Artefakty w USG narządu ruchu

Na ekranie bywa coś, czego w tkankach nie ma: kopia ścięgna po drugiej stronie zarysu kości, równoległe jasne linie w torbieli, kolor przy zwapnieniu bez przepływu. Za takie artefakty w USG nie odpowiada usterka aparatu, tylko kilka uproszczonych założeń, na których aparat buduje obraz. Tkanki narządu ruchu – kość, zwapnienia, zakrzywione ścięgna, płyn w kaletkach – łamią je regularnie. Jedne artefakty maskują zmiany albo je udają, inne niosą o tkance informację, jakiej sama skala szarości nie daje.

Skąd biorą się artefakty w USG: założenia aparatu

Głębokość punktu aparat wylicza z czasu powrotu echa, jasność z jego siły, i przyjmuje przy tym założenia wymienione w przeglądzie artefaktów Hindi i wsp. [2]:

• fala biegnie po linii prostej i ze stałą prędkością,
• jedynym źródłem dźwięku jest głowica,
• tłumienie jest jednakowe w całym przekroju,
• każda struktura daje jedno echo,
• warstwa obrazowana jest nieskończenie cienka.

Prędkość aparat przyjmuje jedną, 1540 m/s, czyli średnią dla tkanek miękkich. W rzeczywistości dźwięk biegnie wolniej w tkance tłuszczowej (około 1450 m/s) i w płynie (około 1480 m/s) [2], a w mięśniu szybciej – Wu i wsp. podają 1580 m/s [1]. Gdy któreś założenie zawodzi, coś na ekranie się przesuwa albo dubluje, a czasem znika. Zwykły podział idzie za tym, co zawiodło: artefakty z tłumienia, z wielokrotnych odbić, z kąta padania wiązki i artefakty Dopplera.

Cień akustyczny i wzmocnienie akustyczne – artefakty z tłumienia

Cień akustyczny

Pod strukturą, która silnie tłumi wiązkę, ciągnie się ciemne pasmo, czyli cień akustyczny. Do tkanek leżących głębiej dociera tak mało fali, że nie wraca z nich użyteczne echo. W narządzie ruchu cień daje głównie warstwa korowa kości, zwapnienia w ścięgnach, metal i gaz [1].

Wygląd cienia zależy od tego, co go wywołuje. Za zwapnieniem i kością cień jest czysty – jednolicie bezechowy, bo kość i zwapnienie odbijają dużą część energii, a resztę pochłaniają; wtórne odbicia nie mają z czego powstać [2]. Za gazem cień jest brudny: w ciemnym pasie widać niejednorodne, słabe echa. Gaz odbija niemal całą falę, ta wraca do warstw leżących nad nim, odbija się ponownie i w obszarze cienia pojawiają się wtórne echa [1, 2]. Trzecia postać to cień częściowy, hipoechogeniczny zamiast bezechowego, widoczny za zwapnieniem rozfragmentowanym [1] albo tak małym, że wiązka w tym miejscu jest szersza od niego. Hindi i wsp. podają tu granicę około 0,5 mm [2]. Brak pełnego cienia nie wyklucza zatem drobnych zwapnień.

Cień pomaga: silne echo z czystym cieniem za sobą to typowy obraz zwapnienia. Przeszkadza, gdy jest szeroki, bo duże zwapnienie zasłania tkanki pod sobą. Zespół Wu opisuje obejście tego problemu z boku struktury, pod innym kątem [1]. Na wyrazistość cienia wpływa też ustawienie focusu: przesunięty na głębokość zwapnienia zwęża wiązkę w tym miejscu i cień staje się wyraźniejszy, a głowice o wyższej częstotliwości pokazują cień łatwiej niż niskoczęstotliwościowe [2].

Wzmocnienie akustyczne za płynem

Odwrotnie działa wzmocnienie akustyczne (tylne wzmocnienie, w przeglądach anglojęzycznych increased through-transmission). Płyn tłumi falę słabiej niż tkanka lita, więc do warstw leżących pod zbiornikiem dociera więcej energii niż do tkanek na tej samej głębokości obok. Aparat zakłada jednakowe tłumienie i kompensuje je jednakowo, dlatego pas pod płynem jest jaśniejszy od sąsiedztwa [2].

W ocenie bezechowego lub hipoechogenicznego ogniska wzmocnienie przemawia za płynem: Wu i wsp. pokazują je za torbielą Bakera, przy zapaleniu kaletki i za wysiękiem w stawie [1]. Samo niczego nie przesądza, bo część zmian litych także słabo tłumi falę [2]. Obniżenie wzmocnienia w głębszej części obrazu osłabia ten efekt i odsłania strukturę leżącą pod płynem [1]. Wzmocnienie może też powstać bez płynu, z przesadnie podniesionych dolnych suwaków TGC [1]; ich ustawianie opisano przy głębokości, gainie i focusie. Obrazowanie złożone (spatial compounding), składające obraz z kilku kątów, rozmywa wzmocnienie [2].

