Ultrazvuk je technika pro zobrazování pomocí ultrazvuku . Běžně se používá v humánní a veterinární medicíně , ale lze jej použít také ve výzkumu a průmyslu .
Slovo „ultrazvuk“ pochází z víly Echo v řecké mytologii, která zosobňovala tento jev, a z řeckého kořene Graphô (psát). Proto je definován jako „napsaný echem“. Termín „ultrazvuk“ označuje jak lékařský úkon, tak obraz, který z něj vyplývá, zkráceně v ženském výrazu „echo“.
Zařízení pro ultrazvuk je „ultrazvuk“. Všechny moderní přístroje mají funkci Doppler . Proto hovoříme o „ Dopplerově ultrazvuku “ (zkráceně „ Dopplerův ultrazvuk “).
Lékař, manipulátor v lékařské elektroradiologii nebo porodní asistentka, která provádí ultrazvuk, je „sonograf“.
Moderní ultrazvuk je výsledkem více než 200 let multidisciplinárního vědeckého výzkumu, v němž se setkávají fyzici , matematici , biologové , lékaři , inženýři elektroniky a počítačoví vědci . V roce 1828 se švýcarskému fyzikovi Jean-Danielovi Colladonovi podařilo určit rychlost šíření zvuku ve vodě. Tento objev je zásadní při vývoji několika nástrojů založených na emisi a příjmu zvukových vln. V roce 1838 se výzkumník z University of Virginia ve Spojených státech pokusil zmapovat mořské dno pomocí nástroje založeného na této metodě. Jeho pokus byl neúspěšný, ale jeho nápad inspiroval vynálezce sonaru v meziválečném období , kteří pak měli pokročilejší technologické prostředky.
Sonar (zkratka odvozená z anglického „ zvukovou navigaci a rozsahu “ ) je technika vyvinutá pro detekci a lokalizaci objektů pod vodou. Sonar vydává zvukový puls a přijímá ozvěnu, která se vytváří, když tento pulz zasáhne objekt. Měří se doba, která uplynula mezi vyzařováním zvukového impulsu a příjmem ozvěny, a s vědomím rychlosti šíření zvuku ve vodě je možné určit vzdálenost mezi vysílačem a objektem. Moderní ultrazvuk je založen na stejných fyzikálních principech jako sonar.
Výzkum takového systému je katalyzován, zejména potopením Titanicu , nutností zmapovat mořské dno pro nasazení telegrafních linek a touhou detekovat nepřátelské ponorky během první a druhé světové války . Výrobci také hrají důležitou roli při zlepšování přesnosti zařízení. Výrobci se skutečně zajímají o tuto technologii pro detekci výrobních vad karoserií automobilů a trupů lodí . Jejich výzkum umožňuje zvýšit frekvenci emise zvukových impulzů a přesněji měřit čas mezi emisemi vlny a příjmem ozvěny.
První experimenty v oblasti medicíny sahají až do konce 30. let , kdy se Karl Dussik, neurolog, a jeho bratr Friedrich Dussik, fyzik, pokusili pomocí ultrazvuku diagnostikovat mozkové nádory , ale bez úspěchu. Pokud jde o použití ultrazvuku v lékařské oblasti, došlo v 50. letech k významnému pokroku . Brit John Wild se začal zajímat o použití ultrazvuku k detekci nádorů a kamenů a publikoval první dvourozměrný ultrazvukový obraz v roce 1952. V Denveru vyvinul Douglas Howry systém, skener Pan , který vyžadoval ponoření studované oblasti. Mezitím na University of Glasgow ve Skotsku upravil porodník Ian Donald průmyslový ultrazvukový přístroj určený k detekci poruch trupů lodí. V roce 1958 publikoval klíčový článek v oboru lékařského ultrazvuku v gynekologii , který obsahuje první dvourozměrné ultrazvukové snímky plodu . Od velkých pokroků v 50. letech 20. století značně vzrostlo používání ultrazvuku v lékařské oblasti, zejména díky technologickému pokroku, který umožnil snížit velikost a náklady na ultrazvukové přístroje a zároveň zlepšit jejich přesnost.
Ultrazvukový přístroj se skládá z následujících komponent:
Vše je uspořádáno na mobilním vozíku, což umožňuje provádět vyšetření u lůžka pacienta.
Potřeby se liší v závislosti na studovaném orgánu. Nejnáročnější je srdce , v podstatě mobilní, které vyžaduje dobrou definici prostorového, ale i časového obrazu.
