CZYM SĄ ULTRADŹWIĘKI?
Określenie „ultradźwięki” przypisano falom akustycznym (dźwiękowym) o wysokich częstotliwościach, przekraczających 20000 cykli na sekundę (20 kHz). Fale te, niesłyszalne dla człowieka, mogą być emitowane w postaci wiązek i wykorzystywane do badania tkanek ciała.
Impulsy fal ultradźwiękowych wytwarzane przez ultrasonografy mają częstotliwość od 2 do 10 MHz ( 1 MHz odpowiada 1000000 cyklom na sekundę). Czas trwania takiego impulsu wynosi ok. 1 mikrosekundę, impulsy zaś są powtarzane około 1000 razy na sekundę. Poszczególne rodzaje tkanek oddziaływają odmiennie na fale: niektóre wyłącznie odbijają, podczas gdy inne powodują rozproszenie fali, zanim wróci ona do głowicy w postaci echa. Prędkość rozchodzenia się fali w tkankach jest różna (np. 1540 m/s w tkance miękkiej).
Odbite impulsy ultradźwiękowe zarejestrowane przez głowicę muszą być wzmocnione w aparacie ultrasonograficznym. Echa docierające do warstw położonych dalej od głowicy są bardziej stłumione niż echa powstające w warstwach przypowierzchniowych stąd wymagają większego wzmocnienia. Ultrasonografy są wyposażone w regulatory pozwalające zmienić czułość odbiornika powracających ech, poziom „odcięcia”, jak również zmieniać wzmocnienie ech przychodzących z różnych głębokości. Przystępując do badania ultrasonograficznego należy – bez względu na rodzaj ultrasonografu – wyrównać obraz tak, aby echa pochodzące z różnych głębokości były prezentowane na obrazie w zbliżony sposób.
Kiedy echa zostaną odebrane przez głowicę, można dokonać dwuwymiarowej rekonstrukcji obrazu położenia tkanek leżących na drodze wiązki fal ultradźwiękowych. Informacja ta jest opracowywana na komputerze ultrasonografu i wyświetlona w postaci obrazu na monitorze. Silne echa są określane jako echa „o dużej intensywności” i pojawiają się w postaci jasnych punktów na ekranie.
GENERATORY FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH
Fale ultradźwiękowe są generowane przez przetworniki piezoelektryczne, zdolne do przekształcenia sygnału elektrycznego na fale mechaniczne (ultradźwięki). Przetwornik ten umożliwia jednocześnie odbiór odbitych fal ultradźwiękowych i ich zamianę na sygnały elektryczne. Przetworniki te są więc jednocześnie nadajnikami i odbiornikami ultradźwięków.
TYPY OBRAZOWANIA ULTRADŹWIĘKOWEGO
1. Prezentacja typu A. W aparatach ultrasonograficznych wykorzystujących ten typ obrazowania echa są przedstawiane w postaci ciągu impulsów. Umożliwia to pomiar odległości między położeniem różnych struktur. Obraz ciągu impulsów jest obecnie rzadko kiedy wyświetlany; informacje zawarte w tym ciągu służą jednak do odtworzenia obrazu dwuwymiarowego w prezentacji typu B.
2. Prezentacja typu B. Obrazowanie umożliwiające jednoczesną obserwację wszystkich tkanek penetrowanych wiązką fal ultradźwiękowych. Utworzone obrazy dwuwymiarowe są określone jako prezentacje typu B lub przekroje typu B. Sekwencja szybko zmieniających się obrazów w prezentacji typu B staje się obrazowaniem w czasie rzeczywistym (real-time).
3. Real-time (czas rzeczywisty). Tryb ten umożliwia obserwację struktur ruchomych. Jest to możliwe dzięki odtwarzaniu „na bieżąco” (w czasie rzeczywistym) przekrojów typu B. Obraz ultrasonograficzny struktury ruchomej zmienia się stosownie do jej przemieszczeń (np. podczas poruszeń płodu lub pulsowania tętnicy). Ruchy struktur są więc odtwarzane na monitorze czasie rzeczywistym. W większości aparatów z trybem real-time istnieje możliwość „zamrożenia” (zatrzymania) wyświetlanego obrazu, co pozwala na jego dokładniejszą obserwację i przeprowadzenie niezbędnych pomiarów.
