1. INLEIDING
In de natuurkunde is de term “ultrageluid” van toepassing op alle akoestische energie met een frequentie boven het menselijk gehoor (20.000 hertz of 20 kilohertz). Typische sonografische scanners voor diagnostische doeleinden werken in het frequentiegebied van 2 tot 18 megahertz, honderden malen hoger dan de limiet van het menselijk gehoor. Hogere frequenties hebben een overeenkomstig kleinere golflengte, en kunnen worden gebruikt om sonogrammen met kleinere details te maken. Diagnostische sonografie (echografie) is een op echografie gebaseerde diagnostische beeldvormingstechniek die wordt gebruikt om onderhuidse lichaamsstructuren, zoals pezen, spieren, gewrichten, vaten en inwendige organen, zichtbaar te maken voor mogelijke pathologie of laesies. Sonografie is doeltreffend voor de beeldvorming van zachte weefsels van het lichaam. Sonografen gebruiken meestal een in de hand gehouden sonde (transducer genoemd) die direct op de patiënt wordt geplaatst en eroverheen wordt bewogen. Een gel op waterbasis wordt gebruikt om het ultrageluid tussen de transducer en de patiënt te koppelen (1, 2).
Hoewel het 12 jaar vóór de röntgenstraal werd ontdekt (1883.), is het ultrageluid een veel later ontdekte toepassing in de geneeskunde. De eerste praktische toepassing van ultrageluid werd geregistreerd tijdens de Eerste Wereldoorlog bij het opsporen van onderzeeërs. De toepassing van ultrageluid in de geneeskunde begon in de jaren vijftig van de vorige eeuw. Eerst werd echografie geïntroduceerd in de verloskunde, en daarna in alle gebieden van de geneeskunde (de algemene abdominale diagnostiek, de diagnostiek op het gebied van het bekken, cardiologie, oogheelkunde en orthopedie, enzovoort) (3). Vanuit klinisch oogpunt is de echografie van onschatbare waarde vanwege haar niet-invasieve, goede visualisatiekenmerken en betrekkelijk eenvoudige beheer (4,5). Vanaf de invoering van de verwerking van de signalen van grijswaarden in 1974 werd de B-modus van de sonografie de algemeen aanvaarde methode. De vooruitgang in de vorming van de transducers heeft geleid tot een betere ruimteresolutie en de beeldvorming van zeer kleine structuren in het abdomen (0,5-1 cm). De ontwikkeling van real-time systemen heeft zelfs geleid tot de mogelijkheid van continue visualisatie of echofluoroscopie (1). In de ultrasone diagnostiek kunnen twee technieken worden onderscheiden (2): transmissie en reflectie
Transmissietechnologie is gebaseerd op het onderscheiden van weefsels met verschillende absorptie van ultrageluid. Door de ongelijke absorptie van de ultrageluidbeelden ontstaat een interne structuur die bestaat uit een mozaïek van lichtere en donkerdere plaatsen. Deze techniek wordt thans niet meer gebruikt (6,1).
Reflectie-techniek (echo) registreert de puls wordt weerkaatst door de grens van twee weefsels met verschillende akoestische weerstand. De techniek is gebaseerd op het principe van de werking van sonar (“Sonar Navigation and Ranging”). Een geluidsgolf wordt meestal geproduceerd door een piëzo-elektrische transducer die in een sonde is ingebouwd. Sterke, korte elektrische impulsen van het ultrageluidapparaat doen de transducer rinkelen op de gewenste frequentie. De frequentie kan variëren van 2 tot 18 MHz. Het geluid wordt gefocusseerd door de vorm van de transducer, een lens voor de transducer of een complexe reeks controlepulsen van het ultrageluidscanapparaat. Deze bundeling produceert een boogvormige geluidsgolf vanaf de voorkant van de transducer. De golf gaat het lichaam in en komt op de gewenste diepte in beeld. Transducers met nieuwere technologie maken gebruik van phased array technieken om de sonografische machine in staat te stellen de richting en diepte van de focus te veranderen. Bijna alle piëzo-elektrische transducers zijn gemaakt van keramiek (1).
