Ultrazvuk Využití v medicíně

Fyzikální podstata ultrazvuku Zvuky mimo slyšitelné frekvence rozdělujeme na infrazvuk a ultrazvuk. Zvuky mimo slyšitelné frekvence rozdělujeme na infrazvuk a ultrazvuk. Jako ultrazvuk se označuje vlnění o frekvenci >20kHz Jako ultrazvuk se označuje vlnění o frekvenci >20kHz Ultrazvuk se šíří velmi přímočaře a platí pro něj zákony odrazu 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) Na rozdíl od zvuků s nižší frekvencí se výrazněji uplatňuje útlum v plynném prostředí (např. vzduch) V kapalinách se šíří na velké vzdálenosti. 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. 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 Vzdálenost= (Todrazu/2) * Vzvuku Pro lékařské účely nejčastěji frekvence 2 až 13MHz Pro lékařské účely nejčastěji frekvence 2 až 13MHz Vyšší frekvence(menší vln. délka) = větší rozlišovací schopnost avšak horší prostupnost tkáněmi. Vyšší frekvence(menší vln. délka) = větší rozlišovací schopnost avšak horší prostupnost tkáněmi. Proto se pro hlubší orgány využívá nižších frekvencí. Proto se pro hlubší orgány využívá nižších frekvencí. Útlum (0.3dB / cm) * f … f [MHz] Útlum (0.3dB / cm) * f … f [MHz] Ke snížení zvukového odporu se nanáší mezi sondu a povrch těla gel. (Vzduch představuje velký odpor). Ke snížení zvukového odporu se nanáší mezi sondu a povrch těla gel. (Vzduch představuje velký odpor).

Fyzikální podstata ultrazvuku Rychlost 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. Rychlost 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 ultrazvuku pro lékařské účely Ultrazvuk je produkován piezoelektrickými krystaly Ultrazvuk je produkován piezoelektrickými krystaly Ze sondy vychází krátké intenzivní ultrazvukové pulzy, které jsou výsledkem součtu příspěvků jednotlivých piezoel. prvků 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. Piezoel. krystaly generují elektrické napětí mechanickou deformací, proto lze tutéž technologii použít i pro příjem ozvěn. X-souřadnice

Způsob generování ultrazvuku pro lékařské účely 2 druhy rozmítání „paprsku“ u sond 2 druhy rozmítání „paprsku“ u sond 1. Mechanické konvexní (jeden krystal) gynekologie, porodnictví, vyšetření břicha, kardiologie gynekologie, porodnictví, vyšetření břicha, kardiologie 2. Elektronické lineární(více krystalů) endokrinologie, mamologie, pediatrie endokrinologie, mamologie, pediatrie

Elektronické lineární(více krystalů) Elementy mohou být vybuzeny v různých čas. okamžicích, čímž dochází k tvarování a směrování ultrazvuk. vlnění. Elementy mohou být vybuzeny v různých čas. okamžicích, čímž dochází k tvarování a směrování ultrazvuk. vlnění. Všechny elementy generují současně. Všechny elementy generují současně. Zpoždění elementů způsobí tvarování paprsku a jeho zahýbání. Zpoždění elementů způsobí tvarování paprsku a jeho zahýbání.

Tvorba obrazu Snímky jsou tvořeny jako 2D řezy. X-souřadnice je daná směrem ze kterého přijde odraz a určuje horizontální polohu. 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). 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. 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. Prostorový pohled lze získat s použitím více 2D snímků. Problém - díky pomalé rychlosti snímání řezů se spatně zobrazují pohybující se objekty. 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.. 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 V echokardiografii lze takto odhalit netěsnost srdečních chlopní

Dopplerův jev Christian Doppler Christian Doppler Jedná se o změnu frekvence a vlnové délky v závislosti na pohybu zdroje a pozorovatele. Jedná se o změnu frekvence a vlnové délky v závislosti na pohybu zdroje a pozorovatele. v…rychlost vlnění v daném médiu vo…rychlost pozorovatele vzhledem k médiu Vs…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. 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“ 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. 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. Na základě toho se spočítá rychlost a směr pohybu tekutiny. Nevýhoda – není možno měřit vzdálenost 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. 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.) 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! Tento způsob nevyužívá klasický dopplerův jev jak byl popsán na předchozích slidech!

