D:\fn-brno-barva-pozitiv.jpg D:\fn-brno-barva-pozitiv.jpg Adobe Systems UZ – nové metody Foukal J. a kolektiv Klinika radiologie a nukleární medicíny FN Brno a LF MU Technologie výroby piezoelektrických krystalů sond Piezoelektrický materiál použitý v sondě zásadním způsobem ovlivňuje kvalitu UZ zobrazení Nověji použity krystaly vytvořené speciálním procesem z velmi jemného keramického prášku – uniformní konzistence Digital broadband beamforming •Co nejširší rozsah frekvencí, abychom obdrželi co nejširší spektrum informací o vyšetřované tkáni • •Zlepšení axiálního, prostorového i kontrastního rozlišení • Panoramatické zobrazení •rekonstrukce složeného obrazu z množství B–skenů, které jsou snímány ve stejné rovině. •náběr dat je ukládán do paměti přístroje, rozdělený na jednotlivé pixely •opakující se pixely jsou zprůměrovány •pixely jsou uloženy do matrice z níž je následně vytvořen panoramatický obraz porovnání nízkofrekvenční sondy a panoramatického UZ Panoramatické zobrazení - technika •sondu vedeme jedním směrem v rovině podélné osy sondy •nesmí dojít k odchýlení od skenované oblasti •pohyb musí být plynulý • Distální stehno, sagitálně V součastnosti umožňují výkonné procesory kontinuální zobrazení rozsáhlý ultrazvukových obrazů. Sondou volně pohybujeme přes vyšetřovanou oblast. Panoramatické zobrazení - výhody •zlepší topograficko anatomickou orientaci •umožní zobrazení rozsahu léze, která přesahuje FOV sondy •usnadní stanovení počtu jednotlivých lézí • Paket uzlin na krku Panoramatické zobrazení - nevýhody •časově náročnější •nerovnosti na povrchu těla •nepřesné měření při špatném složení obrazu Distální stehno, axiálně Trojrozměrné (3D/4D) zobrazení nSonda se během snímání buď lineárně posunuje, naklání nebo rotuje. Údaje o odrazivosti v jednotlivých rovinách jsou uloženy do paměti, následuje matematická rekonstrukce obrazu. nPůvodní 3D systémy vytvářely objemový obraz pomalu. Současné systémy pracují v reálném čase. Používá se označení 4D- zobrazení E:\vyuka\staze\3D\3D UZ.jpg MPR rekonstrukce ve 3 rovinách, VRT rekonstrukce G:\práce\Olsztyn\Kralik 3D volume 2.jpg Nádor močového měchýře, měření objemu 3D a 4D: výhody •Umožní anatomické pohledy nedosažitelné 2D zobrazením •Typicky frontální rovina •Kompletní vyšetření z různých perspektiv z objemových dat – lepší kvalitativní i kvantitativní informace • •Běžné použití je ale omezené •Porodnictví – pěkné zobrazení plodu •(Transesofageální echokardiokrafie – zobrazení anatomie srdečních oddílů) •(Objektivnější hodnocení velikosti – objemů ložisek např. jater při sledování/léčbě) • • CEUS - Contrast Enhanced Ultrasound Proč používat kontrastní látku? •Pro detekci toků na úrovni, která by jinak nebyla možná •Doppler je metodou, která úspěšně odliší echa pohybující se krve od statické tkáně •Funguje pro toky ve větších cévách •Nefunguje u toků na parenchymové úrovni, kde se tkáň pohybuje stejnou rychlostí či rychleji než krev, která ji perfunduje •Proto parenchymové toky nemohou být zobrazeny metodou konvenčního Dopplera Podmínky kontrastního UZ zobrazení •Bylo nutno vyvinout jednak techniku UZ zobrazení schopnou k.l. dobře zobrazit • •Vyvinout kontrastní látku: •Netoxiciká •I.v. aplikovatelná •Dostatečné zvýšení kontrastu (odrazivost) •Nerozpouští se v krvi a zároveň schopna transpulmonální pasáže, tedy vhodnou ke zobrazení levostranného řečiště •Dostatečná životnost v krevním oběhu pro zobrazení pozdní fáze dynamického vyšetření •plyn působí vysoký rozdíl akustické impedance •vysoká odrazivost UZ vlnění (koeficient odrazu) •vysoký kontrast vzduch 0,0004 voda 1,52 [Pa.s.m-1] Proč bubliny? Z1 je téměř nula, z2/z2 je 1, tzn R= téměř 1 Galaktózové mikročástice • •vodné roztoky •emulze •suspenze •enkapsulovné bubliny - mikrobubliny Jaké částice Generace kontrastních látek •1. generace – krátká životnost, neprocházejí plicním řečištěm. • (Echovist, Albunex, Levovist) •2. generace – procházejí plicním řečištěm, životnost několik minut. • (SonoVue, Optison, Definity, Sonazoid) •3. generace - vyšší echogenita a stabilita, zobrazí např. perfuzi myokardu. • (EchoGen) Albunex were capable of transpulmonary passage but often failed to produce adequate imaging of the left heart. Levovist is a first generation USCA In Canada, Definity is approved for LVO/EBD and also for imaging of the liver and kidney. In Japan, Sonazoid is currently indicated for the evaluation of focal liver and breast lesions. Důležité aspekty k.l. pro UZ •Jsou přísně intravaskulární, nepronikají do extravaskulárního prostoru •Odrážejí tedy mikrovaskularizaci SonoVue® •Jediná k.l. schválená v EU pro makro a mikrovaskulární zobrazování. • •Fluorid sírový (SF6) – neškodný plyn, eliminace plynu cestou plicních kapilár (80% během 2 minut). •Mikrobubliny stabilizované fosfolipidy •Průměrná velikost bublin je 2,5 μm a více než 90 % bublin je menší než 6 μm •Zvýšení intenzity signálu 3-8 min. bublinky •25 mg lyofilizovaného prášku v atmosféře fluoridu sírového •5 ml fyziologického roztoku • •Rozpustit a 20s protřepávat •Výsledný roztok obsahuje 8 µl/ml SF6 •Suspenze vykazuje stabilitu cca 6 hodin •Aplikace bolusově + proplach FR (standardní dávka 2,5ml) • SonoVue® Chování mikrobublin v UZ vlnění •Při srážce UZ vlny s mikrobublinou dojde střídavě k její kompresi a následné expanzi •Stlačení je díky plynové náplni limitováno, naopak expanze je mnohem větší nežli komprese (poloměr bublin se zvětší až o několik set %) •Důsledkem je asymetrická nelineární oscilace bublin, která produkuje vyšší harmonické frekvence, v přijímaném signálu je potom větší zastoupení harmonických frekvencí než u signálu odraženého od ostatních tkání. Mikrobubliny a mechanický index MI Vysoký ~ 1,2 Střední ~ 0,6 Nízký < 0,3 Destrukce bublin, artefakty (blooming) Nelineární oscilace, částečná destrukce Přibývá lineární oscilace ale chrání bubliny nZávisí na frekvenci a energii vysílaného ultrazvuku nMI vyjadřuje stupeň nebezpečí poškození tkáně kavitací ale i pravděpodobnost disrupce bublin Příliš nízký < 0,04 Lineární oscilace (málo signálu) ~ 1,2 - excelentní harmonický signál, není vhodný pro real-time zobrazení ~ 0,6 - bubliny rezonují a poskytují dobrý harmonický signál s částečnou destrukcí bublin ~ 0,3 - minimální destrukce bublin Low MI imaging •Během vyšetřování za normálních hodnot akustického výkonu (MI cca 1,0) nemá KL šanci naplnit mikrovaskularizaci •Byly tedy vyvinuty UZ techniky senzitivní na velmi malé odrazy od mikrobublin • •Důležité ze 2 důvodů: • •1/ prevence destrukce mikrobublin (MI pod 0,1 – bubliny dávají stále dobrý harmonický signál) • •2/ redukce harmonické komponenty tkáňových odrazů a tedy relativní zvýraznění odrazů mikrobublin •Protože tkáně se chovají v UZ vlnění méně nelineárně než mikrobubliny, vyžadují vyšší MI pro harmonickou odpověď, proto při nízkém MI je poměr kontrast / tkáň vyšší Low MI imaging Pro normální tkáň je tak signál = 0 Dva pulsy s