Om een 2 D-beeld te genereren, wordt de ultrasone bundel geswitched. Een transducer kan mechanisch worden geveegd door te roteren of te zwaaien. Of een 1D phased array transducer kan worden gebruikt om de straal elektronisch te vegen. De ontvangen gegevens worden verwerkt en gebruikt om het beeld te construeren. Het beeld is dan een 2D-weergave van de snede in het lichaam. 3D-beelden kunnen worden gegenereerd door het verwerven van een reeks aangrenzende 2D-beelden. Gewoonlijk wordt een gespecialiseerde sonde gebruikt die een conventionele 2D-beeldtransducer mechanisch aftast. Aangezien het mechanisch scannen traag verloopt, is het echter moeilijk om 3D-beelden te maken van bewegende weefsels. Recentelijk zijn 2D phased array transducers ontwikkeld die de bundel in 3D kunnen sweepen. Deze kunnen sneller beelden maken en kunnen zelfs worden gebruikt om live 3D-beelden van een kloppend hart te maken.
Vier verschillende modi van ultrageluid worden gebruikt bij medische beeldvorming (1, 3).
Dit zijn:
-
A-modus: A-mode is de eenvoudigste vorm van echografie. Een enkele transducer scant een lijn door het lichaam waarbij de echo’s op het scherm worden uitgezet als functie van de diepte. Therapeutische ultrasound die op een specifieke tumor of tandsteen is gericht, wordt ook in de A-modus gebruikt, zodat de energie van de destructieve golven precies op het juiste punt kan worden gericht.
-
B-modus: Bij echografie in de B-modus wordt met een lineaire reeks transducers tegelijkertijd een vlak door het lichaam gescand dat als een tweedimensionaal beeld op het scherm kan worden bekeken.
-
M-modus: M staat voor beweging. In de m-modus kunnen artsen door middel van een snelle opeenvolging van B-modus-scans waarvan de beelden elkaar op het scherm opvolgen, het bewegingsbereik zien en meten, aangezien de orgaangrenzen die reflecties produceren, ten opzichte van de sonde bewegen.
Doppler-modus: Deze modus maakt gebruik van het Doppler-effect bij het meten en zichtbaar maken van de bloedstroom. Doppler sonografie speelt een belangrijke rol in de geneeskunde. Sonografie kan worden verbeterd met Doppler-metingen, die gebruik maken van het Doppler-effect om te beoordelen of structuren (meestal bloed) zich naar de sonde toe of van de sonde af bewegen, en wat de relatieve snelheid daarvan is. Door de frequentieverschuiving van een bepaald monstervolume, bijvoorbeeld een bloedstraal over een hartklep, te berekenen, kunnen de snelheid en richting ervan worden bepaald en gevisualiseerd. Dit is bijzonder nuttig bij cardiovasculaire studies (sonografie van het vasculaire systeem en het hart) en essentieel op vele gebieden zoals het bepalen van de omgekeerde bloedstroom in de lever vasculatuur bij portale hypertensie (6,7). De Doppler-informatie wordt grafisch weergegeven met spectrale Doppler, of als beeld met kleuren-Doppler (directionele Doppler) of power-Doppler (niet-directionele Doppler). Deze Doppler-verschuiving valt in het hoorbare bereik en wordt vaak hoorbaar gepresenteerd met behulp van stereoluidsprekers: dit levert een zeer kenmerkend, hoewel synthetisch, pulserend geluid op (8).
De transoesofageale echocardiografie (TEE) opende het venster in de diagnostische beeldvorming op het gebied van de cardiografie, de cardiochirurgie en de anesthesie. Met behulp van TEE in 2-D-modus, kan de anesthesist toezicht houden op de hartbewegingen, en hartchirurg zal de waardevolle informatie over de hartconditie na de kritische chirurgische procedure worden.