Диагностическое УЗ-сканирование кожи

Ультразвуковое (УЗ) сканирование широко применяется с диагностическими и терапевтическими целями в различных областях клинической медицины, включая дерматологию и дерматокосметологию.

Хорошо себя зарекомендовали высокочастотные ультразвуковые системы, использующие обычно 20 МГц датчики, – они дают точную информацию о глубине и площади распространенности опухолевых и воспалительных процессов в коже и подкожной жировой ткани и поэтому особенно интересны в предоперационных ситуациях и для контроля состояния кожи во время лечения.

Ультразвук легко применять, он абсолютно безопасен и позволяет получать важную диагностическую информацию. Важными приложениями УЗ-диагностики кожи являются мониторинг и оценка эффективности терапии акне, целлюлита, псориаза, рубцов и ран, а также омолаживающих и инъекционных процедур.

Технические аспекты

Диагностические ультразвуковые системы работают в режиме пульс-эхо – это режим выдачи импульсов и приема эхо-сигналов. Акустическая энергия излучается датчиком: его расширение и сокращение (датчик «пульсирует») передается как импульс к прилежащей жидкости или ткани и распространяется как волна, которая может быть отражена или преломлена на границах ткани.

Эхо (возвращающаяся волна) достигает датчика во время перерывов генерации импульса. Вибрация датчика, вызывающаяся возвращающейся волной, создает разницу потенциалов на электродах. Такое эхо преобразуется датчиком в сигналы, обрабатывающиеся и сохраняющиеся на компьютере.

В основе технологии ультразвуковой диагностики лежит отражение УЗ-волны от границы раздела двух сред с различными свойствами. Ультразвук – это механическая волна с частотой выше 20 кГц, верхнего предела частоты человеческого слуха. Датчики, являющиеся тонкими дискообразными кристаллами, сделанными из пьезоэлектрических материалов, генерируют акустическую энергию при приложении к ним напряжения. Акустические колебания (гармоники) создаются при расширении и сжатии пьезоэлектрических материалов.

Первые датчики делались из кварца, позже их стали изготавливать из сульфата лития, керамических материалов и пластмассовых полимеров. Это позволило создать датчики, генерирующие более высокие частоты, которые особенно интересны для дерматологов. Дело в том, что чем выше частота, тем меньше длина волны и глубина ее проникновения в ткань. Поэтому для «визуализации» маленьких объектов, расположенных поверхностно, лучше подходят датчики, способные генерировать высокочастотные УЗ-волны частотой. Датчики, использовавшиеся ранее в общей медицине в диагностических целях, имели рабочие частоты между 2 и 5 МГц. Современные датчики для диагностики региональных лимфатических узлов и опухолей мягких тканей работают в диапазоне от 7,5 до 10 МГц, в то время как высокочастотные датчики, применяющиеся для оценки структур кожи, функционируют в диапазоне 20–50 МГц.

Например, ультразвуковые устройства, использующие частоты 20 МГц, позволяют визуализировать структуры на глубине до 8–10 мм. Под разрешением ультразвуковых систем может пониматься осевое разрешение или разрешение по плоскости. Осевое разрешение – это наименьшая толщина, которая может быть измерена; оно пропорционально продолжительности импульса. Разрешение по плоскости соответствует ширине наименьшей структуры, которая может быть визуализирована; оно пропорционально ширине пучка в зоне фокуса.

В основном ультразвуковые системы преобразуют изменения напряжения, записанные датчиком, и отображают эти сигналы в виде изображений. Выделяют два типа обработки сигнала – А-скан и В‑скан. А-скан показывает значение отражения вдоль одной линии, в результате на графике отображаются изменения амплитуды во времени. Время прохождения акустической волны коррелирует с расстоянием. Эхо возникает на границах между тканями, где имеются изменения акустического сопротивления. В настоящее время А-скан-ультразвуковые системы используются главным образом в офтальмологии.

В‑скан объединяет информацию от последовательных отдельных А-сканов и отображает каждую точку в соответствии с ее относительной яркостью. Каждая точка на В‑скане ярче или темнее в соответствии с интенсивностью эха от соответствующей анатомической структуры.

