Część 3
Widać czy nie widać? Oto jest pytanie

W ultrasonografii terminu ‘artefakt’ używa się na określenie tej części obrazu, która błędnie odwzorowuje struktury anatomiczne badanego obszaru [1, 2, 3].
Nieprawidłowości te mogą polegać na:
- wytworzeniu struktur nieistniejących w rzeczywistości;
- pominięciu struktur istniejących w rzeczywistości,
- nieprawidłowej lokalizacji, echogeniczności; wymiarach i kształcie przedstawianych struktur.

Do powstania artefaktów może dojść na skutek nieoptymalnych nastawów ultrasonografu, np. doboru częstotliwości, lokalizacji ogniska, zakresu wzmocnienia, wyboru funkcji pre i post processingu. Ta grupa nosi nazwę artefaktów rozdzielczości i została przedstawiona w poprzednim tekście ultrasonografii dla urologa. Inne nieprawidłowości obrazu wynikają z wewnętrznych, fizycznych ograniczeń transmisji ultradźwięków przez tkanki. Należą do nich [1, 2, 3, 4]:
- artefakty propagacji: rewerberacje, ogon komety, artefakt dzwonienia (ring down), zjawiska multipatch i odbić zwierciadlanych, listki boczne, refrakcja (załamanie), pozorne poszerzenie obrazu i obrazy podwójne, artefakty spowodowane odbiciami poza obrazowanym obszarem, artefakt różnej prędkości dźwięku w tkankach;
- artefakty tłumienia: wzmocnienie i cień akustyczny, cień za załamaniem (fala brzegowa), wzmocnienie w ognisku;
- artefakty inne: artefakty wywołane przez niezerową szerokość i grubość wiązki ultradźwiękowej.

Założenia konstrukcyjne aparatów ultrasonograficznych

Funkcjonowanie aparatów ultrasonograficznych jest oparte na założeniach, które umożliwiają określenie lokalizacji reflektora i natężenia odbitego echa. Są one następujące [1, 2, 3, 4, 5, 6]:
- ultradźwięki rozchodzą się wzdłuż linii prostych;
- wszystkie echa powstają po odbiciu od jednej powierzchni granicznej;
- wiązki są nieskończenie wąskie;
- wszystkie echa powstają w osi promieniowania głowicy;
- wszystkie echa pochodzą od ostatniej transmisji,
- amplituda ech jest wprost proporcjonalna do siły odbicia;
- fale ultradźwiękowe przemieszczają się przez wszystkie tkanki z prędkością 1540 m/s - na podstawie czasu powrotu echa (podwójna droga od i do głowicy
- 13 μs/cm) wyznaczane jest położenie odbijającej struktury na ekranie.

Jeżeli którekolwiek z powyższych założeń zawodzi, to dochodzi do powstania artefaktów (tab. 1).

Artefakty propagacji

Rewerberacje (odbicia wielokrotne, pogłos)

Oprogramowanie ultrasonografu przyjmuje, że echa fali ultradźwiękowej powracają do głowicy po odbiciu od jednej powierzchni granicznej [1, 2, 3, 4, 5, 6]. W praktyce często dochodzi do sytuacji, gdy na drodze ultradźwięków pojawiają się dwa silne, ułożone równolegle reflektory. Może wtedy dojść do odbić pomiędzy tymi strukturami. Zjawisko nosi nazwę rewerberacji, pogłosu czy ech wtórnych [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Często powstaje na pograniczach tkanka miękka/gaz oraz obszar płynowy/gaz. Emitowana wiązka początkowo odbija się od obu reflektorów. Część energii odbitej od głębiej położonej powierzchni nie wraca jednak do głowicy, lecz odbija się ponownie od pierwszej powierzchni granicznej. Echa wtórne, podobnie jak impuls pierwotny, powracają następnie do drugiego reflektora. Zjawisko powtarza się do całkowitego wytłumienia fali ultradźwiękowej, stąd jego inna nazwa - odbicia wielokrotne. W przypadku wystąpienia rewerberacji tylko pierwsze odbicia będą obrazowały rzeczywiście istniejące powierzchnie graniczne. Pozostałe, mimo że nie odpowiadają żadnym strukturom anatomicznym, też zostaną przedstawione przez ultrasonograf [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Rewerberacje mogą powstawać nie tylko pomiędzy powierzchniami odbijającymi w tkankach, lecz również na pograniczu między tkankami (pierwsza powierzchnia odbijająca) a czołem głowicy (druga powierzchnia odbijająca). Jeżeli przyjąć drogę pierwszego echa z głębiej położonej powierzchni granicznej jako 2d, to powstające następnie echo wtórne przebywa drogę 4d, następne 6d, itd. Czas powrotu kolejnych odbić wtórnych jest stały. Zgodnie z założeniem konstrukcyjnym czas powrotu echa decyduje o jego lokalizacji na ekranie monitora. Echa wtórne zostaną więc przedstawione w postaci kolejnych powierzchni granicznych położonych w równych odstępach na coraz większej głębokości ze względu na coraz późniejszy powrót do głowicy. W związku z tłumieniem amplituda kolejnych rewerberacji będzie coraz mniejsza, aż do całkowitego zaniku cech (ryc. 1).

