Введение

Артефакты при ультразвуковом исследовании – некорректное представление анатомии или функции (пр. ток крови), встречаются повсеместно; различные артефакты присутствуют в той или ной степени при каждом УЗИ. Артефакты в большинстве случаев являются врагом оператора аппарата УЗИ, он должен быть с ними знаком, быстро распознавать и бороться в меру сил, т.к. они могут скрывать нормальную анатомию органов или тканей, скрывать заболевание или могут ошибочно интерпретироваться как патология.

Вредоносные артефакты (пр. индуцируемая газом реверберация) могут частично уменьшаться адекватной подготовкой пациента, изменением метода сканирования и настройкой аппарата УЗИ. В качестве примера можно привести содержимое желудочно-кишечного тракта, оно ответственно за большинство возникающих артефактов при исследовании органов брюшной полости, качество ультразвукового изображения может быть улучшено при банальном голодании животного накануне обследования. Другие вредоносные артефакты могут возникать при неисправности оборудования, при неверных установках аппарата УЗИ, при неверном выборе процедуры сканирования, при движении пациента (особенно актуально при УЗИ кошек и собак) и в некоторых других ситуациях.

Артефакты при ультразвуковом исследовании рассматриваются по большей части как вред, однако, в ряде случаев они могут помочь в интерпретации изображения. Должное распознавание ультразвуковых артефактов используется при обнаружения камней (пр. уролиты, холелиты), минерализации тканей, кист, газа и инородных тел.

При УЗИ существует предположение, состоящее из нескольких пунктов:
• Волны ультразвука всегда идут по прямой линии от источника;
• Эхо-сигнал происходит только от объекта, локализованного в первичном пучке;
• Сила эхо-сигнала связана со свойствами отражения и рассеивания внутри ткани или органа;
• Латеральная ширина и глубина пучка узкая и постоянная;
• Каждая поверхность генерирует единичное отражение;
• Интенсивность и локализация эхо отражаемые как пиксели на мониторе истинно связаны с отражающей силой и анатомической локализацией сканируемых структур;
• Скорость ультразвуковых волн и коэффициент ослабления в тканях постоянны;
• Каждое эхо на экране приходит от недавно переданной волны.

В реальности, вышеперечисленные предположения – сугубо теоретические, взаимодействие ультразвука с тканями сложно и до конца не понято, часть артефактов находят объяснения, а другая часть так и остается необъясненной. Ультразвуковые артефакты развиваются в тот момент, когда одно иди более данных предположений попросту нарушаются, отражая нереальные анатомические структуры, теряя или перемещая данные структуры, отражая некорректную эхогенность, форму или размер. Проводились множественные попытки исследования артефактов in vitro, однако, полученные данные представляют только частично сочетание множественных факторов, таких как частота датчика установки оператора, природу и глубину оцениваемых тканей.

Артефакты могут быть сгруппированы исходя из наиболее важных принципов, ответственных за их формирование: артефакты ослабления (истощения); артефакты изменения скорости или распространения; артефакты связанные с формированием множественных эхо-сигналов. Систематика ультразвуковых артефактов несколько противоречива, далее следует групповое перечисление основных видов.

Артефакты множественного эхо-сигнала (Artifacts of Multiple Echoes)

Артефакт вторичной доли (Secondary Lobe Artifact)

Артефакт вторичной доли формирует на экране монитора фантомное изображение (“ghost images”) структур, расположенных вне оси пучка. Существует предположение (см. выше), что пучок ультразвука исходит из датчика в виде тонкого веера или прямоугольника, и процессор опирается на те же данные. В реальности же, датчик создает малый сторонний пучок, он идет сбоку (латерально) к основному пучку ультразвука. Когда этот малый пучок обладает достаточной силой и на пути сталкивается с высоко отражающей поверхностью (пр. стенка мочевого и желчного пузырей), он интерпретируется как идущий от основного пучка и процессор располагает окончательное изображение в мочевом или желчном пузыре, подражая осадку. Следует помнить, что артефакт вторичной доли вездесущ.

Наиболее часто артефакт вторичной доли формируют изогнутые поверхности с высоким отражением (пр. диафрагма, мочевой пузырь, желчный пузырь) и данный феномен лучше наблюдается в анэхогенных структурах (пр. мочевой пузырь, желчный пузырь), где формируется псевдоосадок (pseudosludge). Псевдоосадок (псевдосладж) – термин определяющий наличие ошибочного эхо-сигнала в анэхогенных структурах, отображающих реальные мочу или желчь с осадком (аномалии). Наибольшую значимость данный артефакт играет при исследовании мочевого пузыря, но также его следует учитывать при УЗИ желчного пузыря и других анэхогенных жидкостных структур.

