| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Między odkryciem Piotra Curie a ultrasonografią trójwymiarowąKiedy w 1880 roku Piotr Curie i jego brat Jakub stwierdzili, że na powierzchni niektórych kryształów poddanych działaniu zewnętrznych naprężeń mechanicznych pojawiają się ładunki elektryczne, nie mogli przewidzieć, iż ich odkrycie będzie mieć w przyszłości duże znaczenie dla rozwoju nowej metody diagnostycznej w medycynie, jaką stanie się ultrasonografia. Póki co nowo zaobserwowane zjawisko nazwano "zjawiskiem piezoelektrycznym". Rok później Gabriel Jonas Lipmann wykazał możliwość istnienia odwrotnego zjawiska. Zaobserwowano deformowanie się kryształu pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Zjawisko to nazwano "odwrotnym zjawiskiem piezoelektrycznym", a nazwę zjawiska opisanego uprzednio przez braci Curie rozszerzono o określenie "proste" - "proste zjawisko piezoelektryczne". Pole elektryczne może wprawić kryształ piezoelektryczny w drgania o takiej częstotliwości, że zacznie on emitować ultradźwięki. Ultradźwięki rozprzestrzeniają się szczególnie dobrze w środowisku zawierającym wodę. W takim środowisku napotykając przeszkodę odbijają się i wracają do sondy, która oprócz możliwości emitowania, pochłania powracające, odbite fale ultradźwiękowe. Aparat analizuje powracające fale i przedstawia je w postaci graficznej. Na przełomie 1917 i 1918 roku francuski uczony Paul Langevin zbudował, wykorzystując "proste i odwrotne zjawiska piezoelektryczne", piezoelektryczny generator ultradźwięków i zastosował go do lokalizacji łodzi podwodnych. Pierwsze doświadczenia nad wykorzystaniem generatora ultradźwięków w medycynie prowadzone były podczas II wojny światowej i zaraz po jej zakończeniu. Generatory ultradźwięków, zwane ultra sonografami, w warunkach szpitalnych zostały po raz pierwszy zastosowane na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku. Jednym z pierwszych wskazań była diagnostyka płodu, a pierwszym zastosowaniem w urologii było różnicowanie guzów i torbieli nerek. Najstarsze ultrasonografy, aparaty pierwszej generacji, umożliwiały uwidocznienie badanych struktur na ekranie oscyloskopu w prezentacji A. Prezentacja A to wykres odchyleń amplitudy. Poszczególne wychylenia krzywej powstają przy przechodzeniu ultradźwięków przez ośrodki o różnej gęstości. To na granicy ośrodków następuje zmiana prędkości rozprzestrzeniania się fali, której obrazem jest wychylenie krzywej. Rozwój techniki i udoskonalenie aparatury pozwoliły na skonstruowanie pierwszych ultrasonografów przedstawiających badane tkanki w postaci prezentacji B, tzn. obraz dwuwymiarowy pojawiał się początkowo na ekranie oscyloskopu, po przesunięciu głowicą ponad badanym obszarem. Obraz ten był już wprawdzie dwuwymiarowy, ale bez skali szarości, szybko zanikający na ekranie oscyloskopu. Rozwój komputerów oraz możliwość komputeryzacji ultrasonografów, a także użycie monitorów zamiast oscyloskopów umożliwiły uwidocznienie szybko zmieniających się obrazów prezentacji B oraz obserwację struktur ruchomych w trakcie badania. Tryb ten nazwano "obrazowaniem w czasie rzeczywistym", co jest wolnym tłumaczeniem angielskiego real time. Aparaty działające w systemie czasu rzeczywistego, początkowo dające obraz w 16-stopniowej skali szarości, były stale udoskonalane, a obraz coraz lepszy (32-, 64-, 128- aż w końcu 256-stopniowa skala szarości). Jednoczesne udoskonalenia badania ultrasonograficznego dopplerowskiego - od dopplera spektralnego poprzez doppler kolorowy i doppler mocy - umożliwiły przedstawianie na jednym obrazie monitora jednocześnie dwóch, a nawet trzech rodzajów badań ultrasonograficznych (duplex scan, triplet scan). Jeśli do tego wszystkiego dołączyć jeszcze prezentację M, pokazującą poruszające się elementy badanych struktur, to wszystkie te sposoby badań można nazwać ultrasonografią II generacji - te elementy wyraźnie różnią się w sposób jakościowy od sprzętu i jakości badań w pierwszym okresie rozwoju tej metody diagnostycznej. Tradycyjne badanie ultrasonograficzne czasu rzeczywistego można podzielić na trzy etapy. Pierwszy etap to przyłożenie sondy do ciała pacjenta i uzyskanie odpowiednich przekroi badanych narządów; etap drugi polega na ocenie uzyskanych obrazów i wykonaniu opisu badania wraz z postawieniem wniosków diagnostycznych; ostatni, trzeci etap, polega na wykonaniu dokumentacji fotograficznej badania. Praktycznie w trakcie całego badania, na wszystkich jego etapach, wymagana jest obecność chorego. Chory opuszcza gabinet badań ultrasonograficznych z opisem badania i dokumentacją fotograficzną w ręce (tab. 1, tab. 2). Ultrasonografia trójwymiarowa (USG 3D), która stwarza możliwość oglądania przestrzennego badanych narządów, rozwinęła się dzięki skonstruowaniu coraz szybszych komputerów, zdolnych do opracowywania w coraz krótszym czasie coraz większej liczby obrazów badanych narządów. Badanie, podobnie jak w tradycyjnej ultrasonografii (USG 2D), składa się z trzech etapów, jednak to, co różni je od USG 2 D, to wymagana obecność pacjenta tylko w trakcie pierwszego etapu badania. Dalsze etapy odbywają się już bez obecności chorego.