Таким образом, В‑сканы дают изображения, похожие на анатомические срезы сканированных тканей. Исходно ультрасонография в В‑режиме была черно-белой. Введение изображений с градациями серого было важным улучшением, поскольку отображались амплитуды сигналов, полученных от отраженных ультразвуковых сигналов. В настоящее время сканы в В‑режиме являются основой всех ультрасонографических процедур в дерматологии с использованием средне- или высокочастотных ультразвуковых систем.

Ультрасонография позволяет определять объемные размеры и контуры подкожных патологических изменений, например, лимфатических узлов, подкожных тканей опухоли или гематом, и их расположение относительно прилежащих сосудов. Кроме того, может быть получена информация о качестве патологических изменений (твердое, кистозное или комбинированное) и их внутренней структуре (гомогенная, негомогенная, гипоэхогенная, гиперэхогенная, кальцифицирующаяся или некротическая). Вся эта информация может быть объединена с целью дифференцировать доброкачественную и злокачественную лимфаденопатию и для определения вероятности малигнизации подкожных патологических образований. В дополнение к традиционной сонографии В‑типа для изучения периферических лимфатических узлов могут применяться новейшие ультразвуковые методики, такие как нативная и цветная допплеровская сонография с усилением сигнала.

Основные классы ультразвуковых устройств диагностики кожи

Существуют несколько основных типов ультрасонографии, применяющейся в дерматологии и косметологии с диагностической целью. Самым распространенным является высокочастотное 20 МГц сканирование – именно оно используется для измерения толщины опухолей и/или толщины кожи при лечении воспалительных заболеваний, таких как склеродерма или псориаз.

Важное место в диагностике кожи занимает сонография в реальном времени с использованием 7,5–10 МГц датчиков – с тех пор, как она стала использоваться для поиска и визуализации лимфатических узлов и подкожных опухолей во множестве клинических случаев, включая предоперационное определение фазы меланомы и ее мониторинг.

Объединение ультразвуковой техники с допплеровской техникой привело к появлению цветной допплеровской сонографии (ЦДС). ЦДС параллельно с ультразвуковым сканированием «показывает» васкуляризацию в поверхностных лимфатических узлах, что позволяет выявлять в них метастазы.

Быстрое развитие вычислительной техники позволило разработать 3 D-ультразвуковые сканеры, способные создать высококачественное трехмерное изображение сканируемой области, позволяющее более наглядно визуализировать и измерить интересующий участок.

Высокочастотный ультразвук: 20–50 МГц сонография

Большинство представленных на рынке высокочастотных УЗ-датчиков имеют центральные частоты 20–25 МГц, их разрешение ограничено примерно 80 мкм по оси и 200 мкм по плоскости. С помощью этих датчиков могут исследоваться структуры на глубине от 5 до 15 мм. При сканировании в качестве проводящей среды между датчиком и поверхностью исследуемого участка обычно используют воду, поскольку через водную среду акустическая энергия может распространяться с низкими потерями.

На цветокодированных изображениях участкам с различной эхогенностью «присваивается» разный цвет. Желтый цвет соответствует наиболее эхогенноплотным участкам (их называют гиперэхогенными) – это те участки, где мало воды, например, роговой слой эпидермиса, соединительнотканные перегородки. При увеличении содержания воды эхогенность падает, и цвет смещается в сине-зеленую область. Участки с хорошо развитой сосудистой сетью выглядят черными – это эхопрозрачные (или гипоэхогенные) зоны.

Сонограммы нормальной кожи на их верхней границе отображают тонкую, очень насыщенную эхо-линию, так называемую линию входа, соответствующую эпидермису. Ниже наблюдается широкая, насыщенная эхом полоса с рассеянными отражениями, которая соответствует дерме. За ней следует эхопрозрачная подкожная жировая ткань с гиперэхогенными соединительнотканными перегородками.

Современные 20 МГц датчики могут решить большинство диагностических задач, стоящих перед дерматологами. Однако технологии сканирования и обработки данных постоянно совершенствуются, и появляются новые УЗ-системы, имеющие те или иные преимущества. Например, возможность видеть объемный участок кожи. Так, появление датчиков с еще более высокими частотами (до 50 МГц) и возможность визуализации на глубине 2,5 мм открыли новые клинические приложения – более точная количественная оценка заживления ран, рубцов, лимфедемы конечностей и аллергических состояний. Кроме того, стало легко проводить мониторинг реакций или осложнений после применения топических препаратов (например, стероидная атрофия).

