Twoja wyszukiwarka

KLARA SZATKIEWICZ
ZŁAPAĆ ECHO
Wiedza i Życie nr 2/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 2/1997

ULTRASONOGRAFIA - ŁATWA, TANIA I BEZPIECZNA. POZWALA OBEJRZEĆ WNĘTRZE SERCA, PRZEPŁYW KRWI, ROZWIJAJĄCY SIĘ PŁÓD. WPROWADZONA DO PRAKTYKI MEDYCZNEJ DOPIERO W LATACH SIEDEMDZIESIĄTYCH XX WIEKU JEST DZIŚ NAJCZĘŚCIEJ WYKONYWANYM BADANIEM.

Świat jest pełen dźwięków. Ich źródłem są ciała drgające, na przykład struna instrumentu lub membrana głośnika, ale także nasze struny głosowe. Przeciętny człowiek słyszy dźwięki o częstotliwości od 16 do 16 000 Hz, ale niektóre zwierzęta, na przykład nietoperze rejestrują także dźwięki o wyższej częstotliwości, czyli ultradźwięki. Na granicy dwóch ośrodków fizycznych, np. powietrza i ziemi, część fali dźwiękowej odbija się, tworząc dobrze wszystkim znane zjawisko echa. W górach możemy nawet porozmawiać sami ze sobą, kiedy głos odbity na styku powietrza i skały powraca do nadawcy. Zjawisko odbicia można też zaobserwować w dużym, pustym pokoju - część fali odbija się od ściany, część zaś wnika w nią i, trafiając na ośrodek o innych własnościach, załamuje się. Na zjawisku odbicia i załamania fali dźwiękowej opiera się jedna z najczęściej stosowanych metod diagnostycznych - ultrasonografia.

Badanie ultrasonograficzne jest bardzo wygodne dla chorego, zwykle nie wymaga bowiem wcześniejszych przygotowań, nie boli i nie uszkadza tkanek. Można je powtarzać wielokrotnie w krótkim czasie nawet u chorych w ciężkim stanie

Pomysł narodził się na początku lat pięćdziesiątych, ale droga do jego realizacji wcale nie była łatwa.

JAK WYTWORZYĆ ULTRADŹWIĘKI I WYEMITOWAĆ JE DO ORGANIZMU CZŁOWIEKA?

Rozwiązanie pierwszego problemu, z którym przyszło się zmierzyć pionierom ultrasonografii, opiera się na odkrytym w roku 1880 przez braci Piotra i Pawła Curie zjawisku piezoelektryczności. Gdy ściśniemy kryształ, na przykład kwarc, wytwarzają się w nim ładunki elektryczne. I odwrotnie - gdy przyłożymy do kryształu napięcie zmienne, zaczyna on drgać w takt tego napięcia. Jeśli więc przyłożymy do kryształu napięcie sinusoidalne o częstotliwości sto tysięcy razy większej od tej, jaką mamy w domowej instalacji elektrycznej, stanie się on źródłem ultradźwięków.

Żel nakładany na skórę przed badaniem sprawia, że fala ultradźwiękowa prawie bez przeszkód wnika w głąb

Wyemitowana fala, przechodząc przez ciało człowieka, wprawia w drgania napotkane tkanki. Gdy trafia na przeszkodę, na przykład granicę między różnymi strukturami anatomicznymi lub niejednorodności tkanki, takie jak zwapnienie, pęcherzyki gazów czy ciała obce, jej część zostaje odbita i wraca do źródła, część zaś podąża dalej aż trafi na kolejną przeszkodę. Różnica gęstości ośrodków powoduje drastyczną zmianę kierunków rozchodzenia się fali. Właśnie dlatego przed badaniem lekarz nakłada na skórę specjalny żel, eliminując w ten sposób niepotrzebną ze względów diagnostycznych granicę między ośrodkami. Zamiast dwóch wyraźnych granic - na styku głowicy aparatu z powietrzem oraz powietrza ze skórą - mamy jedną dzięki odpowiednim własnościom żelu. Fala wnika prawie bez przeszkód w głąb ciała pacjenta, co widać na rycinie.

