8. ΕΝΟΤΗΤΑ 8 ΨΕΥΔΕΝΔΕΙΞΕΙΣ Σύνοψη Στην Ενότητα αυτή αναλύονται με αναλυτικά σχήματα και πραγματικά παραδείγματα όλες οι ψευδενδείξεις που εμφανίζονται στην υπερηχογραφική εικόνα όπως η αντήχηση, η ουρά κομήτη, το Ring down, το εναντιόμορφο είδωλο, η σκίαση, και η αύξηση έντασης κατά τη διάδοση. 8.1. Εισαγωγή Η σημαντική τεχνολογική πρόοδος που έχει επιτευχθεί στα σύγχρονα απεικονιστικά συστήματα υπερηχογραφίας δεν μπορεί να εξαλείψει την παρουσία ψευδενδείξεων (artifacts), οι οποίες υποβιβάζουν την ποιότητα της υπερηχογραφικής εικόνας και αποτελούν πρόκληση για κάθε χρήστη ενός τέτοιου συστήματος. Γενικά, στην ιατρική απεικόνιση, η έννοια ψευδένδειξη αντιπροσωπεύει τμήματα μιας εικόνας τα οποία δεν αποδίδουν σωστά τις πραγματικές δομές στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος. Οι ψευδενδείξεις αποτελούν δομές ή σχηματισμούς από ανακλάσεις στην υπερηχογραφική εικόνα και κατά βάση, είτε ή ένταση τους δεν αντιστοιχεί στην πραγματική θέση σε σχέση με τις ανακλάσεις που δημιουργούν οι πραγματικές δομές στο ανθρώπινο σώμα είτε δεν θα έπρεπε να υπάρχουν στην εικόνα. Το σύνολο σχεδόν των ψευδενδείξεων είναι ανεπιθύμητο και υποβαθμίζει τη διαγνωστική διαδικασία με εξαίρεση κάποιες ψευδενδείξεις οι οποίες μπορούν υπό συγκεκριμένες συνθήκες να βοηθήσουν τον χρήστη στην ανίχνευση συγκεκριμένων δομών (Angelsen, 2000a). Θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η ύπαρξη των ψευδενδείξεων είναι αλληλένδετη με τη φιλοσοφία της συγκεκριμένης απεικονιστικής μεθόδου και αυτές εμφανίζονται παρά τις διαφορετικές ρυθμίσεις του μηχανήματος και τις θέσεις του ηχοβολέα. Ωστόσο, κάποιες ψευδενδείξεις μπορούν να αποφευχθούν γιατί οφείλονται σε ακατάλληλη υπερηχογραφική τεχνική από την πλευρά του χρήστη. Οι περισσότερες οφείλονται στους φυσικούς περιορισμούς που διέπουν την υπερηχογραφική απεικόνιση. Μπορούν να γίνουν αντιληπτές και να κατανοηθεί ο μηχανισμός δημιουργίας τους, αν γίνουν κατανοητές οι φυσικές ιδιότητες της δέσμης υπερήχων, η διάδοση του ήχου στις διάφορες ανατομικές δομές και οι διάφορες παραδοχές και προϋποθέσεις της μονάδος επεξεργασίας εικόνας κατά την επεξεργασία της ανακλώμενης ηχητικής δέσμης μέχρι την απεικόνιση. Οι παραδοχές αυτές σχετίζονται με τον υπολογισμό τόσο του βάθους όσο και της τιμής της έντασης του κάθε σημείου ανάκλασης. Οι βασικές αιτίες δημιουργίας των ψευδενδείξεων είναι: 1. Τα φυσικά χαρακτηριστικά της δέσμης των υπερήχων, 2. Η παρουσία πολλαπλών γραμμών εκπομπής ανάκλασης στο εσωτερικό της δέσμης, 3. Η διαφοροποίηση στην ταχύτητα διάδοσης των υπερήχων ανάλογα την ανατομική δομή, 4. Η διαφοροποίηση στην εξασθένηση της δέσμης κατά μήκος του ανθρώπινου σώματος.