4. Prezentacja typu M jest innym sposobem przedstawiania ruchu. Rezultatem ruchu jest linia falista. Ten typ obrazowania jest wykorzystywany najczęściej w ultrasonografii kardiologicznej.
ULTRASONOGRAFIA DOPPLEROWSKA
Aparat ultrasonograficzny ogólnego przeznaczenia nie ma zazwyczaj układów elektronicznych do ultrasonografii dopplerowskiej. Odpowiednie urządzenia mogą zostać zakupione oddzielnie.
Zjawisko Dopplera
W przypadku, gdy wiązka fal ultradźwiękowych jest wysyłana w kierunku nieruchomego reflektora, częstotliwość fal odbitych (echa) będzie równa częstotliwości fal wysłanych. Jeśli jednak reflektor będzie poruszał się w kierunku nadajnika fali, częstotliwość fali odbitej wzrośnie. Przeciwnie, jeśli reflektor oddala się, częstotliwość fali odbitej maleje. Różnica między częstotliwością fali wysyłanej i odbieranej jest proporcjonalna do prędkości, z jaką reflektor się oddala lub przybliża do nadajnika. Jest to zjawisko Dopplera, różnica zaś między częstotliwościami jest określana jako przesunięcie Dopplera.
Zastosowanie kliniczne urządzeń dopplerowskich
Wykorzystywanie zjawiska Dopplera pozwala wykrywać dowolną ciecz i dokonywać pomiaru jej prędkości poruszania się np. krwi. W przypadku krwi reflektorami odbijającymi fale ultradźwiękowe są krwinki. Do pomiarów prędkości przepływu wykorzystywane są dwa zasadnicze rodzaje urządzeń dopplerowskich: urządzenia z falą ciągłą (CW – continous wave) i z falą impulsową (PW – pulsed wave).
PROPAGACJA FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH
Propagacja fal dotyczy przechodzenia i rozprzestrzeniania się fal ultradźwiękowych w różnych tkankach. Różnice w sposobach oddziaływania fali ultradźwiękowej z tkanką są istotne nie tylko dla konstruktorów ultrasonografów; mogą również wpływać na interpretację obrazu i ograniczać użyteczność ultrasonografii.
Pale ultradźwiękowe w tkankach miękkich rozchodzą się w postaci fal podłużnych. Pobudzone do drgań cząsteczki ośrodka przekazują dalej energię i w ten sposób energia ultradźwięków podlega propagacji w ciele. Średnia prędkość propagacji w tkankach miękkich wynosi 1540 m/s.
Długość fali
Długość fali ultradźwiękowej jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości fali. Im wyższa częstotliwość, tym mniejsza długość fali. Przykładowo, długość fali ultradźwiękowej o częstotliwości 3 MHz wynosi w tkance miękkiej 0,5 mm, podczas gdy fala o częstotliwości 6 MHz ma długość 0,25 mm. Im mniejsza długość fali, tym lepsza rozdzielczość obrazowania, zapewniająca czystszy obraz z większą ilością szczegółów. Jednak długość fali wpływa również na rodzaj oddziaływania fali z tkanką.
OGNISKOWANIE WIĄZKI ULTRADŹWIĘKÓW
Wiązka fal ultradźwiękowych może być ogniskowana za pomocą soczewek akustycznych, luster akustycznych lub w sposób elektroniczny w głowicach wieloelementowych. Podobnie jak wąski snop światła oświetla obiekt znacznie jaśniej niż światło rozproszone, tak i zogniskowana wiązka fal ultradźwiękowych skupiona w cienkiej warstwie pozwala na lepsze uwidocznienie szczegółów. Najlepsze rezultaty uzyskuje się wtedy, kiedy ognisko wiązki pokrywa się z obszarem najbardziej istotnym z diagnostycznego punktu widzenia. W przypadku ultrasonografów ogólnego przeznaczenia zwykle oznacza to konieczność stosowania odmiennych głowic do różnych badań i przesuwania strefy ogniska stosownie do potrzeb
Ognisko zmienne
Wiele głowic charakteryzuje się stałym położeniem ogniska wiązki. Głowice wieloelementowe, jak np. liniowe ("linearne"), wypukłe ("konweksowe") i głowice pierścieniowe ("annularne") mają możliwość ustalania żądanej odległości ogniskowej elektronicznie. Regulacja ta, w większości przypadków, może być przeprowadzona tylko w jednej płaszczyźnie. Wyjątek stanowią głowice pierścieniowe ("annularne"), w których elektroniczna regulacja położenia ogniska jest dokonywana równocześnie we wszystkich płaszczyznach. Dobrze przeprowadzone ogniskowanie umożliwia uzyskanie wąskiej wiązki fali akustycznej i zmniejszenie grubości warstwy przekroju, co daje lepszą rozróżnialność szczegółów i czystszy obraz, a zatem więcej informacji.
