- CZ
- EN
- SK
Lékařská sonografie: Cesta od slepých a hluchých netopýrů k dnešnímu ultrazvuku
Lékařská sonografie je diagnostická zobrazovací technika založená na registraci ultrazvuku odraženého od tkání. Typicky se při ní používají piezoelektrické sondy o frekvencích 2–18 MHz. Ultrazvuk označuje zvukové vlny nad lidským dosahem sluchu, 20 000 nebo více vibrací za sekundu. Ultrazvukové přístroje se používají pro měření vzdálenosti a detekce objektů, ale v oblasti lékařského zobrazování je většina lidí obeznámena s ultrazvukem. Ultrasonografie nebo diagnostická sonografie slouží k vizualizaci struktur uvnitř lidského těla, od kostí až po orgány, šlachy a krevní cévy, stejně jako plod těhotné ženy.
Sonografie v průřezu let
Jak uvádí článek The History of Ultrasound (zdroj: www.bmus.org), píše se rok 1793, v dusné srpnové noci se v malém italském domě v Padově převaluje Lazzaro Spallanzani na svém kavalci. Nemůže usnout, ostatně jako vždy, když řeší záhady matky přírody. Nakonec rozžehne petrolejku a sleduje tančící hru světla a stínu na stropě svého domu. Abbé Lazzaro Spallanzani je italský katolický kněz, avšak spíše než u oltáře stojí tento velikán vědy u zrodu moderní biologie a fyziologie. Záhada, která nedá zkušenému vědci spát, se může zdát na první pohled prostá. Jak se sovy a netopýři orientují při letu ve tmě? Lazzaro chvíli přemítá, pak zhasne petrolejku a s otevřenýma očima opět dlouze hledí do všeobjímající tmy...
Ráno si Lazzaro, který už nějakou dobu vyučuje na Padovské univerzitě přírodní vědy, svolá své studenty a rozdá jim úkoly. Studenti se po sobě nechápavě ohlédnou, když jim poručí přinést kopu zvonků a přikáže jim je tenkými lanky rozvěsit ke stropu potemnělé chodby univerzitního sklepení. Aby Abbé záhadu nočních tvorů vyřešil, připravil si pro žáky důmyslný test.
Do temného sklepení nejprve vpustí sovy a pak naslouchá zvonkohře sovích křídel zaplétajících se do připravených pastí. Spallanzani se potměšile usměje, ani sova se při svém lovu neobejde bez jemného svitu nočního nebe. Po odchytu sov vpustí Spallanzani do stejné místnosti netopýry a k překvapení jeho i studentů se ve sklepení rozhostí ticho. Abbé vstoupí do chodby a naslouchá takřka nehlučnému třepotu netopýřích křídel, která se ladně nesou mezi připravenými nástrahami. Chování netopýrů v absolutní tmě sklepení nenechá Spallanzaniho na pochybách - tito tvorové jsou nadáni jedinečnými schopnostmi!
Následuje série dalších pokusů, kdy jsou nebozí netopýři oslepeni a jiní zase ohlušeni. Slepí netopýři jsou schopni letu ve tmě tak jako dříve, ale hluší netopýři se začnou ve sklepení ztrácet. Za svou dlouhou kariéru vědce Spallanzani nestál před tak nečekaným závěrem. Své výsledky se zdráhal publikovat, sám měl problémy závěru své práce uvěřit a stejně tak to měli i jeho kolegové.
Na práci Spallanzaniho se podařilo navázat až v roce 1938 dvěma americkým biologům Robertu Galambosovi a Donaldu Griffinovi, kterým se záhadu podařilo definitivně objasnit s pomocí přístroje na záznam zvuku fyzika George Washingtona Pierce. Netopýři během letu vydávají pištivé zvuky, které jsou tak vysoké frekvence, že je lidské ucho není schopno zachytit - tyto akustické vlny zkrátka neuslyšíme. Tyto vysokofrekvenční akustické vlny nazýváme ultrazvuk.
Ultrazvuk se odráží od změn v látkovém prostředí, jakými jsou například i stěny netopýří jeskyně nebo zvonky v prostorách univerzitní chodby. Odraz ultrazvuku vytváří tzv. echa - ozvěny, které jsou uši netopýrů schopny zachytit a navigovat tak zvíře v blízkém okolí. Unikátní smysl netopýrů nazvali Galambos s Griffinem echolokací.
Objev echolokace je však jen jedním z důležitých střípků mozaiky, kterými je dlážděna cesta historií sonografie. Podle článku The History of Ultrasound lidstvo potřebovalo vyvinout své vlastní nástroje k ovládnutí echolokačních schopností netopýrů.
Radioaktivita a mnoho dalšího
Základy našich echolokačních nástrojů položil objev piezoelektrického jevu v roce 1880 dalším z velikánů vědy - Pierrem Curiem. Ten si však slávu vysloužil svým podílem na objevu radioaktivity, na kterém spolupracoval se svou možná ještě slavnější manželkou Marií Curie Sklodowskou. Pierre a jeho bratr Paul-Jacque demonstrovali schopnost krystalů různého chemického složení měnit elektrické napětí v obvodu v důsledku změn vnitřního uspořádání krystalů v závislosti na působení mechanických sil. Brzy se zjistilo, že jev funguje i obráceně - změnou elektrického napětí dochází ke změně vnitřního uspořádání krystalu a k uvolnění mechanických sil. Jednoduše řečeno specifické krystaly umí ultrazvukové vlny vytvářet, detekovat a převádět do elektrické podoby.
