Informativeness of the doppler twinkling artifact in the diagnosis of urinary tract calculi

Full Text

Мочекаменная болезнь (МКБ) является распространенной урологической проблемой, сопровождающей в течение всей жизни около 10 % мужчин и 6 % женщин. Эти значения к тому же растут с каждым годом, особенно в развивающихся странах, в связи с повышением качества диагностики. Частота рецидивов МКБ остается высокой: в течение десяти лет от момента начала терапии они случаются в 60 % случаев [1].

В качестве неспецифических этиологических факторов развития МКБ помимо генетической предрасположенности, особенностей конституции, пола, возраста, образа жизни и питания [1] на первый план у взрослых пациентов выходят такие коморбидные состояния, как ожирение, артериальная гипертензия и хроническая болезнь почек [2]. В развитии МКБ у детей значительную роль играют семейный анамнез и факторы внешней среды, такие как неблагоприятные условия проживания, в том числе экологические, наличие вредных привычек у родителей или недоедание. Считается, что одним из наиболее значимых факторов риска уролитиаза являются метаболические нарушения: как изолированные, например ксантинурия, первичная гипероксалурия или цистинурия, так и системные, например почечный канальцевый ацидоз первого типа, синдром Леша–Нихена или муковисцидоз. Употребление пищи с высоким содержанием белка и поваренной соли, низким содержанием кальция и углеводов, недостаточный питьевой режим, аномалии развития мочевыделительной системы и инфекции также способствуют развитию заболевания у детей [3].

Уролитиаз может сопровождаться острой клинической картиной, в частности сильным болевым синдромом, и становиться причиной осложнений, требующих оперативного вмешательства. В связи с этим важна ранняя и достоверная визуализационная диагностика уролитиаза.

В настоящее время бесконтрастная компьютерная томография (КТ) является методом выявления данной патологии. При сканировании почек, мочеточников и мочевого пузыря чувствительность, специфичность и точность бесконтрастной КТ в диагностике уролитиаза, по данным многих авторов, колеблются в пределах 85–98 % [1, 2, 4, 5]. Недостатком данного метода биомедицинской визуализации является воздействие ионизирующего излучения. Это важно учитывать при проведении диагностических исследований у детей, у которых нежелательно использовать методы визуализации, сопряженные с ионизирующим излучением, за исключением случаев, в которых иные методы визуализации неинформативны или у пациента наблюдается выраженный некупируемый болевой синдром.

Ультразвуковая диагностика (УЗД) после КТ рассматривается как метод ранней диагностики мочевых конкрементов, отличающийся широкой распространенностью, доступностью и отсутствием воздействия ионизирующего излучения на пациента и медицинский персонал. По литературным данным, чувствительность УЗД достигает 80 %, а специфичность — 100 %. Однако следует учитывать, что диагностика конкрементов размерами 1–3 мм остается проблематичной. Это подтверждает тот факт, что 90 % конкрементов, которые визуализируются при УЗД, имеют размер 3 мм и более [5].

Конкременты в мочевыводящих путях (МВП) при УЗИ выявляют в B-режиме благодаря такому «классическому» достоверному признаку, как артефакт акустической тени (АТ) в режиме серой шкалы позади конкремента. Чувствительность АТ как признака уролитиаза составляет 70 %, а специфичность — 100 % [2]. Наличие АТ зависит от размеров конкрементов: чем больше конкремент, тем выше вероятность обнаружения артефакта АТ [6]. По данным ряда исследований, АТ обычно присутствует во всех случаях конкрементов размером более 9 мм, что позволяет считать ее достоверным признаком крупных конкрементов [2, 5].

В последние годы внимание врачей УЗД обратил на себя так называемый артефакт мерцания (АМ), или артефакт «цветного хвоста кометы», возникающий в режиме цветового допплеровского картирования позади конкремента в МВП (рис. 1). АМ представляет собой комплексный феномен в виде фокуса/очага быстрой смены (мерцания) красного и синего цветов позади отражающего объекта, т. е. конкремента [5, 7].