První studie o ultrazvuku nebyly aplikovány na medicínu, ale zaměřily se na umožnění detekce ponorek během první světové války . V roce 1951 představili dva Britové JJ Wild (lékař) a J. Reid (elektronika) lékařské komunitě nové zařízení: ultrazvukový přístroj. Byl určen pro výzkum mozkových nádorů, ale bude mít kariéru v porodnictví . Použití v porodnictví se datuje od začátku 70. let se zařízeními pro měření lebečního obvodu a snímání zvuků z plodu (viz Dopplerův jev ).
Základním prvkem ultrazvuku je obvykle piezoelektrická keramika ( PZT ) umístěná v sondě, která vystavená elektrickým pulzům vibruje a generuje ultrazvuk . Ozvěny zachycuje stejná keramika, která pak funguje jako přijímač: tomu se říká ultrazvukový měnič. Ultrazvukový přístroj je vybaven ultrazvukovou sondou zvanou ultrazvuková tyč, původně vybavenou 64, 96 nebo dokonce 128 řadovými ultrazvukovými měniči. Sondy moderních ultrazvukových strojů mají dnes až 960 prvků. Při srdečním ultrazvuku se počet prvků zvýší na 3 000 prvků. Přenos se provádí postupně na každém měniči.
Ultrazvuk je odesílán v ohraničeném (často lichoběžníkovém) obvodu a zaznamenané ozvěny jsou podpisy překážek, se kterými se setkaly. Schopnost odrazu je větší nebo menší vhodnost tkáně do zpětného rozptylu ultrazvuku.
Frekvenci ultrazvuku lze modulovat: zvýšení frekvence umožňuje mít přesnější signál (a tedy jemnější obraz), ale ultrazvuk je poté v vyšetřovaném organismu rychle tlumen a již neumožňuje zkoumat hluboké struktury . V praxi má sonograf k dispozici několik sond s různými frekvencemi:
Toto rozlišení závisí také na tvaru zkoumané struktury: je mnohem lepší, pokud je kolmý na ultrazvukový paprsek, než je-li rovnoběžný s tímto paprskem.
Frekvence příjmu signálu také ovlivňuje kvalitu obrazu: v základním režimu snímač detekuje signály se stejnou frekvencí jako vysílání. V harmonickém režimu detekuje signály s dvojnásobnou frekvencí (druhá harmonická) oproti frekvenci emise. Výhodou posledně jmenovaného systému je, že v podstatě detekuje pouze ozvěny vracející se ve stejném směru jako emise, čímž eliminuje rozptýlené ozvěny a činí signál mnohem méně hlučným. Nelineární detekce má zvláštní odezvu, nereaguje na prvních pár centimetrů po sondě, což umožňuje usnadnit zobrazování u pacienta s nadváhou (jehož vrstva tuku pod kůží ztěžuje průchod ultrazvukem).
Z mechanických důvodů se má za to, že kontakt mezi sondou a břichem nemůže být dokonalý, a proto je mezi nimi tenká vrstva vzduchu.
Tyto akustické impedance ve vzduchu a kůže (biologické tkáni), měřené v Pa ⋅s / m, jsou v tomto pořadí v hodnotách:
Umožňují vypočítat hodnotu přenosového koeficientu T rozhraní vzduch-kůže:
Tato hodnota je velmi nízká, a proto generuje významné zeslabení signálu mezi emisí a příjmem ultrazvuku sondou. Aby se tento problém odstranil, sonograf aplikuje gel, jehož akustická impedance je blízká pokožce, aby se dosáhlo nižšího útlumu.
Elektronika ultrazvukového přístroje je zodpovědná za zesílení a zpracování těchto signálů za účelem jejich převodu na video signál . Obrázek se provádí v šedých úrovních podle intenzity zpětné ozvěny.
Různé tkáně v těle se mohou objevit různými způsoby:
Ovládací konzole má klávesnici pro zadávání identifikátorů pacientů a komentářů. Poskytuje přístup k různým režimům ultrazvuku a Dopplera, stejně jako zpracování a ukládání obrazu. Umožňuje také provádět měření (vzdálenost, plochu atd.) A provádět různé výpočty.
Dělá se to přes obrazovku.
K dispozici jsou různé režimy:
Tyto obrázky ve stupních šedi mohou být spojeny s barevnými Dopplerovými daty .