Μόνο η κατάλληλη εκπαίδευση και εμπειρία μπορούν να βοηθήσουν τον χρήστη να εντοπίσει την παρουσία ψευδενδείξεων. Οι ιατροί χρήστες που έχουν κατανοήσει τη φυσική σημασία των ψευδενδείξεων και μπορούν να τις αναγνωρίσουν έχουν ένα σοβαρό πλεονέκτημα, γιατί η κάθε ψευδένδειξη μπορεί να παρέχει πληροφορίες για τη σύσταση του ιστού που είναι προς διερεύνηση και να βοηθήσει στη συνολική διαγνωστική διαδικασία. Παρά την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των σύγχρονων συστημάτων υπερηχογραφίας, η τελική παραγωγή της υπερηχογραφικής εικόνας βασίζεται σε κάποιες θεμελιώδεις αρχές. Οι αρχές αυτές έχουν ήδη αναλυθεί σε προηγούμενες ενότητες, ωστόσο για την κατανόηση του μηχανισμού δημιουργίας των ψευδενδείξεων θα γίνει μια σύντομη επισκόπησή τους. Ένας ηχητικός παλμός ταξιδεύει από τον ηχοβολέα κατά μήκος μιας ακουστικής γραμμής προς το ανθρώπινο σώμα. Στη διαδρομή στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος το κύμα υπόκειται σε πολλαπλές ανακλάσεις μέχρι την τελική του εξασθένηση. Ο χρόνος (t) που απαιτείται για τη διαδρομή από τον ηχοβολέα προς ένα σημείο ανάκλασης και πίσω στον ηχοβολέα χρησιμοποιείται μέσω της παρακάτω εξίσωσης για την εύρεση του εκάστοτε σημείου ανάκλασης: s = t c 8.1 Όπου: c είναι η ταχύτητα του ήχου στους μαλακούς ιστούς η οποία θεωρείται σταθερή και ορίζεται στα 1540 m/sec. Όλες οι επιστρεφόμενες ηχώ θεωρείται ότι προέρχονται από το κέντρο της ηχητικής δέσμης στο εκάστοτε εστιακό βάθος και αναπαρίστανται στην τελική εικόνα στην κεντρική γραμμή που αντιστοιχεί στη δέσμη. Η ένταση των ανακλώμενων ηχώ εξαρτάται από τις ακουστικές ιδιότητες και το μέγεθος της εκάστοτε ανατομικής δομής και μεταβάλλεται μόνο από τη διάταξη ενίσχυσης αντιστάθμισης χρόνου (TGC). Αν για οποιαδήποτε αιτία υπάρξει απόκλιση από τις προαναφερθείσες παραδοχές, το σύστημα δεν έχει την ικανότητα να αντισταθμίσει τη διαφοροποίηση και απεικονίζει διάφορες ηχώ οι οποίες μπορεί να μην ανταποκρίνονται τόσο στη θέση όσο και στην ένταση σε σχέση με τις ηχώ που θα επέστρεφαν από την πραγματική δομή. Για παράδειγμα, αν η δέσμη ανακλαστεί σε μια διαχωριστική επιφάνεια εκτός της κεντρικής ηχητικής δέσμης και επιστρέψει στον ηχοβολέα, η ανακλώμενη ηχώ θα απεικονισθεί σαν να ήταν εντός του ενεργού ηχητικού πεδίου. Παρακάτω παρατίθενται οι πιο συνήθεις ψευδενδείξεις καθώς και οι αιτίες που τις προκαλούν. 8.2. Ψευδενδείξεις που οφείλονται στα φυσικά χαρακτηριστικά της ηχητικής δέσμης Ψευδενδείξεις λόγω πλευρικών και grating λοβών (Side lobe artifact): Η μονάδα επεξεργασία της υπερηχογραφικής εικόνας προϋποθέτει ότι οι ανακλώμενες ηχώ που ανιχνεύθηκαν προέρχονται από το κεντρικό τμήμα της εκπεμπόμενης δέσμης. Στην πραγματικότητα, η ηχητική δέσμη εξέρχεται από τον ηχο-
βολέα έχοντας μια τρισδιάστατη μορφή (Σχήμαα 8.1). Πέραν του κεντρικού ηχητικού τμήματος της δέσμης πλευρικά αυτής υπάρχουν διάφοροι πλευρικοί και grating λοβοί χαμηλής εντάσεως. Σχήμα 8.1 Διάγραμμα της πραγματικής ηχητικής δέσμης. Η κύρια ηχητική δέσμη γίνεται πιο λεπτή καθώς προσεγγίζει την εστιακή ζώνη και κατόπιν αποκλίνει. Οι πλευρικοί και grating λοβοί αποτελούν κύματα χαμηλής ενέργειας εκτός κεντρικού άξονα. Ένα σημείο έντονης ανάκλασης το οποίο βρίσκεται εκτός του κεντρικού άξονα της δέσμης μπορεί να δημι- ουργήσει ηχώ οι οποίες να επιστρέψουν προς τον ηχοβολέα (Feldman, 2009) MK. Αυτές οι ηχώ θα απεικονι- στούν σε λάθος περιοχή σαν να έχουν προέλθει από το τμήμα της κεντρικής δέσμης. Αυτού του είδους οι ψευδενδείξεις είναι εύκολο να αναγνωρισθούν λόγω της επικάλυψης διαφόρων περιοχών με ανακλάσεις χα- μηλής έντασης από τις δομές που έχουν λανθασμένα τοποθετηθεί εκεί (Σχήμα 8.2).
Σχήμα 8.2 Ψευδενδείξεις πλευρικών λοβών. (α) Απεικόνιση πολλαπλών δεσμών εκτός άξονα της κεντρικής δέσμης οι ο- ποίες συναντούν κατά τη διάδοσή τους ένα αντικείμενο (μαύρο αντικείμενο). (β) Η μονάδα επεξεργασίας της εικόνας προϋ- ποθέτει ότι οι ηχώ που επιστρέφουν από το αντικείμενο εκτός του άξονα της κεντρικής δέσμης προέρχονται από την κύρια δέσμη και τις τοποθετεί σε λάθος θέση με αποτέλεσμαα η δομή να απεικονίζεται παραπάνω από μία φορές ανάλογα τον α- ριθμό των πλευρικών λοβών. 8.3. Ψευδενδείξεις λόγω διαστάσεων της δέσμης (Beam Width Artifacts) Οι ψευδενδείξεις λόγω διαστάσεων της δέσμης μπορούν να αναγνωρισθούν εύκολα αν κατανοηθεί η μορφή της ηχητικής δέσμης. Η κεντρική ηχητική δέσμη εξέρχεται από τον ηχοβολέα έχοντας την πλευρική διάσταση ίση με το μήκος των ενεργών κρυστάλλων. Στο εστιακό βάθος γίνεται πιο λεπτή και στη συνέχεια αυξάνει το πλάτος της, απομακρυνόμενη από την εστιακή ζώνη. Η πλευρική αύξηση του πλάτους της δέσμης μπορεί σε μεγάλο βάθος να ξεπεράσει το μήκος του ενεργού ακουστικού παραθύρου. Ένα αντικείμενο με υψηλές ανα- κλαστικές ιδιότητες το οποίο βρίσκεται εκτός των ορίων του ενεργού ακουστικού παραθύρου μπορεί να πα- ράγει ανακλώμενες ηχώ (Feldman, 2009) MK. Το σύστημα απεικόνισης υποθέτει ότι αυτές οι ηχώ προέρχο- νται από το στενό τμήμα της εστιασμένης ηχητικής δέσμης και τις τοποθετεί μέσα σε αυτό (Σχήμαα 8.3 α,β).
