Säteilytön vaihtoehto: Ultraäänen sovellukset nykyaikaisessa lääketieteessä

Ultraääni on kuvantamistekniikka, joka on jopa vanhempi kuin perinteinen röntgenkuvaus. Se kuitenkin sovitettiin käytettäväksi lääketieteen alalla paljon myöhemmin. Sen ensimmäinen kirjattu käyttö on synnytyksissä 1950-luvulla. Siitä lähtien, ultraäänen käyttö on laajentunut kattamaan muut lääketieteen alueet, ja ultraäänilääketieteellinen kuvantamistekniikka on edistynyt vuosien varrella useita edistysaskeleita. Tässä artikkelissa käsitellään ultraäänen etenemistä ajan myötä ja miten sitä käytetään terveydenhuollossa tänään.

Miten ultraäänikuvauslaite toimii?

Kuten nimestä voi päätellä, se toimii käyttämällä ääniaaltoja. Ultraäänikuvantamislaitteet tuottavat korkeataajuisia ääniaaltoja, yleensä välillä 1 että 5 MHz. Nämä ääniaallot välittyvät kehoon kädessä pidettävän koettimen avulla. Ääniaallot kulkevat keskeytyksettä kehon sisällä, kunnes ne osuvat kahden kudoksen väliseen rajapintaan (esimerkiksi lihaksen ja luun tai nesteen ja pehmytkudoksen välillä). Riippuen läsnä olevan kudoksen tyypistä, ääniaallot voivat joko heijastua takaisin tai jatkaa matkaa edelleen. Aallot, jotka heijastuvat takaisin (kutsutaan kaikuiksi), välitetään takaisin ultraäänikuvauslaitteeseen. Perustuu aikaan kunkin kaiun paluuta ja äänen nopeus kudoksessa, ultraääni lääketieteellinen kuvantamislaite laskee etäisyyden koettimen ja kunkin rakenteen. Kaikkien kaikujen etäisyys ja voimakkuus muunnetaan kaksiulotteiseksi kuvaksi, joka näkyy ultraäänikuvausnäytössä.

Kuinka ultraääni verrattuna muihin lääketieteellisiin kuvantamismenettelyihin?

Ultraäänen suurin etu on, että toisin kuin useimmat muut kuvantamistekniikat, se ei käytä ionisoivaa säteilyä. Siksi se on turvallinen potilasryhmille, jotka ovat alttiita säteilyaltistuksen vaikutuksille, kuten raskaana oleville naisille ja lapsille. Se kaappaa pehmytkudokset paljon paremmin kuin röntgenkuvat ja CT-skannaukset, ja on ihanteellinen sisäelinten katseluun. Saman istunnon aikana voidaan saada useita kuvantamistasoja muuttamatta potilaan asentoa; pelkkä kädessä pidettävän koettimen siirtäminen riittää. Sen lisäksi, että se ei käytä säteilyä, toinen keskeinen etu ultraäänen käytölle lääketieteellisissä asetuksissa on alhaiset kustannukset. Se on paljon halvempaa kuin TT-skannaukset ja MRI-kuvantaminen.

Toisaalta, perinteinen ultraääni ei voi tarjota yksityiskohtaista kuvantamistarkkuutta, joka on saatavana edistyneillä tekniikoilla, kuten CT-skannaus. Se ei pysty riittävästi visualisoimaan luuta ja kovia kudoksia. Ultraäänikuvantamisistunto kestää kauemmin kuin muut kuvantamistavat. Vaikka CT-skannaus voidaan saada 30 sekuntia, ultraääni veisi 15 että 30 pöytäkirja.

Miten ultraääntä käytetään lääketieteellisessä kuvantamisessa?

Lääketieteellistä ultraäänikuvausjärjestelmää voidaan käyttää visualisoimaan minkä tahansa kehon sisäelinten rakenne reaaliajassa. Soveltamalla Doppler-efektiä (joka on äänen taajuuden muutos, kun esine liikkuu lähteestä kohti/poispäin) voidaan myös seurata veren virtausta alusten läpi. Seuraavassa on lueteltu muutamia ultraäänilääketieteellisen kuvantamisen sovelluksia:

• Synnytys/gynekologia: Ultraääntä voidaan käyttää arvioimaan naisten lisääntymisjärjestelmää sekä kohdussa kehittyvää sikiötä. Tämä on erittäin hyödyllistä havaita mahdolliset sikiön poikkeavuudet ennen syntymää.