Podczas pierwszego etapu badania USG 3D, tzw. akwizycji, następuje zbieranie informacji, polegające na wykonaniu szeregu obrazów dwuwymiarowych następujących jeden po drugim w odstępie 0,2 mm, gdy sonda przesuwana jest liniowo, lub w odstępach 0,2o, gdy sonda obraca się wokół własnej osi. Ruch sondy ultradźwiękowej, w zależności od konstrukcji głowicy, może być dokonywany automatycznie lub "z wolnej ręki", gdy badający sam musi głowicę przesuwać. Głowice ultrasonograficzne, w których kryształy piezoelektryczne przesuwane są mechanicznie nad badanym narządem, to głowice objętościowe. Zadaniem badającego jest prawidłowe wyznaczenie początku i końca zakresu badanej przestrzeni oraz odpowiednia stabilizacja sondy ultrasonograficznej. Stosując zwykłą, dwuwymiarową głowicę i wykorzystując odpowiednie oprogramowanie, można także uzyskać obrazy trójwymiarowe. Warunkiem wykonania tego badania jest jednak "odręczne" przesuwanie sondy ponad badaną przestrzenią. Wykonanie takiego badania wymaga pewnego doświadczenia i wprawnej ręki badającego. Łatwiejsze jest do wykonania wtedy, gdy jednoznacznie zdefiniowana jest oś przesuwu głowicy. Przykładem jest badanie prącia i badania gruczołu krokowego. W pierwszym przypadku sonda przesuwana jest wzdłuż długiej osi prącia, a w drugim wzdłuż kanału odbytnicy. Drugim etapem jest rekonstrukcja polegająca na konwertowaniu - przetwarzaniu obrazów dwuwymiarowych w trójwymiarowe - szeregowaniu poszczególnych pikseli i konstruowaniu z nich vokseli - przestrzennych, trójwymiarowych jednostek, z których zbudowane są obrazy przestrzenne. Przetwarzanie dokonywane jest automatycznie przez komputer aparatu usg.
Trzeci, ostatni etap to wizualizacja polegająca na uzyskaniu i analizowaniu obrazu USG 3D. Na ekranie aparatu usg pojawia się sześcian, który można dowolnie obracać, przesuwać jego ściany, dzięki czemu uzyskuje się dowolne przekroje badanych narządów. Dzięki wizualizacji 3D, oprócz znanych już przekroi podłużnego i poprzecznego, uzyskać można także przekrój wieńcowy. Uzyskanie obrazów w nowym, dotychczas nie stosowanym, przekroju wieńcowym znalazło w urologii zastosowanie m.in. w wizualizacji płytek powstających w osłonkach prącia w przebiegu choroby Peyronie (fot. 1, fot. 2, fot. 3). Dalszym postępem rozwoju techniki ultrasonograficznejjestUSG4D. Stosując tę technikę, uzyskuje się obrazy ultrasonograficzne moczowego trójwymiarowe w czasie rzeczywistym. Dotychczas metoda ta znalazła największe zastosowanie w położnictwie. Diagnostyka ultrasonograficzna jest stale doskonalona. Dzisiaj, oparta o wysokowydajne komputery, znacznie różni się od swego pierwowzoru. Zapewne panowie Piotr i Jakub Curie, Gabriel Lipmann i Paul Langevin bardzo zdziwiliby się, jak ich odkrycia zostały dziś wykorzystane i rozwinięte. A postęp nie stoi w miejscu. Trwają kliniczne próby elastografii i histoskaningu - metod diagnostycznych także wykorzystujących falę ultradźwiękową. dr n. med. Janusz Tyloch |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
