Ultrazvuk

Využití v medicíně

Fyzikální podstata ultrazvuku Zvuky mimo slyšitelné frekvence rozdělujeme na infrazvuk

a ultrazvuk. Jako ultrazvuk se označuje vlnění o frekvenci >20kHz Ultrazvuk se šíří velmi přímočaře a platí pro něj zákony

odrazu Na rozdíl od zvuků s nižší frekvencí se výrazněji uplatňuje

útlum v plynném prostředí (např. vzduch) V kapalinách se šíří na velké vzdálenosti.

Fyzikální podstata ultrazvuku

Pokud ultrazvuková vlna dorazí na rozhraní dvou vrstev o různé hustotě(různý akustický odpor) dojde k částečnému odrazu nazpět k vysílači.

Vzdálenost= (Todrazu/2) * Vzvuku Pro lékařské účely nejčastěji frekvence 2 až 13MHz

Vyšší frekvence(menší vln. délka) = větší rozlišovací schopnost avšak horší prostupnost tkáněmi.

Proto se pro hlubší orgány využívá nižších frekvencí. Útlum (0.3dB / cm) * f … f [MHz] Ke snížení zvukového odporu se nanáší mezi sondu a povrch těla

gel. (Vzduch představuje velký odpor).

Fyzikální podstata ultrazvuku

Ryclost šíření ultrazvuku v měkkých tělmích tkáních je přibližně stanovena na 1540m/s. Jedná se o ideální model tkáně, proto v realitě se může rychlost lišit a tím vzniká rozostření sledovaných struktur.

Způsob generování ultrazvukupro lékařské účely

Ultrazvuk je produkován piezoelektrickými krystaly

Ze sondy vychází krátké intenzivní ultrazvukové pulzy, které jsou výsledkem součtu příspěvků jednotlivých piezoel. prvků

Piezoel. krystaly generují elektrické napětí mechanickou deformací, proto lze tutéž technologii použít i pro příjem ozvěn.

X-souřadnice

Způsob generování ultrazvukupro lekařské účely

2 druhy rozmítání „paprsku“ u sond

1. Mechanické konvexní (jeden krystal)

gynekologie, porodnictví, vyšetření břicha, kardiologie

2. Elektronické lineární(více krystalů)

endokrinologie, mamologie, pediatrie

Elektronické lineární(více krystalů)

Elementy mohou být vybuzeny v různých čas. okamžicích, čímž dochází k tvarování a směrování ultrazvuk. vlnění.

Všechny elementy generují současně.

Zpoždění elementů způsobí

tvarování paprsku a jeho zahýbání.

Vybuzení elementů směrem ke středu a současně relativní zpoždění vůči okrajům sondy.

Tvorba obrazu

Snímky jsou tvořeny jako 2D řezy. X-souřadnice je daná směrem ze kterého přijde odraz a určuje horizontální polohu.

Y-souřadnice je dána hloubkou, kde odraz vznikl(počítá se z doby návratu signálu na základě dané rychlosti zvuku).

Odstín pixelu na pozici X,Y je dán intenzitou odrazu(echa) čím silnější echo tím světlejší odstín šedi.

hloubka

Elementy sondy

X-souřadnice

2D řez

Tvorba 3D obrazu

Prostorový pohled lze získat s použitím více 2D snímků.

Problém - díky pomalé rychlosti snímání řezů se spatně zobrazují pohybující se objekty.

Tvorba obrazu

Některé sofistikovanější přístroje produkují i barevné snímky. Barva může interpretovat s využitím dopplerova jevu např. pohybující se útvary-pozorování krevního toku nebo pohybu svalů.

V echokardiografii lze takto odhalit netěsnost srdečních chlopní.

Dopplerův jev

1842- Christian Doppler Jedná se o změnu frekvence a

vlnové délky v závislosti na pohybu zdroje a pozorovatele.

v…rychlost vlnění v daném médiuvo…rychlost pozorovatele vzhledem k médiuVs…rychlost zdroje vzhledem k médiu

Dopplerův jev

Ultrazvukové diagnostické zařízení může využívat dopplerova jevu k zjištění rychlosti a směru pohybu krve v cévách. Toto se využívá především v echokardiografii.

Existují dva druhy implementace dopplerova „radaru“

1. CW (continous wave)2. PW (pulsed wave) -

modernější zařízení

Dopplerův jev

1. CW Současně přijímá i vysílá zvuk o konstantní frekvenci.

Odrazem od pohybujícího se tekutiny se mění frekvence.

Na základě toho se spočítá rychlost a směr pohybu tekutiny.

Nevýhoda – není možno měřit vzdálenost

Dopplerův jev

2. PW Přístroj vysílá za sebou následující pulzy(packet). Po

odeslání se přepne do režimu příjmu. Díky pohybu cílového objektu vzniká fázové posunutí mezi jednotlivými pulzy a na základě tohoto posunutí je vypočítána rychlost.

