Ультразвуковая диагностика заболеваний желудочно-кишечного тракта

Методы визуализации, такие как КТ, УЗИ, МРТ и ПЭТ, широко используются в современной клинической медицине. Все эти технологии можно использовать для получения изображений желудочно-кишечного тракта. Благодаря своей экономичности, неинвазивности и отсутствию ионизирующего излучения УЗИ пользуется популярностью у как у врачей, так и у пациентов. На сегодняшний день разработаны следующие ультразвуковые методики:

• эндоскопическая ультрасонография,
• 3D/4D УЗИ,
• УЗИ с контрастным усилением,
• ультразвуковая эластография,
• визуализация скорости деформации и лечения под ультразвуковым контролем в сочетании с другими технологиями, которые уже использовались для диагностики и лечения заболеваний пищеварительного тракта.

Принципы формирования изображения стенки ЖКТ

После того, как ультразвуковая волна отражается тканями человека, обратная волна, принимаемая ультразвуковым датчиком, формирует изображения на ультразвуковом приборе. Луч ультразвука формирует яркие сигналы при встрече с коллагеном и жиром; напротив, при встрече с мышцами образует тусклые гипоэхогенные образования. Кроме того, поскольку разные ткани имеют разное акустическое сопротивление, на границе между разными тканями формируется интерфейсный ультразвук. Ультразвуковые границы становятся шире уже под действием ультразвука более низкой организации. На УЗИ 7,5-12,5 МГц можно наблюдать 5-слойную структуру звукового образа стенки пищеварительного тракта. Первый слой, наблюдаемый с помощью ультразвукового эндоскопа, происходит от границы между водным слоем желудочно-сосудистой полости и поверхностью слизистой оболочки. Первый слой едва заметен, только в случае, когда водные мешочки вокруг ультразвукового датчика заполнены водой и прилипают к слизистой оболочке. Второй слой, оставщаяся слизистая оболочка, имеет гипоэхогенную окраску. Третий слой, соответствующий нижнему отделу слизистой, имеет сильную эхогенность. Четвертый слой, соответствующий musculis propria, имеет гипоэхогенную структуру. Пятый слой в основном соответствует субсерозному и наружным оболочкам. Однако по данным УЗИ третий слой толще нижней части слизистой оболочки, а четвертый слой тоньше собственной мышечной оболочки. 

Срезы тканей стенки пищеварительного тракта на УЗИ

Kimmey и его коллеги сравнивали срезы тканей стенки пищеварительного тракта, полученные в результате оперативных или трупных иссечений, с соответствующей ультрасонографией. Они обнаружили, что фактически соответствующие отношения пятислойной ультрасоноскопии нормальной стенки и тканей пищеварительного тракта представляют собой: поверхностную слизистую оболочку, глубокую слизистую оболочку, подслизистую оболочку и пограничный эхо-слой между подслизистой оболочкой и собственной мышечной оболочкой, за исключением пограничного эхо-слоя между собственной мышечной оболочкой, и подслизистая, серозная оболочка и жировой слой под серозной оболочкой. Толщина граничных эхо-сигналов зависит от продольного разрешения ультразвукового детектора. Толщина высокочастотного зонда составляет около 300 мкм. Строение слизистой оболочки на самом деле сложное, включая поверхностную слизистую оболочку, мышечную слизистую оболочку и подслизистую оболочку. Однако, эту сложную структуру невозможно различить с помощью низкочастотного ультразвука, так как акустическая толщина нормальной мышечной слизистой оболочки тоньше, чем пограничная эхо-область между мышечной слизистой оболочкой и собственной мышечной оболочкой, что приводит к размытому эхосигналу мышечной слизистой оболочки пограничным эхом. При применении высокочастотного ультразвука (выше 20 МГц) или утолщении мышечной оболочки слизистого слоя, можно наблюдать различные части исходного третьего слоя. При исследовании под слизистой оболочкой появятся два эхосигнала: поверхностный, с сильной эхогенностью, является пограничным эхом между собственной мускулатурой и слизистой оболочкой, а более глубокий сигнал с тусклым эхом представляет собой собственно мышечную оболочку слизистой оболочки. Кроме того, обнаружено, что эхо высокого уровня появляется в том месте, где эхо низкого уровня раньше находилось в четвертом слое при высокочастотном ультразвуке. Вероятно, это отголоски фиброзного сплетения между внутрикруговыми мышцами и наружно-продольными мышцами или пограничные отголоски между двухслойными мышцами. Однако не доказано, что для диагностики клинических заболеваний желудочно-кишечного тракта будет полезно наблюдение еще нескольких слоев.

