациях серого) между тканью миокарда и полостью левого желудочка, что затрудняет определение границы эндокарда («антиконтраст»). С другой стороны, ограничивается визуальная оценка изменений (в градациях серого) миокарда при исследовании миокардиальной перфузии. Заданные производителями по умолчанию установки представляют собой компромисс этих противоположных факторов (кроме мощности, локальную акустическую энергию, и тем самым степень разрушения пузырьков, определяют еще фокусировка, плотность линий и частота кадров).
1. Исследование в гармоническом В-режиме - пульс-инвертированная методика. Чувствительность в выявлении ультразвукового контрастного средства при пульс-инвертированной методике значительно выше, так как эта методика обходится без фильтрации основной частоты. Поскольку при фильтрации всегда частично затрагиваются и гармонические составляющие, то в гармоническом В-режиме использование фильтра приводит к снижению чувствительности. Поэтому пульс-инвертированная методика может проводиться с более низкой исходной мощностью, благодаря чему возникает меньше тканевых сигналов и микропузырьки контрастного средства дольше сохраняются. Кроме того, при пульс-инвертированной методике значительно выше пространственное разрешение. Конечно, при сравнении частоты кадров выявляется преимущество гармонического В-режима, но для клинической практики это менее существенно.
2. Улучшенная визуализация внутриполостных тромбов. Гармонический В-режим или пульс-инвертированная методика должны всегда выполняться с контрастированием в тех случаях, когда без контрастного средства невозможно достичь диагностической цели, т.е. невозможна уверенная визуализация границ стенок левого желудочка и внутриполостных структур, таких как тромбы. Для диагностики левожелудочковых тромбов особенно подходит пульс-инвертированная методика. В этой методике пространственное разрешение значительно лучше, чем в гармоническом В-режиме. Кроме того, в пульс-инвертированной методике уровень исходной мощности излучения значительно ниже, тем самым уменьшается разрушение микропузырьков. Благодаря этому и в ближнем поле достигается очень гомогенное контрастирование.
3. Контрастная эхокардиография миокарда. Гармонический В-режим и пульс-инвертированная методика в значительной мере способствовали развитию контрастной ЭхоКГ. Однако названные методики нельзя использовать с постоянным облучением, поскольку при вышеприведенных мощностях излучения разрушение микропузырьков в миокарде очень выражено. Поэтому для контрастной ЭхоКГ миокарда была разработана методика получения изображения в «прерывистом режиме». При этом излучение ограничивается коротким промежутком времени, необходимым для построения одного кадра. На этом коротком интервале микропузырьки дают сильный сигнал и разрушаются. Затем необходимо прервать облучение ткани до тех пор, пока не поступит достаточное количество контрастного средства (1-5 сердечных циклов).
В результате можно достичь визуально распознаваемого усиления индуцированных контрастным средством оттенков миокарда. Для того чтобы выявить изменения, основанные лишь на введении контрастного средства, необходимо произвести вычитание фона, т.е. усредненное изображение до введения контраста вычитается из усредненного изображения во время применения контрастного средства. Методики, описанные в разделе «Режим второй гармоники с контрастным средством II», в значительной мере снимают эти ограничения.
в) Ограничения из-за ослабления сигнала и разрушения микропузырьков. Общей проблемой для всех контрастных методик является феномен затенения (ослабления): особенно при болюсных введениях контрастного средства сначала концентрация микропузырьков в полостях сердца может быть такой высокой, что из-за этого ослабляется распространение ультразвука. Тогда воспринимаются только очень сильные сигналы из ближнего поля. Если возникает такая проблема, рекомендуется снижение дозы (при непрерывной инфузии) или период выжидания (при болюсном введении).
Тонкостенные пузырьки очень чувствительно реагируют на колебания давления, возникающие при проникновении ультразвука в ткань. В результате, особенно в ближнем поле, где локальная акустическая энергия выше, может происходить чрезмерное разрушение микропузырьков. В таком случае при постоянном облучении вблизи датчика возникает завихрение крови, содержащей лишь небольшое количество микропузырьков, с поднимающейся из глубины кровью, более богатой контрастным веществом. Лишь при помощи дальнейшего снижения исходной мощности излучения и компенсаторного усиления воспринимаемых сигналов можно достичь гомогенного контрастирования полости левого желудочка, что, как правило, легче удается в пульс-инвертированной методике, чем в гармоническом В-режиме.
