а) Анатомия. Трахея — это хрящевая и фиброзно-мышечная трубка, начинающаяся от нижней границы гортани (2 см ниже голосовых складок на уровне С6 позвонка) и продолжающаяся до карины (на уровне Т5 позвонка), где она делится на два главных бронха. Длина трахеи составляет 10-12 см, а ее внегрудной порции, расположенной выше рукоятки грудины, — 2-4 см. Сагиттальный и фронтальный диаметры трахеи варьируют в зависимости от роста пациента, его веса, возраста и пола.
Сагиттальный диаметр составляет 13-27 мм у мужчин и 10-23 мм у женщин, фронтальный диаметр 13-25 мм и 10-21 мм, соответственно.
Передняя и боковые стенки трахеи образованы С-образным хрящевыми кольцами, количество которых может быть от 16 до 22. Хрящевые кольца укрепляют стенку трахеи и сохраняют ее просвет при выдохе. С возрастом хрящевые кольца трахеи подвергаются кальцификации, которая наиболее выражена у женщин и пациентов, длительно получающих варфарин. Задняя часть стенки трахеи, известная как мембранозная часть, представляет собой тонкую фиброзно-мышечную мембрану, интимно связанную с передней стенкой пищевода.
Постоянно находясь в движении, мембранозная стенка трахеи принимает в конце вдоха и в конце выдоха, соответственно, выпуклую и вогнутую конфигурацию. Эта стенка содержит небольшое количество гладкомышечной ткани, нередко называемой трахеальной мышцей. Трахеальная мышца состоит из внутреннего циркулярного слоя и наружного продольного слоя.
Эти слои аналогичны мышечным слоям пищевода, имеют общее эмбриональное происхождение, однако их сократительные возможности ограничены. Стенки главных стволовых и долевых бронхов также включают хрящевые и фиброзно-мышечные элементы, однако выраженность хрящевых элементов меняется в направлении к периферии легких. В периферических отделах хрящевые пластинки принимают более неправильную форму.
Верхняя часть трахеи кровоснабжается ветвями нижних щитовидных артерий и крайней правой межреберной артерией, а нижняя часть — ветвями бронхиальных артерий и третьей межреберной артерии. Иннервация трахеи осуществляется ветвями блуждающих, возвратных гортанных нервов и симпатических стволов. За работу гладкомышечной ткани и сосудов трахеи отвечает парасимпатическая нервная система, эффектами которой являются бронхоконстрикция, секреция слизи и вазодилятация бронхиальных сосудов.
Слизистая трахеи выстлана псевдомногослойным цилиндрическим реснитчатым эпителием, содержащим бокаловидные клетки, продуцирующие муцин, основной компонент слизи, увлажняющий и защищающий слизистую оболочку дыхательных путей. Слизь и реснички клеток выполняют функцию мукоцилиарного клиренса, т.е. удаление попавших в дыхательные пути инородных частичек за счет перемещения их в гортань и глотку, где они могут быть проглочены или удалены с мокротой.
б) Физиология. Анатомия трахеи связана с ее функциями. Во-первых, поскольку трахея является воздухопроводящим путем, ее структура должна быть эластичной, чтобы выдерживать изменения, которым она подвергается в различные фазы дыхания. В конце вдоха трахея удлиняется, меняются ее размеры и положение в пространстве, а во время выдоха эластичные свойства трахеи возвращают ее в исходное состояние, а С-образные хрящи предотвращают полный коллапс стенок.
Выраженность коллапса центральных дыхательных путей у разных людей варьирует и, согласно ряду исследований, может достигать у здорового человека 78%. Более подробно особенности оценки коллапса центральных дыхательных путей рассматриваются в отдельных статьях на сайте - просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше. Во-вторых, реснитчатый эпителий трахеи играет ведущую роль в трахеобронхиальном клиренсе, механизме очищения дыхательных путей.
Дополнением этого механизма является кашлевой рефлекс, который способствует продвижению слизи в глотку, откуда она может быть удалена в виде мокроты через рот или проглочена. Слизистая пленка также представляет собой первый иммунный барьер, поскольку в ней содержатся гликопротеины, иммуноглобулины, альбумин, липиды, ферменты, ингибиторы ферментов, антибактериальные вещества, клеточные продукты и медиаторы. Наконец, центральные дыхательные пути участвуют в кондиционировании воздуха, основная часть которого осуществляется в полости носа.
Согревание и увлажнение вдыхаемого воздуха в трахее в основном происходит при дыхании через рот, что в норме бывает при физической нагрузке, или при патологическом ротовом дыхании вследствие обструкции полости носа, как, например при гриппе.