Σχήμα 8.3 Ψευδενδείξεις λόγω διαστάσεων της δέσμης. (α) Το λογισμικό απεικόνισης στα συστήματα υπερηχογραφίας προϋποθέτει ένα οπτικό πεδίο το οποίο απεικονίζεται με τις διακεκομμένες γραμμές. (β) Οι παραγόμενες ηχώ προέρχονται από το αντικείμενο (κύκλος) το οποίο βρίσκεται εντός του περιφερικού πεδίου και απεικονίζονται σαν να υπερτίθενται στο αντικείμενο ενδιαφέροντος (τετράγωνο). (γ,δ) Ρυθμίζοντας την εστιακή ζώνη και τοποθετώντας το αντικείμενο ενδιαφέρο- ντος εντός της εστιακής ζώνης θα εξαλειφθούν οι λανθασμένα τοποθετημένες ηχώ στο μόνιτορ. Κλινικά οι ψευδενδείξεις λόγω πλευρικών διαστάσεων της δέσμης μπορούν να αναγνωρισθούν όταν μια δομή υπό φυσιολογικές συνθήκες θα πρέπει να απεικονίζεται με τόνους του γκρι που τείνουν προς το μαύρο (ane- choic), όπως η χολή, αλλά περιέχει περιφερικές έντονες ανακλάσεις. Αν αυτή η ψευδένδειξη αναγνωρισθεί κατά τη διάρκεια της εξέτασης η ρύθμιση της εστιακής ζώνης στην περιοχή ενδιαφέροντος και η ταυτόχρονη τοποθέτηση του ηχοβολέα στο κέντρο της δομής ενδιαφέροντος θα βελτιώσει την ποιότητα της εικόνας αι- σθητά (Σχήμα 8.3) Angelsen, 2000b) ).
8.4. Ψευδενδείξεις που οφείλονται σε πολλαπλές ανακλώμενες ηχώ Αντήχηση (Reverberation): Η μονάδα επεξεργασίας της δέσμης σε ένα σύστημα υπερηχογραφίας θεωρεί ότι μια ηχώ επιστρέφει προς τον ηχοβολέα μετά από μια απλή ανάκλαση και το βάθος από το οποίο προέρχεται σχετίζεται με τον χρόνο που χρειάζεται για να διανύσει τη διπλή απόσταση (από και προς τον η- χοβολέα) (Feldman, 2009) MK. Στην παρουσία δύο παράλληλων επιφανειών κατά μήκος της διάδοσης της δέσμης, με υψηλές ανακλαστικές ιδιότητες, οι ηχώ που παράγονται από την κύρια ηχητική δέσμη μπορεί να εγκλωβιστούν εκατέρωθεν των δύο αυτών επιφανειών και να ανακλώνται αρκετές φορές μέχρι να επιστρέψουν στον ηχοβολέα. Σε αυτήν την περίπτωση καταγράφονται και απεικονίζονται πολλαπλές ηχώ. Η ηχώ που επιστρέφει στον ηχοβολέα μετά από μία ανάκλαση θα απεικονισθεί στο σωστό βάθος. Οι διαδοχικές εσωτερικές ανακλάσεις μεταξύ των επιφανειών θα επιστρέψουν αργότερα στον ηχοβολέα και η μονάδα διαμόρφωσης της δέσμης θα τοποθετήσει λανθασμένα τις καθυστερημένες ηχώ σε μεγαλύτερο βάθος. Στην απεικόνιση, το φαινόμενο αυτό απεικονίζεται σαν πολλαπλές γραμμικές ανακλάσεις με ίσες αποστάσεις μεταξύ τους και καλείται αντήχηση (Σχήμα 8.4) (Miele, 2006). Ουρά κομήτη (Comet tail): Η ψευδένδειξη που αποκαλείται σαν ουρά του κομήτη είναι μια μορφή αντήχησης. Αυτή η ψευδένδειξη παρουσιάζεται όταν δύο ανακλαστικές επιφάνειες, άρα και οι δύο διαδοχικές ανακλώμενες ηχώ που παράγονται από αυτές, βρίσκονται σε πολύ κοντινή απόσταση. Κατά την απεικόνιση, οι δύο διαδοχικές ηχώ μπορεί να απέχουν τόσο λίγο η μία από την άλλη, ώστε το σύστημα να μην μπορεί να τις διαχωρίσει. Το αποτέλεσμα σε αυτήν την περίπτωση είναι μια ψευδένδειξη σαν την αντήχηση αλλά με σχήμα είτε τριγωνικό είτε κωνικό (Σχήμα 8.4).
