SUBIECT 7

ULTRASONOGRAFIE (US)
Bazele fizice si tehnice

Prof. Dr. C. DANIIL - UMF "Gr. T POPA"Iasi

TERMENI UZUALI IN ULTRASONOGRAFIE

ATENUARE=reducerea energiei fasciculului US la trecerea prin corp,prin absorbtie ,difuzie si reflectare

ABSORBTIE= diminuarea energiei fasciculului datorita impedantei acustice tisulare

AMPLITUDINE=inaltimea undei US masurata in decibeli (dB)

CRISTAL PIEZOELECTRIC=cristale speciale (zirconat,titanat) care isi schimba forma in cimp electric si/sau la presiune mecanica

CICLU=frecventa pe secunda cu care vibreaza cristalul;numarul de cicluri /sec =frecventa

DECIBEL(dB)=unitate de masura a intensitatii amplitudinii undei (U)Sonore

EFECT PIEZOELECTRIC=producerea de vibratie mecanica US prin impuls electric asupra cristalelor si vice versa

FOCUS (zona focala)=profunzimea la care fasciculuil US are rezolutie optima (maxima)

FOCALIZARE=reglarea (electronica) a fasciculului US (intensitate,largimea etc) pentru obtinerea rezolutiei maxime

FRECVENTA=numar de repetitii/secunda a undei US masurata in hertzi; frecvente utilizabile in diagnostic:2-13 milioane hertzi;

1 mil Hertzi=1 MHz (Megahertz)

FRAUNHOFER=zona-distala de la care fasciculul US diverge

FRESNEL=zona apropiata de traductor-in care fasciculul este inomogen si ineficace (creeaza artefacte) 131n139b

GAIN=sistem de reglaj a gradului de amplificare a ecoului-care creste/scade stralucirea semnalului pe display

INTERFATA=limita de separatie intre 2 medii/tesuturi cu impedanta acustica diferita

PUTERE ACUSTICA= cantitatea de energie generata de traductor,exprimata in wati

PULSE-REPETITION RATE -(PRR)-numar de repetitii/sec a ciclului transmisie/receptie a US.

REZOLUTIE= posibilitatea sistemului US de a realiza/ reproduce distinctia intre 2 structuri/tesuturi adiacente

TRADUCTOR=instrument capabil sa converteasca energia din o forma de existenta in alta:in US-energia impulsurilor electrice in vibratie mecanica ultrasonora si invers;traductor in Us=cristalul ssi efectul piezoelectric + accesoriile de contentie si aplicare

SCAN-CONVERTER=instrument digital ce primeste semnalele electrice de la traductor si le proceseaza in functie de localizare si intensitate,realizind o imagine bi-dimensionala pe display(monitor )

VELOCITATE= viteza undei US,ce depinde de densitatea tesuturilor strabatute;in parti moi V=1500-1600 m/sec;V standard in echipamentelUS actuale =1540 m/sec.

Producerea US-proprietati -

Undele ultrasonore utilizate in imagistica sunt produse de cristalele piezoelectrice prezente în sonda. Exista multiple tipuri de traductoare pentru ecografie în functie de aplicatia careia i se adreseaza.

Undele ultrasonore propagate în tesuturi sunt atenuate si reflectate de diferitele tipuri de tesuturi si de interfetele dintre acestea.

Semnalele generate de undele reflectate sunt utilizate si interpretate pentru a obtine imaginea precum si informatiile Doppler.

Viteza de propagare a undelor ultrasonore depinde de tipul de tesut;

Majoritatea tesuturilor din organism au viteze de propagare apropiate;

Aerul si osul au însa viteze total diferite de propagare a US, ceea ce face ca propagarea sa fi afectata dramatic scazând calitatea imaginii;

Cu cât frecventa undelor US este mai mare cu atât scade adâncimea de penetrare a US dar creste rezolutia spatiala, si invers;

Rezolutia este determinata în principal de frecventa US produse de sonda precum si de calitatea echipamentului (hardware, software);

Lungimea de unda este invers proportionala cu frecventa; o sonda de 10 MHz emite US cu o lungime de unda de 3x mai mica decât o sonda de 3,5 MHz, teoretic, are o rezolutie spatiala de 3x mai mare;

US sunt caracterizate si de amplitudine (puterea semnalului), de care depinde amplitudinea semnalului reflectat.