Трансабдоминальное ультразвуковое исследование при заболеваниях ЖКТ

Из-за газов в желудочно-кишечном тракте трудно четко визуализировать пищеварительный тракт и органы в брюшной полости при трансабдоминальном УЗИ. Требуются особые условия для наблюдения иерархической структуры пищеварительного тракта или заболеваний органов пищеварения, например, наполнение желудка пациента жидкостью, что дает возможность визулизировать иерархическую структуру стенки желудка и язвы желудка. Кроме того, возможно успешное использование УЗИ для диагностики воспаления брыжейки червеобразного отростка, для визуализации иерархической структуры аппендикса. По сравнению с трансабдоминальной ультрасонографией, высокочастотное ультразвуковое исследование значительно улучшает наблюдение за желудочно-кишечным трактом. Для определения толщины и структуры с помощью УЗИ используются частоты 8-12 МГц, где выявлены спустя время усредненные нормы: средняя толщина 0,9-1,2 мм от тощей кишки до сигмовидной кишки; 2,1 мм антральный отдел отдела и 1,6 мм двенадцатиперстная кишка. Из-за интерференции кишечного содержимого трудно четко увидеть тонкую кишку и стенку толстой кишки.

Ультразвуковая эластография

Как и при других органических заболеваниях, трудность диагностики поражений желудочно-кишечного тракта заключается в различении доброкачественных и злокачественных поражений, как при диагностике аденомы, миомы, изъязвления и воспаления. Недавно появился новый вид ультразвуковой технологии, основанный на эластопластичности, называемый ультразвуковой эластографией или технологией визуализации деформации в реальном времени. Смысл ультразвуковой эластографии заключается в том, чтобы оказать внутреннюю или внешнюю статическую/квазистатическую стимуляцию. Комбинируя ультразвуковую визуализацию с цифровой обработкой сигналов или методом цифровой обработки изображений, можно оценить изменения внутри тканей и прямо или косвенно отразить модуль упругости внутри тканей. В результате ультразвуковая эластография может различать твердую и мягкую части стенки пищеварительного тракта, дифференцироваь ткани разной твердости. Ультразвуковая эластография служит ориентиром при определении доброкачественных и злокачественных тканей, показывая границу между нормальными и аномальными тканями, поскольку фиброз делает ткани более твердыми при раке. По типам стимуляции ультразвуковую эластографию можно разделить на статическую, компрессионную, квазистатическую компрессионную эластографию, эластографию кровеносных сосудов, эластографию миокарда, низкочастотную вибрационно-стимулирующую ультразвуковую эластографию, мгновенную или импульсную эластографию на основе импульсного возбуждения и быстрой ультразвуковой системы, импульсную эластографию с акустическим радиационно-силовым возбуждением, радиационносиловую эластографию. Ультразвуковая эластография, используемая в настоящее время, представляет собой комбинацию эластографии и ультразвука в B-режиме, в основном используемого для диагностики поражений молочной железы, щитовидной железы и простаты. Исследование на пищеварительной системе показали, что чувствительность, специфичность, точность ультразвуковой эластографии составляют 93,4%, 92,5%, и 85,4% соответственно при диагностике образований ЖКТ.  Исследования также показали, что болезнь Крона в активной фазе имеет более высокую скорость деформации, чем активный язвенный колит. С помощью эластографии можно диагностировать функциональное желудочно-кишечное расстройство и функциональную диспепсию. 

УЗИ с контрастными веществами

УЗИКУ (ультразвуковое исследование с контрастным усилением) — это своего рода технология визуализации, при которой контрастный агент вводится в кровеносные сосуды для улучшения визуализации. Микропузырьки контрастного агента вибрируют под действием ультразвука и рассеивают сильные ультразвуковые сигналы, что является наиболее важной характеристикой. Микропузырьки контрастных агентов первого поколения содержат воздух в микропузырьках, а их оболочки сделаны из полимера, такого как галактоза. Контрастные агенты второго поколения имеет обернутый внутри инертный газ высокой плотности с диаметром менее 6 мкм. УЗИКУ позволяет получить картину реваскуляризации, что способствует оценке жизнеспособности тканей, выявлению острого/хронического воспаления. Girlich и его коллеги обнаружили, что перфузия нормальной кишечной стенки и воспаленной различна. Выявлено, что активность болезни Крона возможно оценивать с помощью контрастного гармонического ультразвука с количественным анализом кривой «время-интенсивность». Также можно оценить эффективность противоопухолевого препарата на желудочно-кишечный тракт, путем оценки кривых интенсивности сигнала после инъекции контрастным агентом. 

3D- и 4D-УЗИ 

3D-УЗИ более информативное, чем двухмерное изображение, и демонстрирует пространственную форму объекта наблюдения. Технология представляет собой 3D реконструкцию ультразвуковых данных с помощью программного обеспечения, которое содержит различные схемы окраски, поэтому любые срезы могут быть разделены или рассчитаны.Трехмерная ультразвуковая реконструкция кишечника хорошо зарекомендовала себя при визуализации грыжи, язвенного колита, болезни Крона, кишечного абсцесса и опухоли. По мере развития компьютерной обработки данных было достигнуто 3D-УЗИ в реальном времени, что привело к так называемому 4D-УЗИ. Слоистая структура стенки пищеварительного тракта и перистальтика кишечника могут быть динамически представлены с помощью 4D-УЗИ.