• Vatsanja lantion sonogrammi: Kiinteät elimet, kuten maksa ja haima vatsassa tai virtsarakon ja kohdun lantiossa, voidaan visualisoida. On vaikea tarkastella suolen syy vatsakaasu usein estää ääniaaltoja.

• Neurosonografia: Se auttaa visualisoimaan aivoja ja havaitsemaan poikkeavuuksia aivojen verenvirtauksessa.

• Vaskulaarinenultraääni: Tätä käytetään arvioimaan veren virtauksen määrää ja nopeutta aluksissa ja havaitsemaan supistumien tai stenoosin esiintyminen.

• Ekokardiografia: Tämä ultraääni on tarkoitettu erityisesti sydämelle ja sen tärkeimmille verisuonille, mukaan lukien aortta ja keuhkovaltimo.

• Terapeuttisetsovellukset: Käyttämällä ultraääntä saadaan/kuvia elimistä reaaliajassa, voidaan suorittaa ohjattuja toimenpiteitä. Esimerkiksi ultraääniohjattu hieno neula-aspiraatio sisältää ultraäänen käytön neulan ohjaamiseksi syvään paiseeseen tai kystiin sen sisällön imemiseksi. Doppler-ultraääntä voidaan käyttää myös suonien havaitsemiseen ennen injektiokanyyliä tai verisuonten havaitsemiseen ennen kirurgisen läpän nostamista jälleenrakennusta varten.

Mitkä ovat viimeaikaiset edistysaskeleet ultraäänitutkimuksessa?

Ultraäänikuvauslaitteiden valmistajat ovat aina pyrkineet voittamaan perinteisen ultraäänen rajoitukset. Tämä on johtanut useisiin innovaatioihin. Itse ultraäänikuvausjärjestelmässä on tapahtunut parannusta, mukaan lukien paremmat laitteisto- ja anturijärjestelmät. Ultraäänidiagnostisten kuvantamisjärjestelmien valmistajat ovat työskennelleet ahkerasti saavuttaakseen parannuksia hankintaan, ultraääni/kuvien varastointi ja tulkinta. Seuraavassa käsitellään joitain ultraäänikuvantamisen merkittävistä edistysaskeleista, jotka ovat johtaneet merkittävään edistymiseen terveydenhuollossa:

• Digitalisaatio: Aivan kuten röntgenkuvat, ultraäänihaku on siirtynyt digitaaliseen aikakauteen. Verrattuna perinteiseen analogiseen ultraäänitutkimukseen, digitaalinen ultraäänidiagnostiikkakuvantamisjärjestelmä on luotettavampi ja pyrkii tuottamaan parempia/kuvia. Tämä johtuu siitä, että digitaalisella ultraäänellä on parempia ominaisuuksia, joihin kuuluvat seuraavat:

• Digitaalisensäteen tuotanto: Ultraäänidiagnostisten kuvantamisjärjestelmien valmistajat ovat ottaneet käyttöön laitteita, joissa ääniaaltosädettä voidaan ohjata digitaalisin keinoin. Kuvansäteen ohjaaminen voi parantaa paikkatietoa ja vähentää esineitä. Tämä parantaa kuvan kontrastia.

• Parannettusignaali-kohinasuhde ja signaalin hankinta: Nämä mahdollistavat ääniaallon paremman siirron ja vastaanoton. Tämä johtaa parempaan kuvanäyttöön.

• Parempitallennus ja arkistointi: Digitaaliset/kuvat tallennetaan automaattisesti ultraäänikuvausjärjestelmään. Myös /kuvien arkistointi helpottuu, koska sen voi tehdä sähköisesti. Tämä tarkoittaa, että potilaiden tietueiden väärän sijoittamisen todennäköisyys on pienempi.

• Siirrettävyys: Mahdollisuus pakata suuria määriä tietoa pieniin mikrosiruihin on antanut kerran tilaa vievien ultraäänilaitteiden pienentymisen kooltaan. Tämän avulla ultraäänikuvantamislaitteiden valmistaja voi tarjota tärkeän edun terveydenhuollon ammattilaisille - siirrettävyys. Uudet ultraäänilaitteet ovat kädessä pidettäviä, ja lääkäri voi kuljettaa ne helposti eri tutkimushuoneisiin ja leikkaussaliin. Kädessä pidettävät laitteet sisältävät usein monikäyttöisen ultraäänikuvantamisjärjestelmän, jota voidaan käyttää mihin tahansa tarkoitukseen. Esimerkiksi vatsan nesteen keruuseulonta, veren virtauksen analysointi, ja sikiön sydämen lyöntien havaitseminen voidaan tehdä samalla laitteella.