 

Рис. 1. Трансабдоминальные сонограммы (а, в): два конкремента (сплошные стрелки) размерами 3 и 4 мм в нерасширенных чашечках без четкой акустической тени. АМ каждого из конкрементов указан пунктирными стрелками на соответствующих изо- бражениях в режиме ЦДК справа (б, г)

 

Среди взрослых пациентов АМ показывает высокую чувствительность в определении конкрементов, однако одновременно с этим высокий уровень ложноположительных результатов, когда при визуализируемом АМ конкремента в той же локализации при КТ не обнаруживается [2, 8]. Интересно, что чувствительность АМ у детей выше, чем у взрослых. К тому же у детей доля ложноположительных находок значительно ниже, что можно объяснить особенностями морфологии почечного синуса в раннем возрасте. Также необходимо принимать во внимание то, что у взрослых могут быть и другие источники АМ, среди которых, например, кальцинированные атеросклеротические бляшки почечных артерий [8]. Тем не менее АМ при цветовом допплеровском картировании (ЦДК) представляется полезным УЗ-признаком в наблюдении пациентов с конкрементами.

Чувствительность и специфичность АМ как самостоятельного диагностического признака уролитиаза показывают очень высокую гетерогенность, особенно по сравнению с бесконтрастной КТ [1, 9]. По данным одного из исследований, чувствительность АМ составила 88 %, тогда как специфичность этого же признака рассчитать было невозможно из-за малого количества истинно- и ложноотрицательных находок [2].

По результатам другого исследования, чувствительность АМ к конкрементам размерами даже менее 5 мм составила 93,4 %, тогда как без использования ЦДК обнаружить конкременты удалось лишь в 19,7 % случаев [7].

Другие авторы, исследовавшие АМ у большой выборки пациентов (702 человека), описывают чувствительность и специфичность данного феномена как 97,2 и 99 %, соответственно. Размеры конкрементов, однако, при этом в 70,7 % случаев составляли от 5 до 10 мм [10].

По данным авторов, чувствительность и специфичность феномена АТ в сочетании с АМ (рис. 2) в определении конкремента МВП размером 5 мм и более составляет более 89 % и достигает 100 % в определении конкрементов размером 10 мм и более. Однако для конкрементов размерами 1–3 мм чувствительность и специфичность оказываются низкими: от 50 до 60 % [7].

 

Рис. 2. Трансабдоминальные сонограммы (а–г) двух пациентов: а — конкремент одного пациента размером 12 мм в нерасши- ренной лоханке с акустической тенью; в — конкремент другого пациента размером 8 мм в расширенной чашечке с акустической тенью. Конкременты указаны сплошными стрелками, акустическая тень — звездочкой. Соответствующие сонограммы в режиме ЦДК представлены на изображениях б и г. АМ каждого из конкрементов указан пунктирными стрелками

 

Чувствительность в диагностике конкрементов только B-режима и B-режима в сочетании с ЦДК, как показывают результаты другого исследования, составили 34,7 и 42,1 % соответственно, тогда как значения специфичности увеличились с 62,9 до 72,2 % [5], однако авторы не сообщают о статистической значимости этих изменений. Другие авторы сообщают об увеличении чувствительности при использовании B-режима в комбинации с ЦДК с 48,66 до 99,55 % [6]. Такая существенная разница и качественное улучшение результатов несомненно вызывают еще больший интерес к явлению АМ. Два исследования с наибольшим на сегодняшний день количеством пациентов-участников — 939 и 815 — сообщают о впечатляющих результатах чувствительности — 99,57 и 97,1 % соответственно [11].

Таким образом, можно прийти к заключению, что АМ при ЦДК в среднем повышает достоверность УЗИ в обнаружении конкрементов до более чем 90 % [9, 12].

Однако некоторые авторы, наоборот, сообщают о низкой чувствительности АМ (43,1 %), но очень высокой специфичности (99 %). Среди большой выборки пациентов (548 человек) только у 0,9 % при визуализируемом АМ не было обнаружено соответствующего ему конкремента на КТ [8].

Исследования, которые сообщают о низких показателях сразу двух параметров АМ (и чувствительности, и специфичности — равных 40 %), включали крайне малую выборку пациентов — от 5 до 85 человек. К тому же КТ проводилось перед УЗИ, что могло повлиять на результаты последнего и в итоге привело к низким показателям [11]. Необходимо помнить, что конкременты могут перемещаться в МВП, поэтому КТ и УЗИ следует проводить с небольшим временным промежутком (до 1 ч).

Эффективность АМ как возможного диагностического критерия нефролитиаза может быть высокой, но, тем не менее, неизвестно, почему некоторые конкременты вовсе не демонстрируют данный феномен, тогда как в других случаях он, наоборот, визуализируется при ЦДК и отсутствует на соответствующих КТ-изображениях. В настоящее время также нет достоверного объяснения как ложноположительным, так и ложноотрицательным находкам артефакта. Вероятно, в каждом отдельном случае при оценке изображений важно также учитывать скорость обтекания конкремента мочой, а также расстояние между конкрементом и стенкой почечной лоханки или мочеточника, так как эти параметры тоже могут влиять на наличие и выраженность АМ.

