Особенности изображений предстательной железы, выполненной с помощью УЗИ и ТРУЗИ, обобщенная модель

1.3.1. Объем простаты является важным фактором, поскольку он позволяет отслеживать динамику его уменьшения в процессе лечения [133, 152]. В этом контексте анализ изображений УЗИ простаты позволяет сформировать прием об­работки серии поперечных сканов ПЖ при ТРУЗИ, в настоящее время получив­шие название пошаговой планиметрии.

1.3.2 Известна также методика вычисления у больных гиперплазией проста­ты (ГПЖ) площадь предполагаемого круга (Presumed Circle Area Ratio-PCAR), ос­нованная на том, что с ростом гиперплазии максимальные горизонтальное (акси­альное) сечение ПЖ постепенно из треугольной формы приобретает форму круга [128], как показано на рисунке 1.3.

Здесь коэффициент PCAR позволяет оценить, насколько форма горизон­тального сечения простаты постепенно с развитием гиперплазии приближается к форме круга, т.е.

25

где s - площадь максимального горизонтального сечения простаты, определяе­мого по изображению ТРУЗИ, а s - площадь аппроксимирующего (предполага­емого) круга, такого, что

где L- длина окружности максимального горизонтального сечения ПЖ.

Рисунок 1.3 - Изменение формы ПЖ в горизонтальном сечении при гиперплазии

Тогда, чем больше коэффициент PCAR, тем больше выражена инфраве- зикальная обструкция [128], что позволяет получить дифференциальную диагно­стику с другими причинами нарушенного мочеиспускания.

1.3.3. Важным моментом ультразвукового исследования является исследо­вание анатомии предстательной железы, поскольку на эхограммах (которыми, по сути, и являются изображения тканей ПЖ, полученные путем воздействия излу­чений ультразвукового датчика на органы пациента) ПЖ здорового мужчины

можно определить анатомические зоны, описанные I.E. McNeal [72, 94, 131], а именно:

- центральная зона ПЖ;

- периферическая зона;

- две транзиторные зоны.

Эти четыре зоны определяются как железистые.

Другие четыре фиброзно-мышечные зоны, такие как:

- передняя фибромускулярная строма;

- непростатический и простатический сфинктеры;

- продольные гладкомышечные волокна уретры.

Условно эти зоны показаны на рисунке 1.4.

А - основание, В - середина, С - верхушка; 1 - периферическая зона, 2 - цен­тральная зона; 3 - две транзисторные зоны; 4 - фибромускулярная срока; 5 - глад­комышечные волокна уретры; 6 - непростатический сфинктер.

Рисунок 1.4 - Зональная анатомия предстательной железы по I.E. McNeal.

Деление органа на эти зоны обусловлено различием гистологического стро­ения желез и имеет клиническое значение. В частности:

- центральная зона, прилежащая к семенным пузырькам, практически не склонна к патологическим изменениям;

- периферическая зона часто поражается злокачественными и воспалитель­ными процессами;

- транзиторные зоны нередко являются источниками развития аденоматоз­ных узлов [79].

Важно: все эти зоны при анализе эхограмм можно различить при ТРУЗИ. Но при их анализе необходимо учитывать, что особенности изображения (эхо­граммы) изменяются с возрастом, а также при различных паталогических процес­сах и, следовательно, необходимо находить и учитывать новую информацию, от­теняющую эти особенности и позволяющую определить дополнительные элемен­ты признакового пространства при анализе изображения ПЖ в виде эхограмм.

1.3.4 Обычно анализ эхограмм показывает следующее:

1. нормальная периферическая зона предстательной железы относительно однородна и имеет мелкозернистую структуру, представленную на изображении отражениями средней интенсивности за счет равномерного распределения желе­зистых и стромальных элементов;

2. периферическая зона простаты - это переднебоковая, заднебоковая и зад­няя части ПЖ от её основания до верхушки, при этом в области основания ПЖ эта зона окружает центральную; поэтому на изображениях прилегающая центральная зона не всегда четко отличается от периферической, т.е. иногда они выглядят как единое целое и это также надо учитывать при автоматизированном анализе эхо­грамм (т.е. гистологические особенности этих зон не всегда обуславливают спо­собность их тканей в различной степени отражать ультразвуковые волны);