Rewerberacje prowadzą do problemów diagnostycznych najczęściej w przypadku ich wystąpienia w obszarach płynowych, np. w pęcherzu moczowym czy torbieli. Mogą wówczas zostać mylnie zinterpretowane jako rozrosty przyścienne lub przegrody. Najprostszym sposobem rozpoznania artefaktów z odbić wielokrotnych jest niewielka zmiana płaszczyzny obrazowania poprzez skośne odchylenie głowicy ultrasonograficznej. Zmiana kierunku rozchodzącej się wiązki spowoduje, że przynajmniej jeden z reflektorów nie będzie już położony prostopadle do przebiegu wiązki [1]. Zapobiegnie to wielokrotnej wędrówce ultradźwięków pomiędzy nimi. Podobne znaczenie ma również zmiana miejsca przyłożenia głowicy, z której obserwuje się obiekt zainteresowania. W przypadku budzących wątpliwości rewerberacji w torbieli nerki uwidocznionej od strony przedniej jamy brzusznej należy ponownie ją obejrzeć od strony lędźwiowej lub przez „okna” wątrobowe czy śledzionowe. Odbicia wielokrotne widoczne początkowo przy przedniej ścianie torbieli pojawią się następnie przy jej ścianie tylnej lub znikną zupełnie.

Rycina 1

Artefakt rewerberacji: a) schemat zjawiska - niebieskie strzałki to kolejne odbicia tego samego impulsu wędrującego (literą d oznaczono drogę) między czołem głowicy a reflektorem, czarne linie odpowiadają kolejnym sygnałom wyświetlonym na monitorze aparatu; b) obraz usg artefaktu rewerberacji (strzałki) za przednią ścianą pęcherza moczowego - powierzchniami odbijającymi są ściana pęcherza moczowego i czoło głowicy; c) obraz usg artefaktu rewerberacji (strzałki) wywołanego przez fale wędrujące pomiędzy pęcherzykiem powietrza uwięzionym w żelu ultrasonograficznym wypełniającym osłonkę głowicy transrektalnej a czołem głowicy; struktury położone w linii artefaktu są nieczytelne; przemieszczenie pęcherzyka powietrza poza obszar emitowanej wiązki przywróci prawidłowy obraz narządu

Rewerberacje można ograniczyć poprzez użycie opcji obrazowania harmonicznego.

Artefakt „ogona komety” (comet tail artifact)

Jest szczególną postacią rewerberacji. Dwie powierzchnie graniczne są położone blisko siebie. Wielokrotne odbicia między nimi zachodzą w bardzo krótkim odstępie czasu (ryc. 2a). Powstałe echa wtórne nie są dostrzegalne jako oddzielne sygnały, lecz zlewają się w pojedynczy artefakt przylegających do siebie jasnych pasm o typie warkocza komety [1, 3, 4, 5, 6].

Pierwsze opisy tych nieprawidłowości pochodzą z obserwacji metalicznych ciał obcych. W praktyce urologicznej najczęściej spotkamy „ogon komety” obrazując w ultrasonografii igły biopsyjne (ryc. 2b). Inne struktury mogące prowadzić do wystąpienia tej postaci rewerberacji to: kryształy cholesterolu (ryc. 2c), gaz wypełniający pętle jelitowe, drogi żółciowe czy moczowe, a także sporadycznie zwapnienia tkanek miękkich i złogi [1, 3, 4, 5, 6].

Artefakt „dzwonienia” (ring down artifact)

Artefakt ring down powstaje, gdy energia przemieszczającej się wiązki ultradźwiękowej wywołuje rezonans leżących na jej drodze małych pęcherzyków gazu i uwięzionego pomiędzy nimi płynu [1, 3, 4, 5, 6]. Wibracje wywołują ciągłą falę dźwiękową (w przeciwieństwie do pulsacyjnie nadawanych ultradźwięków), która jest transmitowana do głowicy ultrasonografu. Aparat wyświetla ją w postaci pasma jednakowych, hiperechogenicznych linii położonych grzbietowo od obszarów zawierających gaz (ryc. 3). Zjawisko ring down może być pomocne w poszukiwaniu wolnego gazu w jamie otrzewnej [5].

Artefakty „ogona komety” i „dzwonienia” często mają podobną prezentację ultrasonograficzną mimo odmiennego mechanizmu powstania. Ich rozróżnienie nie ma jednak istotnego znaczenia w praktyce klinicznej.