Artefakt pogłosu, ogon komety i obraz lustrzany

Pogłos

Fala trafia między dwie równoległe, silnie odbijające powierzchnie i odbija się między nimi kilka razy, zanim wróci do głowicy. Aparat zakłada jedno odbicie i każde kolejne, opóźnione echo rysuje głębiej. Tak powstaje artefakt pogłosu (rewerberacja), czyli seria równoległych, jasnych linii w równych odstępach, coraz słabszych w głąb [2]. Przy badaniu stawów i ścięgien dają go najczęściej igła i implanty metalowe [1]. Słabnie, gdy wiązka pada skośnie do powierzchni odbijającej [1].

Podobne linie w dużej torbieli, przypominające przegrody, mają inne źródło. Echo od tylnej ściany zbiornika wraca dopiero po wysłaniu kolejnego impulsu i aparat rysuje je zbyt płytko. To artefakt niejednoznaczności zasięgu; Wu i wsp. opisują jego osłabienie po obniżeniu częstotliwości powtarzania impulsów [1].

Ogon komety i artefakt „dzwonienia”

Ogon komety jest odmianą pogłosu: odbicia następują tak blisko siebie, że zlewają się w jasny, zwężający się w głąb trójkąt [1, 2]. Daje go metal, w tym igła. W procedurach pod kontrolą USG pogłos na trzonie igły ułatwia jej odnalezienie w obrazie [1].

Podobnie wygląda artefakt „dzwonienia” (ring-down), ale mechanizm jest inny. Wiązka pobudza drobne pęcherzyki gazu do drgań, a one same wysyłają falę w stronę głowicy, co daje ciągłe pasmo za gazem [1, 2].

Artefakt lustrzany

Za silnie odbijającą powierzchnią może pojawić się kopia struktury leżącej przed nią, w tej samej odległości od „lustra”. Fala odbita od takiej powierzchni trafia w strukturę, wraca tą samą drogą i dociera do głowicy później. Aparat umieszcza ją zatem głębiej [2]. Lustrem bywa zarys kości: Wu i wsp. pokazują kopie ścięgien prostowników promieniowych nadgarstka za korą kości promieniowej i kopię mięśnia nadgrzebieniowego po drugiej stronie grzebienia łopatki [1]. Kopię łatwo rozpoznać głównie wtedy, gdy struktura leży blisko powierzchni odbijającej; obniżenie wzmocnienia w głębszej części obrazu ją osłabia [1].

Artefakty zależne od kąta i krzywizny

Anizotropia

Pod skośną wiązką ścięgno ciemnieje, a w mniejszym stopniu także mięśnie, więzadła i nerwy. Według przeglądu Hindi i wsp. wystarcza odchylenie wiązki o 5° [2]. Ciemny odcinek prawidłowego ścięgna przypomina wtedy zmianę zwyrodnieniową albo przerwanie; Wu i wsp. podają przykład przyczepu ścięgna Achillesa i ścięgna głowy długiej mięśnia dwugłowego w bruździe [1]. Szerzej, na przykładzie ścięgien: Ścięgna w obrazie USG.

Cień krawędziowy

Od bocznych brzegów okrągłych lub owalnych struktur biegną w głąb wąskie ciemne pasma. To cień krawędziowy (cień brzeżny, refrakcyjny). Na zakrzywionej krawędzi wiązka pada prawie stycznie, ulega załamaniu i rozproszeniu, więc spod brzegu nie wraca echo [2]. Przy badaniu ścięgien i stawów takich struktur jest dużo, choćby poprzecznie przecięte ścięgno, torbiel czy guz nerwu. Zespół Wu opisuje cień przy brzegu ścięgna Achillesa, który można wziąć za pogrubione ościęgno. Kołysanie głowicy w osi długiej zmienia kąt wiązki i osłabia artefakt [1].

Załamanie fali działa też na płaskich granicach tkanek o różnej prędkości dźwięku, na przykład tłuszczu i mięśnia: aparat pokazuje głębiej leżące struktury płycej lub głębiej, niż leżą naprawdę, a igła przechodząca przez obie warstwy wydaje się zagięta [1].

Powietrze i brak żelu

Na granicy tkanki z gazem odbija się praktycznie cała energia impulsu [2] i głębiej obraz już nie powstaje. Warstwa powietrza między głowicą a skórą daje pionowe czarne pasy od samej powierzchni, a pęcherzyki w żelu – mniejsze pasma cienia. Od cienia za kością odróżnia je to, że zaczynają się tuż pod głowicą, a nie pod widoczną strukturą. Ilość żelu i docisk to temat tekstu o prowadzeniu głowicy.