Teoreticky data, která mají být uložena, odpovídají filmu o délce vyšetření (od několika minut do více než půl hodiny), což stále představuje problémy, pokud jde o požadovanou velikost paměti. V praxi se uchovávají pouze statické snímky nebo krátké smyčky obrazu. Formát je často proprietární (s nástrojem pro převod DICOM ) nebo nativně vytvořený v DICOM. Tento formát, široce používaný v oblasti lékařského zobrazování , umožňuje uchovat ve stejném dokumentu identifikátor pacienta, obraz a charakteristiky jeho pořízení. Na některých ultrazvukových zařízeních je možné ukládat obrázky ve formátu JPEG s nepostřehnutelnou ztrátou kvality.
Jednoduchým způsobem se vybraný obrázek vytiskne a připojí k sestavě. V tomto případě má pouze ilustrativní roli, protože kvalita reprodukce neumožňuje v žádném případě přehodnotit například diagnózu.
Obraz lze také analogicky uložit na videokazetu, což má za následek výraznou degradaci definice, ale umožňuje zachování dostatečného množství informací, aby bylo možné z ní následně odvodit informace.
Nedávný způsob existence DVD rekordéru v reálném čase (současně) s prováděním zkoušky umožňuje digitalizovat několik hodin zkoušek.
Obrazy (nebo obrazové smyčky) lze přenášet digitálně, a to buď na CDrom nebo v počítačové síti .
Ultrazvuk v souvislosti s jeho použitím v ultrazvuku nikdy neodhalil žádné škodlivé důsledky pro člověka. V naprosté většině studií byly pozorovány pouze zanedbatelné biologické účinky bez následných patologických účinků. Americká studie ukázala, že ultrazvuk za určitých podmínek narušuje vývoj mozku u plodu myší. Probíhají studie k posouzení tohoto rizika u lidí.
V závislosti na vyšetřovaném orgánu musí být pacient nalačno. Leží na vyšetřovacím stole a sonda pokrytá gelem je umístěna přímo na kůži naproti struktuře, která má být zobrazena.
Diagnostický ultrazvuk se objevil v 50. letech pro srdce a prsa. V roce 1957 vynalezli dva Britové, inženýr Tom Brown a gynekolog Ian Donald (v) , první ultrazvukovou sondu.
V rámci lékařského dohledu nad těhotenstvím umožňuje ultrazvuk získat monochromatický obraz plodu v matčině lůně. I když se jedná o nejznámější použití ultrazvuku, tato technologie se také používá k detekci poruch vnitřních orgánů ( kameny , cysty , rakoviny ).
V Quebecu od roku 2004 nabízejí některé kliniky pro reprodukci a sledování těhotenství 3-dimenzionální ultrazvukovou službu, která umožňuje globálnější pohled na plod.
Ultrazvuk nelékařských suvenýrůTakzvaný „pohodlí“, potěšení nebo emoční ultrazvuk je služba poskytovaná určitými společnostmi, která umožňuje vizualizaci plodu, případně v trojrozměrném obrazu, což umožňuje rodičům pořídit videozáznam z paměti. Vyšetření se poté provádí mimo lékařský rámec.
v prosince 2011, Jacques Lansac, jako předseda Národní vysoké školy francouzských gynekologů a porodníků (CNGOF) a Národní komise pro ultrazvuk v porodnictví a plodu, silně protestoval proti komerčním nabídkám tohoto typu, které mohou vést plod k expozici ultrazvuku po dobu asi 30 minut někdy s paprskem, který „se zaměřuje na obličej a genitálie“ , což vede k „velmi odlišné“ expozici lékařskému ultrazvuku, který posouvá paprsek pro kratší expozici každé oblasti. Podle něj „Tepelné a mechanické účinky ultrazvuku nemusí být nutně neškodné“ , zejména pro mozek a oko. Stejné varování je formulováno v Belgii v roce 2006dubna 2012uživatelem ONE .
Ultrazvuk pro výběr chlapcůV některých zemích, jako je Indie, se k určení pohlaví nenarozených dětí používají přenosné ultrazvukové skenery, což vede k velkému počtu potratů a nerovnováze v poměru chlapců k dívkám při narození.
Vyšetření je vždy spojeno s Dopplerem, který umožňuje analyzovat průtok krve.
Existují jemné sondy, které lze zavést přímo do vyšetřované cévy - například koronární tepny - a umožňují přesnou analýzu jejích stěn. Toto se nazývá endovaskulární ultrazvuk .