Rycina 2

Artefakt „ogona komety”: a) schemat zjawiska - krótkie niebieskie strzałki odpowiadają rewerberacjom w obrębie igły biopsyjnej (literą d oznaczono drogę pogłosu); czarne linie odpowiadają kolejnym, położonym blisko siebie sygnałom wyświetlonym na monitorze aparatu; b) obraz usg artefaktu ogona komety (strzałki) w badaniu transrektalnym - igła biopsyjna w okolicy pęcherzyka nasiennego; c) obraz usg artefaktu ogona komety (strzałki) na depozytach cholesterolowych w przebiegu gruczolakomięśniakowatości pęcherzyka żółciowego

Rycina 3

Artefakt ring down: a) schemat zjawiska - fala padająca na tetrahedron pęcherzyków gazu z płynem uwięzionym pomiędzy nimi generuje wibracje, które są źródłem ciągłej fali dźwiękowej wracającej do głowicy (szara strzałka); b) obraz usg artefaktów ring down (strzałki) wywołanych przez płynno-gazową treść jelit; c) obraz usg artefaktów ring down (strzałki) wywołanych przez powietrze podane przez cewnik Foleya podczas wypełniania pęcherza moczowego solą fizjologiczną

Rycina 4	Artefakt multipath: a) schemat zjawiska - droga impulsu do reflektora X (oznaczona nr 1) jest krótsza niż droga powrotu echa (oznaczona numerami 2 i 3) przez lustro akustyczne Y; b) ultrasonograf, odczytując drogę powrotu jako dłuższą, błędnie lokalizuje reflektor X (linia przerywana - właściwe położenie) głębiej (linia ciągła - X’)

Zjawisko multipatch i artefakt odbicia lustrzanego (mirror image artifact)

Zjawisko multipatch występuje, gdy fala ultradźwiękowa napotyka na swojej drodze dwa reflektory, a droga i czas powrotu odbitej fali ultradźwiękowej są dłuższe niż fali emitowanej [2]. Prowadzi ono do nieprawidłowego (głębszego) umiejscowienia powierzchni odbijającej ultradźwięki, ponieważ algorytmy ultrasonografu na podstawie czasu powrotu ech obliczają jej lokalizację (ryc. 4).

Szczególną postacią zjawiska multipatch jest tzw. artefakt lustrzanego odbicia [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Pojawia się, gdy hiperechogeniczna zmiana ogniskowa położona jest w sąsiedztwie powierzchni silnie odbijającej ultradźwięki, np. przepony, płuc, ścian miednicy. Ultradźwięki, odbijając się od zmiany hiperechogenicznej, wyświetlą ją w prawidłowym położeniu. Jednak część promieni odbitych od położonego skośnie reflektora zwierciadlanego będzie wędrować pomiędzy zwierciadłem - zmianą - ponownie zwierciadłem i głowicą ultrasonografu. Na monitorze ultrasonografu przedstawione będą dwie zmiany hiperechogeniczne przedzielone odbijającą powierzchnią zwierciadlaną (ryc. 5). Pierwsza będzie odpowiadała rzeczywistej zmianie hiperechogenicznej. Druga, wyświetlona głębiej (poniżej powierzchni zwierciadlanej), będzie artefaktem związanym z wydłużoną drogą i wielokrotnymi odbiciami. Skrajnym przypadkiem tego artefaktu jest możliwość wyświetlenia w osi wiązki reflektora znajdującego się poza aktualnym polem obrazowania. Taka sytuacja przedstawiona jest na rycinie 6. Ultradźwięki odbite od pierwszego reflektora docierają do drugiego leżącego poza aktualnym polem widzenia głowicy. Następnie odbite echa wracają do pierwszego reflektora i stąd do głowicy. Leżący poza polem widzenia obiekt zostanie wówczas odczytany jako położony wzdłuż osi wiązki, ale ze względu na czas powrotu umiejscowiony głębiej niż pierwsza powierzchnia odbijająca.

Rycina 5

Artefakt lustrzanego odbicia: a) schemat zjawiska - niebieskimi strzałkami oznaczono pojedyncze odbicia od zwierciadła akustycznego X i zmiany ogniskowej Y odpowiedzialne za prawidłowe umiejscowienie tych struktur; czerwonymi strzałkami oznaczono impuls wielokrotnie odbity na drodze zwierciadło X - zmiana Y - zwierciadło X - głowica, odpowiedzialny za wydłużenie drogi powrotnej i nieprawidłowe wyświetlenie odbicia lustrzanego zmiany Y (oznaczonego czerwonym kolorem jako Y’); b) obraz usg - przekrój skośny przez prawy płat wątroby: hiperechogeniczny naczyniak w prawidłowej lokalizacji (białe strzałki) zostaje nieprawidłowo zdwojony (artefakt oznaczony czerwonymi strzałkami) powyżej zwierciadła (przepona - oznaczona niebieskimi strzałkami) w rzucie prawego płata płuca