Σχήμα 8.4 Αντήχηση και ουρά κομήτη (α) Απεικόνιση των ανακλώμενων ηχώ και οι επαναλαμβανόμενες ανακλάσεις με- ταξύ των δύο παρακείμενων επιφανειώνν υψηλής ανακλαστικότητας. (β) Απεικόνιση πολλαπλών ανακλώμενων ηχώ και με ίσες αποστάσεις μεταξύ τους στο μεσοδιάστημα των δύο επιφανειών οι οποίες εκτείνονται σε μεγαλύτερο βάθος. (γ) Το φαι- νόμενο της αντήχησης (λευκό βέλος) σε εγκάρσια τομή ήπατος. (δ) φαινόμενο της ουράς του κομήτη (λευκόό βέλος) σε μια διαμήκη τομή θυρεοειδούς. Ring down : Η ψευδένδειξη αυτή έχει συχνά παρόμοιαα εμφάνιση με τις δύο προαναφερθείσες ψευδεν- δείξεις. Σε αυτήν την περίπτωση η εκπεμπόμενη ηχητική ενέργεια προκαλεί συντονισμένες δονήσεις σε περι- οχές που κάποιες φυσαλίδες αέρα έχουν παγιδεύσει υγρό στο εσωτερικό τους (Feldman, 2009) MK. Το απο- τέλεσμα είναι οι δονήσεις αυτές να δημιουργούν ένα συνεχές ηχητικό κύμα το οποίοο επιστρέφειι προς τον η- χοβολέα (Σχήμα 8.5).
Σχήμα 8.5 Ψευδένδειξη Ring-down. (α) Απεικόνιση της κεντρικής ηχητικής δέσμης η οποία προσπίπτει σε μια ομάδα φυ- σαλίδων αέρος υπό τη μορφή τετραέδρου και οι οποίες έχουν παγιδεύσει μέσα στο εσωτερικό τους υγρό. (β) Οι δονήσεις από το εσωτερικό των φυσαλίδων προκαλούν μια συνεχή εκπομπή ηχητικής ενέργειας η οποία επιστρέφει στον ηχηβολέα, (γ) φαινόμενο Ring Down (λευκό βέλος) σε μια αριστερή πλευρική υπερηχογραφική απεικόνιση του ήπατος το οποίο πα- ρουσιάζεται σαν μια γραμμή με υψηλή ένταση στο σύνολο της υπερηχογραφικής εικόνας. Εναντιόμορφο είδωλο (Mirror Image) : Η ψευδένδειξη αυτή απεικονίζεταιι σαν μια γραμμή ή σειρά από παράλληλες ζώνες οι οποίες εκτείνονται στο οπίσθιο μέρος μιας περιοχής που εμπεριέχει αέρα. Παρά την κοινή υπερηχογραφική εμφάνιση με τα προηγούμενα φαινόμενα αυτή η ψευδένδειξη έχει διαφορετικό μηχα-
νισμό παραγωγής. Η ψευδένδειξη εναντιόμορφου ειδώλου παράγεται επίσης από τη λανθασμένη παραδοχή του συστήματος ανίχνευσης των ανακλώμενων ηχώ ότι μια ηχώ επιστρέφει στον ηχοβολέα μετά από μία ανά- κλαση. Έστω ότι το κεντρικό τμήμα της δέσμης προσπίπτει σε μια επιφάνεια υψηλής ανακλαστικότητας. Οι ανακλώμενες ηχώ κατόπιν προσπίπτουν στο πίσω μέρος μιας άλλης δομής και ανακλώνται πάλι προς τα πίσω προς την επιφάνεια ανάκλασης πριν την τελική ανάκλασή τους προς τον ηχοβολέα. Η τελική υπερηχογραφική εικόνα δείχνει μια διπλή δομή σε ίση απόσταση από την επιφάνεια με την υψηλή ανακλαστικότητα (Σχήμαα 8.6). Σχήμα 8.6 Ψευδένδειξη εναντιόμορφου ειδώλου. (α) Σε αυτό το σχήμα τα γκρι βέλη αναπαριστούν την αναμενόμενη δια- δρομή της ηχητικής δέσμης.. Αυτές οι ηχώ απεικονίζονται κανονικά. Τα μαύρα βέλη δείχνουν μία εναλλακτική διαδρομή του κεντρικού τμήματος της ηχητικής δέσμης. Σε αυτήν τη διαδρομή, η κύρια ηχητική δέσμη προσπίπτει αρχικά στη διαχωριστι- κή ανακλάστική επιφάνεια η οποία βρίσκεται σε μεγαλύτερο βάθος. (β) Οι ηχώ από τη βαθύτερη διαχωριστική ανακλαστική επιφάνεια αργούν περισσότερο από την κανονική διαδρομή και τοποθετούνται σε λάθος θέση Το φαινόμενο της διπλής απεικόνισης απαντάται συχνά στο επίπεδο μεταξύ του διαφράγματος, με την επιφά- νεια ανάμεσα στον υπεζωκότα και τον αέρα από τους πνεύμονες να δρα ως ισχυρός ανακλαστής. Σε αυτήν την τοποθεσία, η ψευδένδειξη αναγνωρίζεται εύκολα σαν ηπατικό παρέγχυμα στην αναμενόμενη θέση των πνευμόνων (Beyer, 1974). 8.5. Ψευδενδείξεις που οφείλονται διάδοσης σε λανθασμένο υπολογισμό της ταχύτητας Διαφοροποίηση Ταχύτητας (speed displacement): Η ταχύτητα του ήχου σε ένα υλικό εξαρτάται από την πυκνότητα και τις ελαστικές ιδιότητές του. Η μονάδα επεξεργασίας της δέσμης προϋποθέτει μια στα- θερή ταχύτητα με τιμή τα 1540 m/sec. Στην κλινική υπερηχογραφία, η ηχητική δέσμη μπορεί να προσπίπτει σε διάφορα υλικά όπως αέρα, υγρό, λίπος, μαλακά μόρια και οστά. Οι διάφορες ταχύτητες ανάλογα το είδος της ανατομικής δομής αναφέρονται στον πίνακα 1.2 Ενότητα 1 (Feldman, 2009) MK.