• 3D-ja 4D-ultraäänitutkimukset: Perinteisen ultraäänen päärajoitus on sen kaksiulotteinen luonne. Lääkärin on ymmärrettävä rakenteelliset ja alueelliset suhteet eri anatomisten rakenteiden välillä ja hänen on yritettävä koota mielessään kuvat oikeaan suuntautumiseen. Nykyään 3D-ultraäänellä /kuvilla saa kuitenkin rekonstruoimalla kaksiulotteisten /kuvien sarjan. Tämän tekniikan tärkein etu on se, että se voi auttaa volumetrisissä mittauksissa. Esimerkiksi 3D-ekokardiografialla voidaan tehdä eteisen ja kammion tilavuuden kvantifiointi. Kolmiulotteinen anatomian visualisointi voi myös auttaa diagnosoimaan sairauksia, kuten läppäsydänsairauksia.
  
  4D-ultraääni on myös kehitetty osana lääketieteellistä ultraäänikuvausjärjestelmää. 4D-kuvantamisessa lääkäri voi visualisoida rekonstruoidut kuvat samalla tavalla kuin 3D-ultraäänellä /kuvilla, mutta he voivat myös arvioida funktiota reaaliajassa. Esimerkiksi, käyttämällä 4D-ultraääntä synnytyksessä, 4D-kuvantamisen avulla on mahdollista visualisoida sikiö, joka avaa silmänsä tai imee peukaloa.

• Menetelmätkudosten fysikaalisten ominaisuuksien arvioimiseksi: Perinteisesti, ultraääni ja muut kudosten diagnostiset kuvantamistekniikat mahdollistavat tarkastuksen eikä palpataation. Joten vaikka voimme ”nähdä” tutkittavan kudoksen tai elimen, emme voi ”tuntea” sitä. Ultraäänilääketieteellisten kuvantamismenetelmien kehitys on kuitenkin mahdollistanut tämän:

• Elastografia: Tietyt sairaudet voivat aiheuttaa muutoksen kudoksen elastisuudessa. Kudosten elastisuuden tai jäykkyyden aste voidaan mitata kimmokerroin (Youngin moduuli). Tämä tehdään soveltamalla puristusta kudoksiin anturin kautta ja mittaamalla kudoksen vääristymisaste tämän puristusvoiman alla. Tätä voidaan soveltaa erilaisiin olosuhteisiin. Esimerkiksi sitä voidaan käyttää maksan fibroosin havaitsemiseen, laajentuneiden imusolmukkeiden syyn analysointiin ja kilpirauhasen kyhmyjen tunnistamiseen. Sitä voidaan käyttää myös kudosten pahanlaatuisuuden seulontaan.

• Vibro-akustografia: Tämä tekniikka sisältää kahden ultraäänipalkin käytön keskittyäkseen kiinnostavaan alueeseen. Molemmilla palkkeilla on erilaiset taajuudet ja yleensä häiritsevät toisiaan. Tämä aiheuttaa kiinnostavan kohteen värähtelemään matalalla taajuudella. Värähtely kaapataan mikrofonilla ja muunnetaan kuvaksi. Tämä on hyödyllistä kovempien massojen havaitsemiseksi pehmytkudoksessa, kuten kalkkeutuneet massat. Esimerkiksi sylkikivet tai rintojen mikrokalsifikaatiot voidaan havaita tällä tekniikalla.

• Kontrastiultraääni: Kontrastiaineita on käytetty onnistuneesti muissa kuvantamistekniikoissa, kuten CT-skannaukset ja MRI-kuvantaminen. Kontrastiaineet ovat tyypillisesti radioaktiivisia väriaineita, jotka ruiskutetaan verisuoniin auttamaan seuraamaan veren virtausmallia niiden läpi. Ultraäänitutkimuksen kontrastiaineet otettiin käyttöön melko äskettäin. Nämä eivät ole radioaktiivisia väriaineita, mutta suurimolekyylipainoisten kaasujen mikrokuplat, jotka on kapseloitu elastiseen kuoreen. Normaalissa ultraäänessä verisuonia ei voida erottaa ympäröivästä normaalista kudoksesta helposti. Kuitenkin, kun mikrokuplia viedään liikkeeseen, kaasukuplat värähtelevät vastauksena ääniaaltoihin. Siksi verisuonista saatu kaiku voidaan erottaa ympäröivästä kudoksesta. Nykyään on saatavana halkaisijaltaan jopa 10 µm: n pieniä mikrokuplia. Mikroskooppisen koonsa ansiosta ne voivat jopa ylittää kapillaarikerroksia, mikä antaa lääkäreille mahdollisuuden saada yksityiskohtainen kuva verisuoniverkosta. Tämä tekniikka on erityisen hyödyllinen ekokardiografiassa, ja sitä voidaan käyttää arvioimaan vasemman kammion toimintaa ja verenkiertoa suurten alusten läpi.