Rycina 6

Artefakt lustrzanego odbicia spoza pola widzenia wiązki ultradźwiękowej: a) schemat zjawiska - niebieskimi strzałkami oznaczono pojedyncze odbicia od zwierciadła akustycznego X, zmiana ogniskowa Y jest niewidoczna w polu widzenia wiązki, dlatego nie zostanie zobrazowana powyżej zwierciadła; czerwonymi strzałkami oznaczono impuls wielokrotnie odbity na drodze zwierciadło X - zmiana Y - zwierciadło X - głowica, odpowiedzialny za wydłużenie drogi powrotnej i nieprawidłowe wyświetlenie odbicia lustrzanego zmiany Y (oznaczonej czerwonym kolorem jako Y’) w osi wiązki poniżej zwierciadła; b) obraz usg - przekrój skośny przez prawy płat wątroby: artefakt (białe strzałki) poniżej zwierciadła (przepona - niebieskie strzałki) w rzucie prawego płata płuca, zmiana rzeczywista jest niewidoczna; c) niewielka zmiana płaszczyzny obrazowania uwidacznia rzeczywisty naczyniak (białe strzałki) generujący artefakt ze zdjęcia b

Rycina 7

Artefakty wywołane przez listki boczne: a) schemat wiązki ultradźwiękowej - listek główny zwęża się w kierunku strefy ogniskowania (f), następnie ulega rozszerzeniu, na zewnątrz od listka głównego generowane są listki boczne; b) obraz usg artefaktu łukowego w świetle prawidłowego pęcherza moczowego (strzałki); c) obraz usg artefaktu łukowego z kręgosłupa przechodzącego przez przyprzeponową część wątroby (strzałka)

Artefakty od listków bocznych (side lobes artifacts)

Opracowanie obrazu ultrasonograficznego jest oparte na założeniu, że fala ultradźwiękowa rozchodzi się jedynie wzdłuż linii prostych. Wracające do głowicy echa są przetwarzane tak, jakby leżały w osi środkowej części wiązki. W rzeczywistości w czasie nadawania impulsu oprócz tzw. listka głównego pojawiają się również dodatkowe wiązki położone zewnętrznie, tzw. listki boczne (ryc. 7a). Jeśli echo wywołane przez listki boczne zostanie odebrane przez głowicę ultrasonografu, urządzenie zgodnie z założeniem oceni go jako pochodzące z listka głównego [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Powierzchnia odbijająca zostanie wówczas zobrazowana w nieprawidłowym miejscu. Energia listków bocznych stanowi około 1% energii emitowanej przez głowicę. W większości przypadków jest ona zbyt słaba, by wytworzyć znaczące echa, które giną wśród mocnych ech pochodzących od listka głównego. Warunki sprzyjające powstaniu mają miejsce wtedy, gdy wiązka listka bocznego natrafia na silny reflektor (kości, gazy, kamienie), a obraz pochodzący z listka głównego zawiera niewielką ilość ech (obszar hipoechogeniczny lub bezechowy). Nieprawidłowo położone odbicie z listka bocznego przybiera wówczas postać podłużnego, linijnego echa określanego mianem artefaktu łukowego [1]. Jego obecność może prowadzić do mylnego rozpoznania przegród w obszarach płynowych (torbiel, pęcherzyk żółciowy, pęcherz moczowy) czy zwłóknień w narządach miąższowych (ryc. 7b, 7c).

Refrakcja (załamanie)

Fala ultradźwiękowa przechodząc przez ośrodki różniące się prędkością transmisji ultradźwięków ulega załamaniu (refrakcji). Do załamania fali ultradźwiękowej może również dojść na przedmiotach o kształcie soczewki, które zachowują się jak soczewki akustyczne. Aparat ultrasonograficzny nie jest w stanie odtworzyć załamania wiązki i zgodnie z założeniem konstrukcyjnym przyjmuje, że echo porusza się po linii prostej [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Skutkuje to niewłaściwą lokalizacją struktur na ekranie ultrasonografu (ryc. 8). Zjawisko może stanowić problem podczas biopsji celowanej [5]. Refrakcja może ponadto prowadzić do takich artefaktów, jak cienie brzegowe, pozorne poszerzenie obrazowanej struktury czy obrazy podwójne.

Rycina 8

Artefakty związane z refrakcją fali ultradźwiękowej: a) schemat zjawiska - impuls ultradźwiękowy (niebieskie strzałki) odbija się od zmiany ogniskowej (niebieskie koło) położonej przed powierzchnią załamującą (oznaczoną literą x), która zagina pozostałą część wiązki (czerwone strzałki) odbijającej się następnie od drugiego reflektora oznaczonego kołem czerwonym; b) ultrasonograf odczytuje obie zmiany jako położone w osi wiązki, co spowoduje prawidłowe umiejscowienie zmiany niebieskiej oraz nieprawidłowe (głębsze i w osi wiązki) położenie zmiany czerwonej

Problemy powodowane przez artefakty refrakcji można zwykle rozwiązać stosując obrazowanie pod różnymi kątami. Już niewielka zmiana płaszczyzny badania może usunąć nieprawidłowości wywołane załamaniem fali. Potwierdza to podstawową zasadę ultrasonografii, że każdy narząd i struktura muszą być zobrazowane w co najmniej dwóch płaszczyznach nierównoległych.