opačnou fází vyslány rychle za sebou, přístroj detekuje odražené pulsy a sečte je Pulzní inverze zcela potlačuje frekvenci základní a zůstávají pouze frekvence harmonické. Mikrobubliny odrážejí signál asymetricky – nelineárně, součet signálů nenulový. Na sudých harmonických frekvencích mají navíc oba odražené pulzy stejnou fázi Pulse inversion (PI) Pulse inversion (PI) Power modulation (PM) •Alternativou ke změně fáze UZ vlnění je změna jeho amplitudy •Přijatý puls s menší amplitudou je vynásoben poměrem mezi amplitudami vyslaných impulsů •V subtrahovaném spektru je pak zachycena nelineární složka základní frekvence i vyšších harmonických •Signál pozadí pak není potlačen zcela, nicméně je nízký •Má větší dosah do hloubky, ale poněkud nižší rozlišení oproti PI Power modulated / pulse inversion (PMPI) •Kombinace obou předchozích metod •Během pulsů se zde mění jak amplituda tak fáze, rovněž pak dochází k subtrakci signálu •PMPI detekuje nelineární signál jak základní, tak druhé harmonické frekvence • •Někdy nazývána Contrast pulse sequence (CPS) •Dnes nejčastěji používaná Side-by-side displej Low MI B mód PMPI Kvantifikace Zavrel2 CEUS (příklad) Mladá žena, ložisko v levém laloku jater Fokální nodulární hyperplazie CEUS (příklad) Fokální nodulární hyperplazie – nezhoubný útvar Fokální nodulární hyperplazie CEUS jater Hemangiom B mód 10s 20s 90s 40s Další využití CEUS •Ledviny – ložiska •Revmatologie – odlišení tekutiny od zesílené výstelky v kloubu •Prsa – ložiska •Ložiska měkkých tkání •(Prostata, varlata, lymfatické uzliny,…) UZ elastografie Definice • •(UZ) elastografie je souborem různých UZ metod, které zobrazují elastické vlastnosti tkání Základy •Všechny elastografické metody měří pohyb tkání vyvolaný deformací • •K vyvolání deformace je třeba působit na tkáně silou • •Podle působící síly lze rozdělit metody na •Statické (tlak sondy, pohyby tkání) •Dynamické (speciální UZ vlna) Druhy elastografií •Podle toho, co zobrazují: •Pnutí tkání - Strain elastography (SE) •Propagace příčných vln – Shear-Wave Elastography (SWE) •Lokální hodnota rychlosti - Transient Elastography (TE), Point Shear-wave Elastography (pSWE) •Mapa rychlostí příčných vln – 2D/3D Shear-Wave elastography (2D/3D SWE) •Výsledkem je barevný obraz - elastogram nebo lokální měření rychlosti Strain elastografie •Komprese tkání •Aktivně - rytmickým tlakem sondy •Pasivně - vnitřní pulzace (cévy, srdce, dýchání, svalové kontrakce) • •UZ přístroj porovnává sekvence obrazů a vypočítá rozdíl polohy jednotlivých ech • •Zahrnuty pouze axiální posuny, ne laterální • •Každý posun se převede do obrazu pnutí – lokální gradienty posunu displacement image (posun klesá s hloubkou) strain image (stejný útvar) Bamber J et al. Ultraschall in Med 2013; 34: 169–184 WFUMB guidelines and recommendations for clinical use of ultrasound elastography: Part 1: basic principles and terminology Displacement is depth dependent (decreases with higher depth) Strain=gradient of displacement Strain elastografie •Kvalitativní hodnocení • • • • • • •Semikvantitativní •Poměr pnutí (strain ratio) mezi lézí a referenční tkání • • Shear-wave elastografie •Tuhost tkání obecně vyjadřuje • Youngův modul pružnosti (jednotka - Pa) • • • • •tužší tkáně mají vyšší Youngův modul než měkké poměr mezi aplikovaným tlakem (S ) a vyvolaným pnutím e Shear-wave elastografie • •Při vhodném UZ vlnění lze generovat nejen podélné ale i příčné vlny (shear waves) •Příčné vlny •vznikají jako odezva elastického odporu tkáně na vibrace s nízkou frekvencí •zdrojem vibrací jsou pulzy akustického tlaku vytvořené fokusovaným UZ paprskem (Acoustic Radiation Force) •jsou mnohem pomalejší (1 až 10m/s) než podélné tlakové vlny (cca 1500m/s) •Tuhost a rychlost šíření příčného vlnění mají jednoduchý vtah: • • • • •Rychlost šíření vlny se určí podle rozdílu v časech, kdy došlo k posunu tkání v různých místech E ... tuhost [Pa] ρ ... hustota prostředí [kg.m–3] c ... rychlost šíření vlny [m.s–1] Shear wave elastografie •Jednobodová – pSWE •Výstupem je jen měření rychlosti/tuhosti • • • • •2D SWE •Výstupem je ultrazvukový B-obraz překrytý barevnou mapou. •Každému bodu tkáně je přiřazena barva, která kóduje jeho elastické vlastnosti. D:\radiol\elastografie\PATIENT_XXXX_76573069_20120605_082112_image.jpg pSWE na Philips EPIQ Elite – zobrazí se 1 hodnota + std. odchylka. Zobrazená hodnota je výsledkem několika (5) měření, proto lze zobrazit i std. Odchylku (zdroj: webinář Philips) Klinické využití elastografie •Játra •Fibróza •(ložiska) •Slezina •Portální hypertenze • •Prsa •Štítná žláza •Prostata •… • • 2D SWE • •SWE •Barevná mapy rychlosti/tuhosti •Zobrazí jen místa s kvalitním měřením • • • • •Confidence map (na dotykovém panelu) •mapa kvality měření v % •Kvalitní zeleně •Nekvalitní (<60%) červeně •tato část se nezobrazí v elastogramu •Pomáhá ve výběru vhodného obrazu pro použití měření a také v umístění ROI • • • Kvalitní měření Nekvalitní měření Confidence map Elastogram Elastogram Elastografie jater 2D SWE •5 měření, výsledný medián měření a IQR • • • • Artefakty •Kapsula jater – reverberace Kapsula - ARFI musí jít kolmo na kapsulu • • • • • • •Cévy – v rovině Cévy - mimo rovinu sondy • • (a) Artifacts occur around large blood vessels and bile ducts. These artifacts are not seen in point shear-wave elastography (SWE), and therefore measurements should be obtained at least 5 mm from these structures. In two-dimensional SWE, these artifacts can be identified and avoided. Image on right is velocity map, and image on left is quality map. Arrows indicate artifacts. Depending on the vendor, artifacts may not be color-coded or appear as areas of increased stiffness (teal). These areas should be avoided when placing the measurement box. (b) Shear-wave propagation occurs in all directions perpendicular to the acoustic radiation force impulse (ARFI) pulse. Therefore, artifacts from a blood vessel just out of the image plane can also produce artifacts. Velocity image (right) shows artifacts in teal (white arrows). These artifacts are most likely from vessels just out of the image plane. The measurement box should not include these areas. Black arrows point to teal areas at the deep part of the image. These are artifacts from the ARFI pulse strength decreased due to attenuation, leading to weak shear waves that make it difficult to obtain accurate estimates of shear-wave speed. Note that the quality map (left) in this case suggests high quality throughout the field of view. The quality map does not identify all artifacts, and both the quality map and velocity map should be evaluated for artifacts. Images from two-dimensional shear-wave elastography. Image on left is confidence map, and image on right is velocity map. When the acoustic radiation force impulse pulse is not perpendicular to the liver capsule, artifacts occur. In this case, the liver capsule (dashed white line) is not