Ultrazvuk predstavuje fascinujúcu oblasť modernej fyziky a medicínskej diagnostiky. Ide o mechanické vlnenie vyvolané vzájomným rozkmitaním elastických častíc, ktorého frekvencia je vyššia ako 20 kHz. Pre človeka táto frekvencia leží nad hranicou slyšiteľnosti. V závislosti od frekvencie sa ultrazvukové vlnenie delí na tri kategórie: silový ultrazvuk s frekvenciou 20-100 kHz, vysokofrekvenčný s frekvenciou do 100 kHz do 1 MHz a diagnostický ultrazvuk o frekvenciách 1-500 MHz.
Princípy šírenia vlnenia v látkovom prostredí
Ultrazvuk, generovaný pomocou magnetostrikčných, častejšie piezoelektrických generátorov, sa šíri látkovým prostredím ako vlna striedavého zahusťovania a riedenia molekúl. Častica sama o sebe sa nikam nešíri, ale prenáša energiu kmitavého pohybu na susedné častice a dochádza k šíreniu kmitu. Prostredie sa nazýva pružným. Mechanické vlnenie a teda aj ultrazvuk môžeme popísať frekvenciou alebo periódou, amplitúdou, vlnovou dĺžkou a rýchlosťou šírenia.
Vyššia hustota látky síce znižuje rýchlosť šírenia zvuku, zároveň ale látky s vyššou hustotou zvyčajne mávajú vyššiu elasticitu. Preto sa ultrazvuk najrýchlejšie šíri v pevných látkach (napr. kostiach) a najpomalšie v plynoch (vzduch). V ľudskom tele sa rýchlosť šírenia pohybuje okolo 1540 m/s.
Priečne a pozdĺžne vlny
Akustická impedancia a interakcia s tkanivami
Na hustote prostredia a rýchlosti šírenia ultrazvuku je závislá akustická impedancia, veličina popisujúca vzťah ultrazvuku a prostredia. Prostredie kladie akýsi odpor ultrazvukovému vlneniu a bráni vzniku zón zvýšeného a zníženého tlaku. Pri prechode telom ultrazvuková vlna naráža na rôzne tkanivové rozhrania, pričom rôzne tkanivá majú rôznu akustickú impedanciu a echogenitu - schopnosť odrážať ultrazvukové vlny.
Čím väčší je rozdiel akustických impedancií a echogenít susedných tkanív, tým väčší je odraz vlny. Na tomto princípe je založená metóda vyšetrovania ultrazvukom v lekárstve. Pri vyšetrení ultrazvukom je však nežiaduce, aby vlny prechádzali vzduchovou vrstvou medzi ultrazvukovou sondou a povrchom tela, preto sa používa gél, ktorý pomáha efektívne prenášať vlny.
Dopplerov jav v diagnostike
Dopplerov efekt popisuje zmenu frekvencie pohybujúceho sa objektu. Tento jav v bežnom živote možno pozorovať napr. u húkajúcej sanitky. V medicínskej praxi sa využíva na zobrazenie toku krvi v cievach. Odrazené vlnenie od približujúceho sa objektu k sonde má vyššiu frekvenciu ako odrazené vlnenie od vzďaľujúceho sa objektu od sondy. Ku klinickému využitiu funkcie Doppler patrí diferenciálna diagnostika akútnych a chronických zápalových procesov, benígnych a malígnych tumorov, neoangiogenézy v zmysle reparačných, regeneračných, degeneratívnych a reumatických procesov, kde môžeme hodnotiť aj veľmi nízke prietoky až stázu krvi.
Biologické účinky a bezpečnosť expozície
Pri prechode živou tkáňou ultrazvuk spôsobuje v dôsledku absorpcie energie zahrievanie tkaniva. Miera absorpcie je závislá na frekvencii ultrazvuku. S rastúcou frekvenciou sa zvyšuje absorpcia a disperzia v tkanivách a klesá prenikavosť ultrazvuku. Absorpcia ultrazvuku prebieha v hlbšie uložených tkanivách, ktoré väčšinou neobsahujú termoreceptory.