FRECVENŢA

2-12 MHz;

cu cât frecventa este mai mare cu atât penetrarea este mai redusa.

LUNGIMEA DE UNDĂ

inversul frecventei;

determina rezolutia spatiala

AMPLITUDINEA

puterea semnalului;

determina amplitudinea semnalelor reflectate.

- Principiul US medicale/aparatura

PRINCIPIU: reflexia ultrasunetelor (US) în structurile corpului omenesc, diferentiata de impedanta acustica a acestora, permite realizarea unor imagini anatomice (mod B) sau curbe grafice (mod A, TM).

ENERGIA folosita este vibratia mecanica cu foarte mare frecventa ("ultrasunete") = 2-1 Mhz.

COMPONENTE CONSTRUCTIVE

traductor (sonda) = emitator/receptor de US; contine generatorul de US;

Amplificator semnal  

Computer (procesare semnal);

Consola/tastatura/reglaje a emisiei si postprocesare semnal;

Monitor TV;

Accesorii  pentru stocare imagini, transmisie, printare etc.

Tipuri de traductoare si fascicul ultrasonor:A) linear;B)sectorial;C)convex

Aplicatii clinice

US ABDOMINALĂ = toate organele parenchimatoase, vase;

US CARDIACĂ = studiu morfologic, dinamica, fluxuri;

US VASCULARĂ = mod B, Doppler, duplex, triplex, Power;

US PARŢI MOI = tiroida, sân, musculara, articulara, ochi;

US ÎN OBSTETRICĂ = sarcina normala si patologica;

US DIGESTIVĂ = ENDOSONOGRAFIA (esofag, rect);

US TRANSCRANIANĂ (Doppler);

US INTERVENTIONALĂ = ghidare punctii percutane diagnostice si terapeutice

Relativ recent, s-au realizat aparate care utilizeaza US pentru masurarea densitatii osoase, având aplicatii în studiul osteoporozei.

Afisajul informatiei in ultrasonografie

MOD B=vizualizarea directa a vaselor/cavit.cordului (imagini

transsonice),in contrast cu peretii(interfete reflectogene);

-MOD M(TM)=vizualizare grafica a miscarilor /pulsatiilor vasculare/cardiace in timp,permitind masurarea parametrica de volume,fluxuri si calcularea performantelor cardiace;

-MOD DOPPLER:-spectral=inregistrare grafica a pulsatiilor vasculare sistola/ diastola si masurare de fluxuri,(velocitate);

-Color Flow Imaging(CFI)=traducere in cod de culoare a scurgerii singelui cu vizualizarea directiei,fluxului,curgerii etc;

-Power Doppler Imaging(PDI)=vizualizarea angiografic-like a lumenului vaselor(Angio Power Doppler).

Semiologie generala-mod B

REFLECTOGEN=ECOGEN....Display=ALB:

-linie,banda= interfata intre doua structuri cu impedanta

acustica diferita;ex.capsula,perete, vas;

-plaje....zone alternante reflectogene/normale/hipo;

-reticul...retea;

-granular..difuz;

-solid...nodular;

HIPOECOGEN= display :CENUSIU-ANTRACIT: -SEMISOLID/SEMILICHID

(tesut patologic <reflectogen decit parenchimul normal)ex:tumori,abcese,inflamatie,edem.

TRANSSONIC = display :NEGRU INTENS

-LICHID...ex.:chist,vas,vezica,colecist etc.

-VID SONIC POSTERIOR (post-refelexie maxima)...

Ex.:dupa gaz,calculi,calcificari,interfete sumate optic;

MIXT = display:NEGRU+CENUSIU+ALB -SOLID+LICHID+SEMI.ETC.