parallel to the transducer (solid white line) or the field-of-view box (red line). The heterogeneous stiffness measurements in the field of view are due to artifacts occurring because the three lines are not parallel. Figure 1: Image obtained with two-dimensional (2D) shear-wave elastography (SWE) demonstrates area of increased stiffness (red and teal, arrows) due to reverberation artifact. The reverberation artifact occurs below the liver capsule in both point SWE (pSWE) and 2D SWE. In pSWE, the artifact is not seen; therefore, it is important to obtain measurements at least 1.5 cm below the liver capsule to avoid the artifact. This area should be avoided when placing the measurement box for liver stiffness measurements. Figure 2: Images from two-dimensional shear-wave elastography. Image on left is confidence map, and image on right is velocity map. When the acoustic radiation force impulse pulse is not perpendicular to the liver capsule, artifacts occur. In this case, the liver capsule (dashed white line) is not parallel to the transducer (solid white line) or the field-of-view box (red line). The heterogeneous stiffness measurements in the field of view are due to artifacts occurring because the three lines are not parallel. Figure 3a: (a) Artifacts occur around large blood vessels and bile ducts. These artifacts are not seen in point shear-wave elastography (SWE), and therefore measurements should be obtained at least 5 mm from these structures. In two-dimensional SWE, these artifacts can be identified and avoided. Image on right is velocity map, and image on left is quality map. Arrows indicate artifacts. Depending on the vendor, artifacts may not be color-coded or appear as areas of increased stiffness (teal). These areas should be avoided when placing the measurement box. (b) Shear-wave propagation occurs in all directions perpendicular to the acoustic radiation force impulse (ARFI) pulse. Therefore, artifacts from a blood vessel just out of the image plane can also produce artifacts. Velocity image (right) shows artifacts in teal (white arrows). These artifacts are most likely from vessels just out of the image plane. The measurement box should not include these areas. Black arrows point to teal areas at the deep part of the image. These are artifacts from the ARFI pulse strength decreased due to attenuation, leading to weak shear waves that make it difficult to obtain accurate estimates of shear-wave speed. Note that the quality map (left) in this case suggests high quality throughout the field of view. The quality map does not identify all artifacts, and both the quality map and velocity map should be evaluated for artifacts. Další možnosti v hodnocení jater •Rychlost SW vln (u všech výrobců) •Vztah k tuhosti a fibróze •Přepočet na kPa • •Disperzní mapa •Se zvyšující se frekvencí roste u viskoznější tkáně více rychlost SW vln •Odpovídá viskozitě •Vztah k zánětlivým změnám • •Attenuace (dB/cm/Hz) •Útlum signálu •Kvantifikace steatózy https://www.supersonicimagine.com/var/ezwebin_site/storage/images/aixplorer-r/hepatology-gastroente rology/vi-plus/29968-4-eng-GB/Vi-PLUS.jpg https://www.supersonicimagine.com/var/ezwebin_site/storage/images/aixplorer-r/hepatology-gastroente rology/att-plus/29972-1-eng-GB/Att-PLUS.png https://www.supersonicimagine.com/Aixplorer-R/GENERAL-IMAGING/LIVER In perfectly elastic tissue, shear wave speed is constant regardless of shear wave