1. ÚVOD
Ve fyzice se pojem „ultrazvuk“ vztahuje na veškerou akustickou energii s frekvencí vyšší než lidský sluch (20 000 hertzů nebo 20 kilohertzů). Typické diagnostické sonografické skenery pracují ve frekvenčním rozsahu 2 až 18 megahertzů, což je stokrát více, než je hranice lidského sluchu. Vyšší frekvence mají odpovídajícím způsobem menší vlnovou délku a lze je použít k pořízení sonogramů s menšími detaily. Diagnostická sonografie (ultrasonografie) je diagnostická zobrazovací technika založená na ultrazvuku, která se používá k vizualizaci podkožních tělesných struktur včetně šlach, svalů, kloubů, cév a vnitřních orgánů z hlediska možné patologie nebo lézí. Sonografie je účinná pro zobrazování měkkých tkání těla. Sonografisté obvykle používají ruční sondu (tzv. snímač), která se přikládá přímo na pacienta a pohybuje se nad ním. K propojení ultrazvuku mezi snímačem a pacientem se používá gel na vodní bázi (1, 2).
Ačkoli byl ultrazvuk objeven 12 let před rentgenovým zářením (1883.), v medicíně našel uplatnění mnohem později. První praktické využití ultrazvuku je zaznamenáno za první světové války při odhalování ponorek. Ultrazvuk se v medicíně začal používat v padesátých letech minulého století. Nejprve byl zaveden v porodnictví a poté ve všech oborech medicíny (všeobecná břišní diagnostika, diagnostika v oblasti pánve, kardiologie, oftalmologie a ortopedie a tak dále) (3). Z klinického hlediska má ultrazvuk neocenitelný význam díky své neinvazivnosti, dobrým zobrazovacím vlastnostem a relativně snadnému ovládání (4,5). Od zavedení zpracování signálů ve stupních šedi v roce 1974 se B-mód sonografie stal široce uznávanou metodou. Pokrok ve formování převodníků vedl k lepšímu prostorovému rozlišení a zobrazení velmi malých struktur v břiše (0,5-1 cm). Vývoj systému reálného času vedl dokonce k možnosti pokračovat ve vizualizaci nebo k ultrazvukové fluoroskopii (1). V ultrazvukové diagnostice lze rozlišit dvě techniky (2): transmisní a reflexní
Transmisní technologie je založena na rozlišování tkání s různou absorpcí ultrazvuku. Díky nerovnoměrné absorpci ultrazvuku poskytuje obraz vnitřní strukturu, která se skládá z mozaiky světlejších a tmavších míst. Od této technologie se nyní upouští (6,1).
Reflexní technologie (echo) registruje odraz impulzu od hranice dvou tkání s různým akustickým odporem. Tato technika je založena na principu fungování sonaru („Sonar Navigation and Ranging“). Zvuková vlna je obvykle vytvářena piezoelektrickým snímačem uzavřeným v sondě. Silné, krátké elektrické impulsy z ultrazvukového přístroje rozezní snímač na požadované frekvenci. Frekvence se mohou pohybovat v rozmezí 2 až 18 MHz’s. Zvuk je zaostřen buď tvarem měniče, čočkou před měničem, nebo složitou sadou řídicích impulzů z ultrazvukového přístroje. Toto zaostření vytváří z čelní strany snímače zvukovou vlnu ve tvaru oblouku. Vlna se šíří do těla a zaostří se v požadované hloubce. Novější technologie snímačů využívají techniky fázového pole, které sonografickému přístroji umožňují měnit směr a hloubku zaostření. Téměř všechny piezoelektrické převodníky jsou vyrobeny z keramiky (1).
Pro vytvoření 2 D-obrazu se ultrazvukový paprsek rozmetá. Převodník může být vymetán mechanicky otáčením nebo kýváním. Nebo lze použít snímač s 1D fázovou soustavou, který zametá paprsek elektronicky. Přijatá data se zpracují a použijí ke konstrukci obrazu. Obraz je pak 2D reprezentací řezu do těla. 3D snímky lze vytvořit pořízením série sousedních 2D snímků. Běžně se používá specializovaná sonda, která mechanicky snímá konvenční 2Dobrazový snímač. Protože je však mechanické snímání pomalé, je obtížné vytvářet 3D obrazy pohyblivých tkání. Nedávno byly vyvinuty 2D snímače s fázovanou soustavou, které mohou snímat paprsek ve 3D. Ty mohou zobrazovat rychleji a lze je dokonce použít k vytvoření živých 3D snímků bijícího srdce.
V lékařském zobrazování se používají čtyři různé režimy ultrazvuku (1, 3).
Jsou to:
-
A-mód: A-mód je nejjednodušším typem ultrazvuku. Jediný snímač snímá linii skrz tělo, přičemž ozvěny se vykreslují na obrazovce jako funkce hloubky. Terapeutický ultrazvuk zaměřený na konkrétní nádor nebo zubní kámen je také režim A, aby bylo možné přesně zaměřit energii destruktivních vln.
-
B-mód: Při ultrazvuku v režimu B lineární soustava měničů současně snímá rovinu skrz tělo, kterou lze zobrazit jako dvourozměrný obraz na obrazovce.
-
M-mód: M znamená pohyb. V m-módu rychlá sekvence B-módových skenů, jejichž obrazy následují na obrazovce za sebou, umožňuje lékařům vidět a měřit rozsah pohybu, protože hranice orgánů, které vytvářejí odrazy, se pohybují vzhledem k sondě.
Dopplerův režim: Tento režim využívá Dopplerův efekt při měření a vizualizaci průtoku krve. Dopplerovská sonografie hraje důležitou roli v medicíně. Sonografie může být rozšířena o dopplerovská měření, která využívají Dopplerův efekt k posouzení, zda se struktury (obvykle krev) pohybují směrem k sondě nebo od ní a jakou mají relativní rychlost. Výpočtem frekvenčního posunu určitého objemu vzorku, například proudu krve proudícího přes srdeční chlopeň, lze určit a zobrazit jeho rychlost a směr. To je zvláště užitečné při kardiovaskulárních studiích (sonografie cévního systému a srdce) a nezbytné v mnoha oblastech, například při určování zpětného toku krve v jaterním řečišti při portální hypertenzi (6,7). Dopplerovské informace se zobrazují graficky pomocí spektrálního Dopplera nebo jako obraz pomocí barevného Dopplera (směrový Doppler) nebo výkonového Dopplera (nesměrový Doppler). Tento dopplerovský posun spadá do slyšitelného rozsahu a často se prezentuje zvukově pomocí stereofonních reproduktorů: vzniká tak velmi výrazný, i když syntetický pulzující zvuk (8).
Transoezofageální echokardiografie (TEE) otevřela okno v diagnostickém zobrazování v oblasti kardiografie, kardiochirurgie a anestezie. Pomocí TEE ve 2-D režimu může anesteziolog sledovat pohyby srdce a kardiochirurg získá cenné informace o stavu srdce po kritickém chirurgickém výkonu.