JAK ZAMIENIĆ ODBITE ULTRADŹWIĘKI NA JEDNOZNACZNY I CZYTELNY OBRAZ BADANYCH NARZĄDÓW?

Generator ultradźwięków, będący drgającym kryształem, może równocześnie odbierać falę odbitą od granicy tkanek, co pochłania aż 99% całkowitego czasu pracy aparatu. Przekazuje ją do przetwornika, który rysuje obraz narządów na ekranie oscyloskopu. Sygnał odbity widać w postaci rozjaśnienia na monitorze. Miejsce, w którym się ono pojawia zależy od drogi przebytej przez falę, odpowiada więc głębokości, na jaką wniknęła w głąb ciała. Warstwy o różnych własnościach akustycznych leżące jedna pod drugą mogą być rozróżnione, gdy odległość między nimi nie przekracza jednej czwartej długości fali. A zatem im większa częstotliwość, tym lepsza rozdzielczość. Kłopot jednak w tym, że równocześnie zmniejsza się skuteczny zasięg ultradźwięków, ponieważ straty energii podczas przenikania przez większą liczbę struktur są oczywiście większe. Trudność tę pokonuje się, konstruując różne głowice do badania poszczególnych narządów, wysyłające fale o różnych częstotliwościach. Czasem nawet w trakcie jednego badania używa się kilku głowic. Powracająca z głębi ciała fala dźwiękowa, w zależności od natężenia, przedstawiana jest w postaci punktów świetlnych o różnym stopniu szarości.

Głowice o różnych kształtach, emitujące ultradźwięki o różnych częstotliwościach, umożliwiają zbadanie niemal wszystkich zakamarków ludzkiego ciała

Na płaskim ekranie, dzięki ruchomej głowicy aparatu, którą przesuwa lekarz po powierzchni ciała chorego, uzyskuje się obraz różnych przekrojów badanej tkanki, a w efekcie przestrzenny obraz narządu. Współczesna ultrasonografia daje też możliwość obejrzenia serca i przepływającej krwi. Wykorzystując do tego tzw. zjawisko Dopplera, bardzo często występujące w naszym codziennym życiu. Na przykład w chwili, gdy mija nas pędzący pociąg lub samochód i zaczyna się oddalać, słychać wyraźnie, że dźwięk staje się coraz niższy. Gdy fala dźwiękowa odbija się od obiektu ruchomego, następuje zmiana częstotliwości fali powracającej do przetwornika w stosunku do fali pierwotnej. Dzięki temu bez trudu rejestruje się na przykład skurcze serca lub przepływ krwi w naczyniach krwionośnych. Po komputerowym przetworzeniu otrzymanych podczas badania sygnałów można uzyskać kolorowy obraz. Jeśli jego barwa uzależniona będzie od kierunku przepływu krwi, lekarz otrzyma dodatkową ważną informację pozwalającą odróżnić na przykład krew żylną od tętniczej.

JAK ANALIZOWAĆ OBRAZ ULTRASONOGRAFICZNY, ŻEBY MOŻLIWIE NAJWIĘCEJ DOWIEDZIEĆ SIĘ O CZŁOWIEKU?

Jest to pytanie najważniejsze, decydujące o praktycznym wykorzystaniu ultrasonografii. Dziś stosowane aparaty, choć opierają się na tych samych zjawiskach fizycznych, są coraz bardziej skomplikowane, analiza obrazu staje się bardziej wyrafinowana, ale dzięki temu lekarz może zobaczyć znacznie więcej. Uzyskany obraz wiernie odtwarza rzeczywistość, jednak jego interpretacja zawsze zależy od lekarza. Dziś nikt już nie ma wątpliwości, że tylko doskonała znajomość anatomii pozwala prawidłowo wytłumaczyć to, co widać na ekranie. Na przykład torbiel wygląda, jak jednorodna ciemna plama o regularnym kształcie i gładkich brzegach, natomiast guz nowotworowy ma strukturę niejednorodną, widoczną jako różne odcienie szarości i poszarpane brzegi. Oczywiście nie zawsze interpretacja obrazu jest tak prosta i dlatego wśród znawców mówi się, że dobry diagnostyk jest wart wiele więcej niż najnowocześniejszy sprzęt.