Όταν η ηχητική δέσμη διαδίδεται μέσω μιας ανατομικής δομής με ταχύτητα αρκετά μικρότερη από την υπο- τιθέμενη των 1540 m/sec, οι ανακλώμενες ηχώ θα αργήσουν περισσότερο να επιστρέψουν στον ηχοβολέα. Η μονάδα επεξεργασίας και διαμόρφωσης της ανακλώμενης δέσμης υποθέτει ότι η χρονική διάρκεια για τη με- τάβαση και επιστροφή της ηχητικής δέσμης εξαρτάται μόνο από την απόσταση που διήνυσε. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να απεικονισθούν σε μεγαλύτερο βάθος από αυτό που στην πραγματικότητα προέρχονται. Το φαινόμενο αυτό ορίζεται σαν ψευδένδειξη λόγω διαφοροποίησης της ταχύτητας διάδοσης. Στην κλινική πρά- ξη, εμφανίζεται συχνά σε περιοχές όπου η ηχητική δέσμη προσπίπτει σε συμπαγές λίπος (Σχήμα 8.7) (Kossoff, 2004). Σχήμα 8.7 Ψευδένδειξη λόγω διαφοροποίησης της ταχύτητας διάδοσης. (α) Τα γκρι βέλη αναπαριστούν την αναμενόμενη διαδρομή ανάκλασης της ηχητικής δέσμης. Οι ηχώ που επιστρέφουν από την οπίσθια επιφάνεια της απεικονιζόμενης δομής θα απεικονισθούν σωστά. Τα μαύρα βέλη αναπαριστούν τη διαδρομή όπου η ηχητική δέσμη προσπίπτει σε μια περιοχή με συμπαγές λίπος. Οι διακεκομμένες γραμμές δείχνουν ότι η ηχητική δέσμη ταξιδεύει με μικρότερη ταχύτητα σε σχέση με τις ανακλώμενες ηχώ από παρακείμενους ιστούς. (β) Αφού ο χρόνος μετάβασης και επιστροφής της ηχούς είναι μεγαλύτερος από τον αναμενόμενο, το οπίσθιο τμήμα μετατοπίζεται στην εικόνα ελαφρώς πιο πίσω (γ) Εγκάρσια τομή θυροειδούς όπου απεικονίζεται ένα τμήμα της διαχωριστικής επιφάνεια ενός όζου να έχει μετατοπισθεί βαθύτερα. Το φαινόμενο εξηγείται από την παρουσία συμπαγούς λίπους ή αποτιτανώσεωνν στα όρια του όζου.
Διάθλαση: Η μεταβολή στην ταχύτητα διάδοσης της ηχητικής δέσμης όταν ταξιδεύει μεταξύ δύο περιοχών με διαφορετική πυκνότητα και ελαστικές ιδιότητες μπορεί να προκαλέσει ψευδένδειξη λόγω διάθλασης. Το φαινόμενο της διάθλασης απαντάται όταν πραγματοποιείται μια μη κάθετη πρόσπτωση ηχητικής ενέργειας μεταξύ δύο υλικών με διαφορετική ταχύτητα διάδοσης του ήχου (Ενότητα 2 παράγραφος 2.3). Όταν συμ- βαίνει αυτό, η προσπίπτουσα δέσμη αλλάζει γωνία διάδοσης (Feldman, 2009) MK. Η μονάδα διαμόρφωσης της δέσμης θεωρεί ότι η δέσμη ταξιδεύει κάθετα και τοποθετεί σε λάθος θέση τις ανακλώμενες ηχώ σε σχέση με την πραγματική θέση προέλευσής τους. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να προκα- λέσει είτε διεύρυνση του πλάτους των δομών σε σχέση με το πραγματικό μέγεθός τους ή τη δημιουργία δι- πλών δομών (Σχήμα 8.8) ). Σχήμα 8.8 Διάθλαση. (α) Απεικόνιση της μεταβολής στη διεύθυνση της προσπίπτουσας δέσμης κατά τη μετάβασή της μετα- ξύ δύο περιοχών με διαφορετικές ταχύτητες διάδοσης (C 1, C 2 ). Η προσπίπτουσα ηχητική δέσμη με διάθλαση προσπίπτει σε μια δομή ισχυρής ανακλαστικότητας εκτός του κεντρικού άξονα της ηχητικής δέσμης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το αντικεί- μενο στη διαδρομή του διαθλώμενου τμήματος της δέσμης να τοποθετείται σε λάθος χώρο λόγω της παραδοχής από τη μο- νάδα επεξεργασίας της δέσμης ότι ο ήχος ταξιδεύει κάθετα. 8.6. Ψευδενδείξεις που οφείλονται στη διαφοροποίηση της εξασθένησης Κατά τη διάδοση της ηχητικής δέσμης στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος αυτή υπόκειται σε απορρό- φηση, σκέδαση και εξασθένηση. Μια ηχητική δέσμη η οποία ταξιδεύει μεγαλύτερη απόσταση στο σώμα θα εξασθενηθεί περισσότερο από μια αντίστοιχη ηχητική δέσμη που θα ταξιδέψει μικρότερη απόσταση. Η μονά- δα επεξεργασίας της ηχητικής δέσμης έχει μια διάταξη ενίσχυσης αντιστάθμισης των ανακλώμενων ηχώ των οποίων η επιστροφή προς τον ηχοβολέα διαρκεί περισσότερο άρα προέρχονται από μεγαλύτερα βάθη. Σε αυτήν τη διάταξη οι ανακλώμενες ηχώ που επιστρέφουν αργότερα ενισχύονται περισσότερο από τις ηχώ που επιστρέφουν πιο γρήγορα. Η ενίσχυση αυτή καθιστά την τελική υπερηχογραφική εικόνα πιο ομοιόμορφη σε μεγαλύτερα βάθη (Beyer, 1974).
