História ultrazvuku v medicíne

Ultrazvuková diagnostika je neinvazívna zobrazovacia technika, ktorá využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny na vizualizáciu vnútorných štruktúr tela. Neinvazívnosť z nej robí nenahraditeľný nástroj modernej medicíny. Všeobecne sa používa napríklad počas tehotenstva.

Do tela vyšetrovaného pacienta je vysielané ultrazvukové vlnenie vytvárané piezoelektrickým meničom o frekvencii 2 - 18 MHz a intenzite maximálne 10 Wm−2. Mäkké tkanivá sa chovajú ako tekutina, ultrazvukové vlnenie je len priečne s priemernou rýchlosťou 1540 ms−1. Akustická impedancia, a teda i rýchlosť šírenia ultrazvukového vlnenia, však nie je vo všetkých tkanivách celkom rovnaká, tkanivá majú rozdielnu akustickú impedanciu. Na rozhraní dvoch tkanív s odlišnou akustickou impedanciou sú vhodné podmienky pre čiastočný odraz vlnenia. V ideálnom prípade je plocha rozhrania kolmá na smer šírenia ultrazvukového vlnenia a odrazené vlnenie môže byť registrované. Aby bolo vôbec možné registrovať odrazené vlnenie, vysiela sa ultrazvuk v milisekundových impulzoch s opakujúcou sa frekvenciou rádovo 102-103 Hz a registruje sa intenzita odrazených signálov i doba, za akú sa po vysielaní vráti do senzoru. Pretože vzduch má pre ultrazvukové vlnenie veľmi vysokú impedanciu, je potrebné zaistiť, aby vlnenie prechádzalo len vodným prostredím.

Počiatky ultrazvukového zobrazovania

Prvá písomná správa o použití zvukových vĺn na priestorové určovanie polohy sa datuje do roku 1794. Lazaro Spallanzani analyzoval základný mechanizmus netopierov pre priestorové umiestnenie a veril, že netopiere používajú iné mechanizmy na určovanie polohy, a nie vizuálny priestor. V roku 1880 Galton vytvoril a vyrobil zariadenie schopné generovať zvukové vlny s frekvenciou 40 000 Hz. V tom istom roku bratia Jacques a Pierre Curie poukázali na to, že mechanické vibrácie kremenných kryštálov môžu vytvárať elektrickú energiu, a tento jav sa teraz nazýva piezoelektrický efekt. Inverzný piezoelektrický efekt objavili aj bratia Jacques a Pierre Curie. Kryštály kremeňa môžu pri zmenách elektrického náboja vibrovať a vytvárať ultrazvukové vlny.

V roku 1912 Richardson vynašiel echolokátor založený na koncepcii ultrazvuku, ktorý slúžil na navigáciu a detekciu predmetov vo vode. V roku 1929 Sokolov navrhol teóriu šírenia zvuku a na začiatku 30. rokov minulého storočia začal používať ultrazvuk na zisťovanie vnútorných defektov kovových konštrukcií. V roku 1937 sa bratia Dussigovci pokúsili použiť ultrazvuk na zobrazenie štruktúry komory, ale ich pokus bol neúspešný, pretože ultrazvuk nedokázal preniknúť do štruktúry kostí. Ludwig a Stuters začali používať pulzný ultrazvuk na detekciu žlčníkových kameňov v štyridsiatych rokoch minulého storočia.

V roku 1942 bol rakúsky lekár priekopníkom aplikácie penetračného ultrazvukového zobrazovania pri diagnostike ľudského mozgu. Napriek tomu, že zobrazovací efekt obrazu mozgu získaného touto metódou bol veľmi zlý, do klinickej lekárskej diagnostiky inovatívne zaviedol ultrazvukové zobrazovanie. Táto práca je stále považovaná za míľnik v oblasti lekárskeho ultrazvukového zobrazovania.

Rozvoj ultrazvukových metód

V roku 1956 Ian Donald v praxi skutočne použil jednorozmerný režim (ultrazvuk v režime A) na meranie priemeru parietálneho laloku hlavy plodu. O dva roky neskôr Donald a Brown zverejnili ultrazvukové snímky nádorov ženských pohlavných orgánov. Súčasne Brown vynašiel takzvaný "dvojrozmerný skener zlúčenín", ktorý umožňuje skúšajúcim pozorovať a analyzovať hustotu tkanív. Toto sa často označuje ako bod zlomu v lekárskej aplikácii ultrazvuku.

A mód (Amplitude mode) je jednorozmerné zobrazenie, pri ktorom sa na tienidle zobrazujú amplitúdy odrazených signálov, výstupom vyšetrenia je teda krivka zobrazujúca závislosť korigovanej intenzity odrazeného signálu na čase uplynutom od vyslania signálu. Tento mód umožňuje presné meranie vzdialenosti. V jednorozmernom obraze je všeobecne ťažká orientácia, pretože vyšetrujúci si musí dobre predstaviť trojrozmernú štruktúru organizmu a v nej viesť iba jeden skúmajúci lúč.