Odbicie i załamanie fali dźwiękowej to zjawiska fizyczne, na których opiera się ultrasonografia

Badania ultradźwiękowe po raz pierwszy zastosowano w początkach lat siedemdziesiątych. Dziś stały się one badaniami rutynowymi. Za pomocą ultrasonografu można obejrzeć niemal każdy kawałek ludzkiego ciała, a doświadczony lekarz potrafi na tej podstawie wykryć wiele schorzeń. Trudno wymienić wszystkie możliwe zastosowania ultrasonografii, bo dotyczą one wszystkich właściwie dziedzin medycyny, wspomnę więc tylko o niektórych. Bardzo często wykonuje się ostatnio echokardiografię, czyli badanie serca i dużych naczyń krwionośnych. To badanie pozwala obejrzeć poszczególne struktury serca w czasie normalnej pracy. Można więc wykryć w ten sposób wady serca i ocenić, jakie wywołują one skutki fizjologiczne. Na przykład zwężenie i niedomykalność zastawek z równoczesną oceną, jak znacznie wada ta zaburza normalny przepływ krwi. Lekarz na podstawie badania może obliczyć tzw. pojemność minutową serca, a więc jeden z najważniejszych parametrów wydolności układu krążenia. Coraz częściej właśnie na podstawie badania ultrasonograficznego kwalifikuje się chorych do bardzo poważnych operacji kardiologicznych, rezygnując z krwawego i niekiedy ryzykownego badania, jakim jest cewnikowanie serca. Na zdjęciu ultrasonograficznym widać również, jak na dłoni, tętniaki czy rozwarstwienia aorty. Badanie serca pozwala lekarzom na bieżąco śledzić stan zdrowia pacjenta, można je bowiem powtarzać bez żadnego ryzyka nawet w ostrej fazie choroby.

Oto wynik badania dopplerowskiego. Krew tętnicza (kolor czerwony) przepływa przez tętnicę szyjną zwężoną nieco przez blaszki miażdżycowe. Niebieski punkt oznacza zawirowanie krwi. Powyżej widać żyłę szyjną, którą krew wraca do serca (kolor niebieski)

Nieocenione wręcz usługi oddaje ultrasonografia w ginekologii i położnictwie. Pozwala wykryć wszelkie nieprawidłowości anatomiczne, określić fazę cyklu miesięcznego, w porę uchwycić ciąęż pozamaciczną, ale nade wszystko obserwować rozwój płodu. Jest to bardzo ważne, ponieważ niektóre zaobserwowane nieprawidłowości próbuje się usuwać jeszcze w łonie matki. Na długo przed porodem można też określić płeć dziecka, z czego jednak wielu rodziców świadomie rezygnuje.

Trudne jest badanie trzustki, wymaga wyjątkowych kwalifikacji lekarza i bardzo dobrego aparatu, ale też jego wartość diagnostyczna jest ogromna, ponieważ narząd ten "ukrywa się" przed innymi badaniami. Rak trzustki zdarza się na szczęście niezbyt często, ale w większości przypadków szybko prowadzi do śmierci. Dzieje się tak dlatego, że zwykle wykrywa się go w bardzo zaawansowanym stadium. A właśnie badanie ultrasonograficzne daje szansę na wczesną diagnozę, zanim wystąpią objawy kliniczne.

