Способ количественной оценки ультрасонографического изображения паренхиматозных органов

Изобретение относится к медицине, а именно к ультразвуковой диагностике диффузных поражений паренхиматозных органов. Данный способ предусматривает проведение амплитудной гистографии и оценку полученных количественных параметров. При этом до проведения исследования для калибровки ультразвукового изображения на сканерах с цифровым принципом выполняют построение предварительной калибровочной кривой с оценкой средней амплитуды отражения фоновой яркости экрана на фокусной глубине при пошаговом возрастании мощности излучаемого сигнала. Определяют исходную амплитуду свечения экрана на минимальном значении мощности для данного прибора и принимают калибровочное значение средней амплитуды отражения крови в просвете крупного сосуда в зоне интереса, равное удвоенному значению средней амплитуды отражения фоновой яркости экрана. Использование изобретения позволит оптимизировать методику калибровки ультразвуковых приборов за счет предварительного расчета для каждого прибора значения амплитуды отражения крови в просвете сосуда. 1 табл.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к ультразвуковой диагностике диффузных поражений паренхиматозных органов.

Задача получения количественных данных об отражении ультразвукового сигнала от структур паренхиматозных органов, сопоставимых у различных больных, очень сложна, поскольку уровень отражения определяется не только свойствами ткани, но и рядом дополнительных параметров, таких как мощность излучаемого сигнала, уровень компенсации по глубине, неравномерное отражение от поверхностных структур и ряда других. Наиболее значимым параметром является величина мощности излучаемого сигнала (Gain), индивидуально подбираемая при каждом исследовании, для устранения различий, определяемых другими факторами, с целью получения изображения, оптимального для анализа. В связи с этим, основным принципиальным условием получения сравнимых показателей для различных пациентов является калибровка прибора по мощности с использованием акустических сред, обладающих стандартными свойствами. Наиболее точным инструментом проведения подобных оценок общепризнанно считается амплитудная гистография - изучение распределения яркости пикселей в зоне интереса с использованием метода "серой шкалы", путем кодирования всех амплитуд по градациям (обычно от 1 до 64, или от 1 до 256). Программным обеспечением для таких расчетов оснащены многие ультразвуковые приборы.

Предложено довольно большое количество методов стандартизации ультразвукового изображения применительно, в основном, к печени и миокарду. Так предложено использовать стандартные настроечные параметры и глубину, преимущественно при исследовании поверхностно залегающих органов (Пыков М.И. с соавт. Щитовидная железа у здоровых детей: количественные параметры эхоплотности и кровотока // Визуализация в клинике. - 1997. - №10. - С.15-20). Из способов, предусматривающих калибровку изображения, заслуживают внимания предложения об использовании фантомов, наиболее эффективных при проведении исследований в эксперименте (Miller J.G. с соавт. Ultrasonic characterization of myocardium // Prog. Cardiovasc. Dis. - 1985. - Vol. 28, №2. - P.85-110), а также изучение прироста амплитуды отражения при повышении мощности от минимально различимого до оптимального изображения печени - оценка компенсационной мощности (Болдырев В.В. Ультрасонография в дифференциальной диагностике гепатомегалий: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. - 1984. - 17 с.).

Однако все эти методики трудновоспроизводимы в практике и обладают большой долей субъективизма при подборе параметров.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому эффекту и выбранным в качестве прототипа является способ количественной оценки ультрасонографического изображения органов и тканей (Кинзерский А.Ю., Кинзерская М.Л., Леонтьев С.Н., Медведев Д.В. Патент №2082319 Российской Федерации. RU 2082319 С1-6, А 61 В 8/08. Заявл. 09.06.94; Опубл. 27.06.97. Бюл. 18 // Открытия. Изобретения. - 1997. - №18). Способ, именуемый также пороговой видеоденситометрией, основан на калибровочной настройке прибора по мощности на такое наибольшее ее значение, при котором кровь в просвете сосуда еще остается анэхогенной, то есть имеет амплитуду отражения по "серой шкале", равную 1-ой градации. При подобранных таким образом настроечных параметрах на фокусной глубине становится возможной оценка средней амплитуды отражения ткани паренхиматозного органа и сравнение получаемых значений у различных пациентов. Данная методика, апробированная авторами при исследовании целого ряда тканей (миокарда, печени, хрящевой ткани), показала свою высокую эффективность при использовании различных приборов с аналоговым принципом формирования изображения (фирм Aloka, Toshiba, Hitachi, Siemens, Medison).

Однако при попытках применить указанный способ на появившихся в середине 90-х годов и в настоящее время широко внедряемых в клиническую практику аппаратах с цифровым принципом формирования изображения, нам пришлось столкнуться с невозможностью выполнить такую калибровку. Это затруднение обусловлено тем, что при значительно возросшем динамическом диапазоне и частоте кадров, в условиях оптимизации предустановок настройки, амплитуда отражения крови даже на минимальных значениях мощности излучаемого сигнала не равна 1-ой градации "серой шкалы", то есть кровь на таких приборах не является абсолютно анэхогенной средой.