TŁUMIENIE
Fale ultradźwiękowe są absorbowane i rozpraszane przez tkanki w różny sposób. Fale o wyższych częstotliwościach są silniej absorbowane i rozpraszane (tłumione) niż fale o częstotliwościach niższych. Stąd uzyskanie głębszej penetracji tkanek wymaga użycia fal o niższych częstotliwościach, gdyż fale te są mniej podatne na zmianę kierunku w trakcie propagacji przez badane struktury. W praktyce do badań ultrasonograficznych warstw głębszych u pacjentów dorosłych lepsza jest głowica 3,5 MHz; do badań pediatrycznych lepsza jest głowica o częstotliwości 5 MHz lub więcej. Głowica ta jest również najlepsza do badań narządów przypowierzchniowych u pacjentów dorosłych.
WZMOCNIENIE
Ponieważ echa powracające z większej głębokości nie są tak silne, jak echa pochodzące z tkanek leżących bliżej powierzchni, to muszą zostać odpowiednio wzmocnione w układach kompensacji czasowo-amplitudowej (TGC) ultrasonografu. Wszystkie ultrasonografy umożliwiają zmianę nastaw wzmocnienia dla ech z różnych głębokości, co pozwala na poprawę jakości obrazu.
GRANICA WARSTW
Kiedy wiązka fal ultradźwiękowych napotyka na granicę między dwoma różnymi rodzajami tkanki, może ulec odbiciu lub załamaniu (ugięciu). Odbicie oznacza, że fale zostaną skierowane z powrotem, zaś załamanie oznacza, że kierunek propagacji ulegnie pewnej zmianie, przy czym niekoniecznie musi wystąpić odbicie.
Ultrasonograficzny obraz tkanek jest bardzo zróżnicowany. Przykładowo, obrazy kości czy gazu w jelitach lub w klatce piersiowej różnią się bardzo od obrazu tkanek miękkich. Fala ultradźwiękowa napotykając na kość lub gaz ulega silnemu odbiciu i załamaniu. Stąd zazwyczaj obecność dużej ilości gazów jelitowych ogranicza przydatność badania ultrasonograficznego. Podczas badania narządów miednicy pęcherz moczowy powinien być możliwie silnie wypełniony, aby wnętrzności zostały odsunięte od pola obrazowania. Ze względu na silne odbicie od warstwy powietrza, płuca nie mogą być diagnozowane ultrasonograficznie, ale płyn lub wydzielina opłucnowa, przylegająca do ściany klatki piersiowej, mogą być dobrze widoczne.
Kości odbijają ultradźwięki tak mocno, że struktury wewnątrzkostne lub leżące w bardzo uwapnionej tkance nie są widoczne. Warstwy silnie odbijające spowodują natomiast powstanie cienia akustycznego, maskującego obraz. W rezultacie badanie przezczaszkowe osoby dorosłej lub badanie struktur przesłoniętych kośćmi nie jest możliwe.
Część fali padającej (1) zostaje odbita (2) pod kątem równym kątowi padania. Część pozostała (3) przechodzi przez granicę warstw, zostaje załamana i biegnie dalej, lecz w kierunku różniącym się od kierunku fali padającej. Czym większa różnica między charakterystycznymi impedancjami akustycznymi graniczących ze sobą warstw, tym większa część fali padającej ulega odbiciu. Im zaś większa wartość stosunku prędkości propagacji fali w obu warstwach, tym silniejsze załamanie. W praktyce najistotniejszy jest przypadek, gdy kąt padania jest równy zeru i fala pada prostopadle do granicy warstw.
Jeśli odbijająca granica warstw jest znacznie szersza niż długość fali (np. 10 lub 20 razy), wówczas następuje efekt odbicia lustrzanego; granica taka jest nazywana reflektorem zwierciadlanym. Przykładami reflektorów zwierciadlanych mogą być: czaszka płodu, przepona, ściany naczyń i tkanka łączna.
