Ultrazvuk predstavuje lekársku zobrazovaciu techniku, ktorá využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny a ich ozveny (tzv. echá). Táto technika je podobná echolokácii u netopierov, veľrýb a delfínov, ako aj u sonaru ponoriek. V medicíne slúži na vizualizáciu svalov, šliach a mnohých vnútorných orgánov. Je schopná zachytiť ich veľkosť, štruktúru a akékoľvek patologické tkanivo v reálnom čase. Ultrazvuk je rádiológmi používaný už takmer 50 rokov a jeho využitie je dnes veľmi široké. Ide o technológiu pomerne lacnú a prenosnú, najmä v porovnaní s inými technikami, akou je napríklad zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie (MRI) a počítačovej tomografie (CT).
Fyzikálne základy a piezoelektrický jav
Pre diagnostické účely je obvykle využívané generovanie ultrazvuku pomocou piezoelektrického jevu. K pochopeniu piezoelektrického jevu je treba vedieť, že v kryštáloch môžu byť jednak elektrické náboje volne pohyblivé, tým sa hovorí volné nosiče náboja, a jednak pevne viazané v kryštalovej mriežke, tým sa hovorí viazané náboje. Dojde-li k pružnej deformácii kryštálu, zmení sa kryštálová štruktúra a tým aj vzájomná poloha viazaných nosičov náboja. Vzájomným posuvom nábojov sa od seba môžu oddialiť "ťažiská" kladných a záporných nábojov a v kryštáli sa objavuje nenulové elektrické pole. To potom možno zmerať na povrchu kryštálu ako elektrické napätie.
Dej môže prebiehať aj opačne, totiž ak sa kryštál z vhodného materiálu umiestni do dostatočne intenzívneho elektrického poľa, dôjde k jeho merateľnej deformácii. Tento jav sa niekedy nazýva obrátený piezoelektrický jav alebo elektrostrikčný jav. Ak je vonkajšie elektrické pole časovo premenné, kryštál mení svoj tvar s rovnakou periódou a sám sa tak stáva zdrojom mechanického vlnenia. Jeden piezoelektrický prvok nazývaný ultrazvukový menič môže byť súčasne zdrojom i detektorom ultrazvukového vlnenia.
Šírenie vlnenia a impedancia tkanív
Ultrazvuk je mechanické vlnenie s frekvenciou väčšou než 20 kHz, neboli presahujúce hornú hladinu slyšiteľnosti. Ultrazvukové vlny sa odrážajú od povrchu tkanív rôznej hustoty, odraz je úmerný rozdielu v hustote. Ak sa rozdiel zväčší, podiel odrazeného zvuku sa zvyšuje a podiel zvuku, ktorý preniká hlbšie, sa úmerne znižuje. V prípade, že rozdiel v hustote tkaniva je veľmi odlišný, zvuk sa kompletne odráža, čo má za následok celkový akustický tieň. Akustický tieň je prítomný za kosťami, kameňmi v obličkách, žlčníku, atď. Odraz sa nevytvára v prípade, že nie je prítomný žiadny rozdiel v tkanive alebo medzi tkanivami. Homogénne tekutiny, ako je krv, žlč, moč a obsah cýst, sú vnímané ako bezodrazové štruktúry.
Vlastné akustické vlnenie, ktoré je vysielané do tkanív, sa šíri ako pozdĺžne vlnenie. Pretože je známa doba, ktorá uplynula medzi vyslaním akustického signálu do tkaniva, možno určiť, v akej hĺbke došlo k odrazu. K tomu je ovšem treba poznať, s akou rýchlosťou sa šíri ultrazvuk v tkanivách. Táto rýchlosť sa v mäkkých tkanivách pohybuje okolo 1540 ms-1.
Frekvencia a kvalita obrazu
Frekvencia ultrazvuku je veľmi dôležitý faktor. S rastúcou frekvenciou klesá vlnová dĺžka ultrazvuku a tak možno principiálne vidieť i väčšie detaily a získať kvalitnejší obraz. Na druhej strane s frekvenciou rastie i disipácia energie, takže pri použití príliš vysokých frekvencií pre vyšetrenie orgánov uložených v hĺbke by dochádzalo k neúmernému ohrevu kože a povrchovo uložených orgánov. Dnešná ultrazvuková technika používa frekvencie 2 až 15 MHz, kratšia vlnová dĺžka umožňuje rozlíšenie malých detailov vo vnútorných konštrukciách tkanív. Expozičná dávka je všeobecne < 1 W/cm², aby sa zabránilo termálnym efektom v skúmanom tkanive.
Diagnostické zobrazovacie módy
Základom ultrazvukovej diagnostiky sú vysokofrekvenčné zvukové vlny, ktoré ľudské ucho nedokáže vnímať. Počítačový systém následne spracováva odrazené signály a transformuje ich do vizuálnej podoby na monitore.
- A mód (Amplitude): Je jednorozmerné zobrazenie, typicky ide o signál iba z jedného meniča. Jednotlivé odrazy registrované ultrazvukovou sondou sú zobrazené na monitore ako impulzy na časovej osi. A mód má v súčasnosti len obmedzené využitie, napr. pri biometrii oka.