Blokové schéma přístroje Cena Kč

Způsoby využití ultrazvuku Diagnostika Diagnostika -zobrazovací metody -zobrazovací metody Terapeutické účely Terapeutické účely -léčebné metody -léčebné metody

Diagnostické využití - kardiografie Kardiografie, tvz. Echo srdce Kardiografie, tvz. Echo srdce Zkoumá se tvar srdce, průtok krve, těsnost chlopni velikost aorty… Zkoumá se tvar srdce, průtok krve, těsnost chlopni velikost aorty… Pro sledování průtoku krve se využívá i doppler. Pro sledování průtoku krve se využívá i doppler. 2 druhy - TTE, TEE 2 druhy - TTE, TEE 1. TTE - neinvazivní, sonda na hrudníku hrudníku 2. TEE - sonda v jícnu, přesnější obraz, nutnost částečné narkózy pacienta přesnější obraz, nutnost částečné narkózy pacienta průřez srdcem- komory a síně

Diagnostické využití Endokrinologie- vyšetření štítné žlázy Endokrinologie- vyšetření štítné žlázy Předporodní vyšetření,vyšetření plodu Předporodní vyšetření,vyšetření plodu -odhalí vrozené vady, pohlaví dítěte … -odhalí vrozené vady, pohlaví dítěte …

Diagnostické využití-kontrola těhotenství 3. vyšetření: - 1. období: týden Zjištění stavu těhotenství,počtu plodů, délky těhotenství eventuálně hrubých vývojových poruch období: okolo 20.tého týdne meří se tzv. biometrie plodu a potom sa pátrá po případných vývojových vadách obdobie: po 30.tém týdnu Zjištění 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

Soustředěný 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. Soustředěný 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 využití HIFU - high focused ultrasound

Vedlejším účinkem je tvorba bublinek(kavitace) v místě působení. 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. 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. Výhoda-ultrazvuk nemá téměř žádné negativní účinky na okolní tkáně. Terapeutické využití HIFU - high focused ultrasound

Terapeutické využití Ultrazvukové čištění zubů ve stomatologii Ultrazvukové čištění zubů ve stomatologii Především odstraňování „zubního kamene“ Především odstraňování „zubního kamene“ mnohem šetrnější metoda než mechanické čištění. mnohem šetrnější metoda než mechanické čištění. Rozbíjení ledvinových kamenů Rozbíjení ledvinových kamenů

Výhody ultrazvuku Téměř žádné známé vedlejší efekty na rozdíl např. od rentgenu nebo tomografie. Téměř žádné známé vedlejší efekty na rozdíl např. od rentgenu nebo tomografie. Lze velmi dobře rozpoznat přechod mezi pevnou a měkkou tkání Lze velmi dobře rozpoznat přechod mezi pevnou a měkkou tkání Tvoří „živé obrazy“ Tvoří „živé obrazy“ Dobře patrné vnitřní struktury orgánů Dobře patrné vnitřní struktury orgánů Není problém, sehnat vybavení a zařízení jsou relativně malá a levná. 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 U pacientů s velkou nadváhou je problém s útlumem a odrazy zvuku Ultrazvuk prochází velmi špatně kostmi, např. scannování mozku je velmi omezené 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. 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. Obsluha ultrazvuku musí být zkušená, pořízení kvalitních obrázků a interpretace je náročná.

Nebezpečí ultrazvuku Kavitace Kavitace Vysoký negativní akustický tlak dokáže vytvořit vakuové kapsy uvnitř kapalin. Při jejich následném kolapsu dochází ke vzniku tepla, které může poškodit tkáň. 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 tepla absorpcí energie. Vznik bublin z plynů „rozpuštěných“ normálně v tkáních a krvi Vznik bublin z plynů „rozpuštěných“ normálně v tkáních a krvi

Informační zdroje …a spousta dalších internetových zdrojů :-) …a spousta dalších internetových zdrojů :-)

Konec prezentace Děkuji za pozornost