Výhoda – umožňuje měřit vzdálenost (na základě časového úseku mezi odesláním a příjmem pulzu.)

Tento způsob nevyužívá klasický dopplerův jev jak byl popsán na předchozích slidech!

Blokové schéma přístroje

Cena 379000 Kč

Způsoby využití ultrazvuku

Diagnostika

-zobrazovací metody Terapeutické učely

-léčebné metody

Diagnostické využití - kardiografie

Kardiografie, tvz. Echo srdce

Zkoumá se tvar srdce, průtok krve, těsnost chlopni velikost aorty…

Pro sledování průtoku krve se využívá i doppler.

2 druhy - TTE, TEE

1. TTE - neinvazivní, sonda na

hrudníku

2. TEE - sonda v jícnu,

přesnější obraz, nutnost částečné narkózy pacienta

průřez srdcem- komory a síňe

Diagnostické využití

Endokrinologie- vyšetření štítné žlázy

Předporodní vyšetření,vyšetření plodu

-odhalí vrozené vady, pohlaví dítěte …

Diagnostické využití-kontrola těhotenství3. vyšetření:

- 1. období: 10-14 týdenZjištění stavu těhotenství,počtu plodů, délky těhotenství eventuálně hrubýchvývojových poruch.

- 2. období: okolo 20.tého týdnemeří se tzv. biometrie plodu a potom sa pátrá po případnýchvývojových vadách.

- 3. obdobie: po 30.tém týdnuZjištění pohybové aktivity, množství plodové vody a poloha placenty

Terapeutické využití

Používá se k ničení postižených tkání(např nádory).

V současnosti je ve fázi testování-rakovina prostaty, jater,slinivky břišní,močového měchýře.

Ničení tkání je dosaženo zvýšením teploty v přesně daném místě orgánu. Ultrazvukový „paprsek“ se zaměřuje například pomocí magnetické rezonance, pomocí níž se nejdříve identifikuje přesná poloha nádoru. Poté se pomocí robotického ramena pohybuje ultrazvukový vysílač na správnou pozici.

HIFU - high focused ultrasound

Sostředěný směrovaný svazek ultrazvukových vln se vytváří buď mechanicky nebo elektronicky. Mechanický princip spočívá ve speciálním tvaru vysílače. Elektronická syntéza spočívá ve správném relativním fázovém posunu vln tvořených jednotivými elementy vysílače. Takto se může precizně nasměrovat energie do žádaných míst.

Terapeutické využitíHIFU - high focused ultrasound

Vedlejším účinkem je tvorba bublinek(kavitace) v místě působení.

Ale i to je nyní zkoumáno jako možné uplatnění, jelikož bublinky ničí při svém kolapsu tkáň.

Výhoda-ultrazvuk nemá téměř žádné negativní účinky na okolní tkáně.

Terapeutické využitíHIFU - high focused ultrasound

Terapeutické využití

Ultrazvukové čištění zubů ve stomatologii Především odstraňování „zubního kamene“

mnohem šetrnější metoda než mechanické čištění.

Rozbíjení ledvinových kamenů

Výhody ultrazvuku

Téměř žádné známé vedlejší efekty na rozdíl např. od rentgenu nebo tomografie.

Lze velmi dobře rozpoznat přechod mezi pevnou a měkkou tkání

Tvoří „živé obrazy“ Dobře patrné vnitřní struktury orgánů Není problém, sehnat vybavení a zařízení jsou relativně

malá a levná.

Nevýhody ultrazvuku

U pacientů s velkou nadváhou je problém s útlumem a odrazy zvuku

Ultrazvuk prochází velmi špatně kostmi, např. scannování mozku je velmi omezené

Problém pokud je mezi orgánem a sondou vzduch(velký rozdíl akustického odporu). Např. sledování slinivky je obtížné kvůli přítomnosti plynů v zažívacím ústrojí.

Obsluha ultrazvuku musí být zkušená, pořízení kvalitních obrázků a interpretace je náročná.

Nebezpečí ultrazvuku

Kavitace Vysoký negativní akustický tlak dokáže vytvořit vakuové kapsy

uvnitř kapalin. Při jejich následném kolapsu dochází ke vzniku tepla, které může poškodit tkáň.

Vznik tepla absorpcí energie. Vznik bublin z plynů „rozpuštěných“ normálně v tkáních

a krvi

http://www.wikipedia.org/ http://www.prioritymedical.com/siemens/ http://www.vmk-rtg.cz/ http://www.anaesthesiauk.com/article.aspx?articleid=370#mech http://www.cancerhelp.org.uk/help/default.asp?page=10870#HIFU

…a spousta dalších internetových zdrojů :-)

Konec prezentace

Dekuji za pozornost