Artefakty w USG dopplerowskim

Artefakt migotania

Za chropowatym, silnie odbijającym złogiem kolorowy Doppler potrafi pokazać szybko zmieniającą się mozaikę czerwieni i niebieskiego. Tak wygląda artefakt migotania (twinkling). Rahmouni i wsp. w grupie 140 kolejnych pacjentów ze zwapnieniami miąższowymi stwierdzili go w 42 zwapnieniach. W doświadczeniu in vitro artefakt pojawiał się za strukturami ziarnistymi, a za gładkimi powierzchniami sygnału koloru nie było [3]. Migotanie zależy od ustawień: częstotliwości powtarzania impulsów (PRF), wzmocnienia skali szarości, priorytetu koloru; znika, gdy focus leży powyżej jego źródła [2]. Przy badaniu ścięgien chodzi o zwapnienia. Autorzy pierwszego opisu uznali, że kolor przy zwapnieniu wymaga ostrożnej interpretacji, i zalecali zapis widma przepływu, aby artefakt wykluczyć [3]. Ten sam efekt bywa też pomocny: w diagnostyce kamieni moczowych migotanie wskazuje złóg, który w skali szarości słabo widać i który nie daje wyraźnego cienia [2].

Aliasing

Aliasing pojawia się, gdy prędkość przepływu przekracza zakres, który aparat może zmierzyć przy danym PRF (granica Nyquista). Kolor „zawija się” z jednego końca skali na drugi i przepływ wygląda na odwrócony; przejście następuje między jasnymi odcieniami, a nie przez czerń, jak przy prawdziwej zmianie kierunku [2]. Przy skali ustawionej nisko, do oceny drobnych naczyń, przepływ w większej tętnicy łatwo przekracza ten zakres. Hindi i wsp. wymieniają trzy sposoby usunięcia aliasingu: zwiększenie skali prędkości, przesunięcie linii bazowej i niższą częstotliwość [2].

Artefakty ruchowe

Ruch głowicy, pacjenta albo tętnienie pobliskiego naczynia przesuwa odbijające struktury i aparat bierze to za przepływ. Na ekranie pojawiają się wtedy chaotyczne plamy koloru [2]. Obszary bezechowe i hipoechogeniczne, czyli płyn i kaletki, są na nie bardziej podatne, bo filtr ruchu działa tam słabiej [2].

Czternaście artefaktów obok siebie

Artefakt	Mechanizm	Wygląd	Znaczenie
Cień akustyczny czysty	silne odbicie i pochłanianie (kość, zwapnienie)	jednolicie czarne pasmo w głąb	typowy dla zwapnienia; duży zasłania tkanki pod spodem
Cień brudny	odbicie od gazu i wtórne echa	ciemne pasmo z niejednorodnymi echami	wskazuje gaz
Cień częściowy	zwapnienie rozfragmentowane lub węższe od wiązki	hipoechogeniczne pasmo	brak pełnego cienia nie wyklucza drobnych zwapnień
Wzmocnienie akustyczne	słabe tłumienie w płynie	jaśniejszy pas pod zbiornikiem	przemawia za płynem; zbyt wysokie TGC daje podobny obraz
Pogłos	wielokrotne odbicia między równoległymi powierzchniami	równoległe linie w równych odstępach	wskazuje igłę lub metal
Niejednoznaczność zasięgu	echo wraca po wysłaniu kolejnego impulsu	linie w dużej torbieli	może udawać przegrody
Ogon komety	pogłos w metalu	jasny trójkąt zwężający się w głąb	wskazuje metal; pomaga zlokalizować igłę
Artefakt lustrzany	odbicie od silnie odbijającej powierzchni, np. kości	kopia struktury po drugiej stronie, np. za kością	może udawać strukturę w kości lub za nią
Anizotropia	skośne padanie wiązki	ciemny fragment ścięgna lub nerwu	udaje zmianę; znika przy prostopadłej wiązce
Cień krawędziowy	załamanie na zakrzywionym brzegu	wąskie ciemne pasma od brzegów	może udawać pogrubione ościęgno
Brak kontaktu, powietrze	całkowite odbicie na granicy z powietrzem	czarne pasy od samej skóry	łatwo wziąć za cień za strukturą
Migotanie	chropowata, silnie odbijająca powierzchnia	migająca mozaika kolorów za złogiem	może udawać naczynia; bywa wskaźnikiem zwapnienia
Aliasing	przepływ szybszy, niż pozwala PRF	kolor „zawinięty” na przeciwny	może udawać przepływ wsteczny
Artefakty ruchowe	ruch tkanek lub głowicy	chaotyczne plamy koloru	mogą udawać przekrwienie

Część zjawisk z tabeli potrafi udawać zmianę w kości, zwapnienie, ciało obce albo przekrwienie. Czy za obrazem stoi prawdziwa zmiana, ocenia lekarz w osobnym badaniu diagnostycznym. Dotyczy to również uzyskanego u fizjoterapeuty obrazu, który wydaje się jednoznaczny.

Źródła

1. Wu WT, Chang KV, Hsu YC, Hsu PC, Ricci V, Özçakar L. Artifacts in Musculoskeletal Ultrasonography: From Physics to Clinics. Diagnostics (Basel). 2020;10(9):645. doi:10.3390/diagnostics10090645. PMC7555047
2. Hindi A, Peterson C, Barr RG. Artifacts in diagnostic ultrasound. Reports in Medical Imaging. 2013;6:29–48. doi:10.2147/RMI.S33464
3. Rahmouni A, Bargoin R, Herment A, Bargoin N, Vasile N. Color Doppler twinkling artifact in hyperechoic regions. Radiology. 1996;199(1):269–271. PubMed 8633158