в) Рентгенография органов грудной клетки. Рентгенография органов грудной клетки (РОГК) представляет собой быстрый и недорогой метод исследования, отличается низкой лучевой нагрузкой и обеспечивает возможность предварительной оценки патологии центральных дыхательных путей, однако основная его цель — исключение паренхимальных и других причин имеющихся симптомов.
При РОГК трахея выглядит как перевернутая Y-образная структура, более темная по сравнению с соседними тканями средостения в связи с содержащимся в ней воздухом. Хорошо выраженные контуры трахеи, называемые паратрахеапьными полосами, определяют границы трахеи и являются обязательным компонентом оценки состояния центральных дыхательных путей. Правая паратрахеальная полоса в норме видна при РОГК в прямой проекции как линия, продолжающаяся от уровня ключиц до правого трахеобронхиального угла на уровне дуги непарной вены.
Эта полоса легко обнаруживается по воздушным пространствам с обеих сторон (легкое и просвет трахеи) и состоит из правой стенки трахеи, соседних листков плевры и медиастинальной клетчатки. Паратрахеальная полоса имеет толщину 3-4 мм. Утолщение ее может быть проявлением различных патологических изменений, например липоматоза, паратрахеальной лимфаденопатии, злокачественной опухоли щитовидной, паращитовидных желез или трахеи, плеврального выпота.
Аналогичным образом левая паратрахеальная полоса образована левой стенкой трахеи, листками плевры между левой верхней долей и соседней медиастинальной клетчаткой. При рентгенографии в прямой проекции она видна реже, чем правая паратрахеальная полоса.
г) Компьютерная томография. КТ считается наиболее точным неинвазивным методом исследования не только дыхательных путей, но и органов грудной клетки в целом. КТ позволяет лучше охарактеризовать выявленные при РОГК изменения, например изменения контуров трахеи, ателектазы или диффузные паренхимальные изменения, которые могут затрагивать в т.ч. и дыхательные пути.
Сегодня КТ часто назначается пациентам, которым предстоят интервенционные бронхоскопические процедуры, для предварительной оценки анатомии и выбора места для биопсии при периферических образованиях легких.
Наконец, КТ используется для динамического наблюдения за пациентами после консервативного или хирургического лечения по поводу заболевания дыхательных путей. Единственным важным ограничивающим применение КТ фактором является лучевая нагрузка, которую обязательно нужно принимать в расчет, особенно при обследовании детей, более чувствительных к ионизирующему излучению по сравнению со взрослыми.
Эта проблема частично решилась с появлением КТ сканеров нового поколения, которые обладают функционалом для автоматического контроля дозы излучения, что позволяет снизить получаемую пациентом дозу до менее, чем 3 мЗв.
1. Выбор и анализ КТ протокола визуализации дыхательных путей. Рутинный КТ протокол исследования дыхательных путей включает аксиальные изображения высокого разрешения, которые дают точную информацию о размерах и форме просвета дыхательных путей, наличии и локализации патологических изменений дыхательных путей, средостения, корней и паренхимы легких. Типичные параметры сканирования и постпроцессинговой реконструкции представлены в таблицах 1 и 2.
Аксиальные изображения также позволяют обнаружить прямые и непрямые признаки заболеваний дыхательных путей: утолщение бронхиальных стенок, бронхоэктазы и воздушные ловушки.
При подозрении на злокачественную опухоль или инфекцию предпочтительно исследование с контрастом, в остальных случаях достаточно бесконтрастного сканирования.
Аксиальные изображения обычно используются вместе с двухмерными (2D) и 3D многоплоскостными реконструкциями (МПР). 2D и 3D изображения улучшают визуализацию небольших и короткосегментарных стенозов дыхательных путей. Изгибающиеся МПР позволяют измерить диаметры и площади сечения нелинейных структур (например, при стенозе на уровне изгиба трахеи). Техника проекции минимальной интенсивности помогает визуализировать участки задержки воздуха и эмфиземы в легочной паренхиме.
Все эти МПР дополняют и ни в коем случае не заменяют стандартные аксиальные изображения, обеспечивая диагноста дополнительной информацией, необходимой для комплексной оценки сложной анатомии дыхательных путей.