Vyšetřování srdce je obtížné, protože je to:
Kontrastní ultrazvuk je ten, který používá kontrastní médium . Kontrastní látky sloučenina mikrobublinek se vstřikuje do krevního řečiště prostřednictvím intravenózní při vyšetření ultrazvukem pacienta . Jak objevil doktor Raymond Gramiak v roce 1968, mikrobubliny kontrastního produktu jsou velmi reflexní na ultrazvuku během vyšetření ultrazvukem; což umožňuje, aby obraz na prokrvení a orgánů pro diagnostické účely . Rozšířeným klinickým použitím kontrastního ultrazvuku je detekce metastatického nádoru, při kterém je absorpce kontrastu (časový vývoj koncentrace kontrastního produktu v krvi) rychlejší než u zdravé biologické tkáně obklopující nádor. Existují také aplikace v kontrastní echokardiografii pro získání lepšího vymezení komorové stěny v ultrazvukovém obrazu, což představuje další pomoc při hodnocení kontraktilního deficitu srdce po infarktu myokardu . A konečně, aplikace v kvantitativním perfuze (relativní měření průtoku krve) se objevují pro farmakologické terapeutické sledování z rakoviny , metodika vyvinutý Doctor Nathalie Lassau v roce 2011, aby bylo možné určit odpověď pacienta na protirakovinnou léčbu již možné in za účelem co nejlepšího vedení terapeutického managementu.
Mezi kontrastními ultrazvukovými technikami, které používají radiologové v klinické praxi, vyniká metoda parametrického zobrazování cévních signatur, kterou vynalezl Dr. Nicolas Rognin v roce 2010. Tato metoda byla navržena jako nástroj diagnostické pomoci. Rakoviny, což usnadňuje charakterizaci podezřelý nádor (definujte, zda je benigní nebo maligní ) v orgánu. Z funkčního hlediska analyzuje metodický počítač časovou řadu obrazů (digitální videozáznam v reálném čase ultrazvukových obrazů kontrastu během vyšetření). Na každý pixel v nádoru se aplikují dva po sobě následující kroky zpracování signálu , a to následovně:
Po dokončení zpracování signálu každého pixelu nádoru se na obrazovce počítače zobrazí barevná prostorová mapa parametru; tak syntetizuje všechny vaskulární informace v jediném obrazu, který se nazývá „parametrický obraz“ (viz poslední obrázek článku v tisku jako ilustraci parametrických obrazů na klinice). Tento parametrický obraz poté radiolog interpretuje na základě převládající barvy v nádoru: červená, což naznačuje podezření na malignitu (riziko rakoviny), zelená nebo žlutá, vysoká pravděpodobnost benignosti. V prvním případě (podezření na malignitu) vyžaduje radiolog biopsii k potvrzení diagnózy nebo skener na rentgen pro druhý názor. Ve druhém případě (téměř jistém u benigního nádoru) je nutné pouze sledování v následujících měsících s novým kontrastním ultrazvukovým vyšetřením. Klinickou výhodou metody parametrického zobrazování cévního podpisu je, že se vyhne biopsii - riskantní invazivní proceduře - systematickým benigním nádorům nebo rentgenovému vyšetření, které vystaví pacienta dávce ozáření . Účinnost metody byla u lidí pozitivně hodnocena pro charakterizaci nádorů v játrech . V budoucnu by tato metoda mohla být použita v kontextu screeningu rakoviny všech typů orgánů, například prsu nebo prostaty ).
Molekulární ultrazvukBudoucnost kontrastního ultrazvuku je v molekulárním zobrazování . Předpokládanou klinickou aplikací molekulárního ultrazvuku je včasná detekce rakoviny pomocí takzvaného zaměřovacího ultrazvukového kontrastního média . Tento produkt, který původně navrhl Dr. Alexander Klibanov v roce 1997, je složen ze zaměřovacích mikrobublinek schopných se připojit k krevním mikroobjemům zhoubných nádorů. Tento mechanismus připojení k vnitřní stěně mikrociev je založen na specifickém cílení biomolekulární exprese rakoviny (například biomolekuly účastnící se neoangiogeneze nebo zánětu jsou u rakoviny nadměrně exprimovány). To má za následek následnou akumulaci zaměřených mikrobublin v maligním nádoru, což usnadňuje jeho přesnou lokalizaci v kontrastním ultrazvukovém obrazu. V roce 2013 byla Dr. Hessel Wijkstra dokončena první průzkumná klinická studie v Amsterdamu v Nizozemsku u lidí pro případ rakoviny prostaty .