frequency. However, in viscoelastic tissue such as that found in the human body, shear wave speed does vary depending on shear wave frequency. Pokud je vyšší viskozita, více roste rychleost SW se zvyšující se frekvencí. Shear Wave Dispersion Maps can be used to estimate the dispersion slope of SW speed versus frequency in order to evaluate changes in tissue viscosity. Jaterní biomarkery: zobrazení a kvantifikace viskozity tkáně / SW dispersion spectroscopy (Pa.s), útlumová charakteristika (dB/cm/Hz), Speed of sound SoS (m/s) Intervence pod UZ Co lze provádět pod UZ kontrolou • •Punkce •Biopsie •Lokalizace – zavední lokalizačního drátu/značky •Drenáže – zavedné drénu •Instilace léčiv •Ablační výkony – např. radiofrekvenční ablace tumoru jater • • • • • • Technika UZ navigace •Volnou rukou •Sklon jehly •v rovině sondy • • • • • •kolmo na sondu • • • •Bioptické nástavce • • • • • • •Nejčastěji 14G jehla •Technika volnou rukou – v rovině sondy •Obvykle 2 vzorky Core biopsie prsu Biopsie jater - guide • • • • • • • Fúze UZ s další modalitou Možnosti • •Fúze real-time UZ/CEUS zobrazení a předchozího vyšetření (CT, MR, PET/CT, PET/MR) • • •Navigované intervence pomocí speciálních jehel, které systém dokáže detekovat v prostoru •Biopsie •Ablace • • •Kombinace obou metod • • F:\přednášky\Čejkovice 2014\PercuNav\foto\zmens\DSC00553.JPG D:\radiol\přednášky\Čejkovice 2014\PercuNav\foto\DSC00542.JPG UZ přístroj + navigační počítač Generátor EM pole Sensory Součásti systému Koaxiální tracker ANT - Adaptive needle tracker Součásti systému (intervence) Nahrání CT/MR do přístroje Registrace Registrace •Registrace pomocí roviny – Internal plane • • Registrace •Registrace 3 a více bodů – Internal Landmark • • Registrace •Registrace automaticky hned po CT (3 trackery) – Patient tracker •Nutné provedení nového CT těsně před výkonem • • • • • • •Registrace automaticky z předchozího CT jater •Vessel based •Surface • Registrace - úpravy •Kontrola a oprava nedokonalé registrace •Trackball – posun v dané rovině •Rotate – rotace dané roviny •Transducer – 3D pohyb pomocí sondy • • • Fúze CT +UZ (video) Fúze CT +UZ •Vessel • • F:\Percunav EPIQ\Krcalova\KrcalovaVlasta20160218080002695.jpg F:\Percunav EPIQ\Krcalova\KrcalovaVlasta20160218080245332.jpg F:\Percunav EPIQ\Krcalova\KrcalovaVlasta20160218080741603.jpg Navigace (bez fúze) F:\Percunav clanek\Obr6.jpg Zeleně je zobrazena poloha jehly a před ní zelenými kroužky její nastavená trajektorie, bílá je UZ obraz skutečné jehly. Výhodou je, že poloha a trajektorie jehly (zeleně) je vidět již v počátku zavádění jehly, kdy ještě není vidět skutečná jehla nebo jen její krátký úsek. Prostata - fúze MR + UZ F:\_Čejkovice 2019 - Prostata\obrázky\bkfusion-panel-1.jpg http://dktech.de/?page_id=21 https://www.urospecialist.com.sg/article/mri-us-fusion-guided-biopsy-of-the-prostate-a-better-way-t o-biopsy-the-prostate/ mpMR prostaty – PIRADS 5 T2 TSE •Stoupající PSA (15…22), 3 x negat. biopsie – 2x syst. 1x saturační Stoupající PSA, biopsie 2x syst. 1x saturační, vše negativní Biopsie s MR-UZ fúzí (1) F:\UZ CEUS a fuze videa\Prostata\Zivna\De-ID2018101811551251.jpg Biopsie s MR-UZ fúzí (2) Biopsie pod UZ s fúzí MR obrazu •Karcinom - Gleason score 3+4 Karcinom GS 3+4 v 7 vzorcích z ložiska MR-UZ fúze 2x2 (video) Val – PIRADS 4 TZdx – G3+3 MR-UZ fúze (biopsie) •Ca - Gleason 4+3 Zem – PIRADS 5 PZdx – G4+3 MR-UZ fúze (biopsie) •Ca - Gleason 4+4 Tom – PIRADS 4PZdx – G4+4 Děkuji za pozornost