Список литературы:

1. Nylund K, Hausken T, Odegaard S, Eide GE, Gilja OH. Gastrointestinal wall thickness measured with transabdominal ultrasonography and its relationship to demographic factors in healthy sub- jects. Ultraschall Med 2012; 33: E225-232. 
2. Kimmey MB, Martin RW, Haggitt RC, Wang KY, Franklin DW, Silverstein FE. Histologic correlates of gastrointestinal ultrasound images. Gastroenterology 1989; 96: 433-441. 
3. Nylund K, leh s, Immervoll H, Matre K, Skarstein A, Hausken T, Gilja OH, Birger Nesje l, Degaard D. Crohn's disease: Comparison of in vitro ultra- sonographic images and histology. Scand J Gastroenterol 2008; 43:719-726. 
4. Odegaard S, Nesje LB, Laerum OD, Kimmey MB. High-frequency ultrasonographic imaging of the gastrointestinal wall. Exp Rev Med Dev 2012; 9: 263-273. 
5. Hwang JH, Kimmey MB. The incidental upper gastrointestinal subepithelial mass. Gastroenterology 2004; 126: 301-307. 
6. Hwang JH, Rulyak SD, Kimmey MB. American Gastroenterological Association Institute technical review on the management of gastric subepithelial masses. Gastroenterology 2006; 130: 2217-2228. 
7. Puli SR, Reddy JB, Bechtold ML, Antillon D, Ibdah JA, Antillon MR. Staging accuracy of esophageal cancer by endoscopic ultrasound: a meta-analysis and systematic review. World J Gastroenterol 2008; 14: 1479-1490. 
8. Puli SR, Batapati Krishna Reddy J, Bechtold ML, Antillon MR, Ibdah JA. How good is endoscopic ultrasound for TNM staging of gastric cancers? A meta-analysis and systematic review. World J Gastroenterol 2008; 14: 4011-4019. 
9. Puli SR, Bechtold ML, Reddy JB, Choudhary A, Antillon MR, Brugge WR. How good is endoscopic ultrasound in differentiating various T stages of rectal cancer? Meta-analysis and systematic review. Ann Surg Oncol 2009; 16: 254-265. 
10. Hwang JH, Saunders MD, Rulyak SJ, Shaw S, Nietsch H, Kimmey MB. A prospective study comparing endoscopy and EUS in the evaluation of GI subepithelial masses. Gastrointest Endosc 2005; 62: 202-208. 
11. Odegaard S, Nesje LB, Hoff DA, Gilja OH, Gregersen H. Morphology and motor function of the gastrointestinal tract examined with endosonography. World J Gastroenterol 2006; 12: 2858-2863. 
12. Taniguchi DK, Martin RW, Trowers EA, Dennis MB, Odegaard S, Silverstein FE. Changes in esophageal wall layers during motility: measurements with a new miniature ultrasound suction device. Gastrointest Endosc 1993; 39: 146-152. 
13. Arslan G, Degaard S, Elsayed S, Florvaag E, Berstad A. Food allergy and intolerance: response to intestinal provocation monitored by endosonography. Eur J Ultrasound 2002; 15: 29-36. 
14. Abbas O, Mahalingam M. Desmoplasia: not always a bad thing. Histopathology 2011; 58: 643-659. 
15. Arcidiacono PG. Endoscopic ultrasound elastography. Gastroenterolo Hepatol 2012; 8: 48-67. 
16. Rustemovic N, Cukovic-Cavka S, Brinar M, Radi D, Opacic M, Ostojic R, Vucelic B. A pilot study of transrectal endoscopic ultrasound elastography in inflammatory bowel disease. BMC Gastroenterol 2011; 11: 113. 
17. Gilja OH, Heimdal A, Hausken T, Gregersen H, Matre K, Berstad A, Odegaard S. Strain during gastric contractions can be measured using Doppler ultrasonography. Ultrasound Med Biol 2002; 28: 1457-1465. 
18. Gilja OH, Hatlebakk JG, Odegaard S, Berstad A, Viola I, Giertsen C, Hausken T, Gregersen H. Advanced imaging and visualization in gastrointestinal disorders. World J Gastroenterol 2007; 13: 1408-1421. 
19. Migaleddu V, Quaia E, Scano D, Virgilio G. Inflammatory activity in Crohn disease: ultrasound findings. Abdom Imaging 2008; 33: 589-597. 
20. Girlich C, Jung EM, Iesalnieks I, Schreyer AG, Zorger N, Strauch U, Schacherer D. Quantitative assessment of bowel wall vascularisation in Crohn's disease with contrast-enhanced ultrasound and perfusion analysis. Clin Hemorheol Microcirc 2009; 43: 141-148. 
21. Конотопцева Анастасия Николаевна, Лагунова Татьяна Павловна Ультразвуковое исследование желудочно-кишечного тракта при острых состояниях у детей // Acta Biomedica Scientifica. 2012. №4-2 (86). 
22. Малихова О. А., Поддубный Б. К., Поддубная И. В. Эндоскопическое ультразвуковое исследование в диагностике лимфом желудка // Вестн. РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН. 2007. №3.