Σκίαση (Shadowing): Όταν η ηχητική δέσμη προσπίπτει σε μία συγκεκριμένη δομή εντός του εστιακού επιπέδου, το υλικό της οποίας εξασθενεί την ενέργεια της ηχητικής δέσμης σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό σε σχέση με τον περιβάλλοντα ιστό,, η έντασή της στο πίσω τμήμα της δομής θα είναι μικρότερη από την α- ντίστοιχη ένταση στον περιβάλλοντα ιστό. Άρα,, όταν η ηχητική δέσμη προσπίπτει σε μια δομή με υψηλή α- νακλαστικότητα ή με μεγάλη απορροφητικότητα, το πλάτος της εκπεμπόμενης δέσμης στο πίσω τμήμα της δομής σχεδόν μηδενίζεται (Σχήμα 8.9(α)). Οι ανακλώμενες ηχώ που επιστρέφουν από δομές πίσω από την προαναφερθείσα δομή θα εξαλειφθούν επίσης. Στην κλινική υπερηχογραφία αυτό το φαινόμενο αναγνωρίζε- ται ως σκοτεινό ή υπόηχο εύρος ζώνης γνωστό σαν «σκιάση» και παρουσιάζεται συνήθως στο πίσω μέρος μιας ανατομικής δομής με υψηλή απορροφητικότητα (Σχήμαα 8.9(β)). Σχήμα 8.9 Σκίαση. (α) Απεικονίζεται η ηχητική δέσμη η οποία προσπίπτει σε μια δομή με υψηλή απορροφητικότητα. Οι ανακλώμενες ηχώ που προέρχονται από σημεία πίσω από τη δομή έχουν πλάτος σαφώς μικρότερο από τις αντίστοιχες ηχώ που προέρχονται από το ίδιο βάθος. (β) Υπερηχογραφική απεικόνισης θυρεοειδούς η οποία δείχνει τη σκίαση όπισθεν των ηχογενών όζων. Αύξηση έντασης κατά τη διάδοση (Increased through transmission) ): Όταν η ηχητική δέσμη προσπίπτει σε μια δομή εντός εστιακού επιπέδου η οποία έχει μικρή απορροφητικότητα, η ένταση της δέσμης στο πίσω μέρος της δομής είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη δέσμη στο ίδιο βάθος στο υπόλοιπο πεδίο σάρωσης (Σχήμα 8.10(α)) (Feldman, 2009) MK. Οι ανακλώμενες ηχώ που επιστρέφουν πίσω από τη συγκε- κριμένη δομή θα έχουν υψηλότερη ένταση και θα απεικονισθούν λανθασμένα ως αύξηση της ηχογένειας. Στο μόνιτορ μπορούμε να αναγνωρίσουμε την «αύξηση της έντασης κατά τη διάδοση»» σαν ένα φωτεινό εύρος ζώνης το οποίο εκτείνεται στο πίσω μέρος μια δομής με χαμηλή απορροφητικότητα ( Σχήμα 8.10) ).
Σχήμα 8.10 (α) Απεικόνιση της ηχητικής δέσμης η οποία προσπίπτει σε μια δομή που έχει πολύ μικρό συντελεστή απορρό- φησης. Οι ανακλώμενες ηχώ που προέρχονται από σημεία πίσω από τη δομή έχουν υψηλότερηη ένταση από τις αντίστοιχες ηχώ στο ίδιο βάθος από άλλα σημεία της εικόνας, (β) Υπερηχογραφική απεικόνιση θυρεοειδούς με έναν μεγάλο όζοο ο- ποίος έχει χαμηλό συντελεστή εξασθένησης.το περέγυμα όπισθεν του όζου απεικονίζεται με λάθος τιμή (αυξημένη ένταση) λόγω του φαινομένου της αύξησης της έντασης κατά τη διάδοση. 8.7. Ψευδενδείξεις Doppler Aliasing: Το φαινόμενο Aliasing είναι το αποτέλεσμα της παραβίασης του ορίου Nyquist (σύμφωνα με το οποίο για την ανίχνευση μιας συγκεκριμένης συχνότητας ο ρυθμός δειγματοληψίας θα πρέπει να είναι τουλά- χιστον ο διπλάσιος από τη συχνότητα αυτή) (Feldman, 2009) MK. Στο Doppler παλμικής εκπομπής ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι ισοδύναμος με τη συχνότητα εκπομπής παλμών (PRF). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η μέ- γιστη ανιχνεύσιμη απόκλιση συχνότητας να καθορίζεται από το μισό της συχνότητας εκπομπής. Το φαινόμε- νο αυτό αναλύεται εκτενώς στην Ενότητα 6. Εναντιόμορφο είδωλο στο φασματικό Doppler: Στην απεικόνιση Doppler κατά τη διαδικασία ανί- χνευσης της ροής στη μέθοδο Quadrature amplitude modulation, όταν το πλάτος του σήματος είναι μεγαλύτε- ρο από τον διαχωρισμό μεταξύ των δύο καναλιών της κανονικής και αντίστροφης ροής ένα εναντιόμορφοο είδωλο στο φάσμα (το οποίο έχει μικρότερο πλάτος) θα εμφανιστεί στην αντίθετη πλευρά της κανονικής ροής (Σχήμα 8.11) (Bushberg, 2011). Η κύρια αιτία του φαινομένου αυτού είναι καταρχήν ο ακατάλληλος ηλεκτρονικός σχεδιασμός και ο ανεπαρ- κής «διαχωρισμός» μεταξύ των δύο καναλιών (κανονικής και αντίστροφης ροής). Επιπρόσθετα,, η γωνία εκ- πομπής μπορεί να αυξήσει το ενδεχόμενο εμφάνισης του φαινομένου. Όταν η δέσμη έχει γωνία εκπομπής σχεδόν κάθετη (90 0 ) με τη διεύθυνση διάδοσης της ροής, ένα τμήμα της δέσμης θα έχει γωνία μικρότερη από τις 90 0 και ένα τμήμα θα έχει γωνία μεγαλύτερη. Στην πρώτη περίπτω- ση, το φασματικό Doppler θα αποδώσει την κανονική ροή ενώ στην άλλη περίπτωση θα απεικονισθεί με α- ντίστροφη ροή. Πέραν των προαναφερθέντων, το φαινόμενο του εναντιόμορφου ειδώλου στο φασματικό