Obrazy podwójne (artefakt ducha) (ghosting)

Ten artefakt związany jest z refrakcją na naturalnych soczewkach akustycznych [4, 5]. W badaniach organizmu taką soczewką może być chrząstka żebrowa czy granica między mięśniem prostym brzucha, wątrobą i śledzioną a tkanką tłuszczową. Uginanie się wiązki na tych strukturach może być przyczyną pozornego poszerzenia obiektu, jego podwojenia, a nawet potrojenia (ryc. 9) [2, 4, 5].

Rycina 9

Artefakt ducha: a) schemat zjawiska - impuls ultradźwiękowy (niebieskie strzałki) odbija się od zmiany ogniskowej (x) generując prawidłowy obraz struktury; pogranicze mięśni prostych brzucha (m) i tkanki tłuszczowej (t) działa jak soczewka akustyczna skupiając część promieni wiązki i powoduje podwojenie, a nawet potrojenie zmiany x (czerwone koła); b) obraz usg macicy z wkładką wewnątrzmaciczną - refrakcja na mięśniu prostym brzucha powoduje wrażenie potrojenia wkładki (gruba strzałka - właściwe echo wkładki, cienkie strzałki odpowiadają artefaktom ducha)

Artefakt różnej prędkości dźwięku (speed displacement artifact)

Podczas przetwarzania ech odbitych od struktur organizmu zakłada się, że we wszystkich tkankach ultradźwięki rozchodzą się z jednakową prędkością równą 1540 m/s. W przypadku, gdy fala ultradźwiękowa przechodzi przez ośrodek o znacząco mniejszej prędkości przewodzenia, np. tkankę tłuszczową (prędkość przewodzenia ultradźwięków równa 1450 m/s) czy wodę (prędkość przewodzenia ultradźwięków równa 1480 m/s), struktury leżące za tymi obszarami ze względu na późniejszy powrót ech zostaną zobrazowane głębiej niż ma to miejsce w rzeczywistości (ryc. 10a, 10b). Odwrotna sytuacja zaistnieje, gdy skanująca narządy fala ultradźwiękowa napotka na swojej drodze ośrodek o większej szybkości przewodzenia, np. chrząstkę (prędkość przewodzenia ultradźwięków równa 1630 m/s). Torebka narządu zobrazowana przez ten obszar zostanie wówczas umiejscowiona bardziej powierzchownie (ryc. 10c) [1, 2, 3, 4, 5, 6].

Artefakty wywołane odbiciami poza obszarem obrazowania (range ambiguity artifact)

Krótkotrwały sygnał ultradźwiękowy jest wysyłany przez głowicę po czym następuje krótka przerwa w emisji, podczas której dochodzi do odbioru powracających ech. Na podstawie różnicy między czasem wysłania impulsu i powrotu echa ustalana jest lokalizacja badanych struktur. Następnie wysyłany jest kolejny impuls i sytuacja się powtarza. Oprogramowanie ultrasonografu przyjmuje, że wszystkie odbierane przez głowicę echa pochodzą od ostatnio wysłanego impulsu. Z punktu widzenia rozdzielczości oraz uzyskania płynności obrazu i jego zmian w czasie rzeczywistym najkorzystniejsze jest, by tzw. częstotliwość powtarzania impulsów (pulse-repetition frequency - PRF) była możliwie najszybsza. W większości ultrasonografów maksymalna głębokość obrazowania nie przekracza dwudziestu kilku centymetrów. Ultradźwięki nie zanikają jednak na tych głębokościach, lecz propagują dalej i nadal tworzą echa mogące powrócić do głowicy. Przy wysokich wartościach PRF odbicia z głębiej położonych struktur mogą zostać odebrane przez przetwornik już po emisji kolejnego sygnału ultradźwiękowego. Urządzenie ultrasonograficzne nie będzie w stanie rozróżnić „starych” i „nowych” odbić, ponieważ zgodnie z założeniem konstrukcyjnym poprzedni impuls już się skończył. Oznacza to, że echa z głębokich struktur zostaną odczytane dopiero w następnej linii obrazu ultradźwiękowego (jako pochodzące od kolejnego impulsu) i błędnie zlokalizowane na zbyt małej głębokości [1, 4]. W polu bliskim mogą wówczas przypominać obrazy wywołane przez rewerberacje.

