Opcja wolna od promieniowania: zastosowania ultradźwięków we współczesnej medycynie

Ultradźwięki to technologia obrazowania, która jest nawet starsza niż tradycyjne obrazowanie rentgenowskie. Jednak został przystosowany do użytku w medycynie znacznie później. Jego pierwsze zarejestrowane zastosowanie ma miejsce w położnictwie w latach pięćdziesiątych XX wieku. Od tamtej pory, zastosowanie ultradźwięków rozszerzyło się na inne dziedziny medycyny, a technologia obrazowania medycznego ultrasonograficznego poczyniła kilka postępów na przestrzeni lat. W tym artykule omówiono postęp USG w czasie i sposób, w jaki jest on obecnie stosowany w opiece zdrowotnej.

Jak działa urządzenie do obrazowania ultrasonograficznego?

Jak sama nazwa wskazuje, działa poprzez wykorzystanie fal dźwiękowych. Urządzenia do obrazowania ultradźwiękowego generują fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości, zwykle od 1 do 5 MHz. Te fale dźwiękowe są przesyłane do ciała za pomocą ręcznej sondy. Fale dźwiękowe przemieszczają się nieprzerwanie wewnątrz ciała, dopóki nie trafią w interfejs między dwiema tkankami (na przykład między mięśniami a kością lub między płynem a tkanką miękką). W zależności od rodzaju obecnej tkanki, fale dźwiękowe mogą albo zostać odbite, albo kontynuować dalszą podróż. Fale, które są odbijane z powrotem (zwane echa) są przekazywane z powrotem do urządzenia do obrazowania ultradźwiękowego. Na podstawie czasu powrotu każdego echa i prędkości dźwięku w tkance, ultradźwiękowe urządzenie do obrazowania medycznego oblicza odległość między sondą a każdą strukturą. Odległość i intensywność wszystkich echa przekształca się w dwuwymiarowy obraz, który pojawia się na ekranie obrazowania ultrasonograficznego.

Jak ultradźwięki w porównaniu z innymi metodami obrazowania medycznego?

Największą zaletą ultradźwięków jest to, że w przeciwieństwie do większości innych technik obrazowania, nie wykorzystuje promieniowania jonizującego. Jest zatem bezpieczny dla populacji pacjentów, którzy są podatni na skutki narażenia na promieniowanie, takich jak kobiety w ciąży i dzieci. Wychwytuje tkanki miękkie znacznie lepiej niż promieniowanie rentgenowskie i tomografia komputerowa, i jest idealny do oglądania narządów wewnętrznych. Podczas tego samego siedzenia można uzyskać wiele płaszczyzn obrazowania bez zmiany pozycji pacjenta; wystarczy przesunięcie ręcznej sondy. Oprócz tego, że nie wykorzystuje promieniowania, kolejną kluczową zaletą stosowania ultradźwięków w konfiguracjach medycznych jest niski koszt. Jest znacznie tańszy niż tomografia komputerowa i obrazowanie MRI.

Z drugiej strony, tradycyjne USG nie może zapewnić szczegółowej dokładności obrazowania dostępnej w zaawansowanych technikach, takie jak tomografia komputerowa. Nie może odpowiednio wizualizować kości i twardych tkanek. Sesja obrazowania ultrasonograficznego trwa dłużej niż inne metody obrazowania. Podczas gdy tomografię komputerową można uzyskać w 30 sekundy, USG zajmie 15 do 30 minuty.

Jak stosuje się ultradźwięki w obrazowaniu medycznym?

Medyczny system obrazowania ultrasonograficznego może być używany do wizualizacji struktury dowolnego z narządów wewnętrznych organizmu w czasie rzeczywistym. Stosując efekt Dopplera (który jest zmianą częstotliwości dźwięku, gdy obiekt porusza się w kierunku lub z dala od źródła), można również śledzić przepływ krwi przez naczynia. Poniżej wymieniono kilka zastosowań ultrasonograficznego obrazowania medycznego:

• Położnica/Ginekologia: Ultradźwięki można wykorzystać do oceny kobiecego układu rozrodczego, a także rozwijającego się płodu w macicy. Jest to bardzo przydatne w wykrywaniu możliwych anomalii płodu przed urodzeniem.

