Princip kontrastnho ultrazvuku Petr Ndenek 1 Martin Sedl

Princip kontrastního ultrazvuku Petr Nádeníček 1 Martin Sedlář 2 1 Radiologická klinika LF MU a FN Brno 2 Biofyzikální ústav LF MU Brno

Akustická impedance n n n akustický vlnový odpor prostředí odpor, který klade prostředí ultrazvuku rozhodující veličina při odrazu a lomu uz vln na akustických rozhraních z. . . akustický vlnový odpor N. s. m– 3 v. . . akustická rychlost m. s– 1 p. . . akustický tlak Pa ρ. . . hustota prostředí kg. m– 3 c. . . rychlost šíření ultrazvuku prostředím m. s– 1 Rozdíly rozdíly v akustické impedanci jsou základním předpokladem jakéhokoliv uz zobrazení (např. dvourozměrného nebo

Akustická impedance, rychlost šíření zvuku n závisí na hustotě prostředí Rychlost m. s– 1 Akustická impedance Pa. s. m 1 * Vzduch 330 0, 0004 Destilovaná voda 1480 1, 52 Sklivec 1532 – Játra 1550 1, 62 Měkké tkáně 1550 1, 65– 1, 74** Ledviny 1560 1, 62 Kost 3500 3, 75– 7, 38 Prostředí **svalová tkáň * Hrazdira I. a L. , Malý, Z. Nevrtal M. , Toman J. , Veselý T. : Úvod do ultrazvukové diagnostiky, Brno, 1993 (Wells, 1977)

Koeficient odrazu a přenosu uz energie n vztah vyjadřující poměr intenzit odražené a dopadající UZ vlny na rozhraní dvou tkání o rozdílné ak. impedanci: -1 měkké tkáně 1, 65 Pa. s. m vzduch 0, 0004 Z 1 1 Z 2 R … činitel odrazu z … akustická impedance 1, 2 … různá prostředí blízký 1. . . vysoký odraz 2 akustické rozhraní CEUS Čech, E. a spol. : Ultrazvuk v lékařské diagnostice a terapii. 1982, s.

Mechanický index - MI n n vyjadřuje stupeň nebezpečí poškození tkáně kavitací závisí na frekvenci a energii vysílaného ultrazvuku MI < 1, 9 MI < 0, 23 – v oftalmologii n n Pr 3 – akustický tlak v hloubce Zsp - hloubka fc – střední frekvence ultrazvuku v MHz Leighton T. G. 1989, Gavrilov L. R. 1988, Holland

ODS – Output Display Standard n n n MI – mechanický index TI – tepelný index přenesení zodpovědnosti na lékaře

Definice kontrastní látky n Kontrastní látka je skupina definovaných částic, které se aplikují do organismu (krevní oběh, dutiny, aj. ), za účelem zvýšení zpětného odrazu ultrazvukového vlnění od jejich povrchu.

Kontrastní látky – proč? n Zvyšování kontrastu UZ zobrazení. q q q n KL mohou nahradit řadu zobrazovacích modalit q q n Zlepšení koeficientu signál – šum Snaha zesílit odrazivost struktur zvyšují echogenitu proudící krve Sonasoi d CT MR KL mohou nahradit intervenční metody q q angiografie kardiologie n n n Arteriální fáze - začíná ~8 -15 s po aplikaci; MI (orientace), pak MI Porto-venózní fáze - 10 -25 s MI Pozdní fáze - 1 -5 min. Úprava MI dle zobrazení. q q MI 0, 11 - zobrazení okolních oblastí MI 0, 07 - centrace na lézi

Jaké částice Galaktózové mikročástice n n n vodné roztoky emulze suspenze n enkapsulovné bubliny - mikrobubliny průchod kapilárami plicního řečiště

Fluorid sírový (též hexafluorid síry, někdy označovaný podle vzorce SF 6) je bezbarvá, plynná, anorganická chemická látka se vzorcem SF 6. Emilio Quaia: Microbubble ultrasound contrast agents: an update. European Radiology. August 2007, Volume 17, Issue 8, pp 1995 -2008

Mikrobubliny n n n velikost do 7 µm chovají se jako krvinky mikrobubliny neextravazují nepřestupují endotel n nedochází k interstitiální fázi q blood pool agent n odražený signál demontruje přítomnost cévy pod UZ rezonují lze je i „rozbít“ – záleží na MI n 100 milion krát vyšší odrazivost mikrobublin než krve. q Rozdíl akustických impedancí krve a mikrobublin. 20 x zvětšení, optický mikroskop, bílá šipka Sono. Vue, černá šipka

® Farmakokinetika - Sono. Vue n Rychlé vyloučení plícemi ("vydýchá se") q n n 40 -50 % během 1 minuty. Eliminace 80 -90 % bublin do 11 minut. Eliminace obdobná u mužů a žen q není závislá na dávce. Sono. Vue®. Příbalový leták.

