Высокочастотная ультразвуковая визуализация брюшной аорты

Ультразвук является широко используемой неинвазивной технологией визуализации в клинической визуализации и диагностике.

Ультразвук излучает звуковые волны и измеряет их отражение для создания живых изображений анатомических структур и органов. Он имеет преимущества перед другими методами визуализации, такими как КТ, МРТ и сканирование NIRF, потому что он относительно недорогой, портативный и универсальный, а также не требует контрастных веществ. Однако у него есть ограничения по разрешению и глубине проникновения.

В этом видео будут проиллюстрированы ключевые принципы ультразвуковой технологии, продемонстрирована полезность высокочастотной ультразвуковой системы для визуализации кровеносных сосудов у грызунов, а также приведены примеры применения ультразвуковой визуализации.

Ультразвуковые изображения получаются путем излучения пучка акустических волн от преобразователя и записи эха, создаваемого при отражении волн на границе между разнородными тканями в организме. Волны также могут преломляться, поглощаться или даже рассеиваться более мелкими объектами, такими как клетки крови.

Количество отраженных волн пропорционально разнице в акустическом сопротивлении между тканями. Акустическое сопротивление, Z, зависит от плотности тканей и скорости звуковой волны. Если разница большая, как с костью, то звуковые волны полностью отражаются. Если разница ниже, как у органа, то звуковые волны отражаются лишь частично.

Для создания анатомического изображения используется интенсивность отраженных волн, принимаемых преобразователем, а также расстояние от преобразователя до границы тканей. Эти расстояния определяются с использованием средней скорости распространения звука через ткани тела, которая составляет примерно 1540 метров в секунду, и времени, необходимого волне для распространения к тканям и обратно.

Ультразвук можно использовать для получения различных типов изображений с помощью специальных режимов, которые подходят для уникальных применений. Наиболее распространенным режимом является яркость или B-режим, который отображает акустическое сопротивление двумерного среза ткани. В качестве альтернативы, визуализация в движении или М-режиме позволяет увидеть быстрое движение в тканях, как при работе сердца. Наконец, режим допплерографии используется для оценки кровотока.

Теперь, когда мы обсудили, как работает ультразвук, давайте рассмотрим, как получать изображения с помощью различных режимов ультразвуковой визуализации с маленьким животным.

Сначала включите ультразвуковую систему с помощью переключателя на задней панели. Затем включите монитор и компьютер с помощью переключателя на левой стороне системы. Далее подключите датчик к выделенному активному порту системы. Затем пропустите кабель преобразователя через пластиковые держатели над креплением щупа.

Обратите внимание на выпуклую линию с одной стороны преобразователя. Используйте это в качестве точки отсчета при обращении к изображению, отображаемому на мониторе. Над полосой оттенков серого для изображения находится небольшой круг, представляющий объект изображения, и вертикальная линия, обозначающая выпуклую линию на преобразователе. Для начала датчик должен быть закреплен в зажиме и размещен под углом 90 градусов к животному.

Убедитесь, что блок физиологического мониторинга подключен к сети, и нажмите кнопки частоты сердечных сокращений и температуры, чтобы включить эти мониторы. Затем включите подогреватель геля и убедитесь, что его индикатор горит.

Для обезболивания животных сначала проверьте уровень изофлурана в вапорайзере и заправьте, если уровень ниже пустой линии. Далее включите кислородный баллон и отрегулируйте расход воздуха на расходомере примерно до одного литра в минуту.

Теперь прикрепите животный столик и подключите кабель VGA для сбора сигналов ЭКГ и дыхания. Закрепите носовой конус животного на месте и убедитесь, что черная изофлурановая трубка и синяя трубка отработанных газов правильно соединены с носовым обтекателем. Теперь животное можно обезболить и подготовить к визуализации. Поверните ручку испарителя на два-три процента, как только животное окажется в защищенной анестезиологической камере.