Оценка исследования дыхательных путей начинается с анализа нативных аксиальных изображений. Интерпретация должна начинаться с оценки состояния просвета и стенок трахеи и бронхов, затем следует оценка состояния окружающих структур средостения и корней легких. При анализе изображений следует пользоваться специализированным легочным окном, поскольку утолщение бронхиальных стенок может в значительной степени меняться при различных настройках окна визуализации. Для легких и средостения рекомендуются следующие установки окна визуализации: (1) легочное окно, уровень окна (WL) от -450 до -700 HU; широта окна (WW), 1200-1500 HU; (2) медиастинальное окно, WL, 40-50 HU, WW, 350-400 HU.
д) Магнитно-резонансная томография. В последние два десятилетия технология МРТ шагнула далеко вперед, что сделало возможным ее применение и для визуализации дыхательных путей. Главным преимуществом МРТ перед КТ является отсутствие ионизирующего излучения, что дает возможность многократных исследований и применения МРТ в детском возрасте. Кроме того, МРТ с использованием динамических последовательностей получения изображений дает возможность функциональной оценки дыхательных путей.
Вторым важным преимуществом МРТ по сравнению с КТ является ее высокое контрастное разрешение в отношении визуализации мягких тканей. За счет различных последовательностей взвешивания тканей (Т1, Т2, протонная плотность) МРТ позволяет визуализировать различные составляющие тканей, например жир и воду. Наконец, МРТ позволяет без использования контраста визуализировать сосудистые структуры, для чего используется техника яркого контрастирования с использованием последовательности свободной прецессии в устойчивом состоянии или темного контрастирования с использованием последовательности однократного турбо спин-эхо с подготовкой «черная кровь».
Пространственное разрешение у МРТ ниже по сравнению с КТ и обычно включает массивы изотропных векселей объемом 2-5 мм3. Самой часто используемой МР-последовательностью является 3D градиентное эхо (GRE) в условиях задержки дыхания. Исследование выполняется с использованием фазовой решетки для туловища или катушки для головы/шеи/позвоночника. Последняя помогает увеличить пространственное разрешение за счет снижения объема изотропных векселей примерно до 1 мм3.
Предпочтительном методом взвешивания тканей при исследовании центральных дыхательных путей является протонная плотность, которая позволяет усилить сигнал стенок дыхательных путей и минимизировать яркость клетчатки средостения.
Т2 взвешивание выполняется с использованием методов 2D однократного быстрого спин-эхо или 3D турбо-спин-эхо. 3D сканирование дает возможность применения трехмерных постпроцессинговых техник реконструкции, аналогичных используемым в КТ.
1. Выбор и анализ МР протокола визуализации дыхательных путей. При исследовании центральных дыхательных путей одновоксельные (1-10 мм) 2D МПР обычно выводятся одновременно во фронтальной, сагиттальной и косой плоскостях. Толстые 2D МПР обрабатываются алгоритмом проекции минимальной интенсивности — методом, улучшающим визуализацию дыхательных путей на фоне окружающей легочной паренхимы за счет выделения вокселей с самым низким сигналом (т.е. воздуха). 2D МПР улучшают выявляемость и оценку стенозов, их продольного распространения и сложных врожденных аномалий дыхательных путей.
Эти реконструкции иногда комбинируются с изгибающимися плоскостными реформациями вдоль просвета дыхательных путей, что позволяет визуализировать непрерывный просвет того или иного сегмента в единой плоскости (рис. ниже).
Здоровый мужчина 43 лет. Аксиальные томограммы, полученные в конце вдоха (А) и в конце выдоха (B). Аксиальные MP-томограммы в конце вдоха (C) и в конце выдоха (D), последовательность радиочастотно очищенного градиентного эхо. Обратите внимание на вариабельность формы трахеи на выдохе (стрелки) и увеличение плотности легочной паренхимы на выдохе (B и D)
3D реконструкция может представлять собой наружный или внутренний рендеринг дыхательных путей. Наружный или поверхностный рендеринг визуализирует внешнюю поверхность дыхательных путей и ее взаимоотношения с окружающими структурами средостения и легких. Этот метод дает возможность селективно сегментировать дыхательные пути и быстро проанализировать с анатомической точки зрения возможные патологические изменения.
3D поверхностный рендеринг улучшает выявляемость легких и очаговых стенозов дыхательных путей и позволяет подтвердить находки, обнаруженные на аксиальных изображениях. Внутренний 3D рендеринг, или виртуальная бронхоскопия, позволяет заглянуть в просвет дыхательных путей, как обычная бронхоскопия.