Rycina 10

Artefakt różnej prędkości dźwięku: a) schemat zjawiska - pełne strzałki odzwierciedlają oczekiwaną prędkość propagacji ultradźwięków przez tkanki - echo ze ściany tylnej zostanie zlokalizowane prawidłowo, strzałki przerywane oznaczają zwolnioną prędkość ultradźwięków związaną z obszarem stłuszczenia na ich drodze (zmiana x) co powoduje, że echo ze ściany tylnej na tej głębokości zostanie umiejscowione głębiej; b) obraz usg - wątroba, przekrój podżebrowy - nierówny zarys przepony - część przepony położona za ogniskowym stłuszczeniem wątroby zostaje umiejscowiona głębiej (gruba strzałka) niż jej właściwy zarys (cienkie strzałki); c) obraz usg - śledziona - przekrój międzyżebrowy - fragment wiązki skanujący przez chrząstkę żebra przemieszcza się szybciej, sprawiając wrażenie uwypuklenia torebki śledziony (strzałka)

Artefakty range ambiguity ze względu na tłumienie wiązki na dużych głębokościach mają ograniczone natężenie i uwidaczniają się tylko w obszarach o niewielkiej zawartości ech. W normalnych warunkach prawie nie zakłócają procesu diagnostycznego.

Artefakty tłumienia (atenuacji)

Cieniowanie akustyczne (shadowing)

Cieniowanie akustyczne pojawia się w sytuacji, gdy fala ultradźwiękowa natrafia na struktury, które niemal całkowicie ją odbijają lub pochłaniają. W wyniku tych zjawisk ultradźwięki nie przenikają przez przeszkodę lub przenikają ją w śladowym stopniu. W badaniu usg będziemy wówczas obserwować brak odbić za przeszkodą (ryc. 11a) [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Cień akustyczny jest bardzo przydatny z punktu widzenia diagnostyki ultrasonograficznej. Ułatwia poszukiwanie oraz diagnostykę różnicową powodujących go struktur. Czasem utrudnia obrazowanie struktur położonych głębiej, np. cień za żebrem przeszkadza w obrazowaniu nerki. Wyróżnia się trzy rodzaje cieniowania akustycznego [4]:

1. „Czyste” - pojawiające się za strukturami w przeważającej części tłumiącymi falę ultradźwiękową, takimi jak złogi, zwapnienia czy kości. Niemal wszystkie ultradźwięki docierające do tych struktur są na nich absorbowane nie pozostawiając energii na wytworzenie ech za przeszkodą. Skutkuje to bezechowym, „czystym” cieniem akustycznym (ryc. 11b, 11c).
2. „Częściowe” - zwykle pojawiające się za silnie absorbującymi tkankami miękkimi. Nie stanowią one tak szczelnej bariery dla ultradźwięków jak kalcyfikacje i część energii pokonuje przeszkodę. Cień nie jest wówczas tak bezechowy, jak w przypadku cieniowania czystego. Tego typu cieniowanie występuje za guzami zawierającymi dużą ilość tkanki tłuszczowej, np. naczyniakomięśniakotłuszczakiem (ryc. 12a).
3. „Brudne” - ten typ cieniowania pojawia się zwykle za obszarami zawierającymi gaz. Związany jest z niedopasowaniem impendacji akustycznej na granicy gaz/tkanka miękka, co skutkuje niemal całkowitym odbiciem fali ultradźwiękowej. Energia impulsu odbitego jest niemal taka sama jak nadawanego. Impuls odbity reaguje z tkankami znajdującymi się ponad gazem, powodując echa wtórne docierające do granicy gazu i z niej ponownie do głowicy. Właśnie te echa odpowiedzialne są za „brudny” obraz cieniowania za gazem (ryc. 12b).

Należy pamiętać, że cieniowanie akustyczne będzie słabiej wyrażone w nowych opcjach poprawiających jakość obrazowania, często włączających się automatycznie, bez wyboru operatora. Szczególnie istotne jest to w obrazowaniu złożonym przestrzennie (compound imaging, SonoCT). Dzięki składaniu obrazów uzyskanych z jednego przyłożenia głowicy pod różnymi kątami opcja ta umożliwia niejako głowicy. Właśnie te echa odpowiedzialne są za „zajrzenie” za złóg głowicy. Właśnie te echa odpowiedzialne są za złóg, jednocześnie niwelując cieniowanie akustyczne.

Wzmocnienie akustyczne (increased through-transmission)

Ultradźwięki przemieszczające się w tkankach litych podlegają tłumieniu. W przypadku struktur w niewielkim stopniu tłumiących ultradźwięki, np. obszarów płynowych, energia impulsu za strukturą będzie większa niż po pokonaniu leżącej w sąsiedztwie tkanki litej. W rzeczywistości nie jest to więc „wzmocnienie”, ale mniejsze tłumienie fali ultradźwiękowej pokonującej obszar płynowy w porównaniu do tłumienia w tkance litej [1, 2, 3, 4, 5, 6]. W obrazie usg będzie ono widoczne jako jaśniejsza wiązka rozciągająca się za tylną granicą obszaru słabo tłumiącego ultradźwięki (ryc. 13). Wzmocnienie akustyczne jest jednym z podstawowych zjawisk używanych w ultrasonograficznym różnicowaniu zmian litych i torbielowatych.

