Petr Nádeníček 1 Martin Sedlář 2 1 Radiologická klinika LF MU a FN Brno 2 Biofyzikální ústav LF MU Brno Princip kontrastního ultrazvuku

Akustická impedance akustický vlnový odpor prostředí odpor, který klade prostředí ultrazvuku rozhodující veličina při odrazu a lomu uz vln na akustických rozhraních z... akustický vlnový odpor  N.s.m –3  v... akustická rychlost  m.s –1  p... akustický tlak  Pa  ρ... hustota prostředí  kg.m –3  c... rychlost šíření ultrazvuku prostředím  m.s –1  Rozdíly rozdíly v akustické impedanci jsou základním předpokladem jakéhokoliv uz zobrazení ( např. dvourozměrného nebo dopplerovského obrazu ).

Akustická impedance, rychlost šíření zvuku závisí na hustotě prostředí Prostředí Rychlost  m.s –1  Akustická impedance  Pa.s.m -1  * * Vzduch3300,0004 Destilovaná voda14801,52 Sklivec1532– Játra15501,62 Měkké tkáně15501,65–1,74** Ledviny15601,62 Kost35003,75–7,38 **svalová tkáň * Hrazdira I. a L., Malý, Z. Nevrtal M., Toman J., Veselý T.: Úvod do ultrazvukové diagnostiky, Brno, 1993 (Wells, 1977)

Koeficient odrazu a přenosu uz energie vztah vyjadřující poměr intenzit odražené a dopadající UZ vlny na rozhraní dvou tkání o rozdílné ak. impedanci: Čech, E. a spol.: Ultrazvuk v lékařské diagnostice a terapii. 1982, s. 44. R … činitel odrazu z … akustická impedance 1,2 … různá prostředí Z2Z2 Z1Z1 měkké tkáně 1,65vzduch 0,0004 CEUS  Pa.s.m -1  blízký 1... vysoký odraz Z2Z2 Z1Z1 Z2Z2 Z1Z1 akustické rozhraní

Mechanický index - MI vyjadřuje stupeň nebezpečí poškození tkáně kavitací závisí na frekvenci a energii vysílaného ultrazvuku P r3 – akustický tlak v hloubce Z sp - hloubka f c – střední frekvence ultrazvuku v MHz MI < 1,9 MI < 0,23 – v oftalmologii Leighton T.G. 1989, Gavrilov L.R. 1988, Holland Ch.K. 1989

ODS – Output Display Standard MI – mechanický index TI – tepelný index přenesení zodpovědnosti na lékaře

Definice kontrastní látky Kontrastní látka je skupina definovaných částic, které se aplikují do organismu (krevní oběh, dutiny, aj.), za účelem zvýšení zpětného odrazu ultrazvukového vlnění od jejich povrchu.

Kontrastní látky – proč? Zvyšování kontrastu UZ zobrazení.  Zlepšení koeficientu signál – šum  Snaha zesílit odrazivost struktur  zvyšují echogenitu proudící krve KL mohou nahradit řadu zobrazovacích modalit  CT  MR KL mohou nahradit intervenční metody  angiografie  kardiologie Sonasoid Arteriální fáze - začíná ~8-15 s po aplikaci;  MI (orientace), pak  MI Porto-venózní fáze s  MI Pozdní fáze min. Úprava MI dle zobrazení.  MI 0,11 - zobrazení okolních oblastí  MI 0,07 - centrace na lézi

Galaktózové mikročástice vodné roztoky emulze suspenze enkapsulovné bubliny - mikrobubliny Jaké částice průchod kapilárami plicního řečiště

Emilio Quaia: Microbubble ultrasound contrast agents: an update. European Radiology. August 2007, Volume 17, Issue 8, pp Issue 8 Fluorid sírový (též hexafluorid síry, někdy označovaný podle vzorce SF 6 ) je bezbarvá, plynná, anorganická chemická látka se vzorcem SF 6.

20x zvětšení, optický mikroskop, bílá šipka SonoVue, černá šipka erytrocyty Mikrobubliny velikost do 7 µm chovají se jako krvinky mikrobubliny neextravazují nepřestupují endotel nedochází k interstitiální fázi  blood pool agent odražený signál demontruje přítomnost cévy pod UZ rezonují lze je i „rozbít“ – záleží na MI 100 milion krát vyšší odrazivost mikrobublin než krve.  Rozdíl akustických impedancí krve a mikrobublin.

Farmakokinetika - SonoVue Farmakokinetika - SonoVue ® Rychlé vyloučení plícemi ("vydýchá se")  % během 1 minuty. Eliminace % bublin do 11 minut. Eliminace obdobná u mužů a žen  není závislá na dávce. SonoVue ®. Příbalový leták.

