Ultrazvuková diagnostika Obsah přednášky Ø Fyzikální vlastnosti ultrazvuku a akustické parametry prostředí Ø Sonografie • Impulsní odrazová metoda • A-zobrazení – jednorozměrné • B-zobrazení – dvourozměrné • M-zobrazení • Základní charakteristiky sonogramů • Intervenční sonografie • Echokontrastní prostředky • Harmonické zobrazení • Princip trojrozměrného zobrazení Ø Dopplerovské měření toku • Princip Dopplerova jevu • Princip měření toku krve • Kontinuální dopplerovské systémy • Impulsní dopplerovské systémy • Duplexní a triplexní metoda • Power Doppler • Tkáňový Doppler – zobrazení pohybu tkání Ø Ultrazvuková denzitometrie Ø Bezpečnost pacientů: omezování „dávek“ ultrazvuku Ultrazvuková diagnostika Ø Ultrazvuková diagnostika se vyvíjí od začátku 50. let 20. století. Umožňuje získat obrazy příčných řezů lidským tělem, které mohou obsahovat důležité informace o funkčním stavu a patologii dané části těla. Ø Ultrazvuková diagnostika je založena hlavně na odrazu ultrazvukových vln od akustických rozhraní Ø Rozlišujeme: – Sonografii (A, B a M zobrazení, 3D a 4D zobrazení) – Dopplerovské měření toku krve, včetně duplexních a triplexních metod (Duplex, Colour, Triplex, Power) – Tkáňový Doppler – zobrazení pohybu tkání – Ultrazvukovou denzitometrii Interakce UZ s tkáněmi Ø Odraz (hladká homogenní rozhraní o velikosti větší, než je šířka svazku, například povrchy orgánů) Ø Rayleighův rozptyl (malé rozměry rozhraní, např. krevní buňky, převládá v nehomogenním prostředí) Ø Lom (od kolmice z řidšího do hustšího prostředí – opačně než u světla! – někdy zkresluje obraz) Ø Absorpce (přeměna UZ na teplo) – Absorpce se zvyšuje s frekvencí – opačně než u rtg záření – Absorpce je vysoká v plících, menší v kostech, nejmenší v měkké tkáni – znovu jiná závislost než u rtg záření Ø Interference: ‘speckle’ v UZ obrazech jsou výsledkem interference vln vznikajících při Rayleighově rozptylu Ø Difrakce – ohyb vlnění Akustické parametry prostředí Rychlost UZ c závisí na pružnosti a hustotě r prostředí: K - modul objemové pružnosti Ve vodě a v měkkých tkáních c = 1500 - 1600 m.s^-1, v kostech kolem 3600 m.s^-1 Akustické parametry prostředí Ø Blízké pole (Fresnelova oblast) – tato část UZ svazku je válcovitá – v ose svazku jsou velké rozdíly tlaku. Ø Vzdálené pole (Fraunhoferova oblast) – UZ svazek je rozbíhavý – rozložení tlaku je homogennější. Ø Zvýšení frekvence UZ nebo menší průměr měniče způsobuje zkrácení blízkého pole – rozbíhavost vzdáleného pole se zvyšuje. Stupeň odrazivosti – echogenita. Obrazy cystických (kapalinou naplněných) a solidních struktur jsou různé. Podle intenzity odrazů můžeme rozlišovat struktury: hyperechogenní, izoechogenní, hypoechogenní, anechogenní. Ø Solidní struktury (konkrementy) – akustický stín (způsobený absorpcí a odrazy UZ) Ø Vzduchové bubliny a jiná silně odrážející rozhraní mohou způsobovat opakované odrazy (reverberace, „chvost komety“). Sonografie Intervenční sonografie Ø Intervenční sonografie se využívá hlavně při provádění punkcí Ø diagnostických – punkce tenkou jehlou pro odběr vzorků tkáně na histologické vyšetření Ø terapeutických – pro aspiraci obsahu cyst nebo abscesů, výpotků atd. Ø Punkce může být provedena „z volné ruky“ – sonda je blízko místa punkce – nebo je punkční jehla naváděna speciálním punkčním vodicím nástavcem. Čtyřrozměrné (4D) zobrazení Čtvrtým rozměrem je čas Dopplerovské měření toku Dopplerův jev (posun frekvence vlnění vytvářeného nebo odráženého pohybujícím se objektem) lze použít pro detekci a měření toku krve stejně jako pro