Zde se tak naše příběhy vědeckých objevů v průběhu dvou staletí protínají. Využitím krystalů s piezoelektrickým jevem jsme se i my, lidé, stali majiteli úžasných netopýřích schopností a dále jsme je rozvinuli! Echolokaci jsme dokázali využít ve vodě, ve vzduchu, ale i v zemi. Netrvalo dlouho a možností echolokace v lidském těle se začali intenzivně zabývat i lékaři.
Dopplerova zásluha
Dalším, kdo se zasloužil o vývoj této metodiky vyšetření, byl jednoznačně Johann Christian Doppler. Jeho práce je datována především kolem roku 1845. Právě on posunul sonografickou vědu zas o velký kus kupředu. Dopplerovská sonografie využívající principy Dopplerova jevu k posouzení rychlosti pohybu sledovaných struktur následně našla uplatnění především v hodnocení rychlosti průtoku krve cévami.
Přibližuje-li se zdroj zvuku o konstantní výšce (frekvenci) tónu směrem k pozorovateli, vnímá pozorovatel výšku tónu vyšší, rozdíl mezi frekvencemi záleží na rychlosti pohybu. Vyvinuty tak byli kontinuální doppler, pulzní doppler, barevný doppler a energetický doppler.
Princip sonografického vyšetření
A jak funguje monografické vyšetření tak, jak jej známe? Do těla vyšetřovaného pacienta je vysíláno ultrazvukové vlnění vytvářené piezoelektrickým měničem o frekvenci 2–18 MHz a intenzitě maximálně 10 Wm−2. Měkké tkáně se chovají jako tekutina, ultrazvukové vlnění je jen podélné s průměrnou rychlostí 1540 ms−1. Akustická impedance, a tedy i rychlost šíření ultrazvukového vlnění, však není ve všech tkáních zcela stejná, tkáně mají rozdílnou akustickou impedanci. Na rozhraní dvou tkání s odlišnou akustickou impedancí jsou vhodné podmínky pro částečný odraz vlnění. V ideálním případě je plocha rozhraní kolmá na směr šíření ultrazvukového vlnění a odražené vlnění může být registrováno.
Aby bylo vůbec možné registrovat odražené vlnění, vysílá se ultrazvuk v mikrosekundových impulzech s opakovací frekvencí řádově 102–103 Hz a registruje se intenzita odražených signálů i doba, za jakou se po vyslání vrátí do senzoru. Protože intenzita ultrazvukového vlnění klesá exponenciálně, je třeba pro dobrou vizualizaci detekovaný signál dále upravit; k tomu se používá zesílení signálu úměrné době, která uplynula od jeho vyslání.
Protože vzduch má pro ultrazvukové vlnění velmi vysokou impedanci, je třeba zajistit, aby vlnění procházelo jen vodním prostředím. Obvyklým řešením je důkladné pokrytí povrchu sondy gelem (EKG krém), který zajistí dobrý průchod vlnění do kůže.
Cesta vědy: Cesta pokusů a omylů
Zobrazovací metoda uplatňující principy echolokace v lidském těle se nazývá sonografie, ale v Čechách se pro ni vžilo i prostší označení - ultrazvuk. Největší předností metody je vysoká míra bezpečnosti a šetrnosti k pacientovi.
"Ultrazvuk je skutečně skvělý v tom, že se jedná o dostupnou a finančně nenáročnou metodu vyšetřování pacientů. Je to rychlý způsob diagnostiky obtíží, který pacienta nijak nezatěžuje,"
řekla pro LP-Life.cz MUDr. Andrea Duchačová z Fakultní nemocnice Ústí nad Labem.
Počátky medicínské sonografie v 50. a 60. letech 20. století byly plné omylů a slepých uliček. Před průkopníky sonografie stála základní otázka - jak netopýří "sluchozrak" srozumitelně přeložit do světa lidských smyslů? Nejúspěšnějším způsobem se ukázalo intenzitu ozvěnotvorby tkáně škálovat do odstínů šedé barvy - světlá barva v obraze představuje tkáň tvořící silnou ozvěnu, tmavá naopak ozvěnu slabou. V této podobě nachází sonografie uplatnění dodnes. Neznamená to však, že by vývoj metody ustrnul, možnosti a aplikace sonografie se stále rozvíjejí. Specializované sonografické přístroje lze dnes využít při klasických a laparoskopických operacích, endoskopii, dokonce i endovaskulárních výkonech.
Výdobytky současné doby mnohdy považujeme za samozřejmé. Až příště půjdete na sonografické vyšetření, vzpomeňte si alespoň krátce na Lazzara Spallanzaniho a jeho netopýry. Jakým nevýslovným zázrakem by pro něj ultrazvukový přístroj asi byl? Od jeho skonu nás dělí 222 let.
Dnes už si bez ultrazvukové kontroly neumíme představit žádné bezproblémové těhotenství, natož to, které provázejí zdravotní potíže. Ale ještě v 70. letech minulého století to byla pro nastávají matky i porodníky doslova sci-fi. O ještě dřívějších rodičkách nemluvě. Do 18. století se těhotné prakticky nevyšetřovaly. Rodily 12 až 15krát za život, a pokud nastaly komplikace, modlily se a s pokorou přijímaly rány osudu. Ani dnes však není sonografie všemohoucí, s tím souhlasí i MUDr. Duchačová, která dodává:
"Jedinou nevýhodou sonografie je, že bývá subjektivní, v tomto směru zkrátka záleží na tom, kdo dané vyšetření provádí. Od toho se pak odvíjí celkový výsledek."
Zdroje: fnmotol.cz, fnbrno.cz, maminka.cz, eferrit.com, vlastní dotazování