Эта техника обеспечивает визуализацию просвета дыхательных путей вплоть до бронхов 6-7 порядка. Виртуальная бронхоскопия информативна для диагностики стеноза, выбора места для трансбронхиальной биопсии и при поиске инородных тел. Она используется в случаях, когда обычная бронхоскопия нежелательна (например, у маленьких детей) или невозможна (например, при выраженном стенозе, через который невозможно провести бронхоскоп).
Протокол МРТ для центральных дыхательных путей часто включает мультифазовое динамическое сканирование, выполняемое одновременно с проведением специфических дыхательных маневров, например форсированного выдоха, кашля или гиперпноэ. Такое динамическое исследование обычно проводится для диагностики трахеобронхомаляции (ТБМ). Типичными MP-последовательностями, используемыми для этого, являются 2D аксиальная и сагиттальная свободная прецессия в устойчивом состоянии, 3D мультифазо-вая с параллельным сканированием или платформа TRICKS (визуализация контрастной кинетики с временным разрешением). Основные параметры MP-сканирования для 1,5Т сканеров представлены в таблице 3.
Алгоритм оценки состояния центральных дыхательных путей с использованием МРТ аналогичен КТ с тем лишь исключением, что различные MP-методы взвешивания тканей дают разную информацию. К примеру, Т1-взвешивание обычно используется для визуализации сосудов, Т2 — бронхов, a PD — легочной паренхимы и центральных дыхательных путей. Поэтому, если на одной серии изображений выявлены патологические изменения, необходимо оценить характеристики сигнала при использовании других методов взвешивания.
Кроме того, различные настройки окна визуализации также будут влиять на вид и размеры просвета дыхательных путей, поэтому важно, чтобы для всех методов взвешивания сохранялись одни и те же настройки окна визуализации (усредненные, проекция максимальной интенсивности, проекция минимальной интенсивности).
Особенно важен этот момент при оценке коллапса трахеи. Однако в отличие от КТ для МРТ не существует строго определенных настроек окна визуализации. Мы рекомендуем использовать алгоритм усреднения и одинаковые WW и WL для серий изображений на вдохе и выдохе (или динамической серии).
Несмотря на все свои преимущества МРТ обладает меньшими по сравнению с КТ пространственным и временным разрешением и является более сложным и продолжительным по времени методом исследования. Наконец, отсутствие стандартных и единых для всех протоколов МР-исследования ограничивает опыт применения этого метода в исследовании органов грудной клетки, поэтому МРТ все еще не стала рутинным методом визуализации дыхательных путей.
е) Как подготовить пациента к КТ или МРТ дыхательных путей. Любой пациент, которому предстоит обследование дыхательных путей, должен быть адекватно к нему подготовлен, в частности, обучен дыхательным приемам, которые будут использоваться во время исследования. Для диагностики ТБМ необходимо отдельное экспираторное исследование как при КТ, так и при МРТ. Для КТ существует два основных протокола исследования: (1) спаренная инспираторная и экспираторная КТ и (2) спаренная инспираторная и динамическая экспираторная КТ. Первый вариант включает сканирование на высоте общей емкости легких (ОЕЛ) и на остаточном объеме (ОО).
В этом случае пациента перед исследованием обучают, как сделать полный вдох, полный выдох и задержать дыхание на несколько секунд. При MP-сканировании время задержки дыхания выше и составляет 8—12 с. Второй вариант включает сканирование на высоте ОЕЛ и во время форсированного выдоха, который осуществляется таким же образом, как определение пиковой скорости выдоха при функциональном исследовании легких (объем форсированного выдоха за 1 с [ОФВ1). Для такого исследования пациента учат набирать полную грудь воздуха и выдыхать его с максимально возможной скоростью.
Альтернативным форсированному выдоху вариантом является кашлевой маневр, при котором пациента просят откашливать воздух после максимально глубокого вдоха. Целью такого исследования является выявление участков коллапса трахеи во время выдоха. Пациенту обязательно нужно объяснить, что кашлять и выдыхать он должен, не смыкая губы, поскольку это искусственно увеличивает давление в трахее и может не позволить обнаружить минимальные признаки ТБМ.
Перед исследованием лаборант должен отрепетировать с пациентом выполнение всех перечисленных дыхательных приемов. Особенно это важно для детей, поскольку позволит снизить тревожность во время МРТ, сэкономить время сканирования и увеличит количество успешных исследований. Недавно в некоторых центрах появились КТ- и МРТ-совместимые спирометры, которые повышают воспроизводимость дыхательных приемов и обеспечивают проведение сканирования строго в конце выдоха или вдоха.