detekci a měření pohybu některých akustických rozhraní uvnitř těla (srdce plodu, stěny cév). Ultrazvuková denzitometrie Je založena na měření jak rychlosti UZ v kosti tak i na stanovení útlumu UZ v kosti. Na rozdíl od rentgenových metod, ultrazvuková denzitometrie poskytuje také informaci o struktuře kosti a její pružnosti. ØRychlost šíření UZ závisí na hustotě a elasticitě prostředí. Přední strana kosti holenní a zadní strana patní kosti se časti využívají jako místa pro měření. Rychlost UZ je dána podílem změřené vzdálenosti a doby průchodu ultrazvuku kostí. ØÚtlum UZ závisí na fyzikálních vlastnostech daného prostředí a frekvenci použitého UZ. Pro frekvence v oblasti 0,1 - 1 MHz je tato závislost téměř lineární. Útlum je vyjadřován běžně v jednotkách dB/MHz/cm. ØKlinický význam: diagnostika osteoporózy Ultrazvuková denzitometrie Bezpečnost pacientů: snižování „dávek“ ultrazvuku Uvážlivé používání ultrazvuku Ø UZ je neionizujícím zářením, avšak protože mnohé biologické účinky UZ nebyly dosud zcela prozkoumány, je doporučováno používat UZ s opatrností. Ø ALARA – as low as reasonably achievable – tak nízké, jaké lze rozumně dosáhnout (expozice) Ø V praxi znamená „uvážlivé používání“ zdůvodněnost a optimalizaci Biologické účinky Ø Možné biologické účinky: inaktivace enzymů, změny v morfologii buněk, vnitřní krvácení, tvorby volných radikálů … Ø Mechanismy biologického působení: – Mechanické účinky • Přemísťování a zrychlený pohyb biomolekul • Kavitace (stabilní nebo přechodná) – kmity plynových bublin – viz přednáška o biogických účincích ultrazvuku – Zvýšené teploty tkáně (absorpce UZ – proto je nárůst teploty nejvyšší v oblasti plic, menší v kostech, nejmenší v měkkých tkáních) Ø Všechny biologické účinky jsou deterministické a prahové (kavitace) nebo bezprahové (ohřev). Výstupní výkon měniče Ø U každého přístroje může být jiný Ø Zvyšuje se, přejdeme-li od běžného zobrazení B k barevnému zobrazení toku. Ø U M-zobrazení jsou výstupní výkony nízké, avšak dávka absorbovaná ve vyšetřované oblasti je relativně vysoká, protože svazek UZ je stacionární. Indikátory rizika Ø Aby bylo možno vyhnout se nebezpečným expozicím, byly zavedeny dva indexy. Jejich hodnoty (různé pro různé orgány) jsou často zobrazovány na obrazovce přístroje a neměly by být překračovány. Ø Tepelný index (TI): Vyjadřuje možný nárůst teploty za předpokladu neměnné polohy měniče – TIS: pro průchod UZ měkkou tkání – TIB: nachází-li se v blízkosti ohniska svazku kost – TIC: lebka (blízký povrch kosti) Ø Mechanický index (MI): měřítko možných mechanických (kavitačních) biologických účinků Zdůvodněnost Ø Žádné komerční demonstrace na lidech Ø Žádný výcvik na studentech Ø Žádná ‘ultrazvuková videa na památku’ nebo nadměrné používání v porodnictví Optimalizace „dávek“ 1 Ø Minimalizace TI a MI a používání správných indexů (TIS, TIB, TIC), opatrnost v případech, kdy dochází k podhodnocení Ø Ověřování akustického výkonu podle manuálu Ø Používat spíše většího zesílení přijímaného signálu spíše než vyšších výstupních výkonů Ø Vyšetřování zahájit s nízkým výkonem, teprve v případě nutnosti jej postupně zvyšovat Optimalizace „dávek“ 2 Ø Vyhýbat se opakovanému vyšetřování a snižovat expoziční časy Ø Nesetrvávat se sondou v jediné poloze Ø Větší opatrnost při používání kontrastních prostředků, protože zvyšují riziko kavitace Ø Pravidelná kontrola kvality ultrazvukových přístrojů Autoři: Vojtěch Mornstein, Ivo Hrazdira, Pavel Grec Obsahová spolupráce: Carmel J. Caruana Grafika: Lucie Mornsteinová Poslední revize: červen 2009