- B mód (Brightness): Je základom tomografických zobrazení. Pri dynamickom zobrazení je v jednej sonde rada meničov, ktoré pracujú v súčinnosti a ich echá sú vyhodnocované tak, že výsledný obraz vidíme ako obraz pořízený v reálnom čase.
- M mód (Motion): Slúži k vyšetreniu pohybu anatomických štruktúr, najmä srdca. V princípe nejde o nič iné než o to, že sa v pravidelných časových intervaloch pořizuje jednorozmerný záznam.
- 3D/4D zobrazenie: V princípe sa trojrozmerná sonda nelíši od sondy dvojrozmernej, iba meniče nie sú usporiadané v rade ale v matici. Taká sonda potom umožňuje nasnímať dáta z celého objemu v pomerne krátkej dobe, takže je dokonca možné zobrazenie v reálnom čase, niekedy sa označuje ako 4D zobrazenie.
Dopplerovské metódy a meranie rýchlosti
Dopplerovské metódy vychádzajú zo vzťahu zmeny frekvencie. Cieľom týchto metód je meranie rýchlosti pohybujúcich sa štruktúr. Pri tomto meraní musíme použiť oddeleného vysielača a prijímača ultrazvukového vlnenia. Duplexná metóda je kombináciou dvojrozmerného dynamického zobrazenia a pulznej dopplerovskej metódy merania rýchlosti.
Barevná duplexná ultrasonografia predstavuje pokročilú formu, kde je obraz složen z farebnej a čiernobielej časti. Čiernobiela časť poskytuje morfologickú informáciu o odrazivosti, farebná časť informáciu o pohybe vo sledovanom reze (pohyb toku krvi). Tok krvi od sondy je zobrazený modro, tok k sonde červeno. Jas farby potom udáva rýchlosť toku.
Technické špecifikácie sond a prístrojov
Podľa tvaru sondy a usporiadania rozlišujeme niekoľko typov sond:
- Lineárna sonda: Meniče sú usporiadané v jednej rade, výsledný obraz má tvar obdĺžnika.
- Konvexná sonda: Meniče sú opäť v rade, podklad je mierne konvexný, výsledný obraz má tvar výseče z medzikružia.
- Sektorová sonda: Je uspôsobená k tomu, aby cez pomerne malé okno zobrazila pomerne široký rez tkanív.
- Cirkulárna sonda: Používa sa predovšetkým k transrektálnemu vyšetreniu prostaty.
Výbor SSUM vypracovala materiál o minimálnych technických požiadavkách na ultrazvukové prístroje pre jednotlivé klinické aplikácie. Pre brušnú sonografiu sa napríklad vyžaduje minimálne 128 kanálov, zatiaľ čo optimálne vybavenie zahŕňa 512 kanálov a pokročilé funkcie ako elasto alebo 3D zobrazenie.
Speckle a interpretácia obrazu
Speckle predstavujú fenomén, ktorý je pre ultrasonografiu charakteristický. Ultrazvuková vlna v skutočnosti prostupuje tkanivom pomerne zložitým spôsobom, pretože drobné tkanivové štruktúry majú rozmery porovnateľné s vlnovou dĺžkou prostupujúceho ultrazvuku. Tak dochádza k nezanedbateľnému rozptylu vlnenia. Prístup k specklom nie je celkom jednoznačný. Na jednej strane znižujú prehľadnosť rezu tkanivom pre neškolené oko, na druhej strane nesú aspoň časť informácie o štruktúre tkaniva. Kvalita ultrazvukového vyšetrenia výrazne závisí od skúseností a zručností vyšetrujúceho lekára alebo sonografistu. Interpretácia obrazov vyžaduje značné praktické skúsenosti a teoretické znalosti. Fyzické charakteristiky pacienta, ako je stavba tela, množstvo podkožného tuku alebo prítomnosť plynov v črevách, môžu výrazne ovplyvniť kvalitu obrazu.
Bezpečnosť a limity metódy
V súčasnosti sa ultrazvuková diagnostika považuje za jednu z najbezpečnejších zobrazovacích techník a podľa názoru odbornej verejnosti nepredstavuje žiadne významné riziko pre pacienta, ak je vykonaná správne. Sonografia totiž nevyužíva ionizujúce žiarenie a výkonové úrovne, používané na zobrazovanie, sú údajne príliš nízke, aby vyvolali nežiaduci ohrev tkanív alebo tlakové účinky. Vyšetrenie ultrazvukom by malo spĺňať zásadu ALARA (As Low As Reasonably Achievable). Ultrazvukové vlny sa nedokážu efektívne šíriť cez kosti a plynmi naplnené priestory. Hĺbka penetrácie zvukových vĺn je limitovaná, čo môže sťažiť vyšetrenie hlboko uložených orgánov, najmä u pacientov s vyšším BMI. Hoci dlhodobé účinky spôsobené expozíciami ultrazvukovou diagnostikou sú stále neznáme, väčšina lekárov zastáva názor, že prínos pre pacientov preváži riziko.
tags: #ultrazvuk #kontrolna #rychlost