Для решения экспериментальных задач были разработаны приборы, использующие датчики с рабочей частотой вплоть до 100 МГц, что позволяет улучшить разрешение УЗ-изображений кожи. Высокая центральная частота и ширина полосы 100 МГц датчиков дают осевое разрешение 11 мкм и разрешение по плоскости 30 мкм. Это позволяет визуализировать структуры, находящиеся на глубине до 2 мм под поверхностью кожи. Например, 100 МГц сонография дает возможность обследовать гладкую кожу на ладонях, а также псориатические бляшки. Однако в повседневной диагностической практике 100 МГц датчики применяются редко из-за малой глубины визуализации и высокой стоимости.

Высокочастотные УЗ-системы применяют для наблюдения за воспалительным процессом и отеком дермы. С его помощью можно определить, поддается ли воспаление проводимому лечению. Это важно при ведении пациентов с хроническими воспалительными кожными патологиями (дерматиты, псориаз), а также острыми воспалительными реакциями (например, в постоперационном периоде, при травме, фотоповреждении и т. п.). Ультразвуковая техника позволяет хорошо визуализировать и рассчитывать такие ранозаживляющие процессы, как накопление коллагена и реэпителизация.

Высокочастотное УЗ-оборудо-вание с 20 МГц датчиками обычно используют для предварительной оценки и постоперационном отслеживании опухолей кожи. Метод дает важную информацию о размерах (и особенно толщине) различных опухолей кожи, включая меланому кожи, базальноклеточную и плоскоклеточную карциному. Данная информация имеет важное практическое значение, особенно при меланоме, поскольку объем хирургических процедур на коже (границы иссечения, контрольная биопсия узла) зависит от толщины новообразования. Злокачественные опухоли визуализируются в основном как гипоэхогенные структуры в гиперэхогенной дерме. Гипоэхогенные – потому что в теле злокачественного образования развита сосудистая сеть, а это значит, в этом участке кожи много «эхопрозрачной» воды.

Высокочастотное ультразвуковое сканирование позволяет изучать изменения структуры кожи при различных патологиях – псориаз, склеродермия, атрофодермия Пазини–Пьерини, сосудистые и пигментные новообразования, экзема, атопический дерматит, возрастные изменения.

Еще одним применением высокочастотного ультразвукового сканирования является исследование эффективности терапии акне. Ультразвук позволяет оценить состояние эпидермиса, дермы, подкожно-жировой клетчатки, волосяных фолликулов и сальных желез. На эхограммах акне проявляется выраженным снижением эхогенности дермы, соответствующим папуло-пустулезным элементам, увеличенными сальными железами, истончением эпидермиса, неровностью его контуров и неравномерностью эхоструктуры. Положительная динамика лечения акне сопровождается нормализацией структуры эпидермиса и дермы, утолщением эпидермиса, выравниванием контуров, что косвенно свидетельствует о восстановлении барьерной функции кожи.

УЗ-сканирование кожи наряду с другими неинвазивными методами (оптическая когерентная томография) позволяет частично отказаться от инвазивных методов изучения изменений дермы и эпидермиса под влиянием различных факторов, в частности фототерапевтических воздействий. Примером может являться исследование кожи больных витилиго и оценка безопасного воздействия на такую кожу эксимерного УФ-лазера. УЗ-сканирование предоставляет уникальную возможность исследовать динамику и характер фотобиологических процессов, происходящих в коже, поэтому его можно использовать не только с целью изучения эффективности, но также и безопасности фототерапевтического воздействия.

В последнее время предметом особого интереса является разработка и внедрение методов коррекции эстетических недостатков кожи лица и тела. Одной из самых актуальных задач эстетической медицины является решение проблемы целлюлита – отечно-фибросклеротической панникулопатии. Высокочастотное УЗ-сканирование является информативным методом объективной оценки антицеллюлитных воздействий на кожу.