3. переходная зона и периуретральные железы имеют еще более низкую способность к интенсивному отражению ультразвуковых волн, поэтому при УЗИ в случае доброкачественной гиперплазии эти зоны не различаются на эхограммах;

4. передняя часть ПЖ (фибромускулярная строма) не содержит желез, наиболее выражена на уровне семенного бугорка, меньшие части расположены на уровне основания и верхушки железы; эта часть, в основном, стоит из гладких мышц, хорошо проводящих ультразвуковые волны, поэтому интенсивность отра­жений здесь значительно ниже, чем в периферической зоне, это в соответствую­щей части отражается на характере изображения простаты (на эхограмме УЗИ);

5. ПЖ окружена перипростатической жировой клетчаткой и фасцией, ин­тенсивно отражающих ультразвуковые волны (УЗВ), поэтому эти ткани форми­руют гиперэхогенный «пограничный» слой (капсулу предстательной железы), при этом собственная капсула ПЖ очень тонкая и не всегда визуализируется на эхо­граммах (томограммах) УЗИ [146, 147];

6. между верхушкой простаты и семенным бугорком можно визуализиро­вать фрагменты сосудисто-нервного пучка в виде тонких гипоэхогенных линей­ных структур, расположенных на заднебоковой поверхности предстательной же­лезы (здесь проходят кавернозные нервы, ответственные за механизм эрекции);

7.

Продольное изображение анатомических зон зависит от плоскости сечения:

- на изображении в продольной плоскости, проходящей через среднюю ли­нию органа периферическая зона определяется в задней части ПЖ вместе с цен­тральной зоной, окружающей гипоэхогенные эакуляторные протоки; здесь про­статический отдел уретры между шейкой мочевого пузыря и семенным бугорком окружен гипоэхогенной переходной зоной и периуретральными железами;

- на продольной эхограмме центральная (выше уровня семенного бугорка) и периферическая (ниже уровня семенного бугорка) зоны составляют заднюю часть ПЖ; в области верхушки железы уретра полностью окружена перифериче­ской зоной, при этом ультразвуковая структура различных зон железы на про­дольных изображениях соответствует их структуре и на поперечных сечениях;

- семенные пузырьки полностью окружены жировой клетчаткой, хорошо отражающей УЗВ, при этом передняя поверхность семенного пузырька и основа­ние ПЖ в месте их слияния образуют простатическо-семенные углы, величина которых у каждого пациента индивидуальна при сохранении их симметричности.

1.3.5 Трансабдоминальное УЗИ простаты (ТАУЗИ)

Выполняется с помощью наружных датчиков с частотой 3-5 МГц (средняя наибо­лее распространенная частота £_к=3,5 МГц). Исследования сначала выполняется для мочевого пузыря. Затем визуализируют предстательную железу для опреде­ления трех её размеров во взаимно перпендикулярных плоскостях: ширина - по­перечный размер, толщина - передне-задний размер.

Методика:

- при поперечном сканировании измеряют ширину ПЖ;

- при продольном сканировании - толщину и длину простаты;

- объем рассчитывают по формулам эллипсоида (в т.ч. формулы 1.1 и 1.2);

- определяют вид роста простаты, особенно при внутрипузырьковом росте ПЖ;

- оценивают эхоструктуру предстательной железы;

- исследования проводят при умеренной степени наполнения мочевого пузыря (при объеме мочи менее 80 мл возникают трудности визуализации контуров ПЖ, а при объеме более 300 мл изображение простаты становится нечетным из-за ее удаленности от датчика и невозможности визуализации верхушки ПЖ: такие эхо­граммы - некондиционные и их надо выбраковывать автоматически из обработки.

Первым этапом при ТАУЗИ определяют по эхограммам общие характери­стики предстательной железы:

а) тип роста простаты: подпузырная, внутрипузырная и смешанная - со средней долей и без нее (рисунки 1.5 и 1.6);

б) симметричность ПЖ;

в) форму предстательной железы;

г) степень инвазии (внедрения) простаты в мочевой пузырь.