• USGbrzucha i miednicy: Można wizualizować narządy stałe, takie jak wątroba i trzustka w jamie brzusznej lub pęcherz i macica w miednicy. Trudno jest spojrzeć na jelitach powodują gaz brzuszny często blokuje fale dźwiękowe.

• Neurosonografia: Pomaga wizualizować mózg i wykryć anomalie w przepływie krwi do mózgu.

• USGnaczyniowe: Służy do oceny ilości i szybkości przepływu krwi w naczyniach oraz do wykrywania obecności zwężeń lub zwężenia.

• Echokardiografia: To USG jest przeznaczone specjalnie dla serca i jego głównych naczyń krwionośnych, w tym aorty i tętnicy płucnej.

• Zastosowaniaterapeutyczne: Za pomocą ultradźwięków w celu uzyskania/obrazów narządów w czasie rzeczywistym można wykonywać interwencje z przewodnikiem. Na przykład, aspiracja cienkoigłowa prowadzona przez ultradźwięki polega na użyciu ultradźwięków do prowadzenia igły w głęboki ropień lub torbiel w celu zasysania jej zawartości. Ultradźwięki dopplerowskie mogą być również używane do wykrywania żył przed nakłuciem żyły lub do wykrywania naczyń krwionośnych przed podniesieniem płatka chirurgicznego w celu rekonstrukcji.

Jakie są ostatnie postępy w ultrasonograficznym obrazowaniu medycznym?

Producenci sprzętu do obrazowania ultradźwiękowego zawsze dążyli do przezwyciężenia ograniczeń tradycyjnego ultradźwięku. Doprowadziło to do kilku innowacji. Nastąpiła poprawa samego systemu obrazowania ultrasonograficznego, w tym lepszy sprzęt i systemy przetworników. Producenci systemów diagnostyki ultrasonograficznej ciężko pracowali, aby osiągnąć poprawę w pozyskiwaniu, przechowywaniu i interpretacji USG/obrazów. Poniżej omówiono niektóre z znaczących postępów w obrazowaniu ultrasonograficznym, które doprowadziły do znaczących postępów w opiece zdrowotnej:

• Cyfryzacja: Podobnie jak zdjęcia rentgenowskie, akwizycja ultrasonograficzna weszła w erę cyfrową. W porównaniu do konwencjonalnych ultradźwięków analogowych, cyfrowy system obrazowania ultrasonograficznego jest bardziej niezawodny i ma tendencję do tworzenia lepszych/obrazów. Dzieje się tak, ponieważ cyfrowe ultradźwięki mają lepsze funkcje, które obejmują:

• Produkcjawiązki cyfrowej: Producenci systemów diagnostyki ultradźwiękowej wprowadzili urządzenia, w których wiązka fali dźwiękowej może być sterowana za pomocą środków cyfrowych. Sterowanie wiązką obrazu może poprawić rozdzielczość przestrzenną i zmniejszyć artefakty. Poprawia to kontrast obrazu.

• Poprawionystosunek sygnału do szumu i akwizycja sygnału: Pozwalają one na lepszą transmisję i odbiór fali dźwiękowej. Prowadzi to do lepszego wyświetlania obrazu.

• Lepszeprzechowywanie i archiwizacja: cyfrowe /obrazy są automatycznie zapisywane w systemie obrazowania ultrasonograficznego. Archiwizacja /obrazów jest również łatwiejsza, ponieważ można to zrobić elektronicznie. Oznacza to, że istnieje mniejsze prawdopodobieństwo zgubienia dokumentacji pacjentów.

• Przenośność: Możliwość spakowania dużych ilości informacji do małych mikroczipów pozwoliła niegdyś nieporęcznym urządzeniom ultradźwiękowym zmniejszyć rozmiar. Pozwala to producentowi sprzętu do obrazowania ultrasonograficznego zapewnić pracownikom służby zdrowia ważną przewagę - przenośność. Nowe urządzenia ultradźwiękowe są ręczne i mogą być łatwo przenoszone przez lekarza do różnych sal egzaminacyjnych i do sali operacyjnej. Urządzenia ręczne często zawierają uniwersalny system obrazowania ultrasonograficznego, który może być używany do dowolnego celu. Na przykład, badanie przesiewowe pod kątem gromadzenia płynu w jamie brzusznej, analiza przepływu krwi, a wykrywanie uderzeń serca płodu można wykonać za pomocą tego samego urządzenia.