20 МГц эхография является надежным, неинвазивным и безопасным методом точного контроля при проведении инъекционных процедур. В качестве примера можно рассмотреть внутридермальное введение вакцины под контролем 20 МГц 3 D-ультразвукового сканера.

Сканирование позволяет с высокой точностью контролировать глубину введения вакцины в дерме и затем оценить реакцию на вакцину после построения 3 D-модели волдыря и расчета его размеров и объема. Аналогично можно контролировать введение и оценивать эффективность введения дермальных наполнителей.

7,5–10 МГц сонография

Дерматологические приложения для В‑скан-ультразвука с 7,5–10 МГц датчиками, идентификация и описание подозрительных при пальпации структур в подкожном слое (твердые, цистоподобные и групповые), а также оценка периферических лимфатических узлов (рис. 9). Благодаря отличающимся эхо-паттернам, дифференцирование воспаленных и содержащих метастазы лимфоузлов возможно во многих случаях. Кроме того, 7,5–10 МГц сонография применяется для изучения глубоких участков крупных опухолей, оценки их взаиморасположения с нервами и сосудами, чтобы дать решающую дооперационную информацию.

Таким образом, этот тип сонографии играет важную роль не только в дооперационном периоде (первичное определение стадии), но также и при отслеживании пациентов со злокачественными опухолями кожи, главным образом с меланомами, саркомами, эпителиальными опухолями и лимфомами. Вдобавок ультразвуковое сканирование может применяться для мониторинга как подкожных метастазов, так и метастазов в лимфоузлах, например, во время химиотерапии.

Хотя сонография в реальном времени дает много подсказок, помогающих дифференцировать доброкачественные и злокачественные изменения в лимфоузлах, она не может заменить гистопатологическое исследование. Другими словами, метастазы меланомы не могут быть дифференцированы от другой опухоли. Качество информации очень зависит от навыков и опыта оператора, а также от специальных клинических настроек и задаваемых вопросов.

Цветная допплеровская сонография (нативная и с усилением сигнала)

Цветная допплеровская сонография (ЦДС) расширяет диапазон УЗ-диагностики. Например, появляется возможность оценить васкуляризацию поверхностных лимфатических узлов. ЦДС сочетает ультразвук с серой шкалой и импульсную допплеровскую технику. В В‑режиме сканирования в реальном времени текущая кровь отображается в цвете, накладываясь на изображение в серой шкале. Цветовой код отражает сдвиг частоты, который зависит от скорости потока и угла звукового пучка по отношению к кровотоку. Для визуализации васкуляризации в небольших сосудах лимфоузлов необходимо ультразвуковое оборудование с «режимом медленного потока».

В соответствии с ранними ангиографическими исследованиями, изменения в сосудистом русле лимфатических узлов, вовлеченных в метастазы, могут быть вызваны качественными или количественными изменениями перфузии вследствие некроза или артериовенозных шунтов.

Различия внутриузловых сосудистых рисунков, характерных для реактивной или злокачественной лимфаденопатии, могут быть обнаружены с использованием нативной ЦДС. Эти качественные сосудистые модели сложны для обнаружения в очень маленьких метастазах, например, в тех, которые локализованы на периферии реактивного лимфоузла. В таких клинических ситуациях предполагается применение контрастирующих агентов. Контрастирующие агенты были изначально разработаны для облегчения исследования сосудов, таких, как транскраниальные артерии, почечные артерии или портальная вена.

Перед внутривенным применением контрастирующий агент взбалтывают, что приводит к фрагментации микрочастиц со связыванием их на маленьких воздушных пузырьках. Это вызывает увеличение рассеяния, что приводит к усилению сигнала, которое может использоваться для диагностики кровотока даже в очень маленьких сосудах (0,1–0,3 мм в диаметре). Внутривенное применение контрастирующих агентов улучшает визуализацию топографии сосудов в лимфоузлах у пациентов с плоскоклеточными карциномами головы и шеи и в лимфоузлах у пациентов со злокачественными лимфомами.