Более того, особенно интересно следующее наблюдение: у 90 % пациентов с ложноположительным АМ нефролитиаз в том или ином виде может визуализироваться на КТ-снимках по меньшей мере в одной из почек, даже если область визуализации не совпадает с локализацией АМ при ЦДК. С другой стороны, интересен и тот факт, что, даже несмотря на визуализируемый конкремент в B-режиме УЗИ, а также на подтверждение его наличия при помощи бесконтрастной КТ, АМ в режиме ЦДК у части пациентов отсутствовал [8]. Это еще раз подчеркивает сложность природы АМ и необходимость рассматривать не только сам факт его наличия или отсутствия, но и особенности как структуры конкремента, так и уродинамики в целом (рис. 3).

 

Рис. 3. Трансабдоминальные сонограммы (а, б) и бесконтрастные КТ-снимки (в, г) пациентки 49 лет: а — конкремент (сплошная стрелка) 6 мм в расширенной чашечке без четкой АТ; б — соответствующая сонограмма в режиме ЦДК, АМ указан пунктирной стрелкой; в и г — тот же конкремент, визуализируемый на снимках по длинной (в) и короткой (г) осям почки соответственно. Трансабдоминальные сонограммы (д, е) и бесконтрастные КТ-снимки (ж, з) пациента 60 лет: д — два конкремента (сплошные стрелки) 3 и 4 мм, без акустической тени, в юкставезикальном отделе правого мочеточника; е — соответствующая сонограмма в режиме ЦДК; АМ указаны пунктирными стрелками; ж и з — снимки бесконтрастной КТ в аксиальной плоскости, проведенной через 15 мин после УЗИ, — один конкремент по-прежнему в юкставезикальном отделе правого мочеточника (ж), а второй сме- стился в интрамуральный отдел правого мочеточника (з). Белым кругом обведен флеболит

 

На частоту возникновения и, соответственно, выявления АМ, как считается, преимущественно влияют характеристики самого конкремента, а именно его структура и характер поверхности, т. е. насколько она «шероховатая» (шероховатость поверхности — surface roughness). Более того, описана прямая зависимость между степенью шероховатости поверхности конкремента и выраженностью АМ [13, 14]. Тем не менее значимость этих факторов изучена не до конца.

Недавние исследования показали, что частота возникновения АМ также зависит от твердости и плотности конкремента, т. е. чем конкремент тверже и плотнее, тем более выраженным будет АМ. Конкременты, имеющие низкую плотность и ровную поверхность, могут обусловливать ложноотрицательные результаты у части пациентов [6].

Причины возникновения АМ изучены недостаточно. В отношении его физической природы в настоящее время придерживаются следующих рассуждений. Прежде всего необходимо помнить, что современные ультразвуковые допплеровские системы основаны на принципе измерения скорости рассеивателей излучения. Последовательность ультразвуковых импульсов с четко заданным периодом повторения посылается от датчика в зону визуализации, рассеивается в зависимости от характера среды и возвращается на датчик. При этом если исследуемая среда подвижна, возникает временна́я задержка импульсов, так как изменяется период следования между ними, что впоследствии обрабатывается алгоритмом как определенная скорость рассеивателя. Однако в ситуациях, когда нет задержки во времени, но есть некоторое изменение формы импульсов из последовательности, алгоритм определяет их как случайное изменение во времени и также присваивает некую скорость. Из-за нерегулярности колебаний формы эта скорость меняется хаотично и визуализируется как АМ.

Считается, что причиной колебаний формы импульсов, отраженных от конкрементов, является акустическая активация мельчайших пузырьков газа микронного и субмикронного размера, расположенных в неровностях поверхности конкремента. Происходит это благодаря колебанию акустического давления, возникающему при попадании последовательности импульсов на конкремент. Как результат акустической активации пузырьки газа выходят на поверхность конкремента, расширяются и активно рассеивают ультразвуковые импульсы, что при возвращении на датчик обусловливает нестабильность их формы [15].