K predchádzaniu rizika nebezpečnej expozície boli zavedené mechanický (MI) a tepelný index (TI). Mechanický index vyjadruje stupeň nebezpečenstva poškodenia tkaniva kavitáciou a je závislý na frekvencii a energii vyslaného ultrazvukového vlnenia. Diagnostický ultrazvuk je jednou zo zobrazovacích vyšetrovacích metód, ktorá umožňuje rýchle zobrazenie rôznych vnútorných tkanív ľudského tela, pomocou ktorého môže lekár určiť diagnózu a navrhnúť ďalší postup. Vďaka absencii radiačného žiarenia nepredstavuje sonografické vyšetrenie pre pacienta nebezpečenstvo ani pri vysokom počte kontrolných vyšetrení.
Kontrastné látky v sonografii
Prvá zmienka o použití ultrasonografických kontrastných látok, na zvýšenie rozptylu krvi, je z roku 1968. Ide o mikrobubliny, ktoré sú menšie než červené krvinky (priemer 3-10 μm) a sú zložené z plášťa, ktorý je z netoxických prírodných alebo syntetických biologických rozložiteľných materiálov, a z malého množstva inertného nereaktívneho plynu nízkej rozpustnosti.
V praxi sa ultrazvukové kontrastné látky používajú k hodnoteniu ložiskových lézií parenchymatóznych orgánov, predovšetkým pečene, kedy na základe charakteru a kinetiky sýtenia prispievajú k diagnostike ložísk. Aplikácia mikrobublín je užitočná v zobrazení ďalších orgánov (obličky, prsníky, prostata a maternica) a dutín.
Moderné aplikácie: Muskuloskeletálna a neuromuskulárna ultrasonografia
Ultrasonografia muskuloskeletálneho systému je jedna z najpraktickejších zobrazovacích techník pre možnosť vykonania vyšetrenia v reálnom čase, opakovateľnosť vyšetrenia, pre vysoké diagnostické rozlíšenie (0,1 mm), biologickú neinvazivitu a dobrú tolerabilitu pacientom. Pri sonografii využívame prienik a odraz ultrazvuku v rôznych tkanivách, na rozdiel od ionizačného žiarenia pri RTG alebo CT vyšetrení.
Neuromuskulárny ultrazvuk (NMUS) je moderná neinvazívna zobrazovacia metóda, ktorá zohráva dôležitú úlohu v diagnostike periférnych neuropatií, ako sú syndróm karpálneho tunela, neuropatia n. ulnaris v oblasti lakťa a iné. NMUS umožňuje vizualizáciu periférnych nervov a ich okolitých štruktúr v reálnom čase, čím pomáha odhaliť nervovú kompresiu, zhrubnutie nervu, opuch, degeneratívne zmeny alebo anomálie v priebehu nervu.
Priečne a pozdĺžne vlny
Intervenčná ultrasonografia
V reálnom čase sonografickou vizualizáciou ihly v cieľovom tkanive rozširujeme možnosti ultrasonografie aj o liečebné zákroky. Ultrasonografia poskytuje možnosť navigovaných výkonov, ktoré je za bežných okolností problematické vykonať. Ultrasonografická intervencia môže byť diagnostická, terapeutická alebo zmiešaná. Ultrasonografická navigovaná aplikácia zjednodušuje podanie a minimalizuje podanie liečiva paralezionálne. Aj napriek výhodám nepatrí ešte ultrasonografická navigácia k rozšírenej procedúre v ortopédii.
Ultrasonografický monitoring je novou metódou využitia ultrasonografu a pozostáva z použitia najmä B-módu a funkcií Doppler. Úlohou ultrasonografického monitoringu terapie je objektívne zhodnotiť dynamiku a efekt terapie, stav remisie alebo progresie, pričom sa nespoliehame iba na subjektívny stav pacienta a fyzikálne vyšetrenie. Podľa ultrasonografického výsledku sa rozhodujeme pre pokračovanie, zmenu alebo jemnú reguláciu liečby.
tags: #ultrazvuk #zvukovej #dynamik