• Ultradźwięki3D i 4D: Głównym ograniczeniem tradycyjnego ultradźwięku jest jego dwuwymiarowy charakter. Lekarz musi zrozumieć relacje strukturalne i przestrzenne między różnymi strukturami anatomicznymi i musi próbować „zebrać” obrazy w swoim umyśle dla właściwej orientacji. W dzisiejszych czasach jednak USG 3D/obrazy można uzyskać, rekonstruując serię dwuwymiarowych /obrazów. Główną zaletą tej techniki jest to, że może ona pomóc w pomiarach objętościowych. Na przykład za pomocą echokardiografii 3D można wykonać kwantyfikację objętości przedsionków i komór. Trójwymiarowa wizualizacja anatomii może również pomóc w diagnozowaniu stanów, takich jak zastawkowe choroby serca.
  
  Ultradźwięki 4D zostały również opracowane jako część medycznego systemu obrazowania ultrasonograficznego. W obrazowaniu 4D lekarz może wizualizować zrekonstruowane/obrazy w taki sam sposób, jak w USG 3D/obrazy, ale może również ocenić funkcję w czasie rzeczywistym. Na przykład, za pomocą ultradźwięków 4D w położnictwie, za pomocą obrazowania 4D można wizualizować płód otwierający oczy lub ssący kciuk.

• Metodyoceny właściwości fizycznych tkanek: Konwencjonalnie, ultradźwięki i inne techniki obrazowania diagnostycznego tkanek pozwalają na kontrolę, a nie badanie palpacyjne. Więc chociaż możemy „zobaczyć” badane tkanki lub narząd, nie możemy tego „poczuć”. Jednak postęp w ultrasonograficznych metodach obrazowania medycznego umożliwił to:

• Elastografia: Niektóre choroby mogą powodować zmianę elastyczności tkanek. Stopień elastyczności lub sztywności tkanek można zmierzyć za pomocą modułu sprężystości (moduł Younga). Odbywa się to poprzez zastosowanie kompresji tkanek przez przetwornik i pomiar stopnia zniekształcenia tkanki pod tą siłą ściskającą. Można to zastosować w różnych warunkach. Na przykład może być stosowany do wykrywania zwłóknienia wątroby, analizy przyczyny powiększonych węzłów chłonnych i identyfikacji guzków tarczycy. Może być również używany do przesiewania pod kątem złośliwości tkanek.

• Wibro-akustografia: Technika ta polega na wykorzystaniu dwóch wiązek ultradźwiękowych w celu skupienia się na obszarze zainteresowania. Obie wiązki mają różne częstotliwości i mają tendencję do wzajemnego zakłócania się. Powoduje to, że obiekt będący przedmiotem zainteresowania wibruje z niską częstotliwością. Wibracje są przechwytywane przez mikrofon i przekształcane w obraz. Jest to przydatne do wykrywania twardszych mas w tkankach miękkich, takich jak zwapnione masy. Na przykład za pomocą tej techniki można wykryć kamienie ślinowe lub mikrozwapnienia piersi.

• Ultradźwiękikontrastowe: Środki kontrastowe zostały z powodzeniem zastosowane w innych technikach obrazowania, takich jak tomografia komputerowa i obrazowanie MRI. Środki kontrastowe to zazwyczaj barwniki radioaktywne, które są wstrzykiwane do naczyń krwionośnych, aby pomóc w monitorowaniu przepływu krwi przez nie. Środki kontrastowe do ultradźwięków zostały wprowadzone całkiem niedawno. Nie są to barwniki radioaktywne, ale mikropęcherzyki gazów o dużej masie cząsteczkowej zamknięte w elastycznej powłoce. W normalnym badaniu ultrasonograficznym naczyń krwionośnych nie można łatwo odróżnić od otaczającej normalnej tkanki. Jednak po wprowadzeniu mikropęcherzyków do obiegu pęcherzyki gazu oscylują w odpowiedzi na fale dźwiękowe. Dlatego echo otrzymane z naczyń krwionośnych można odróżnić od otaczającej tkanki. Obecnie dostępne są mikropęcherzyki o średnicy 10 µm. Ze względu na swój mikroskopijny rozmiar mogą nawet krzyżować łóżka kapilarne, co pozwala lekarzom mieć szczegółowy widok sieci naczyniowej. Technika ta jest szczególnie przydatna w echokardiografii i może być stosowana do oceny funkcji lewej komory i przepływu krwi przez wielkie naczynia.

