A mód B mód Power doppler Ultrazvuková diagnostika M mód/echokardiografie 3D sono elastografie https://radiologykey.com/physics-and-instrumentation-in-doppler-and-b-mode-ultrasonography/23 Ultrazvuk lze diagnosticky využít v řadě aplikací. ̶ Ultrazvukové zobrazování − pořizování tomografických řezů na podkladě rozdílných akustických parametrů tkání ̶ Dopplerovské zobrazování − využití Dopplerova jevu k měření a vizualizaci pohybu nebo toku ̶ Dopplerovský průtokoměr − měření toku krve ̶ Ultrazvuková elastografie − vizualizace pružnosti (tuhosti) tkání ̶ Ultrazvuková kostní denzitometrie − méně vhodná než rentgenové měření Zápatí prezentace25 Akustická impedance ̶ Veličina charakterizuje odpor prostředí vůči procházejícímu UZ vlnění ̶ Rozhodující význam při UZ zobrazování Zápatí prezentace26 Elastografie • Je neinvazivní metoda založená na diagnostickém ultrazvuku nebo magnetické rezonanci zobrazující elastické vlastnosti biologických tkáni. • Metoda je obdobou palpačního vyšetření. • Vychází ze skutečnosti, že různé biologické tkáně mají různou elasticitu, a že změny elastických vlastností souvisejí s patologií a abnormalitami tkání. • Podstatou metody je zkoumání odezvy tkání na silové působení. • Mnoho patologických tkání (např. nádorových) vykazuje při UZ nebo MRI vyšetření slabý kontrast nebo je nelze zobrazit vůbec. • Metody založené na mapování elastických vlastností jsou tedy velmi vhodné pro zobrazení struktury a patologie takových tkání. • Měření elasticity přináší novou informaci o tkáních, kterou lze využít pro lékařskou diagnostiku. • Elastografie se využívá zpravidla jako doplňková metoda pro zvýšení specificity diagnózy. Klinické aplikace Játra (fibróza, cirhóza) Rakovina prsu Rakovina prostaty Mozek Srdeční dysfunkce Šlachy Neurodegenerativní onemocnění Selhání ledvin Lymfatické uzliny Štítná žláza Mléčná žláza Měkké tkáně Pankreas Kůže Cévy Gynekologie Intravaskulární elastografie Mechanické vlastnosti tkání Mechanické vlastnosti tkání závisí především na molekulových vazbách jednotlivých prvků tkání a na jejich mikroskopickém i makroskopickém uspořádání. • Pevnost (tuhost): Strukturní soudržnost a odolnost látky vůči působení vnější síly. • Pružnost (elasticita): Schopnost látky vrátit se po odeznění deformující síly zpět do původního tvaru. • Tvárnost (plasticita): Schopnost látky trvale změnit svůj tvar vlivem působení deformující síly. • Viskozita: Odpor tekutiny ke smykové deformaci. Popisuje vnitřní tření a míru tekutosti kapalin a plynů. Vlastnosti biologických tkání Biologické tkáně jsou složité látky, které vykazují: • Viskózně-elastické vlastnosti • Anizotropní charakter • Nelinearita • Nehomogenita • Paměťový efekt, adaptibilita • Vliv stárnutí a kondice organismu Popis mechanických a hlavně elastických vlastností tkání je tedy velmi složitý a pro modelování a výpočty vyžaduje značné aproximace a zjednodušení. Hookeův zákon Elastické vlastnosti tkání lze nejjednodušeji popsat Hookeovým zákonem. Vyjadřuje lineární vztah mezi deformací tělesa (ε) a vnějším napětím (σ) – silou, která tuto deformaci způsobuje. Youngův modul pružnosti Konstantou úměrnosti je tzv. modul pružnosti. Elasticita tkání Ultrazvuková elastografie Statická (kompresní) elastografie Nejčastěji se posun tkáně vyhodnocuje jako časový rozdíl UZ signálů (paprsky A-módu) odražených v různých hloubkách tkáně před a po stlačení. Manuální komprese https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Manual_compression_elastography_00004.gif Statická (kompresní) elastografie Metoda tkáňového Dopplera: • Prostřednictvím dopplerovského měření je při deformaci počítána rychlost pohybu tkáně. • Z časové sekvence obrazů rychlosti pohybu tkáně se následně vyhodnocuje gradient rychlosti. • Na základě gradientu rychlosti je nakonec odhadována elasticita zobrazovaných tkání. • Pro dosažení rychlostí pohybu dostatečných pro výpočet musí být tkáň stlačována až o několik milimetrů. Statická (kompresní) elastografie Metoda založená na radiační síle UZ paprsku (ARFI): • Využívá velkého akustického tlaku fokusovaného UZ ke kompresi tkáně. Velikost radiační síly roste s intenzitou UZ a je největší ve fokusační zóně. • K vytvoření měřitelných posunů tkáně je zapotřebí velmi intenzivního UZ pulzu. • Posun tkáně se zjišťuje zobrazovacími (čtecími) pulzy vyslanými před a po aplikaci intenzivního pulzu. • Posuny jsou vyhodnoceny jako změny UZ signálu (paprsky A-módu) před a po kompresi tkáně. ELASTOGRAM ZDRAVÉHO PRSU ELASTOGRAM BENIGNÍ LEZE V PRSU ELASTOGRAM MALIGNÍ LEZE V PRSU ELASTOGRAM MALIGNÍHO LOŽISKA V PRSU Dynamická (shear waves) elastografie • Je založena na střižných vlnách (shear waves), které vznikají jako odezva tkáně na mechanické vibrace s nízkou frekvencí a šíří se tkáněmi v příčném směru. • Zdroje vibrací: fyziologické pohyby v organismu, externí vibrátory nebo pulzy akustického tlaku vytvořené fokusovaným UZ paprskem. • Rychlost šíření střižných vln je nízká (cca 1-10 m/s) a závisí hlavně na elasticitě (E) a hustotě (ρ) tkání: Hustota tkání (ρ) je známá: asi 1047±5 kg/m3. Dynamická (shear waves) elastografie • Vytvoření střižných vln pomocí akustického tlaku fokusovaného UZ paprsku. • Sondy umožňují vytvořit více fokusačních zón v různých hloubkách tkáně. Dynamická elastografie – snímek dorsálního úseku ruky Is it possible to distinguish “unafected” skin in scleroderma patients from healthy skin? Tânia Santiago, M Coutinho, Francesco Delgaldo, Anthony C Redmond, Da Silva JAP Dynamická (shear waves) elastografie Výhody: • Kvantitativní popis elasticity (Youngův modul). • Zobrazení v reálném čase. • Detekce milimetrových lézi a velmi přesná lokalizace. • Každý elastogram je pořízen stejným způsobem. Obrazy lze snadněji srovnávat a analyzovat (reprodukovatelnost). • Jednoduchá obsluha. Kompresi tkáně provádí přístroj dle nastavených parametrů. Dynamická (shear waves) elastografie Nevýhody: • Náročná technologie a vyšší cena. Vyžaduje ultrarychlé zobrazování a speciální UZ sondy. • Při kompresi tkáně akustickým tlakem UZ vlněni je nutné volit dostatečnou intenzitu vln, aby měly generované střižné vlny delší dosah a menší útlum. • S vyšší intenzitou UZ vln souvisí větší riziko biologických účinků UZ a konstrukční problémy (zahřívání sondy).