Как только животное попадет под глубокую анестезию, переместите его к носовому конусу на сцене, обязательно переключив поток изофлурана. Выполните ущипывание пальца ноги, чтобы убедиться в том, что животное сразу не проснутся, после чего нанесите на глаза офтальмологическую мазь. Далее закрепите лапы на сценических электродах с помощью клея и удалите волосы на животе с помощью крема для депиляции. Нанесите лубрикант на ректальный зонд и введите его в прямую кишку животного для измерения температуры тела. Затем брюшную полость покрывают подогретым гелем с ультразвуковым преобразователем.

Для начала откройте программу и выберите «Новое исследование». Оказавшись в новом ряду, выберите пользователя в меню и назовите свой ряд соответствующим образом. После создания серии выберите на клавиатуре B-режим, который означает режим яркости. Все клавиши модальности изображения находятся в нижнем ряду черной клавиатуры.

Теперь вы готовы приступить к созданию образа. Прокатите датчик вниз по брюшной полости животного. Следите за экраном, чтобы следить за частотой дыхания. Снижение скорости будет наблюдаться, если датчик оказывает слишком большое давление на животное. Аккуратно поверните ручки осей X и Y на сцене, чтобы отрегулировать положение преобразователя. Делайте это до тех пор, пока не будет найдено четкое изображение брюшной аорты. Как только желаемые изображения появятся на экране, подождите, пока белая полоса в нижней части изображения заполнится, прежде чем нажимать кнопку метки изображения, чтобы сохранить изображение. Модальность будет автоматически сохранена вместе с меткой изображения и не должна быть включена в сохраненное имя.

Чтобы сделать съемку изображений в режиме M или в режиме движения, выберите M-режим с помощью клавиатуры. Отрегулируйте походку SV, чтобы сузить или расширить желтые полосы, и курсор, чтобы выровнять полосы по участку брюшной аорты. После правильного размещения снова нажмите M-mode. Размещение стержней можно регулировать в режиме M. Как и в случае с B-режимом, подождите, пока заполнится белая полоса в нижней части изображения, прежде чем нажимать кнопку с надписью изображения.

Чтобы выполнить визуализацию EKV или ЭКГ-зависимой килогерцовой визуализации, сначала выберите B-режим на клавиатуре, расположите датчик над участком брюшной аорты и убедитесь в наличии чистого сигнала ЭКГ. Затем нажмите EKV, выберите нужный тип сканирования, плотность линий и частоту кадров и начните сканирование. После получения изображения будут отображены данные изображения.

Чтобы использовать цветной допплер, сначала выберите B-режим, убедитесь, что датчик находится над брюшной аортой, и выберите Цвет. Нажмите Update, переместите трекбол, чтобы настроить размер коробки в соответствии с областью сканирования, и нажмите Update еще раз, чтобы зафиксировать размер. Далее с помощью курсора переместите коробку. Поверните ручку скорости вверх, чтобы увеличить порог скорости и уменьшить фоновый сигнал.

Для количественной оценки скорости кровотока используется импульсно-волновой режим допплерографии. Начните в режиме цветного допплера и нажмите PW. На экране появятся две желтые угловые линии. Отрегулируйте угол луча и поверните ручку угла PW, чтобы более короткая пунктирная линия была параллельна передней и задней стенкам сосуда. Пунктирная желтая линия станет синей, если угол будет повернут слишком далеко. После выравнивания нажмите PW, а затем отрегулируйте базовую линию, скорость и доплеровское управление игрой, чтобы центрировать и осветлить формы волны. Вы можете просмотреть ранее полученные изображения в любое время во время визуализации, нажав кнопку «Управление исследованием» и выбрав нужные изображения.

После получения всех изображений, необходимых для серии, выберите «Закрыть серию» на экране управления исследованием. Чтобы перенести данные для дальнейшего анализа на другой компьютер, перейдите на экран управления исследованием и установите флажки для исследований или отдельных серий. Нажмите «Копировать в», выберите нужное расположение файла и нажмите OK. Наконец, поверните ручку испарителя на ноль, уберите животное со сцены и дайте ему восстановиться после анестезии.