• Ultradźwiękiendoluminalne: Rozwój mniejszych przetworników ultradźwiękowych umożliwił ich włączenie do urządzeń endoskopowych. Dlatego możliwe jest uzyskanie lepszej jakości/obrazów narządów wewnętrznych za pomocą endoskopów. Ultradźwięki endoluminalne zostały wykorzystane do prowadzonych biopsji zmian zlokalizowanych w obszarach takich jak drzewo tchawiczo oskrzelowe, drogi moczowo-płciowe lub drogi żółciowe. Był również stosowany w regionie wewnątrznaczyniowym do prowadzenia procedur, takich jak angioplastyka.

Co przyniesie przyszłość? „Ultradźwięki na chipie”

Tradycyjna sonda przetwornika (która wykorzystuje kryształy piezoelektryczne) może być w drodze. Naukowcy i przedsiębiorcy znaleźli sposób na włączenie sztucznej inteligencji do mikroczipa, który tworzy nową sondę przetwornika. Ta elegancka, ręczna sonda może być po prostu przymocowana do smartfona użytkownika i/obrazy mogą być oglądane na urządzeniu. „USG na chipie” obniża koszty sprzętu i może być również używany do monitorowania pacjentów w domu.

Najlepsze nowoczesne obrazowanie ultrasonograficzne dzięki najnowocześniejsznemu oprogramowaniu do przeglądania DICOM

Dzięki dzisiejszemu nowoczesnemu cyfrowemu systemowi diagnostycznemu ultrasonograficznemu lekarze wymagają również wysokiej jakości oprogramowania do przeglądania obrazów, dzięki czemu USG/obrazy mogą być oglądane w wysokiej rozdzielczości i przejrzystości. Wraz z pojawieniem się standardu DICOM wszystkie uzyskane cyfrowe USG /obrazy są przechowywane w formacie DICOM. Tak więc oprogramowanie musi być w stanie odczytywać i edytować/obrazy w tym formacie. Idealne oprogramowanie pozwoliłoby również lekarzom na uzyskanie informacji z obrazów/za pomocą różnych technik, takich jak renderowanie głośności i rekonstrukcja. Oprogramowanie umożliwiłoby fuzję obrazu. Oznacza to, że obraz ultrasonograficzny można nałożyć na inną modalność obrazowania, taką jak tomografia komputerowa. Pozwala to ekspertom medycznym uzyskać orientację anatomiczną, a także ocenę funkcjonalną w tym samym czasie.

Niezbędne jest również połączenie oprogramowania do przeglądania obrazów z równie wydajnym systemem pamięci masowej. Dzieje się tak, ponieważ cyfrowe USG/obrazy wymagają dużej przestrzeni dyskowej, a potrzebny byłby serwer, który pozwala pomieścić kilka plików obrazowania od pacjentów. Taki system pamięci masowej pozwala na pobranie tych plików z archiwum, gdy jest to wymagane.

PostDICOM online przeglądarka DICOM: Doskonałe oglądanie USG/obrazów - za darmo

PostDICOM oferuje bezpłatną przeglądarkę multimodalności online DICOM, która służy wszystkim celom omówionym powyżej. Jest wyposażony w zaawansowane funkcje, takie jak renderowanie objętości, rekonstrukcja 3D oraz pomiary długości, gęstości i kąta. Możesz zapisać obrazy, aby pobrać lub wyświetlić je później! Kompatybilny z systemami Windows, Mac OS, Linux i Android, możesz przeglądać swoje USG/obrazy z dowolnego urządzenia, w dowolnym momencie. Rejestracja w celu korzystania z przeglądarki online PostDICOM jest bezproblemowa. Więc zdobądź darmową przeglądarkę DICOM już dziś!