Конечное изображение при артефакте вторичной доли обычно более слабое по интенсивности, чем основное. Данный вид артефакта может изменяться при перенаправлении датчика или смещением фокусной точки, также, он может совсем исчезать при уменьшении усиления; при истинной же патологии – изображение остается неизменным (пр. осадок мочевого пузыря, камни мочевого пузыря и пр. ).

Синонимы: артефакт боковой доли (side-lobe), артефакт сетчатой доли (grating lobe).

Многие авторы используют термина артефакт вторичной доли с включением в него артефакта боковой доли и артефакта сетчатой доли, т.к. оба последних артефакта создают ошибочное изображение перекрывающее первичное изображение и они мало чем отличаются по сути. Итак, артефакт боковой доли и артефакт решетчатой доли – различные типы артефакта вторичной доли, они представлены на стороне первичного пучка ультразвука. Боковая доля представлена у всех датчиков и, обычно, проявляется при низкой интенсивности; она может создавать ложный эхо-сигнал в ближних полях. Артефакт сетчатой доли обычно связан с геометрической конструкцией линейных датчиков; данный артефакт создается вторичной долей, ведет к ошибочному расположению отраженного эхо-сигнала. В клинической ситуации, артефакт вторичной доли трудно дифференцировать от артефакта усредненного объема (volume-averaging artifacts).

Артефакт толщины среза (Slice Thickness Artifact)

Артефакт толщины среза имеет сходство с артефактом вторичной доли, он также располагает ложное эхо-изображение на экране, которое обычно покрывает анэхогенные структуры. На самом деле, два артефакта могут быть трудно различимы. В желчи и желчном пузыре, артефакт толщины среза может имитировать наличие осадка (псевдоосадок, псевдосладж). Артефакт толщины среза, как говорит наименование, развивается когда часть толщины ультразвукового пучка (азимут или Z-плоскость) охватывает стенку кистозной структуры так, что часть пучка идет внутрь, а часть наружу. Эхо-сигнал, происходящий от этой части пучка, ошибочно отражает в кистозных структурах на изображении. Эхо исчезает когда вся ширина пучка располагается в кистозной структуре. Артефакт толщины среза похож с частичным объемным эффектом (partial volume effect) описанном при КТ и МРТ.

Артефакт толщины среза легко дифференцируется от истинного осадка. Первое: осадок подвержен силе тяжести, имеет плоскую поверхностью, тогда как артефакт толщины среза закруглен. Второе: при изменении положение пациента относительное положение истинного осадка изменяется согласно силе тяжести и он переходит в новую низшую точку. Третье: оператор аппарата УЗИ может использовать ультразвуковой датчик для воздействия на пузырь и вызывать движение осадка, артефакт не дает эффекта «снежного шара» (“snow globe”). В дополнение, артефакт толщины среза может быть ослаблен при использовании более высокой частоты и визуализации в локальной зоне. Артефакт толщины среза больше преобладает при использовании механических датчиков, ввиду большого расхождения дальних полей. Современные датчики имеют более узкий пучок, который может быть фокусирован электроникой.

Артефакты скорости или распространения ультразвука (Artifacts of Velocity or Propagation)

Реверберационный артефакт, артефакт занавеса, и артефакт хвоста кометы

Реверберационный артефакт (Reverberation Artifacts)

Реверберационный артефакт (артефакт повторения, repetition artifacts) – возникает когда пучок ультразвука ударяется повторно между двумя поверхностями с высоким отражением, либо между датчиком и сильным отражателем. Ультразвук полностью отражается от газа и, когда возвращается к датчику, находит новое отражение, возвращающее его к газу, это создает образование множественных эхо-сигналов от одного ультразвукового импульса. Реверберационный артефакт обычно представляется как серия множественных, равномерно распределенных линий. Количество реверберационных изображений зависит от силы глубины проникновения и чувствительности датчика. Если эхо-сигнал достаточно сильный, он может выглядеть как множественное повторяющееся отражение глубже к реальному отражению.