Хотя ЦДС с усилением сигнала не рекомендуется в качестве повседневного диагностического метода, она может быть полезной для диагностики небольших лимфоузлов с неопределенными результатами при В‑сканирующем исследовании и нативной ЦДС, особенно для предотвращения нежелательной хирургии небольших реактивных лимфоузлов.

Относительно недавно появились усилители сигнала второго поколения для диагностики лимфоузлов у пациентов с опухолями головы и шеи. Преимущество этих новых усилителей сигнала в пролонгированном периоде усиления контраста, приводящем к улучшенному контрастированию по сравнению с усилителями сигнала первого поколения. Новые контрастирующие агенты представляют интерес при диагностике неоплазм печени и почек. Их использование также важно при оценке лимфатических узлов у пациентов с меланомой.

Тонкоигольная аспирационная цитология с УЗ-сопровождением

Метод тонкоигольной аспирационной цитологии широко используется в общей онкологии для подтверждения диагноза в сомнительных случаях. Он также может применяться как дополнительный диагностический метод при подозрительных повреждениях, обнаруженных при клиническом обследовании или обычной сонографии в В‑режиме у дерматоонкологических пациентов, особенно у пациентов с подозрением на меланому. Для проведения тонкоигольной аспирационной биопсии используется специальное оборудование. Чтобы быть уверенным во взятии нужного образца, процедура аспирации должна сопровождаться ультразвуковым В‑сканированием для контроля точного положения конца иглы. Случайный забор соседней ткани предотвращается включением аспирации исключительно в интересующем участке.

Для проведения цитологического исследования, аспират наносят на стекло и окрашивают (например, по Мэю–Гимсу–Гранвальду). Данные, полученные из специализированных центров, где работают врачи, прошедшие соответствующее обучение, показывают чувствительность данного метода до 95% и специфичность до 100%.

Несмотря на то, что данный метод пока еще используется не во всех медицинских центрах, занимающихся меланомой, она может рассматриваться в будущем как минимально-инвазивная процедура в диагностике сомнительных подкожных повреждений для предотвращения нежелательной диагностической хирургии.

Заключение

Эффективность проведения любых лечебных мероприятий во многом определяется точностью диагностики. Ультразвуковое исследование кожи in vivo не имеет разрешения, получаемого, например, при гистологическом исследовании, однако его преимуществами являются неинвазивность и мгновенный результат, а также возможность проведения неоднократных исследований любого участка кожного покрова с анализом микроструктуры ткани in situ.

Еще одно неоспоримое достоинство ультразвукового исследования кожи – абсолютная безопасность. Его можно использовать многократно для динамического наблюдения и с целью первичной и уточняющей диагностики. Высокочастотное ультразвуковое сканирование с использованием 20–50 МГц датчиков хорошо зарекомендовало себя для неинвазивной визуализации границ опухолей кожи, оценки воспалительных заболеваний кожи и измерения толщины кожи. Воспроизводимость измерений датчиком 20 МГц совершенно удовлетворяет всем требованиям. Это подразумевает, что всегда в заданных условиях измерений результаты исследований, полученные одним и тем же или двумя разными операторами, работающими на одном и том же приборе, могут сопоставляться в сравнительных клинических испытаниях, даже если это испытание будет проспективным исследованием, где факторы, меняющиеся в течение суток, могут играть роль.

Ультразвуковое сканирование 7,5–10 МГц датчиками демонстрирует очень хорошую чувствительность (до 99,2%) и превосходную специфичность (99,7%) в диагностике метастатических изменений в периферических лимфоузлах, а также при оценке опухолей мягких тканей.

К «неудобствам» ультразвукового метода исследования кожи следует отнести необходимость высокой квалификации исследователя, так как при недостаточном опыте врача информативность метода значительно снижается. В европейских странах (например, в Германии) практику дерматологической онкологии без регулярных ультразвуковых обследований практически невозможно себе представить, а курс обучения этому диагностическому методу включен в обязательную программу обучения врачей-дерматологов.

Ультразвуковое исследование кожи является неинвазивным, недорогим, точным и воспроизводимым методом диагностики и в ближайшем будущем без сомнения станет диагностическим стандартом в дерматологической и косметологической практике.

Статья была опубликована в журнале «Косметика и медицина» 2/2010. Публикуется с разрешения издателя