• Endoluminaalinenultraääni: Pienempien ultraääniantureiden kehitys on mahdollistanut niiden sisällyttämisen endoskooppisiin laitteisiin. Siksi on mahdollista saada parempaa laatua/kuvia sisäelimistä endoskoopilla. Endoluminaalista ultraääntä on käytetty opastettuihin biopsioihin vaurioista, jotka sijaitsevat esimerkiksi trakeobronkiaalisessa puussa, urogenitaalinen alue, tai sappiteiden. Sitä on käytetty myös intravaskulaarisella alueella ohjaamaan toimenpiteitä, kuten pallolaajennusta.

Mitä tulevaisuus tuo tullessaan? ”Ultraääni sirulla”

Perinteinen anturin anturi (joka käyttää pietsosähköisiä kiteitä) voi olla matkalla ulos. Tutkijat ja yrittäjät ovat löytäneet tavan sisällyttää tekoäly mikrosiruun, joka muodostaa uuden anturianturin. Tämä tyylikäs, kädessä pidettävä anturi voidaan yksinkertaisesti kiinnittää käyttäjän älypuhelimeen, ja/kuvia voi katsella laitteessa. ”Ultraääni sirulla” vähentää laitteistokustannuksia ja sitä voidaan käyttää myös potilaiden seuraamiseen kotona.

Saat parhaan mahdollisen modernin ultraäänikuvantamisen huippuluokan DICOM-katseluohjelmiston avulla

Nykypäivän modernilla digitaalisella ultraäänidiagnostiikkakuvausjärjestelmällä lääkärit vaativat myös korkealaatuista kuvankatseluohjelmistoa, jotta ultraääniä/kuvia voidaan tarkastella korkealla resoluutiolla ja selkeällä tavalla. DICOM-standardin myötä kaikki hankitut digitaaliset ultraäänet/kuvat tallennetaan DICOM-muodossa. Joten ohjelmiston on kyettävä lukemaan ja muokkaamaan /kuvia tässä muodossa. Ihanteellinen ohjelmisto antaisi myös lääkäreille mahdollisuuden saada tietoja/kuvia erilaisilla tekniikoilla, kuten äänenvoimakkuuden renderöinnillä ja jälleenrakennuksessa. Ohjelmisto mahdollistaisi kuvan fuusion. Tämä tarkoittaa, että ultraäänikuva voidaan asettaa päällekkäin toisen kuvantamismodaliteetin kanssa, kuten CT-skannaus. Tämä antaa lääketieteen asiantuntijoille mahdollisuuden saada anatominen suuntautuminen sekä toiminnallinen arviointi samanaikaisesti.

On myös tärkeää, että kuvan katseluohjelmisto yhdistetään yhtä tehokkaaseen tallennusjärjestelmään. Tämä johtuu siitä, että digitaalinen ultraääni/kuvat tarvitsevat runsaasti tallennustilaa, ja tarvitset palvelimen, jonka avulla voit sijoittaa useita potilaiden kuvantamistiedostoja. Tällaisen tallennusjärjestelmän avulla voit hakea nämä tiedostot arkistosta tarvittaessa.

PostDICOM online DICOM katsoja: Superior katselu ultraääni/kuvia —for free

PostDICOM tarjoaa ilmaisen multimodaalisuuden online-DICOM-katseluohjelman, joka palvelee kaikkia edellä mainittuja tarkoituksia. Siinä on edistyneitä ominaisuuksia, kuten äänenvoimakkuuden renderointi, 3D-rekonstruktio ja pituus, tiheys ja kulman mittaukset. Voit tallentaa kuvia noutaaksesi tai tarkastellaksesi niitä myöhemmin! Yhteensopiva Windows-, Mac OS-, Linux- ja Android-järjestelmien kanssa, voit katsella ultraääniä/kuvia mistä tahansa laitteesta milloin tahansa. Rekisteröityminen PostDicomin online-katseluohjelmaan on vaivatonta. Joten hanki ilmainen DICOM-katseluohjelma tänään!