Граница кожи с датчиком– общее место реверберационного артефакта (именуется наружной реверберацией). Внутренние отражатели, такие как кости, газ или металлы, также служат общими причинами внутренних повторений. Реверберация отличается исходя из размера, локализации, природы и количества вовлеченных отражателей. Классический пример данного артефакта – внутреннее эхо, создаваемое поверхностными, наполненными газом, петлями кишечника и контактный артефакт, создаваемый наличием высоко отражающей поверхности (воздух) между датчиком и пациентом.

Артефакт занавеса (ring-down artifacts)

Артефакт занавеса – диффузный эхо-сигнал между каждой реверберацией; создается рогообразной поверхностью жидкости, заключенной между двумя слоями пузырьков газа. Артефакт занавеса представляется как серия параллельных отражающих линий, простирающихся позади скопления газа. Это случай, когда пузырьки воздуха резонируют с ультразвуковой частотой и затем выдают отражение. Артефакт занавеса описан на поверхности больных легких и обычно встречается при визуализации ЖКТ и абсцессов. Полосатая природа артефакта занавеса вызывает эхо-сигнал и может быть спутана с артефактом хвоста кометы. Хотя оба артефакта содержат серию тесно повторяющегося эхо-сигналов, которые даже могут представляться как солидные полосы, артефакт занавеса и артефакт конца кометы имеют полностью разное происхождение. Артефакт занавеса – полоски глубже к карману газа, тогда как артефакт хвоста кометы создается взаимодействием ультразвука с металлическим объектом.

Артефакт хвоста кометы (Comet-Tail Artifacts)

Артефакт хвоста кометы легко распознается серией рядом расположенных, отдельных, очень светлых, малых эхо-сигналов. Артефакт хвоста кометы – тип реверберационного артефакта, представляется как серия коротких, тесно расположенных последовательных эхосигналов, которые уменьшаются по интенсивности и ширине с глубиной. Артефакт хвоста кометы развивается по причине очень большого акустического импеданса (сопротивления) и несоответствия между металлом и окружающими тканями. Артефакт хвоста кометы часто окружен в металлических объектах, такие как дробь или биопсийный иглы.

Реверберационный артефакт, артефакт занавеса и артефакт хвоста кометы обычно вызывают раздражение, скрывая глубокие структуры. Однако, они могут быть полезными артефактами, если определяются в неожидаемой локации, пр. брюшная полость (разрыв кишечника) или в наружных мягких тканях, где не должно быть дроби.

Артефакт зеркального изображения (Mirror Image Artifact (Multipath) )

Артефакт зеркального изображения заключается в ошибочной интерпретации локализации органа или структуры; он развивается при встрече ультразвукового пучка с большой, изогнутой поверхностью с сильным отражением (пр. диафрагма). При воздействии ультразвука на сильный отражатель, часть звукового пучка отражается под случайным углом. Наиболее характерно возникновение данного артефакта при отражении от поверхности диафрагма–легкие, при этом изображение печени и/или желчного пузыря располагается в грудной полости, непосредственно краниально к диафрагме.

Артефакт зеркального изображения может симулировать диафрагмальную грыжу или консолидацию легких. Данный артефакт может иногда развиваться где угодно, с расположением высоко отражающей изогнутой поверхностью. Зеркальное изображение может наблюдаться при сканировании входа в таз (ободочная кишка) или шеи (трахея) и может развиваться в абсолютно неожиданных локациях.

Ошибки скорости распространения

Ошибки скорости распространения развиваются в тех случаях, когда две ткани в поле ближнего зрения имеют различную скорость распространения ультразвукового сигнала. Данный артефакт может вызывать образование границ органов, слегка смещать орган (ошибочно), внешний вид его может быть неровным. Это также может отразиться на точном измерении структур или поражений.

Общий пример ошибки скорости распространения касается селезенки и жировой капсулы левой почки. Т.к. скорость ультразвука примерно равна 1540 м/сек в селезенке, но несколько медленнее в жировой ткани (1450м/сек), часть почки глубже к жиру ошибочно отражается чуть глубже, чем находится на самом деле, давая необычные края. Это происходит потому, что аппарат УЗИ усредняет скорость до 1540 м/сек.