ж) Патология. Классификация заболеваний центральных дыхательных путей относительно сложна. Существует три системы классификации: (1) гистопатологическая, доброкачественные и злокачественные; (2) причинно-ориентированная, врожденные и приобретенные; (3) анатомическая, ограниченные и диффузные. В этой и последующих статьях на сайте из практических соображений мы будем пользоваться анатомической классификацией (табл. 4). Описательная часть в каждой группе представлена в соответствии с частотой каждого состояния, от наиболее частого к более редкому.
з) Дифференциальный диагноз между бронхиальным секретом и истинными эндобронхиальными образованиями. Слизистые пробки в дыхательных путях могут напоминать эндобронхиальные образования.
Некоторые особенности пробок, в т.ч. низкая плотность (низкое значение HU), пузырьки воздуха и гравитационно-зависимое положение, будут говорить в пользу слизистого секрета, а не органического процесса. Однако у пациентов с хроническими воспалительными заболеваниями дыхательных путей (ХОБЛ, муковисцидоз) бронхиальный секрет может иметь высокую плотность, не содержать воздух и не менять свое положение в зависимости от положения тела.
На основании подобной картины может возникать подозрение на наличие злокачественного эндобронхиального образования. В таких случаях бывает достаточно повторить сканирование после интенсивного откашливания мокроты, в результате которого истинный бронхиальный секрет все же изменит свое положение. Если наблюдаемые изменения не меняют своего положения, необходимо исключить эндобронхиальное образование, для чего может быть показана бронхоскопия.
и) Выявление очень коротких участков стеноза. Как уже говорилось, краниокаудальная протяженность короткосегментарного стеноза на аксиальных изображениях может недооцениваться. В таких случаях с тем, чтобы точно оценить форму, протяженность стеноза и его взаимоотношения с окружающими структурами, следует использовать МПР во фронтальной, сагиттальной, а также изгибающейся плоскостях.
к) Определение порога избыточного коллапса дыхательных путей у здоровых индивидов. Правильный порог коллапса дыхательных путей, при превышении которого можно было бы говорить о ТБМ, все еще остается предметом обсуждения. Используемое чаще всего число в 50%, основанное на данных бронхоскопии, не получило поддержки с точки зрения доказательности. В литературе описаны средние значения экспираторного коллапса у здоровых лиц в трахее, правом и левом главных бронхах при динамическом экспираторном сканировании, соответственно, 54%, 67% и 61%.
А при форсированных дыхательных маневрах, например кашле, экспираторный коллапс может быть еще выше. Исходя из этого и во избежание гипердиагностики ТБМ на этом этапе оправдано пользоваться значением порога в 70%, однако для выбора оптимального значения порога и диагностики ТБМ необходимы дальнейшие исследования. Применение новых методов визуализации дыхательных путей, например МРТ, позволит получить новые данные о оптимальном значении порога коллапса, особенно у детей, у которых связанное с КТ воздействие ионизирующего излучения все еще остается значимой проблемой.
л) Отличие избыточного утолщения хрящевых колец от патологического сужения просвета. Избыточное утолщение хрящевых колец трахеи обнаруживается на основании сравнения этих колец с соседними кольцами. При различных патологических состояниях увеличенное кольцо трахеи будет выглядеть больше и часто иметь искаженную форму по сравнению с соседними нормальными кольцам. Аналогичным образом определяется сужение просвета трахеи, обычно имеющее на фронтальных изображениях форму песочных часов.
м) Резюме. С появлением МДКТ возможности визуализации трахеобронхиального дерева значительно расширились. Методы 3D реконструкции и объемного рендеринга позволили преодолеть ограничения, присущие аксиальным изображениям. В последнее время в качестве метода визуализации дыхательных путей стала использоваться МРТ. Присущие этому методу широкие возможности характеристики мягких тканей и временное разрешение вполне возможно в будущем положительно скажутся на диагностических возможностях визуализационных методов исследования дыхательных путей.
Более того, отсутствие воздействия ионизирующего излучения может сыграть огромную роль в применении этого метода в педиатрии.
Уже при рентгенографии следует обращать отдельное внимание на трахею и бронхи с тем, чтобы обнаружить здесь возможные изменения, для более полной оценки которых в последующем могут быть назначены КТ и/или МРТ. Чтобы лучше ориентироваться в заболеваниях центральных дыхательных путей, вы должны хорошо разобраться с классификацией этих заболеваний, подразделяющей их в первую очередь на фокальные и диффузные. Эта классификация поможет вам сформировать практический алгоритм диагностики заболеваний центральных дыхательных путей.