Przerzuty nowotworowe (w czerwonej ramce) wyraźnie odróżniają się od zdrowej tkanki wątrobowej

Warto jeszcze wspomnieć o tarczycy. Ostatnio występuje coraz więcej schorzeń tego narządu, a ultrasonografia jest bardzo użytecznym narzędziem do jego badania. Precyzyjnie określa wielkość i położenie, wykrywa wszelkie niejednorodności, na przykład guzki czy torbiele, ale także pozapalne zmiany zanikowe. Pomaga też postawić diagnozę w przypadku zapalenia tarczycy - echo jest wtedy słabsze. Jeśli wykryte zmiany mają niejasny charakter, zwykle wykonuje się biopsję, ale także wtedy potrzebny jest ultrasonograf, który pozwala precyzyjnie trafić igłą w diagnozowane miejsce.

Ultrasonografia, jak każda metoda ma swoje ograniczenia. Ultradźwięki są rozpraszane przez gazy, zaś w ośrodkach o dużej gęstości pochłaniane. Dlatego nie bada się w ten sposób płuc, trudno też badać żołądek i jelita, ponieważ zawsze gromadzą się tam gazy, także badanie kości lepiej wykonać inną metodą. Utrudnieniem jest też tkanka tłuszczowa, która tłumi fale dźwiękowe. Obraz staje się wtedy mniej wyraźny. U osób bardzo otyłych obraz narządów wewnętrznych może być tak znacznie zniekształcony, że nie ma żadnej wartości praktycznej. Mimo ograniczeń ultrasonografia staje się metodą coraz popularniejszą. W pewnym stopniu zastępuje tomografię, która jest bardzo droga. Badanie ultrasonograficzne ma istotne zalety. Przede wszystkim jest metodą nieinwazyjną, to znaczy, że nie wywołuje bólu oraz nie uszkadza tkanek. To również badanie bezpieczne, nie wymagające wprowadzania do organizmu na przykład środków kontrastujących, wygodne dla pacjenta - nie trzeba się do niego szczególnie przygotowywać, tylko w niektórych przypadkach należy być na czczo lub mieć wypełniony pęcherz. Obraz badanych tkanek pojawia się na ekranie natychmiast, nie czeka się więc na wynik badania. Nawet przy częstych badaniach energia pochłaniana przez człowieka jest tak niewielka, że nie ma dotychczas żadnych doniesień o niekorzystnym wpływie ultradźwięków na organizm ludzki. Właśnie dlatego badanie to stosuje się tak często w pediatrii i położnictwie. Ultrasonografia jest jedyną dopuszczalną metodą przezciemiączkowej obserwacji mózgu niemowlęcia.

Prędkość fali w różnych ośrodkach
powietrze 331 m/s
krew 1570 m/s
kości 2500 - 4700 m/s
tkanka tłuszczowa 1450 m/s
mózg 1540 m/s
wątroba 1550 m/s
nerki 1560 m/s
śledziona 1578 m/s
woda destylowana 1530 m/s

Firmy produkujące ultrasonografy prześcigają się w nowinkach technicznych. Aparaty są coraz mniejsze i lżejsze, głowice o specjalnych kształtach dostosowuje się do ściśle określonych badań, na przykład przezprzełykowych lub przezodbytniczych. Wszyscy dążą do tego samego - poprawy jakości obrazu, zwiększenia jego rozdzielczości, tak aby zobaczyć więcej i dokładniej. Konstruktorzy muszą ciągle godzić się na kompromis między emitowaną częstotliwością, która decyduje o rozdzielczości, a głębokością wnikania fali w ciało pacjenta.

Zdjęcia: Advanced Technology Laboratories

Mgr KLARA SZATKIEWICZ jest doktorantką Politech-niki Warszawskiej specjalizującą się w konstrukcji sprzętu medycznego.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(04/97) NOWE OBLICZE RENTGENA
(08/97) ŚWIECĄCE OGNISKA
(08/97) JAK ZIMNE, TO NIEBEZPIECZNE
(10/97) WPAŚĆ W REZONANS
(02/97) TAJEMNICE CIAŁA