Doppler μπορεί να οφείλεται σε πολύ ισχυρά σήματα Doppler τα οποία προέρχονται από πολύ μικρά βάθη με τη χρήση υψίσυχνων ηχοβολέων με μεγάλη ισχύ εκπομπής (Hykes, 1990) ). Σχήμα 8.11 Εναντιόμορφο είδωλο στο φασματικό Doppler. Διεύρυνση του φάσματος Doppler: Πέραν της φυσιολογικής διεύρυνσης του φάσματος, η οποία προ- καλείται από τις διαφορετικές ταχύτητες μέσα στον όγκο δειγματοληψίας, υπάρχει και μια επιπρόσθετη τε- χνητή διεύρυνση. Η διεύρυνση αυτή του φάσματος αυξάνει σε απόλυτους αριθμούς τη μέγιστη μετρούμενη ταχύτητα. Η κύρια αιτίαα που προκαλεί αυτό το ανεπιθύμητο φαινόμενο είναι η μικρή διαφοροποίηση που υ- φίσταται η γωνία εκπομπής από κρύσταλλο σε κρύσταλλο. Για μικρές γωνίες εκπομπής, μικρά διαφράγματαα και μεγάλα βάθη δειγματοληψίας το φαινόμενο είναι αμελητέο. Για μεγάλους ηχοβολείς γραμμικής διάταξης, με γωνίες εκπομπής περίπου 70 0 και σε μικρά βάθη δειγματοληψίας, το φαινόμενο γίνεται αρκετά έντονοο (Duck, 1990). Η παρουσία της διεύρυνσης προκαλεί λανθασμένες μετρήσεις όπως η υπερεκτίμηση της μέγι- στης ταχύτητας και της κλίσης πίεσης. Η γωνία εκπομπής σε σχέση με τη διεύθυνση ροής είναι μεγαλύτερη για μια ομάδα κρυστάλλων και μικρότε- ρη για μια άλλη ομάδα από την κεντρική γωνία εκπομπής των 70 0. Το σύστημα προϋποθέτει ότι η γωνία είναι σταθερή στις 70 0 με αποτέλεσμα να υπέρ - αντισταθμίζονται κάποια σήματα και κάποια άλλα να υπό αντι- σταθμίζονται. Αυτή η διαφοροποίηση στην αντιστάθμιση οδηγεί στη διεύρυνση του φάσματος Doppler (Σχή- μα 8.12) (Hill, 2004).
Σχήμα 8.12 Σ (α) Γωνία εκπομπής 55 0, (β) Γωνία εκπομπής 70 0 η οποία προκαλεί διεύρυνση του φάσματος. Πέραν των προαναφερθεισών ψευδενδείξεων στην απεικόνιση Doppler υπάρχουν και ψευδενδείξεις, όπως η ασάφεια αλληλουχίας παλμών και ο κορεσμός των φίλτρων κίνησης τοιχωμάτων οι οποίες αναλύονται εκτενώς στην Ενότητα 6. Η κατανόηση των χαρακτηριστικών της εξασθένησης σε ιστούς του ανθρώπινου σώματος μπορεί να βοηθή- σει τον χρήστη ιατρό να χρησιμοποιήσει αυτές τις ψευδενδείξεις για τον καθορισμό της σύνθεσης μιας δο- μής στη βάση της υπερηχογραφικής απεικόνισης για την ενίσχυση της ακρίβειας της διαφοροδιάγνωσης. Η εξασθένηση εξαρτάται επίσης από τη συχνότητα του υπερήχου (Dicken, 1991). Αυξάνει, αν αυξάνει η συχνό- τητα. Σε μαλακούς ιστούς, η σχέση μεταξύ εξασθένησης και συχνότητας είναι γραμμική. Στα οστά και στο νερό η εξασθένηση αυξάνει στο τετράγωνο σε σχέση με τη συχνότητα. Στην κλινική υπερηχογραφία οι διά- φοροι ιστοί εξασθενούν την ηχητική δέσμη με διαφορετικό τρόπο. Αν ο συντελεστής εξασθένησης για ένα υλικό είναι μεγάλος, η ηχητική δέσμη μπορεί να μην καταφέρει να διεισδύσει πλήρως στο πεδίο όρασης. Σε αυτήν την περίπτωση, οι δομές σε μεγάλο βάθος μπορεί να μην απεικονισθούν. Για την αποφυγή αυτής της περίπτωσης θα πρέπει να επιλεγεί η κατάλληλη συχνότητα για τη βελτιστοποίηση της διεισδυτικότητας (Feldman, 2009) MK. 8.8. Συμπεράσματα Οι ψευδενδείξεις είναι κάτι το σύνηθες στην υπερηχογραφία. Συχνά αυτά τα λάθη δεν μπορεί να αποφευ- χθούν και κατά βάση οφείλονται στις φυσικές ιδιότητες της εκπεμπόμενης και της ανακλώμενης δέσμης και στους περιορισμούς που έχει η μονάδα επεξεργασίας διαμόρφωσης της ηχητικής δέσμης. Η αναγνώριση αυ- τών των ψευδενδείξεων είναι πολύ σημαντική, γιατί μπορεί να οδηγήσει σε επιπρόσθετες πληροφορίες σχετι- κά με τη σύσταση των ιστών και να βελτιώσει τη συνολική διαγνωστική διαδικασία. Η ικανότητα αναγνώρι- σης και αποφυγής των ψευδενδείξεων αποτελεί σημαντική προϋπόθεση για τη βελτίωση της απεικόνισης και την ιατρική φροντίδα.
ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Οι ψευδενδείξεις είναι το αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεων στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος, της επεξεργασίας της ανακλώμενης ηχητικής δέσμης και της λανθασμένης απεικονιστικής τεχνικής Η κατανόηση των ψευδενδείξεων μπορεί να επιτευχθεί μέσω της κατανόησης των θεμελιωδών αρχών που αναλύθηκαν εκτενώς στις προηγούμενες Ενότητες. Χωρίς την κατανόηση αυτή η αναγνώρισή τους είναι αρκετά δύσκολη Η παρουσία των ψευδενδείξεων στην υπερηχογραφική εικόνα δεν αποτελεί πάντα ένα μειονέκτημα. Οι ψευδενδείξεις που οφείλονται στις αλληλεπιδράσεις στο εσωτερικό του ανθρώπινου σώματος μπορούν υπό συγκεκριμένες συνθήκες να αποκαλύψουν πληροφορίες σχετικά με τη σύσταση συγκεκριμένων δομών Η πλευρική μετατόπιση της διεύθυνσης της δέσμης συνήθως οφείλεται στην παρουσία πλευρικών λοβών και στο φαινόμενο της διάθλασης Η λανθασμένη τοποθέτηση σε διαφορετικό βάθος από το πραγματικό συνήθως οφείλεται στη διαφοροποίηση της ταχύτητας, στην ύπαρξη πολλαπλών ακουστικών γραμμών και στην αντήχηση Οι περισσότερες ψευδενδείξεις οφείλονται στην αλληλεπίδραση μεταξύ της ηχητικής δέσμης και κοίλων ανατομικών δομών μέσω της κατακόρυφης ανάκλασης Η γνώση της φυσικής της κατακόρυφης ανάκλασης καθώς και της γωνίας εκπομπής αυξάνει την πιθανότητα αναγνώρισης των ψευδενδείξεων Η κατακόρυφη ανάκλαση εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης. Η μεταβολή αυτής της γωνίας (ηλεκτρονική μετατόπιση beam steering, μεταβολή της θέσης του ηχοβολέα) αποτελεί την πλέον ενδεδειγμένη λύση για την αναγνώριση των ψευδενδείξεων Η αντήχηση υποδιαιρείται σε διάφορες υποκατηγορίες ψευδενδείξεων όπως ring-down, ουρά κομήτη και εναντιόμορφο είδωλο Οι ψευδενδείξεις οι οποίες οφείλονται στη διαφοροποίηση της εξασθένησης της ηχητικής δέσμης κατά μήκος του ανθρώπινου σώματος περιλαμβάνουν την ακουστική σκίαση και την ενίσχυση κατά τη διάδοση Οι ψευδενδείξεις που παρουσιάζονται στην απεικόνιση Doppler είναι οι εξής: 1. Aliasing, 2. Διεύρυνση φάσματος, 3. Εναντιόμορφο είδωλο φάσματος, 4. Ασάφεια αλληλουχίας παλμών, 5. Κορεσμός των φίλτρων κίνησης.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΊΑ Angelsen, B. (2000a). Ultrasound Imaging: Waves, Signals and Signal Processing, vol. I. Emantec AS. Angelsen, B. (2000b.). Ultrasound Imaging: Waves, Signals and Signal Processing, vol. II. Emantec AS. Beyer, R. (1974). Nonlinear Acoustics. Department of the Navy. Bushberg, T. J. & John, B. M. (2011). The Essential Physics of Medical Imaging. Lippincott Williams & Wilkins. CR Hill, I. B. (2004). Physical Princeples of medical ultrasonics, Ed 2. Hoboken NJ: John Wiley & Sons. Dicken, W. M. (1991). Diagnostic Ultrasonics: principles and use of instruments, Ed 3. Edinburgh: Churchill Livingstone. DL Hykes, W. H. (1990). Real-time ultrasound instrumentation. J. Diagn. Med. Sonography, 6:257. Duck, F. (1990). Acoustic properties of tissue at ultrasonic frequencies. In Physica; properties of tissue. New York: Academic Press. Feldman MK 1, Katyal S, Blackwood MS. US artifacts, Radiographics. 2009 Jul-Aug;29(4):1179-89. Kossoff, G. (2004). Basic physics and imaging characteristics of ultrasound. World J. Surg., 134-42. Miele, F. R. (2006). Ultrasound Physics and Instrumentation, 4th Edition. Pegasus Lectures.