B mód (Brightness mode) je jednorozmerné zobrazenie, pri ktorom sa amplitúdy odrazených signálov prevádzajú do odtieňov šedej. Výstupom je úsečka zložená z pixelov o rôznom jase. Jasný bod odpovedá vrcholu na krivke z A módu, tmavý úsek odpovedá nulovej línii na krivke z A módu.

M mód (Movement mode) je spôsobom jednorozmerného zobrazenia umožňujúci zobrazenie pohybujúcich sa štruktúr, najčastejšie srdca. Ide vlastne o dáta v B móde zobrazené za sebou v čase.

2D zobrazenie je základným zobrazením. Z 2D obrazu môžeme v prípade potreby získať i jednorozmerné obrazy v módu A, B a aj M. Dvojrozmerný obraz je získaný ako rada vedľa seba položených úsečiek jednorozmerného zobrazenia v B módu. Technicky sa dá získať niekoľko lúčov buď vychyľovaním lúčov jedného meniča, alebo použitím rady (array) meničov pracujúcich súčasne. 2D zobrazenie je široko využívanou metódou vyšetrenia vnútorných orgánov, lebo je pomerne ľahko dostupné a prakticky nezaťažujúce pacientov.

Moderným zobrazením je trojrozmerná rekonštrukcia radov dvojrozmerných snímkov. Najčastejšie sa takéto obrazy používajú v pôrodníctve, môžu však byť použité i napr. v ortopédii. Trojrozmerný obraz vzniká ako počítačová rekonštrukcia z radov za sebou ležiacich dvojrozmerných rezov.

Ultrazvuk v medicínskych odboroch

V internej medicíne slúži na vyšetrenie pečene, obličiek a močového mechúra. V gynekológii monitoruje tehotenstvo a hodnotí maternicu a vaječníky. Kardiológia ju využíva na zhodnotenie srdcových funkcií. V endokrinológii sa používa na štítnu žľazu, v gastroenterológii k vyšetreniu tráviaceho traktu. V tomto prostredí je neoceniteľná pre rýchlu diagnostiku stavov, ako je vnútorné krvácanie, srdcová tamponáda, žilová trombóza alebo pneumotorax.

2D zobrazenie sa používa napr. k diagnostickým zobrazeniu pečene, žlčníku a žlčových ciest, slinivky brušnej, dutiny pobrušnice, obličiek, močových ciest a močového mechúra, prostaty, semenníkov, pŕs, maternice, ovárií, srdca, ciev, štítnej žľazy, mäkkých kĺbových a okolo kĺbových štruktúr a u novorodencov dokonca i mozgu. Samozrejmosťou je i ultrazvukové vyšetrenie vyvíjajúceho sa plodu.

Abdominálny ultrazvuk predstavuje dôležitý zobrazovací nástroj pre vyšetrenie orgánov brušnej dutiny, vrátane pečene, žlčníka, pankreasu, obličiek, sleziny a mechúra. Uplatňuje sa pri diagnostike patologických stavov - nádory, cysty, zápalové ochorenia (napr. hepatitída, pankreatitída) či prítomnosť konkrementov v žlčníku a obličkách. Je zásadné v gynekológii pri hodnotení maternice, vaječníkov a ďalších panvových štruktúr. Využíva sa najmä v urológii. Proktológia zohráva zásadnú úlohu pri diagnostike ochorení prostaty, ako je benígna hyperplázia prostaty, alebo karcinóm prostaty. Ultrazvukové vyšetrenie semenníkov slúži na detekciu nádorov, zápalov, torzie semenníkov alebo iných abnormalít mieška. Je základným diagnostickým nástrojom v andrológii a detskej urológii.

Metóda umožňuje vyhodnotenie prietoku krvi v cievach. Funguje na princípe Dopplerovho efektu, kde sa ultrazvukové vlny odrážajú od pohybujúcich sa krvných prvkov, najmä červených krviniek. Hodnotenie žilovej nedostatočnosti, napr.

Kombinuje endoskopiu s ultrazvukovým zobrazovaním, kde primárne skúma tráviaci trakt a okolité štruktúry s vysokým rozlíšením. Kardiológovia potom vykonávajú echokardiografiu pažeráka endoskopickou metódou. Pri jeho hodnotení pomáha endoskopická ultrasonografia pankreasu. Kombinuje klasické ultrazvukové zobrazovanie s Dopplerovským vyšetrením, čo umožňuje súčasné hodnotenie morfológie ciev aj krvného toku v nich.

Prvé publikácie slovenských autorov o problematike brušnej ultrasonografie boli uverejnené v r. 1981. Zavŕšená dvadsaťročnica činnosti bola dostatočným podnetom na zhrnutie jej vývoja a úrovne podľa publikovaných prác.

K medicínskym účelom bol ultrazvuk prvýkrát použitý v 40. rokoch 20. storočia. A to pri detekcii nádorov mozgu. Za osem desaťročí prešlo odvetvie zásadným technologickým pokrokom.

tags: #kedy #sa #zacal #pouzivat #ultrazvuk #v