После каждой процедуры очищайте ультразвуковую установку и вытирайте животный стадий и ректальный зонд. Никогда не распыляйте дезинфицирующее средство непосредственно на сцену. Датчик следует протереть 70% этанолом на бумажном полотенце, прежде чем поместить обратно в держатель. Не забудьте выключить кислородный баллон и дать потоку воздуха уменьшиться до нуля на расходомере.

После того, как все снимки и экспорт будут завершены, нажмите кнопку питания на экране управления исследованием и дождитесь, пока монитор и компьютер выключятся. После того как монитор полностью выключится, переведите кнопку включения-выключения на задней панели системы в положение «Выкл». Вы должны услышать, как вентиляторы остановятся, как только он будет должным образом выключен.

После завершения сеанса визуализации и выключения системы можно проанализировать результаты.

С помощью этой процедуры была проведена анатомическая и функциональная визуализация брюшной аорты. Некоторые данные, такие как сканы в режиме B, легко анализируются во время или сразу после сбора данных, в то время как сканы в других режимах лучше всего анализировать после того, как данные будут скопированы для анализа с помощью программного обеспечения.

Двухмерное сканирование в B-режиме может обеспечить измерение диаметра аорты или площади поперечного сечения. Диаметр может быть измерен с помощью инструмента измерения длины по расстоянию, а площадь - с помощью инструмента измерения площади. М-режим может быть использован для определения окружной циклической деформации сосуда. Глядя на сканирование аорты в М-режиме, пользователь может увидеть, где яркие линии соответствуют передней и задней стенке сосуда. Передняя стенка демонстрирует большую подвижность, чем задняя стенка.

Окружная циклическая деформация определяется по значениям диаметра внутренней аорты во время пиковой систолы, DS, и конечной диастолы, DD. Пиковая систола возникает, когда аорта расширяется до наибольшего размера, а конечная диастола — когда она достигает наименьшего размера. Таким образом, окружная циклическая деформация рассчитывается по этой формуле.

Цветной допплер может быть использован для определения направления и скорости кровотока. Цветные допплеровские снимки дают пользователю качественную оценку динамики крови. Шкала красного и синего цветов указывает на направление и величину скорости обнаруженного кровотока. Красный цвет указывает на поток в сторону датчика, а синий — на удаление. Более темный цвет представляет поток с низкой скоростью, а более светлый цвет — поток с более высокой скоростью.

Теперь, когда общие принципы и процедура ультразвуковой визуализации были рассмотрены, давайте рассмотрим некоторые приложения, в которых используется этот метод визуализации.

Человеческая плацента крайне недоступна для исследований еще в утробе матери. Высокочастотный ультразвук может использоваться для визуализации пупочной вены и маточной артерии. Это выполняется для измерения диаметра сосуда и максимальной скорости кровотока по обе стороны от плаценты. Это сочетается с данными образцов крови, собранных с материнской и плодной сторон плаценты для расчета артериовенозных концентраций питательных веществ и веществ, выделяемых в кровообращение. Это исследование дает представление о функции плаценты человека.

УЗИ черепа является надежным инструментом для новорожденных с врожденными аномалиями или поражениями головного мозга. Метод является неинвазивным и может проводиться у постели больного в отделениях интенсивной терапии новорожденных. Ультразвуковые изображения собираются как в корональной, так и в сагиттальной плоскостях, чтобы помочь в визуализации неонатального мозга. Эти изображения могут помочь визуализировать любые поражения в мозге. Режим цветного допплера обычно используется для визуализации внутримозговых сосудов. Поперечные пазухи визуализируются, и могут быть обнаружены любые сгустки.

Вы только что посмотрели книгу JoVE «Введение в ультразвуковую визуализацию». Теперь вы должны понять принципы ультразвуковой визуализации, общие методы сбора и анализа изображений, а также несколько приложений. Спасибо за просмотр!