1. INLEDNING
I fysiken gäller termen ”ultraljud” all akustisk energi med en frekvens som ligger över den mänskliga hörseln (20 000 hertz eller 20 kilohertz). Typiska diagnostiska sonografiska skannrar arbetar i frekvensområdet 2-18 megahertz, hundratals gånger högre än gränsen för den mänskliga hörseln. Högre frekvenser har en motsvarande mindre våglängd och kan användas för att göra sonogram med mindre detaljer. Diagnostisk sonografi (ultraljud) är en ultraljudsbaserad diagnostisk bildteknik som används för att visualisera subkutana kroppsstrukturer, inklusive senor, muskler, leder, kärl och inre organ, för att upptäcka eventuell patologi eller skador. Sonografi är effektivt för att avbilda kroppens mjuka vävnader. Sonografer använder vanligtvis en handhållen sond (kallad transducer) som placeras direkt på och rör sig över patienten. En vattenbaserad gel används för att koppla ultraljudet mellan transduktorn och patienten (1, 2).
Ett ultraljud upptäcktes visserligen 12 år före röntgenstrålen (1883.), men är en mycket senare användningsområde inom medicinen. Den första praktiska tillämpningen av ultraljud registrerades under första världskriget för att upptäcka ubåtar. Tillämpningen av ultraljud inom medicinen började på femtiotalet av förra seklet. Först infördes ultraljudet inom förlossningsvården och därefter inom alla medicinska områden (allmän bukdiagnostik, bäckendiagnostik, kardiologi, oftalmologi, ortopedi och så vidare) (3). Ur klinisk synvinkel har ultraljudet en ovärderlig betydelse på grund av dess icke-invasiva, goda visualiseringsegenskaper och relativt enkla hantering (4,5). Sedan behandlingen av signaler i gråskala infördes 1974 blev B-mode-sonografin den allmänt accepterade metoden. Framstegen i formandet av transducerna har lett till bättre rumsupplösning och avbildning av mycket små strukturer i buken (0,5-1 cm). Utvecklingen av realtidssystem ledde till och med till möjligheten till fortsatt visualisering eller ultraljudsfluoroskopi (1). Inom ultraljudsdiagnostiken kan man skilja två tekniker (2): transmission och reflektion
Transmissionstekniken bygger på att man skiljer på vävnader med olika absorbans av ultraljudet. På grund av ojämn absorption av ultraljudsbilder ger inre struktur som består av en mosaik av ljusare och mörkare platser. Denna teknik är numera övergiven (6,1).
Reflektionsteknik (eko) registrerar att pulsen reflekteras från gränsen mellan två vävnader med olika akustiskt motstånd. Tekniken bygger på principen för fungerande sonar (”Sonar Navigation and Ranging”). En ljudvåg produceras vanligtvis av en piezoelektrisk transducer som är inkapslad i en sond. Starka, korta elektriska pulser från ultraljudsmaskinen får transduktorn att ringa vid önskad frekvens. Frekvenserna kan vara någonstans mellan 2 och 18 MHz Ljudet fokuseras antingen av transduktorns form, en lins framför transduktorn eller en komplex uppsättning styrpulser från ultraljudsskannermaskinen. Denna fokusering ger upphov till en bågformad ljudvåg från transducerns yta. Vågen färdas in i kroppen och kommer i fokus på önskat djup. Transduktorer med nyare teknik använder sig av fasadstyrd teknik för att göra det möjligt för ultraljudsmaskinen att ändra fokusets riktning och djup. Nästan alla piezoelektriska transduktorer är tillverkade av keramik (1).
För att generera en 2 D-bild sveps ultraljudsstrålen. En transduktor kan svepas mekaniskt genom att rotera eller svänga. Eller så kan en 1D-fasstyrd transduktor användas för att svepa strålen elektroniskt. De mottagna uppgifterna bearbetas och används för att skapa bilden. Bilden är då en 2D-representation av snittet i kroppen. 3D-bilder kan genereras genom att en serie intilliggande 2D-bilder tas fram. Vanligtvis används en specialiserad sond som mekaniskt skannar en konventionell 2D-bildomvandlare. Eftersom den mekaniska skanningen är långsam är det dock svårt att göra 3D-bilder av rörliga vävnader. På senare tid har 2D-fasadmatris transducers som kan svepa strålen i 3D utvecklats. Dessa kan avbilda snabbare och kan till och med användas för att göra levande 3D-bilder av ett hjärta som slår.
Fyra olika lägen för ultraljud används vid medicinsk avbildning (1, 3).
Dessa är:
-
A-läge: A-läge är den enklaste typen av ultraljud. En enda transducer skannar en linje genom kroppen och ekot visas på skärmen som en funktion av djupet. Terapeutiskt ultraljud som riktas mot en specifik tumör eller kalk är också A-läge, för att möjliggöra en exakt fokusering av den destruktiva vågenergin.
-
B-läge: I B-mode ultraljud skannar en linjär grupp av transduktorer samtidigt ett plan genom kroppen som kan ses som en tvådimensionell bild på skärmen.
-
M-mode: M står för rörelse. I m-läge kan läkaren genom en snabb sekvens av B-läge-skanningar, vars bilder följer varandra i sekvens på skärmen, se och mäta rörelseomfång, eftersom de organgränser som ger upphov till reflektioner rör sig i förhållande till sonden.
Doppler-läge: Detta är en metod för att se och mäta rörelseomfång: Det här läget utnyttjar dopplereffekten för att mäta och visualisera blodflödet. Dopplersonografi spelar en viktig roll inom medicinen. Sonografi kan förbättras med dopplermätningar, som använder dopplereffekten för att bedöma om strukturer (vanligtvis blod) rör sig mot eller bort från sonden, och dess relativa hastighet. Genom att beräkna frekvensförskjutningen för en viss provvolym, t.ex. en blodstråle över en hjärtklaff, kan dess hastighet och riktning bestämmas och visualiseras. Detta är särskilt användbart vid kardiovaskulära studier (sonografi av kärlsystemet och hjärtat) och viktigt på många områden, t.ex. för att bestämma omvänt blodflöde i leverns kärlsystem vid portal hypertension (6,7). Dopplerinformationen visas grafiskt med spektraldoppler eller som en bild med färgdoppler (riktningsdoppler) eller kraftdoppler (icke riktningsdoppler). Dopplerförskjutningen ligger inom det hörbara området och presenteras ofta hörbart med hjälp av stereohögtalare: detta ger ett mycket distinkt, om än syntetiskt, pulserande ljud (8).
Den transoesofageala ekokardiografin (TEE) öppnade ett fönster i den diagnostiska avbildningen inom området kardiografi, kortkirurgi och anestesi. Genom att använda TEE i 2-D-läge kan anestesiologen övervaka hjärtats rörelser, och hjärtkirurgen blir värdefull information om hjärtats tillstånd efter det kritiska kirurgiska ingreppet.