CONTUR :-net,regulat,linear=interfata,capsula,lumen;

-net,neregulat,anfractuos=perete cavitate etc;

-sters,estompat,difuz= halou;

STRUCTURA:-omogena/neomogena;

-lichid,solid,semi-solid,mixt;

DIMENSIUNI:-globale/partiale;directe,relative,comparate;

-circumferinte,volume;formule de calcul;

DINAMICA/PLASTICITATE:

- expansiune/regresiune;pulsatii;"respiratie".

(vase,chist hidatic.)

ULTRASONOGRAFIE DOPPLER

Termeni uzuali

ALIASING=artefact tehnic:frecventa prea mare a semnalelor depaseste posibilitatea de masurare a echipamentului,astfel ca un semnal se returneaza dupa ce al 2-lea semnal a si fost trimis; rezultatul=virful curbei de semnal se afiseaza sub linia 0-in partea inferioara;se remediaza reducind frecventa de repetitie a pulsurilor

CFI(Color Flow Imaging)=reproducere in culori a prezentei si directiei de miscare a singelui in vase relativ la pozitia traductorului:conventional:rosu catre traductor;albastru dela

Singele turbionar,cu directii aleatorii sau cu viteza mare de flux in vas realizeaza o paleta de culori spectrale amestecate (verde,galben alb,bleuetc)

DUPLEX= afisaj simultan a modului B (brightness=nuante de gris sect.anatomica) si Doppler (spectral sau color)
FILTRU=sistem electronic de reducere a semnalului color dat de miscarile respiratorii,pulsatiile cordului,vaselor etc(artefactat)

FLUX LAMINAR =aspect normal al fluxului sanguin in vase;

fluxul este mai rapid in centrul vasului decit linga perete
FLUX cu rezistenta inalta=virf sistolic inalt,flux diastolic redus , absent sau inversat (ex art.femurala)

FLUX cu rezistenta joasa=virf sistolic bifazic,flux diastolic prezent,relativ inalt (ex.art carotida,art.renala,vene)

GAIN- COLOR Doppler=control al afisajului fluxului color:gain redus neadecvat poate conduce la incompleta colorare a vasului;gain prea mare poate conduce la colorare tisulara extra/ perivasculara-in tesuturile adiacente (artefacte )

PRF(Pulse Repetition Frequency)=flow velocity range =sistem de control al numarului de impulsuri US transmise /secunda pentru o anumita profunzime;cu cit profunzimea tintei este mai mare,cu atit PRF este mai joasa(ex VCI,fata de art.carotida)); o frecventa de repetitie prea mare conduce la artefacte (aliasing)

PDI (Power Doppler Imaging)=Power Color Doppler=miscarea singelui este vizualizata fara codificarea directiei de flux;metoda este mai sensibila la fluxuri sanguine foarte reduse decit CFI (ex.1-2 cm/sec);este utila in caracterizarea vaselor viscerale cu debit mic si a celor tumorale; artefactarea este mai frecventa si reglajele de ajustare a PRF si Gain-ului sunt necesare individualizat

REZISTENTA=fluxul arterial normal are aspect grafic diferit in functie de rezistenta vasculara la flux; -mare in artere priferice,tradusa prin virfuri sistolice inalte si fluxuri diastolice reduse/negative (ex.a.femurala); -mica in artere viscerale (ex carotida,renala),cu fluxul diastolic prezent,amplu;patologic,in stenoze,creste rezisenta la flux si aspectul curbei Doppler spectral se modifica caracteristic
IR(Index de rezistenta)= pres Sstolica-Pres.diastolic/pres sistolica

ROI=Region Of Interest= cadrare cu calipere lineare pe display a zonei de interes pentru afisaj Doppler color;limitarea zonei are drept scop cresterea rezolutiei si acuratetea masuratorilor;boxul de ROI poate fi modificat dimensional si inclinat angular fata de vas,pentru a realiza o masurare corecta a vitezelor /fluxului

SAMPLE VOLUME(GATE)=sediul de inregistrare a semnalului Doppler pulsat in vas;sediul,pozitia si volumul zonei de eveluare pot fi variate de catre operator ("box",repere liniare,etc) pri pozitionarea pe display/imaginea B/Color a vasului cercetat unor calipere dedicate