Należy pamiętać, że wzmocnienie akustyczne może być widoczne nie tylko za torbielami, lecz również za wysoce jednorodnymi guzami litymi (np. chłoniakami), które tłumią impuls ultradźwiękowy w stopniu niższym niż otaczająca tkanka.

Rycina 11

„Czyste” cieniowanie akustyczne: a) schemat zjawiska - zmiana (koło oznaczone kolorem jasnym) tłumi lub odbija ultradźwięki silniej niż otaczające tkanki (kwadraty oznaczone kolorem szarym), prowadząc do bezechowej smugi (cień - oznaczony kolorem czarnym) za tylną granicą; b) obraz usg - cień akustyczny (strzałki) za kamieniem nerkowym (grot strzałki); c) obraz usg - cień akustyczny (strzałki) za złogiem (scrotal pearl) w osłonkach jądra oznaczonym markerem pomiaru

Rycina 12	Pozostałe typy cieniowania akustycznego: a) częściowe cieniowanie akustyczne (strzałki) za naczyniakomięśniakotłuszczakiem (grot strzałki); b) „brudne” cieniowanie akustyczne z towarzyszącymi rewerberacjami (strzałki) za gazem w ścianie moszny u chorego ze zgorzelą Fourniera

Rycina 13

Wzmocnienie akustyczne: a) schemat zjawiska - zmiana (koło oznaczone kolorem ciemnym) tłumi ultradźwięki słabiej niż otaczające tkanki (kwadraty oznaczone kolorem szarym), prowadząc do względnego wzmocnienia natężenia ultradźwięków (prostokąt oznaczony kolorem jasnym) za tylną granicą; b) obraz usg - wzmocnienie akustyczne (strzałki) za torbielą nerki (grot strzałki); c) obraz usg - wzmocnienie akustyczne (strzałki) za chłoniakiem w górnym biegunie nerki (grot strzałki)

Cienie brzegowe (artefakt krawędzi) (latertal shadowing, edge artifact)

Kierunek załamania fal ultradźwiękowych padających na zakrzywioną powierzchnię rozdzielającą ośrodki zależny jest od kąta jej padania oraz prędkości przewodzenia ultradźwięków. Szczególnie istotne klinicznie będzie przejście z ośrodka o wyższej prędkości (tkanki miękkie) do ośrodka o niższej prędkości (obszar płynowy). Wiązka ulegnie wtedy zakrzywieniu i dośrodkowemu zogniskowaniu [1, 3, 4, 6]. Efektem będzie brak ech z bocznych ścian obszaru płynowego (np. torbieli, pęcherza moczowego, pęcherzyka żółciowego) oraz z obszarów położonych w prostej linii za nimi. W badaniu usg artefakt będzie widoczny jako cienki linijny cień akustyczny, zwykle znacznie słabszy niż cień wytwarzany za złogami (ryc. 14).

Rycina 14

Artefakt krawędzi (cienie brzegowe): a) schemat zjawiska - wiązka (oznaczona niebieskimi liniami) ulega zakrzywieniu i dośrodkowemu zogniskowaniu przy przejściu z ośrodka o wyższej prędkości (ośrodek A) do ośrodka o niższej prędkości (ośrodek B), co prowadzi do powstania wąskiego obszaru pozbawionego ultradźwięków na krawędzi zmiany, widocznego jako cień akustyczny (szary trójkąt); do powstania tego artefaktu może też przyczyniać się rozproszenie wiązki na zakrzywionej powierzchni (oznaczone czerwoną strzałką); b) artefakt krawędzi (strzałki) za torbielą nerki; c) artefakt krawędzi (strzałki) za torbielą głowy najądrza

Cienie brzegowe mogą być pomocne w sytuacji, gdy torbiel o podwyższonej echogeniczności (spowodowanej krwawieniem lub zmianami zapalnymi) jest trudna do oddzielenia od otaczających tkanek miękkich. Na torbielowatą strukturę zmiany może wówczas wskazywać jedynie obecność cieni brzegowych.

Wzmocnienie w ognisku (focal zone banding)

Ogniskowanie to zawężenie wiązki ultradźwiękowej w celu poprawy rozdzielczości poprzecznej w obszarze zainteresowania. Najmniejsza szerokość wiązki występująca w ognisku będzie się przyczyniała do względnego wzmożenia ech. Tkanki w ognisku będą miały wyższą echogeniczność [2, 6]. Zjawisko to jest szczególnie widoczne, gdy używamy ogniskowania na wielu poziomach. Jednorodny miąższ narządu zostanie wtedy podzielony na pasy o wzmożonej echogeniczności w ogniskach i obniżonej echogeniczności pomiędzy nimi (ryc. 15a). To samo zjawisko powoduje trudności z uwidocznieniem zmiany o obniżonej echogeniczności położonej poza ogniskiem (ryc. 15b). Precyzyjne ustawienie ogniska ułatwi wtedy jej rozpoznanie.