В ходе эксперимента, проводившегося ex vivo в рамках недавнего исследования, были созданы гипер- и гипобарические условия, в которые помещали конкременты с разными поверхностями. Поверхность конкрементов классифицировали как «зазубренную» (неровная поверхность, много выступающих острых точек), «шероховатую» (неровная, грубая поверхность) или «ровную» (однородная поверхность без видимых выступающих точек). В гипобарических условиях отмечалось ослабление, тогда как в гипербарических условиях — усиление АМ, которое к тому же варьировало в зависимости от характера поверхности конкремента согласно классификации. Такие результаты позволили в очередной раз подтвердить предположение об АМ как о явлении рассеивания ультразвуковых импульсов микропузырьками в мельчайших трещинах на поверхности и внутри конкрементов, а также указать на диагностическую значимость уровня давления внутри МВП [13, 14].

Наличие и выраженность АМ также зависят от химического состава конкрементов. Кальций-оксалатные-дигидратные и кальций-фосфатные конкременты, как утверждают ряд авторов, всегда имеют АМ, тогда как конкременты из кальций-оксалата-моногидрата и уратные конкременты редко его имеют [1]. Другие авторы утверждают, что АМ сильнее выражен для холестероловых конкрементов по сравнению с кальций-фосфатными и уратными [13].

Настройки УЗ-аппарата также имеют значение в определении АМ. Так, одна из описанных настроек — частота повторения импульсов (Pulse Repetition Rate — PRR, Pulse Repetition Frequency — PRF) — не влияет на наличие АМ, но при ее увеличении до максимальных значений для данного аппарата можно снизить количество ложноположительных находок [2, 13, 14, 16].

Помимо всего прочего, малая осведомленность об АМ врачей, проводящих УЗИ, приводит к тому, что они не придают должного значения фокусам АМ, если они точечные, не имеют соответствующего гиперэхогенного участка в B-режиме или длинного «цветного хвоста кометы» [8, 16].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С нашей точки зрения, в будущем необходимо создание универсального алгоритма диагностики уролитиаза, включающего наряду с общепринятыми УЗ-признаками оценку наличия допплеровского АМ. Это сможет повысить внимательность лучевых диагностов при оценке полученных изображений, поскольку они будут систематически оценивать наличие или отсутствие одних и тех же специфических признаков, прежде чем дать заключение.

Мы считаем, что ЦДК и АМ всегда должны рассматриваться как дополнительный диагностический инструмент, комплементарный УЗИ в B-режиме, повышающий его чувствительность и специфичность. С целью оптимизации и создания универсального алгоритма выявления конкрементов МВП в B-режиме при проведении УЗИ должны комплексно учитываться такие параметры, как:

1) наличие и размер гиперэхогенного участка в режиме серой шкалы;

2) артефакт АТ в режиме серой шкалы;

3) АМ в режиме ЦДК.

Это позволит врачу, проводящему лучевое исследование, проанализировать выявленные изменения комплексно.

Все вышеперечисленные факты доказывают, что для оценки значимости АМ в диагностике конкрементов в мочевыделительной системе необходимо проведение дальнейших проспективных многоцентровых исследований с большой выборкой пациентов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Финансирование данной работы не проводилось.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этическая экспертиза. Этическая экспертиза не проводилась, так как статья носит обзорный характер и не содержит каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов изучения.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

About the authors

Vladimir V. Ryazanov

Saint Petersburg State Pediatric Medical University; Military Medical Academy

Email: 79219501454@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0037-2854
SPIN-code: 2794-6820

M.D., D.Sc. (Medicine); Assotiated Professor

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Gulnaz K. Sadykova

Saint Petersburg State Pediatric Medical University; Military Medical Academy

Email: kokonya1980@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6791-518X
SPIN-code: 3115-7430

M.D., Ph.D. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Igor S. Zheleznyak

Military Medical Academy

Email: igzh@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-7383-512X
SPIN-code: 1450-5053

M.D., D.Sc. (Medicine); Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Valeriy P. Kutsenko

Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: val9126@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9755-1906
SPIN-code: 5760-0218

M.D., Ph.D. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Angelina A. Libert

Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: angelinalbrt@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-0726-1809
SPIN-code: 6982-7498

6^th grade student

Russian Federation, Saint Petersburg

Roman A. Postanogov

Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: r.a.postanogov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0523-9411
SPIN-code: 8686-1597

radiologist

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalya Yu. Kuznetsova

Scientific Research Institute of Pulmonology

Author for correspondence.
Email: kznnataly@mail.ru
ORCID iD: 0009-0005-1057-5048

M.D., Ph.D. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

Emiliya N. Stolova

Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: emilinast@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-0590-9906
SPIN-code: 2779-4372

M.D., Ph.D. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files