Mikrobubliny Při srážce UZ vlny s mikrobublinou  dojde k oscilaci bubliny asymetrická nelineární oscilace (rezonance)  generují se akustické vlny složené z vyšších a nižších zejména harmonických frekvencí stlačení je kvůli plynné náplni limitováno expanze je mnohem větší nežli komprese (poloměr bubliny se zvětší až o několik set %)

Velikost MI Nízká energie (MI < 0,2)  ultrazvukové vlnění se od mikrobublin jen odrážejí  bubliny nerezonují,  jejich velikost se nemění Hrazdira I.: Úvod do ultrasonografie S.Moir, T.Marwick: Review. Combination of contrast with stress echocardiography: A practical guide to methods and interpretation. Cardiovascular Ultrasound 2004, 2:15.

Velikost MI Střední energie MI (0,2-1,0)  bubliny dostávají do rezonance s frekvencí dopadajících uz impulzů  nelineární asymetrická oscilace vznik vyšších harmonických frekvencí (f, 2f, …) Hrazdira I.: Úvod do ultrasonografie S.Moir, T.Marwick: Review. Combination of contrast with stress echocardiography: A practical guide to methods and interpretation. Cardiovascular Ultrasound 2004, 2:15.

Velikost MI Vysoká energie MI > 1  - bubliny se roztříští a zanikají  vznik velkého množství zejména harmonických frekvencí 1/2f, f, 2f, 3f, 4f Hrazdira I.: Úvod do ultrasonografie S.Moir, T.Marwick: Review. Combination of contrast with stress echocardiography: A practical guide to methods and interpretation. Cardiovascular Ultrasound 2004, 2:15.

Vyšetřování s vysokým MI (>1) Stimulovaná akustická emise (SAE) Zvýšení MI vede v poslední fázi k destrukci bublin u KL s rychle rozpustnými plyny Hrazdira I.: Úvod do ultrasonografie Vyšetřování s nízkým MI (<1) umožňuje dynamické zobrazení vplavení (wash-in) KL do tkáňových struktur a její vyplavení (wash-out) zpřesnění ložiskových lézí možnost záznamu všech vaskulárních fází (arteriální, portovenózní, pozdní)

Harmonické zobrazení

Detekce druhého harmonického kmitočtu a potlačení základního kmitočtu vysílaného sondou Výrazné zlepšení poměru signál-šum Zvýšení kontrastu a prostorového rozlišení Kmitáním bublin KL vpravených do krevního oběhu Kmitáním samotných tkáňových struktur v důsledku nelineárního šíření ultrazvuku ve tkáních Rozlišuje se harmonické zobrazení kontrastní a přirozené

Kontrastní harmonické zobrazení

Pulzní harmonická inverze PI

Pulse inversion harmonic imaging Dva zrcadlové pulsy s rozdílnou fází rychle za sebou. Sonda detekuje odražené pulsy a sečte je. Pro normální tkáň je tak signál = 0. Mikrobubliny však odráží asymetricky, nelineárně. Harmonická složka Nízký MI <0,2 detekce uz vln (tj. ech ~ signálů) v celém rozsahu frekvencí, včetně základních i harmonických

Power modulation PM

Power modulation (PM) Alternativou ke změně fáze UZ vlnění je změna jeho amplitudy V subtrahovaném spektru je pak zachycena nelineární složka základní frekvence (vyslané uz vlny) Signál pozadí pak není potlačen zcela, nicméně je nízký oproti harmonickému Využívá se pro hlouběji uložená ložiska, případně při vyšetřování cirhotických jater apod. Nevýhodou je poněkud nižší rozlišení oproti PI M.Bruce, M.Averkiou, J.Powers: Ultrasound contrast in general imaging research Koninklijke Philips Electronics N.V /795 * MAY 2007.

Power modulated pulse inversion PMPI

Power modulated pulse inversion (PMPI) Kombinace obou předchozích metod někdy nazývána Contrast pulse sequence (CPS) Během pulsů se zde mění jak amplituda tak fáze, rovněž pak dochází k subtrakci signálu Výhodou je, že druhá harmonická echa jsou relativně zachována (v souvislosti s PI) PMPI detekuje nelineární signál jak základní, tak druhé harmonické frekvence J. Powers1, T. R. Porter2, S.Wilson3, M. Averkiou1, D. Skyba1 and M. Bruce1: Ultrasound contrast imaging research. MEDICA MUNDI 44/2 November 2000

Q-LAB

Děkuji za pozornost