Rycina 15	Wzmocnienie w ognisku: a) jądro w przekroju podłużnym - pasmowate obszary o podwyższonej echogeniczności na wysokości ognisk oznaczonych żółtymi klepsydrami po prawej stronie obrazu; b) to samo zjawisko jest odpowiedzialne za nieczytelny obraz torbieli wątroby (oznaczonej markerami pomiarów) położonej znacznie powyżej ogniska (oznaczonego białym trójkątem po lewej stronie ekranu)

Artefakty wywołane przez niezerową szerok ość i grubość wiązki ultradźwiękowej

Pozorne poszerzenie warstwy (volume averanging artifact)

Artefakt ten powstaje, gdy granica między tkanką litą a obszarem płynowym nie jest ustawiona prostopadle do osi fali ultradźwiękowej [1]. Dochodzi wtedy do sytuacji, gdy na danej głębokości część wiązki dotarła już do przestrzeni płynowej, gdzie echa nie powstają, podczas gdy część nadal znajduje się w tkance litej i wytwarza echo na granicy obszaru płynowego [1, 4]. Obszary pola widzenia, w których wiązka jest szersza (położone przed i za ogniskiem), są bardziej narażone na wystąpienie tego artefaktu (ryc. 16a, 16b). Oprogramowanie ultrasonografu nie jest w stanie rozdzielić danych płynących z szerokości oraz grubości wiązki i dla danej głębokości wyświetla wynik uśredniony. Na ekranie zauważymy echa przy przedniej i tylnej ścianie obszarów płynowych, np. torbieli, pęcherzyka żółciowego czy pęcherza moczowego. Artefakt może wtedy być mylnie zinterpretowany jako zagęszczona zawartość, np. żółć, mocz czy osad w torbieli (ryc. 16b). Może być zminimalizowany dzięki zawężeniu wiązki przez optymalne ustawienie ogniska na poziomie obszaru zainteresowania [1, 4].

Rycina 16

Artefakt pozornego poszerzenia warstwy (ciągłymi liniami oznaczono wiązkę nadawaną, liniami przerywanymi - odbierane echa): a) jeśli obszar zainteresowania (niebieskie koło) jest ustawiony w ognisku, tylko ta struktura odbija ultradźwięki i może być precyzyjnie przedstawiona na ekranie; b) obszar zainteresowania położony jest poniżej ogniska - na ekranie wyświetlony zostanie uśredniony sygnał z obszaru zainteresowania (niebieskie koło) i otaczających tkanek (szary kwadrat); c) obraz usg pozornego poszerzenia warstwy przy przedniej i tylnej ścianie pęcherza moczowego widoczny w przekrojach poprzecznym i podłużnym (strzałki); d) obraz usg pozornego poszerzenia warstwy przy przedniej ścianie torbieli nerki (strzałka)

Urządzenie ultrasonograficzne uśrednia informacje płynące z szerokości i grubości wiązki ultradźwiękowej.

Podsumowanie

Artefakty zdarzają się podczas każdego badania ultrasonograficznego. Część z nich ułatwia diagnostykę i ich wystąpienie jest korzystne z punktu widzenia rozpoznania ultrasonograficznego. Część jednak może utrudnić ocenę obrazu i prowadzić do błędnych wniosków. Wykonujący badanie powinien umieć rozpoznać pojawiające się artefakty i znać sposoby ich unikania. Znajomość zjawisk prowadzących do wystąpienia tych nieprawidłowości umożliwi zarówno poprawienie jakości uzyskiwanych obrazów, jak też, co najistotniejsze, wartość kliniczną płynących z ultrasonografii wniosków.

dr n. med. Andrzej Lewicki, FEBU
Oddział Urologii, Międzyleski Szpital Specjalistyczny w Warszawie
kierownik oddziału: dr hab. n. med. Artur Antoniewicz
Zakład Diagnostyki Obrazowej II Wydział Lekarski,
Warszawski Uniwersytet Medyczny
kierownik zakładu: prof. dr hab. n. med. Wiesław Jakubowski

prof. dr hab. n. med. Wiesław Jakubowski
Zakład Diagnostyki Obrazowej II Wydział Lekarski,
Warszawski Uniwersytet Medyczny
kierownik zakładu: prof. dr hab. n. med. Wiesław Jakubowski

Piśmiennictwo

• Kremer H, Drobinski W: Diagnostyka ultrasonograficzna. 1996 r. Urban&Partner.
• Krzanowski M, Plichta A: Atlas ultrasonografii naczyń. 2000 r. Medycyna Praktyczna.
• Feldman M, Katyal S, Blackwood M: US Artifacts. RadioGraphics 2009; 29: 1179-1189.
• Hindi A, Cynthia P, Barr R: Artifacts in diagnostic ultrasound. Reports in Medical Imaging 2013: 6: 29-48.
• Dogra V, Rubens D: Sekrety ultrasonografii. 2005 r. Urban&Partner
• Scanlan K: Sonographic Artifacts and Their Origins. AJR 1991; 156: 1267-1272