Рисунок 1.5 - Подпузырный тип роста гиперплазии простаты

а) - со средней долей, б) - без средней доли

Рисунок 1.6 - Внутрипузырный тип роста гиперплазии простаты

Наиболее частый тип роста гиперплазии - простаты - со средней долей (31,2% [128]), а наибольшая инвазия в мочевой пузырь выявлена у больных с внутрипузырным типом роста со средней долей. Учитывая также при обработке эхограмм, что у больных с овальной железой преобладают внутрипузырный и смешанный тип роста со средней долей (рисунок 1.7), тогда как у большинства пациентов с шаровидной ПЖ выявлены подпузырный и внутрипузырный тип ро­ста без средней доли (рисунок 1.8)

Рисунок 1.7 а — Эхограмма. Поперечное сканирование. Простата смешан­

ного типа роста со средней долей. Внутрипузырная часть ПЖ. б — Эхограмма.

Сагиттальное сканирование. Чётко определяется средняя доля

Рисунок 1.8 — Эхограмма. Поперечное сканирование. Шаровидная ПЖ

подпузырного типа роста без средней доли

1.3.6 Трасректальное ультразвуковое исследование предстательной железы

(ТРУЗИ)

ТРУЗИ в настоящее время считают основным методом распознавания забо­леваний простаты. Трансректальные датчики функционируют на частотах от 6 МГц [104, 148] и выше, что обеспечивает высокое качество изображения и позво­ляет детально визуализировать структуру ПЖ и окружающих ее органов и тканей.

формацию о текущем состоянии простаты (рисунок 1.9) при хорошем качестве изображения [113].

Рисунок 1.9 - а) Биплановый ректальный датчик частотой 7,5 МГц; б) ультразвуковой сканер «Hawk» 2120 фирмы B&K Medical

Изображения простаты зависят от типа применяемого датчика, который бы­вает трех типов: работающие в одной плоскости; биплановые, позволяющие по­лучать изображения простаты в поперечной и продольной плоскостях; многопла­новые с возможностью изменения плоскости сканирования на180°. Показания ТРУЗИ ПЖ обобщены в виде вербальной модели, рисунок 1.10

Исходные эхограммы при ТРУЗИ выполняются в поперечной плоскости, что позволяет оценить общее состояние предстательной железы, это надо учиты­вать при форматировании изображений в автоматизированном АРМ компьютер­ным способом. Обычно в одном сеансе получают несколько изображений как пу­тем изменения глубины ввода датчика, так и смены рабочей частоты в диагнозе 6­12 МГцс целью получения более полной информации на высококачественных эхограммах [85, 177].

Рисунок 1.10 - Вербальная модель показаний ТРУЗИ в зависимости от анамнеза и результатов физиологических и лабораторных исследований

Концептуальная модель процедур, позволяющих в результате ТАУЗИ и ТРУЗИ получить пространство признаков и характеристик для распознавания текущего состояния простаты и идентификации характера и вида заболевания [86], приведена на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Концептуальная модель формирования признаков и характеристик ПЖ

В результате анализа методик и приемов исследования ПЖ с помощью УЗИ и ТРУЗИ сформулирована постановка задачи исследования, построена структур­но-системная модель исследования различных зон простаты в здоровом состоя­нии и патологии с помощью УЗИ и ТРУЗИ, представленная на рисунке 1.12. Из описания модели следует, что различные зоны (составные части) ПЖ неодинако­во отражают ультразвуковые лучи и, кроме того, особенности тканевого строения железы не всегда позволяют сделать достоверное заключение, в особенности, в начале процесса патологического изменения того или иного участка предстатель­ной железы [68, 87, 126]. Недостаточная контрастность изображений также за­трудняют получение врачом-урологом достоверных данных как о текущем состо­янии простаты, так и о результатах и темпах лечения. В настоящее время компью­терный анализ изображений сводится, по сути к их первоначальной обработке, за­ключающейся в измерении размеров простаты, вычисления ее объема в целом и отдельно составляющих (долей) [1, 7, 84, 91, 92].

35

Рисунок 1.12 - Структурная модель УЗИ простаты

Не решены в достаточном объеме также следующие задачи:

- расчет степени инвазии гиперплазированной ткани ПЖ в мочевой пузырь;

- увязывание величины (индекса) ПСА с размерами простаты, характером воспалительного процесса ее долей, а также с общим лабораторным анализом крови, мочи и секретов железы;

- определение достоверно доброкачественной и злокачественной гиперпла­зии предстательной железы;

- оперативная обработка больших массивов изображений.

Кроме того, характер состояния тканей и долей простаты по изображениям УЗИ и ТРУЗИ прогнозируется врачами-исследователями с требуемой достоверно­стью только по мере приобретения достаточного опыта и на это требуется годы.

1.4