V molekulárním ultrazvuku je technika akustického radiačního tlaku použitelná s ultrazvukovou sondou, která doslova tlačí zaměřovací mikrobubliny na vnitřní stěnu mikroskopických cév, poprvé demonstroval Dr. Paul Dayton v roce 1999. Tato technika vede k maximalizaci akumulace mikrobubliny v nádoru jeho větší interakcí s rakovinovými biomolekulami, na které se má cílit. Ve fázi předklinického vědeckého výzkumu je tato technika implementována a validována v dvourozměrném a trojrozměrném ultrazvuku .
Ultrazvuk umožňuje podrobnou analýzu svalů, šlach, vazů a periferních nervů (kromě standardního rentgenového vyšetření).
Sondu lze umístit na kůži nebo přímo do kontaktu s orgánem. V druhém případě je sonda pokryta vhodným ochranným pouzdrem označeným CE a sterilní.
Také se nazývá endoskopický ultrazvuk nebo endoskopický ultrazvuk, používá zdroj ultrazvuku na konci endoskopu připojeného k ultrazvukovému přístroji k získání obrazů vnitřních orgánů hrudníku a břicha. Může být použit k vizualizaci výstelky těchto orgánů nebo ke zkoumání sousedních struktur.
Nejčastěji se aplikuje na horní zažívací trakt a na dýchací systém. Sonda je zavedena do pochvy, konečníku nebo ústy, postup se podobá endoskopii a může být doplněn biopsií vedenou ultrazvukovým zobrazením.
Dnes existují dva hlavní způsoby, jak vyhodnotit elasticitu tkáně pomocí elastografie .
Ruční kompresní elastografieTechnika umožňující studium elasticity tkání k detekci rakoviny, která se používá zejména v senologii. Technika uváděná na trh společností Hitachi Medical Systems od roku 2002 a společností Siemens od roku 2005.
Skládá se z ultrazvukové sondy při aplikaci lehkého tlaku, aby byly tkáně pod ní vystaveny mírnému namáhání. Tyto látky se budou působením napětí deformovat, čím více je tkanina elastická, tím více se deformuje, tím více je tkanina tuhá, tím méně se deformuje. Toto měření v reálném čase umožňuje jednoduše posoudit relativní ztuhlost lézí a do určité míry jejich malignitu.
Ultrazvuková pulzní elastografieV tomto případě ultrazvuková sonda emituje zaostřenou vlnu (ultrazvukový puls), která umožňuje velmi mírný pohyb tkání. Obrázek je poté vytvořen identicky se zobrazením pružnosti manuální kompresí. Jelikož je však ultrazvukový puls dokonale kalibrován, je získaný obraz reprodukovatelnější. Podobně je také možné kvantitativně vyhodnotit tuhost tkáně měřením rychlosti smykové vlny generované ultrazvukovým pulzem. S tímto měřením je možné posoudit stupeň jaterní fibrózy, obvykle bez nutnosti předepisovat pacientovi jaterní biopsii (invazivní výkon s rizikem komplikací).
Elastografická řešeníPrůmysl aktivní v ultrazvuku ( General Electric , Philips , Siemens , Toshiba , atd. ), Nabízí řešení využívající pružnost zobrazování manuální stlačování a ultrazvukového impulsu. Všimněte si, že Supersonic Imagine (francouzsky) je historicky průkopníkem v oblasti inovací díky systému kvantitativní elastografie .
Ultrazvuk lze použít v urgentní medicíně . Ultrasonografie určitých orgánů - srdce a břicha - dokáže detekovat přítomnost „volných“ tekutin, což v souvislosti s traumatem obvykle naznačuje krvácení . Tato metoda zvaná FAST v angličtině ( Focused Assessment with Sonography for Trauma (EN) ) je méně invazivní než peritoneální výplach ; je levnější než rentgenová tomografie a nevystavuje pacienta záření. Tato metoda byla testována v roce 1999 britskou armádou během války v Kosovu .
Lze také zahrnout vyšetření plic k detekci přítomnosti pneumotoraxu metodou známou jako eFAST (extended FAST) .
Vysokofrekvenční ultrazvuk je aplikace ultrazvukového pomocí ultrazvuku s frekvencí vyšší než 20 MHz . Na základě stejného pracovního principu jako konvenční ultrazvuk však umožňuje získat lepší rozlišení obrazu, ale s nízkou hloubkou průniku.
Aplikace existují v lékařské oblasti, ale v současné době se tato technika používá hlavně při veterinárním průzkumu malých zvířat (zejména myší).