Jeśli jednak szerokość reflektorów jest mniejsza niż długość fali, to fala ulega rozproszeniu. Reflektory pełnią wówczas rolę rozpraszaczy. Tylko niewielka część fali ultradźwiękowej zostaje rozproszona w kierunku przeciwnym do kierunku padania.
Przykładami ośrodków rozpraszających mogą być: wątroba i miąższ nerek.
Występowanie odbić stanowi również przyczynę, dla której do badania ultrasonograficznego musi być stosowany żel sprzęgający. Warstwa żelu zapobiega, bowiem powstawaniu zaporowej dla ultradźwięków warstwy powietrza między głowicą i powierzchnią skóry.
GŁOWICE ULTRADŹWIĘKOWE (SONDY)
Głowica jest najdroższą częścią każdego ultrasonografu. Zawiera ona jeden lub wiele przetworników, które wysyłają impulsy ultradźwiękowe i odbierają wytwarzane w badanych warstwach echa. Każda głowica jest zogniskowana dla określonej głębokości. Wiązka fal ultradźwiękowych emitowana przez głowicę różni się kształtem i wymiarami w zależności od budowy głowicy i metody pobudzania poszczególnych przetworników.
Kształty obszarów przekrojów dla różnych typów głowic
1. Głowica liniowa ("linearna"). Obraz uzyskany za pomocą głowicy liniowej ma kształt prostokąta. Głowice liniowe są najbardziej przydatne w badaniach położniczych, badaniach sutka i tarczycy.
2. Głowica sektorowa. Obrazy mają kształt wachlarza, prawie trójkąta. Odebrane przez bardzo małe okno akustyczne echa służą do odtworzenia całego przekroju. Głowice sektorowe są wykorzystywane wszędzie tam, gdzie obszar, do którego można przyłożyć głowicę, jest bardzo mały. Najbardziej przydatne są w badaniach górnej części jamy brzusznej, w badaniach ginekologicznych i kardiologicznych.
3. Głowica wypukła ("konweksowa"). Ten typ głowicy wytwarza obraz przekroju o kształcie pośrednim między obrazami tworzonymi przez głowicę liniową i sektorową. Głowica wypukła jest użyteczna w badaniach wszystkich obszarów ciała, z wyjątkiem specjalistycznych badań echokardiograficznych.
DOBÓR ODPOWIEDNIEJ GŁOWICY USG
Najlepszą głowicą do badań ogólnych jest głowica wypukła ("konweksowa") o częstotliwości 3,5 MHz, o odległości ogniskowej ok. 7-9 cm. Jeśli głowica taka nie jest dostępna, to niezbędne są dwie głowice 3,5 MHz: liniowa ("linearna ") i sektorowa. W badaniach pediatrycznych lub badaniach osób dorosłych o bardzo drobnej budowie bardzo pomocna jest dodatkowa głowica 5,0 MHz o odległości ogniskowej ok. 5-7 cm.
1. Ultrasonografia położnicza. Jeśli większość badań ultrasonograficznych będzie dotyczyła standardowych zagadnień monitorowania ciąży, głowica powinna być liniowa ("linearna") lub wypukła ("konweksowa") o częstotliwości 3,5 MHz lub/i 5,0 MHz i odległości ogniskowej 7-9 cm. Głowica 5,0 MHz jest najbardziej przydatna w badaniach wczesnej ciąży, natomiast głowica 3,5 MHz w badaniach ciąży zaawansowanej.
2. Ultrasonografia ogólna. Jeśli planowane badania ultrasonograficzne będą dotyczyły zarówno narządów jamy brzusznej i miednicy pacjentów dorosłych, jak i zagadnień położniczych, najodpowiedniejsza będzie głowica 3,5 MHz sektorowa lub wypukła ("konweksowa ") o odległości ogniskowej 7-9 cm.
3. Ultrasonografia pediatryczna. W przypadku ultrasonografii dzieci niezbędna jest głowica o częstotliwości 5,0 MHz i ogniskowej 5-7 cm. Jeżeli planowane jest wykonywanie badań przezciemiączkowych u niemowląt, bardzo potrzebn...
tiger1704