SPECTRAL (Doppler)=reprezentare grafica a frecventelor sistolice si diastolice sub forma de curbe pe abscisa/ordonata,in timp;frecventele sistolice sunt reprezentate prin curbe cu virfuri inalte ,cele diastolice-curbe joase sau chiar negative (reflux);

VELOCITATEA fluxului=se deduce din forma undei arteriale,cunoscind unghiul de incidenta al fasciculului US la peretele vascular si este calculata de masina dupa pozitionarea unor calipere;viteza este calculata in m/cm/sec si este corecta doar pentru unghiuri de incidenta sub 60

US DOPPLER:principiu

2Ft Vo cos q

Fd(flow)=Fr-Ft=

Ecuatia Doppler:Fr=frecventa de retur;Ft=frecv.transmisa;Vo=flux cm/s

q = unghiul de incidenta a fascicului US

Doppler spectral: analizeaza distributia velocitatilor de flux, într-un esantion ales, de-a lungul unui fascicul US ce traverseaza un vas, afisând informatia sub forma unui spectru a carui forma depinde de tipul de vas (artera, vena) si rezistenta la flux

Doppler color (Color Flow Imaging): combinatie între informatia anatomica oferita de afisarea în mod B si informatia Doppler privind amplitudinea si directia de flux dintr-un esantion ales (în cod de culoare rosu - flux catre traductor, albastru - flux dinspre traductor);

Power Doppler: principiu asemanator cu Doppler-ul color, dar în care se ignora informatia privind directia de flux; mai sensibila în a detecta prezenta vaselor - informatie de tip angiografic;

Duplex Doppler: metoda care combina afisarea în mod B, cu afisarea în mod Doppler spectral;

Triplex Doppler: metoda care combina afisarea în mod B & Doppler color cu afisarea în mod Doppler spectral

ULTRASONOGRAFIA VASCULARA

US mod B-traductor liniar 7,5-12 MHz -evidentiaza direct lumenul (transsonic)si peretii vasculari (reflectogeni);

US Doppler spectral -inregistreaza fluxul si cuantifica viteza de curgere a singelui;

US Doppler color-vizualizeaza in cod de culoare directia de curgere (rosu traductor ; albastru dela traductor) ; 

-culori spectrale amestecate (mozaic)=flux sanguin turbionar;

Artere abordabile uzual :carotida,vertebrala,aorta, renale,mezenterica sup.,tr celiac,iliace, femurale, poplitee;

Vene abordabile :vena cava inf.,v.renale, iliace, femurale, safena interna ,poplitee,v.subclavie, jugulara,venele m.sup.

US DOPPLER:
semeiologie

FLUX DISTORSIONAT=schimbarea aspectului undelor spectrale si a culorii in CFI;apare la zone de neregularitate parietala,placi ateromatoase,sinuozitati ale peretilor;

-fluxul devine NON-LAMINAR, cu velocitate crescuta in zone de stenoza a vasului -cu virfuri sistolice inalte si ecouri multiple anormale ce realizeaza LARGIREA SPECTRULUI;

FLUXUL POST-STENOTIC="TARDUS ET PARVUS"(intirziat si slab)=virf sistolic redus,rotunjit si diastolic coborit

SUBSTANŢE DE CONTRAST ÎN ULTRASONOGRAFIE

Pentru uz intravascular - diverse suspensii de microparticule ce contin gaz (dimensiuni 1-8 µm), care amplifică semnalul Doppler color si spectral;

unele substante îmbunătătesc contrastul in în mod B - asa-numitele substante schimbătoare de fază (lichid la temperatura mediului ambiant, se transformă în microbule de gaz la temperatura corpului);

altele - specifice tisulare - sunt captate de celulele sistemului reticulo-endotelial (ex. cel. Kuppfer din ficat);

Agenti de contrast oral - în studiu

Bibliografie

1. Badea R, Dudea S, Mircea P, Stamatian F.: Tratat de ultrasonografie clinica vol.1, Editura Medicala, Bucuresti, 2000

. McGahan J.P., Goldberg B.B.: Diagnostic Ultrasound on CD-ROM  Ed. Lippincott-Raven, 1999.