Mikrobubliny n Při srážce UZ vlny s mikrobublinou q dojde k oscilaci bubliny n q n n asymetrická nelineární oscilace (rezonance) generují se akustické vlny složené z vyšších a nižších zejména harmonických frekvencí stlačení je kvůli plynné náplni limitováno expanze je mnohem větší nežli komprese (poloměr bubliny se zvětší až o několik set %)

Velikost MI n Nízká energie (MI < 0, 2) q q q ultrazvukové vlnění se od mikrobublin jen odrážejí bubliny nerezonují, jejich velikost se nemění Hrazdira I. : Úvod do ultrasonografie. 1998. S. Moir, T. Marwick: Review. Combination of contrast with stress echocardiography: A practical guide to methods and interpretation. Cardiovascular

Velikost MI n Střední energie MI (0, 2 -1, 0) q q bubliny dostávají do rezonance s frekvencí dopadajících uz impulzů nelineární asymetrická oscilace n vznik vyšších harmonických frekvencí (f, 2 f, …) Hrazdira I. : Úvod do ultrasonografie. 1998. S. Moir, T. Marwick: Review. Combination of contrast with stress echocardiography: A practical guide to methods and interpretation. Cardiovascular

Velikost MI n Vysoká energie MI > 1 q q - bubliny se roztříští a zanikají vznik velkého množství zejména harmonických frekvencí n 1/2 f, f, 2 f, 3 f, 4 f Hrazdira I. : Úvod do ultrasonografie. 1998. S. Moir, T. Marwick: Review. Combination of contrast with stress echocardiography: A practical guide to methods and interpretation. Cardiovascular

Vyšetřování s nízkým MI (<1) umožňuje dynamické zobrazení vplavení (wash-in) KL do tkáňových struktur a její vyplavení (wash-out) zpřesnění ložiskových lézí možnost záznamu všech vaskulárních fází (arteriální, portovenózní, pozdní) n n n Vyšetřování s vysokým MI (>1) n n n Stimulovaná akustická emise (SAE) Zvýšení MI vede v poslední fázi k destrukci bublin u KL s rychle rozpustnými plyny Hrazdira I. : Úvod do ultrasonografie. 1998

Harmonické zobrazení

Harmonické zobrazení n n n Detekce druhého harmonického kmitočtu a potlačení základního kmitočtu vysílaného sondou Výrazné zlepšení poměru signál-šum Zvýšení kontrastu a prostorového rozlišení Kmitáním bublin KL vpravených do krevního oběhu Kmitáním samotných tkáňových struktur v důsledku nelineárního šíření ultrazvuku ve tkáních Rozlišuje se harmonické zobrazení kontrastní a přirozené

Kontrastní harmonické zobrazení

Pulzní harmonická inverze PI

Pulse inversion harmonic imaging n n n n Dva zrcadlové pulsy s rozdílnou fází rychle za sebou. Sonda detekuje odražené pulsy a sečte je. Pro normální tkáň je tak signál = 0. Mikrobubliny však odráží asymetricky, nelineárně. Harmonická složka Nízký MI <0, 2 detekce uz vln (tj. ech ~ signálů) v celém rozsahu frekvencí, včetně základních i harmonických

Power modulation PM

n n n Power modulation Alternativou ke změně fáze UZ vlnění je změna jeho amplitudy (PM) V subtrahovaném spektru je pak zachycena nelineární složka základní frekvence (vyslané uz vlny) Signál pozadí pak není potlačen zcela, nicméně je nízký oproti harmonickému Využívá se pro hlouběji uložená ložiska, případně při vyšetřování cirhotických jater apod. Nevýhodou je poněkud nižší rozlišení oproti PI M. Bruce, M. Averkiou, J. Powers: Ultrasound contrast in general imaging research. 2007 Koninklijke Philips Electronics N. V. 4522 962 11481/795 * MAY 2007.

Power modulated pulse inversion PMPI

Power modulated pulse inversion (PMPI) n n n Kombinace obou předchozích metod někdy nazývána Contrast pulse sequence (CPS) Během pulsů se zde mění jak amplituda tak fáze, rovněž pak dochází k subtrakci signálu Výhodou je, že druhá harmonická echa jsou relativně zachována (v souvislosti s PI) PMPI detekuje nelineární signál jak základní, tak druhé harmonické frekvence J. Powers 1, T. R. Porter 2, S. Wilson 3, M. Averkiou 1, D. Skyba 1 and M. Bruce 1: Ultrasound contrast imaging research. MEDICA MUNDI 44/2 November 2000

Q-LAB

Děkuji za pozornost