Задачей настоящего изобретения является разработка метода калибровки ультразвукового изображения на сканерах с цифровым принципом его формирования путем создания алгоритма предварительного расчета индивидуального для каждого прибора значения амплитуды отражения крови в просвете сосуда, при настройке на которое получаемые величины амплитуды отражения ткани органа были бы аналогичны данным, полученным на приборах предыдущего поколения.

Техническим результатом данного изобретения является возможность создания универсальной методики калибровки ультразвуковых приборов для изучения количественных акустических характеристик различных тканей на разных ультразвуковых сканерах, независимо от фирмы-производителя, технических характеристик и принципа построения изображения.

Указанная задача реализуется за счет того, что в известном способе количественной оценки ультрасонографического изображения паренхиматозных органов методом амплитудной гистографии согласно изобретению для калибровки ультразвукового изображения на сканерах с цифровым принципом на фокусной глубине используют значение средней амплитуды отражения крови в просвете крупного сосуда, равное удвоенной величине этого показателя, определенного при оценке фоновой яркости экрана прибора по "серой шкале" на минимальном уровне мощности излучаемого сигнала.

Способ является легковоспроизводимым, неинвазивным, не несет лучевой нагрузки, что допускает возможность многократного использования.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации показали, что предлагаемый способ не известен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ может быть применен в любом медицинском учреждении, снабженном цифровым ультразвуковым прибором с пакетом программ для проведения амплитудной гистографии, следовательно, практически применим.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.

Для используемого прибора до проведения исследования выполняется построение предварительной калибровочной кривой с оценкой средней амплитуды отражения фоновой яркости экрана при пошагово возрастающем значении Gain, начиная с минимального значения мощности излучаемого сигнала. При этом определяется исходная амплитуда свечения экрана на минимальном значении мощности, предусмотренном для данного прибора в пакете предустановок для исследования необходимого органа. В последующем при проведении исследования органа выполняется калибровка по мощности, ориентируясь на среднюю амплитуду отражения крови в просвете крупного сосуда в зоне интереса, равную удвоенному значению исходной амплитуды свечения экрана. Как показали наши исследования, количественные параметры, характеризующие отражающую способность различных органов и тканей, получаемые при настройке на такой калибровочный параметр, полностью совпадают с данными, получаемыми на аналоговых приборах.

Примеры клинического применения

Нами произведено сравнительное обследование печени у 6 пациентов контрольной группы и 6 пациентов с эхографической картиной кардиального фиброза печени, обусловленного сердечной недостаточностью III-IV функциональных классах на различных приборах:

1. Сканер с аналоговым принципом формирования изображения Aloka SSD-650 (Япония). Диапазон мощности 0-90 дБ/кв.см.

2. Сканер с аналого-цифровым преобразователем Hitachi USB-515 (Япония). Диапазон мощности 0-90 дБ/кв.см.

3. Сканер с цифровым принципом формированием изображения Aloka SSD-4000 (Япония). Диапазон мощности 30-90 дБ/кв.см.

4. Сканер с цифровым принципом формирования изображения Medison SA-8800 (Ю.Корея). Диапазон мощности 0-100 дБ/кв.см.

Полученные данные приведены в таблице (гистографические показатели средней амплитуды приведены к 64-градационной шкале, град. - 1 градация "серой" шкалы).

Прибор	Средняя амплитуда при минимальном уровне мощности	Калибровочное значение амплитуды крови в просвете печеночной вены	Значение средней амплитуды отражения печени (контрольная группа)	Значение средней амплитуды отражения печени (больные)
Aloka SSD-650	0 град.	0 град.	12,1±0,2 град.	19,4±0,6 град.
Hitachi USB-515	2 град.	4 град.	11,9±0,3 град.	18,7±0,5 град.
Aloka SSD-4000	3 град.	6 град.	12,0±0,1 град.	18,9±0,7 град.
Medison SA-8800	7 град.	14 град.	12,1±0,3 град.	19,1±0,7 град.

Как явствует из таблицы, предлагаемый способ позволяет получать сравнимые данные у больных при исследовании на различных приборах, что дает возможности для разработки универсальных критериев количественной оценки акустической плотности исследуемых тканей при диффузных поражениях паренхиматозных органов.

Способ количественной оценки ультрасонографического изображения паренхиматозных органов посредством проведения амплитудной гистографии и оценки полученных количественных параметров, отличающийся тем, что до проведения исследования для калибровки ультразвукового изображения на сканерах с цифровым принципом выполняют построение предварительной калибровочной кривой с оценкой средней амплитуды отражения фоновой яркости экрана на фокусной глубине при пошаговом возрастании мощности излучаемого сигнала, определяют исходную амплитуду свечения экрана на минимальном значении мощности для данного прибора и принимают калибровочное значение средней амплитуды отражения крови в просвете крупного сосуда в зоне интереса равным удвоенному значению средней амплитуды отражения фоновой яркости экрана.