Артефакты связанные с ослаблением (истощением) и улучшением ультразвукового сигнала

Артефакт затенения

Акустическое затенение представляется как зона низкоамплитудного эхо-сигнала (гипоэхогенная или анэхогенная), расположенная позади структур с высоким ослаблением ультразвука. Существует две основных причины образования акустической тени – почти полное отражение ультразвука и его абсорбция. Наиболее характерным местом формирования артефакта затенения являются участки, расположенные за газом или костью (камнем). При артефакте затенения существует концепция грязной и чистой тени; это во многом будет зависеть от количества отраженного и абсорбируемого сигнала. Однородная (гомогенная) анэхогенная тень именуется «чистой», тогда как термин «грязная тень» используется при обнаружении неоднородной (негомогенной) тени. Далее концепция «чистой» и «грязной» тени будет разобрана чуть подробнее.

Итак, в случае контакта ультразвукового пучка с поверхностью «мягкие ткани – газ», порядка 99% ультразвука отражается, остаток проходит и создает «грязную» (негомогенную) тень, причина сего феномена заключается во множественном отражении и/или реверберации эхо-сигнала.

В случае контакта ультразвука с поверхностью «мягкие ткани – кость (или камень)», значительная часть ультразвука абсорбируется, поэтому реверберация отсутствует как таковая, и создается чистая (однородно черная) тень. Уролиты и холелиты имеют тенденцию вести себя как кость и создают сильную, чистую акустическую тень. Сегмент кишечника наполненный барием может также создавать акустическое затенение; малое количество бария не дает тени и должно дифференцироваться от внутрипростветного газа. Чистая тень формируется при абсорбции пучков ультразвука различными веществами, такими как кость, камни или компактный инородный материал с диаметром более диаметра ширины пучка. Тень может быть частичной позади кальцификатов и камней с размером менее 0.5 мм. Частичная тень может также формироваться позади жира или фиброза, в зависимости от размера, способностей к ослаблению эхо-сигнала, особенностей позади лежащих тканей, а также особенностей ультразвукового оборудования.

Однако, концепция грязной и чистой тени не абсолютна. Иногда газ вызывает формирование острой, чистой тени и наоборот, кальцифицированные структуры могут создавать грязную тень. Размер, локализация относительно от фокальной зоны, частота датчика и состав камней критичны для идентификации дистальной тени. Камни, для создания видимой тени, должны располагаться рядом с фокальной зоной датчика и должны быть шире случайных пучков. Характеристики самой тени представляются независимыми от внутреннего состава структуры, на самом деле они больше зависят от свойств отражающей поверхности.

Артефакт краевого затенения

Артефакт краевого затенения представляется в виде дискретной, треугольной зоны низкой амплитуды на краю изогнутых структур. Т.е. в ряде случаев может наблюдаться тень дистально к латеральной границе кистозных структур. Появления артефакта краевой тени может быть объяснено низкой скоростью ультразвука при проходе через структуры наполненные жидкостью, они отражают пучок ультразвука от поверхности ткани–жидкость. Данный артефакт регулярно наблюдается на краю круглых структур, таких как мочевой пузырь, желчный пузырь, надпочечники, почки и также на дивертикулах мозгового слоя почек.

Когда изогнутые структуры наполнены жидкостью, артефакт краевой тени может соседствовать с артефактом улучшения. Данный тип затенения может привести к ошибке, особенно в случае формирования на краниальной стороне пузыря наполненного жидкостью, в этом случае он представляется как дефект стенки пузыря.

Артефакты акустического улучшения

Акустическое улучшение представляет локализованное повышение амплитуды эхо-сигнала дистально к структурам с низким истощением. При ультразвуковом сканировании улучшение представляется как зона повышенной яркости; это обычно наблюдается дистально к обоим пузырям (желчному и мочевому), к желудку наполненному жидкостью и к кистам. Исходя из этого, ткани на дальней стороне структуры наполненной жидкостью представляются более светлыми, чем рядом лежащие ткани на той же глубине.

Артефакт акустического улучшения наибольшую пользу приносит при дифференциации кистозных структур от солидных гипоэхогенных масс. В случае кистозных структур при УЗИ позади наблюдается феномен акустического улучшения. При ультразвуковом исследовании солидных анэхогенных масс, позади них отсутствует артефакт акустического истощения. Кроме этого, кисты часто имеют гладкие дискретные границы, а абсцессы, гранулемы и опухоли обычно имеют границы неправильной формы, которые плохо определяются при УЗИ.

Феномен улучшения и затенения может встречаться в любых неожиданных местах, как совместно так и по отдельности.