Ultrasonografia (medicína)

Lekársky sonograf

Ultrasonografia (iné názvy: sonografia, ultrasonoskopia, echografia, USG, hovorovo: ultrazvuk, slangovo sono) je na ultrazvuku postavená diagnostická zobrazovacia technika, využívaná na vizualizáciu svalov a vnútorných orgánov, ich veľkostí, štruktúry, patológii alebo lézií. Všeobecne sa používaná napríklad počas tehotenstva.

Vo fyzike znamená „ultrazvuk“ všetky akustické energie s frekvenciou nad možnosťou ľudského sluchu (20 000 hertzov alebo 20 kilohertzov). Typická diagnostická sonografia využíva frekvencie v rozsahu od 2 do 15 megahertzov, sto až tisíckrát vyššie ako tento limit.

Princíp

Do tela vyšetrovaného pacienta je vysielané ultrazvukové vlnenie vytvárané piezoelektrickým meničom o frekvencií 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 opakovacou frekvenciou rádovo 10²-10³ Hz a registruje sa intenzita odrazených signálov i doba, za akú sa po vysielaní vráti do senzoru. Keďže inzenzita ultrazvukového vlnenia klesá exponenciálne, je treba pre dobrú vizualizáciu detegovaný signál ďalej upraviť; k tomu sa používa zosilnenie signálu úmerné dobe, ktorá uplynula od jeho vyslania.

Pretože vzduch má pre ultrazvukové vlnenie veľmi vysokú impedanciu, je potrebné zaistiť, aby vlnenie prechádzalo len vodným prostredím. Obvyklým riešením je dôkladné pokrytie povrchu sondy gélom (EKG krém), ktorý zaistí dobrý prechod vlnenia do kože.

A mód

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. Jednorozmerné vyšetrenie najmä v A móde je podkladom napr. biometrie oka v očnom lekárstve.

B mód

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. Tento mód je základom pre ďalšie spôsoby zobrazení.

M mód

M mód (Movement mode) je spôsobom jednorozmerného zobrazenia umožňujúci zobrazenie pohybujúcich sa štruktúr, najčastejšie srdca. Ide vlastne o data v B móde zobrazené za sebou v čase. Často sa používa pri vyšetrení srdca ako súčasť echokardiografie.

2D zobrazenie

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. Podľa usporiadania snímača (sondy) tak môžeme hovoriť o sondách:

• lineárnych – sondu tvorí množstvo rovnobežných meničov, obraz má tvar obdĺžniku
• konvexných – sondu tvorí konvexný (vypuklý) rad meničov, obraz má tvar kruhového výseku
• sektorových – ultrazvukový lúč je postupne vychyľovaný buď mechanicky alebo elektronicky, obraz má tvar širokého kruhového výseku

2D zobrazenie je široko využívanou metódou vyšetrenia vnútorných orgánov, lebo je pomerne ľahko dostupné a prakticky nezaťažujúce pacientov. Používa sa napr. k diagnostickom zobrazení pečene, žlčníku a žlčových ciest, slinivky brušná, dutiny pobrušnice, obličiek, močových ciest a močového mechúra, prostaty, semenníkov, pŕs, maternici, ovarií, srdca, ciev, štítnej žľazy, mäkkých kĺbových a okolo kĺbových štruktúr a u novorodencov dokonca i mozgu. Samozrejmosťou je i ultrazvukové vyšetrenie vyvíjajúceho sa plodu. Ultrazvuk môže byť použitý i ako prostriedok pre navigáciu pri cielenej biopsii podozrivých štruktúr.

3D mód

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. Aby bolo možné takúto rekonštrukciu uskutočniť, je dôležité poznať informácie o umiestneniu jednotlivých rezov. To sa dá v praxi docieliť niekoľkými spôsobmi:

• použitím zariadenia s riadeným posunom sondy nad sledovanou oblasťou
• použitím bežnej sondy doplnenej o snímač polohy
• použitím jednorozmernej rady s uhlovým vychyľovaním (manuálnym, mechanickým či elektronickým)
• použitím dvojrozmernej rady (matice) meničov

Prvá metóda je historicky pôvodná, dnes sa príliš nepoužíva. Pomocou dvojrozmernej matice meničov sa dá prevádzať snímanie z oblasti záujmu veľmi rýchlo, pokiaľ máme k dispozícii dostatočne výkonný počítač, môžeme získavať a zobrazovať data v reálnom čase, potom hovoríme o real-time 3D sonografií alebo tiež o 4D sonografií.

Dopplerovská ultrasonografia

Klasická sonografia umožňuje získať informácie o rozmeroch statických tkanív. Využitím Dopplerovho javu je možné získať aj informáciu o rýchlostiach pohybu tkanív, obzvlášť krvi. Dôležité však je, že sa obvykle nezískajú skutočné rýchlosti, ale iba zložky rýchlosti v smere k sonde alebo od sondy. Preto pokiaľ bude sonda merajúca prietok krvi cievou umiestnenou kolmo na cievu, namerá nulovú rýchlosť. Všeobecne sa dá doplerovské meranie prevádzať vo dvoch módoch:

• CW (continuous wave) – vysielajúci menič stále vysiela
• PW (pulsed wave) – vysielajúci menič vysiela v pulzoch

CW mód je jednoduchší na technické riešenie, dáva však informáciu iba o priemernej rýchlosti pozdĺž ultrazvukového lúča. Dnes sa obvykle používa v tužkových prietokomeroch slúžiacich hlavne k meraniu krvného tlaku na dolných končatinách a k orientačnému hodnoteniu cievneho riečisko.

PW mód umožňuje merať nielen zmenu frekvencie medzi vysielaným a prijímaným signálom, ale i dobu, za akú sa odrazený signál vrátil k sonde. To umožňuje určiť nielen rýchlosť toku, ale i hĺbku, v ktorej došlo k odrazu. Doplerovské meranie v PW móde je možné na väčšine bežne používaných prístrojov, výsledok sa zobrazuje ako dvojrozmerný obraz nameraných rýchlostí. Výsledky sa obvykle kódujú farebne (farebná kódovaná doplerovská sonografia) – čím vyššia je v danom bode rýchlosť k sonde, tým jasnejším odtieňom červenej je zobrazený v odpovedajúcom mieste a monitore, čím je väčšia rýchlosť od sondy, tým je jasnejší odtieň modrej. Táto voľba farieb má tu výhodu, že miesta s turbulentným prúdením sa zobrazí zobrazí žlto. Aby bola umožnená orientácia v obraze, obvykle sa spojí obraz farebne kódovanej doplerovskej sonografie a anatomický obraz kódovaný do stupňa šedej; výsledný obraz sa nazýva duplexný sonogram (tiež duplexné sono alebo len duplex).

Ultrazvukové kontrastné látky

Ku zvýšeniu kontrastu obrazu a tým i citlivosti vyšetrenia, môžeme použiť vnútrožilovo podané kontrastné látky. Obvykle sa používajú mikrobubliny neškodného plynu, ktorý po podaní pomerne rýchlo mizne z tela pacienta vydýchaním.