1. Fyzika ultrazvuku

1.1. Definice

Ultrazvuk je mechanické vlnění vyvolané vzájemným rozkmitáním elastických částic, jehož frekvence je vyšší než 20 kHz. Pro člověka tato frekvence leží nad hranicí slyšitelnosti.

fr_pasma
Obr. 1.1: Frekvenční pásma.

V závislosti na frekvenci se ultrazvukové vlnění dělí na tři kategorie, silový ultrazvuk s frekvencí 20–100 kHz, vysokofrekvenční s frekvencí do 100 kHz do 1 MHz a diagnostický ultrazvuk o frekvencích 1–500 MHz. V chemii se využívají frekvence od 20 do 100 kHz, tyto frekvence jsou schopny vyvolat kavitaci bublin. Zvířata k navigaci a komunikaci používají frekvence těsně nad 20 kHz. Pro detekci prasklin se využívají frekvence od 1 do 10 MHz, stejně jako k podvodní echolokaci a samozřejmě k diagnostice.

K tomu, aby mohlo dojít k přenosu je zapotřebí mít tři základní části – zdroj zvuku, prostředí, ve kterém se šíří a přijímač. Ve vakuu se zvuk nešíří.

Ultrazvuk je část (součástí) zvukového vlnění a má všechny jeho vlastnosti. Dělí se do čtyř rozdílných kategorií a to podélné vlny, příčné vlnění, povrchové a deskové, v závislosti na typu vibrací částic prostředí.

Mechanické vlnění a tedy i ultrazvuk můžeme popsat frekvencí nebo periodou, amplitudou, vlnovou délkou a rychlosti šíření.

popis
Obr. 1.2: Popis vlnění.
t čas – základní jednotkou je sekunda [s]
y výchylka
f frekvence – počet opakování (otáček) za jednotku času, základní jednotkou je Hertz [Hz], což je počet opakování za 1 s
T perioda – doba jedné otočky, základní jednotkou je sekunda [s]

Mezi frekvencí a periodou platí vztah:
frekvence frekvence

A amplituda – maximální výchylka, energie ultrazvuku, udávaná v decibelech [dB]
Am okamžitá amplituda – okamžitá výchylka
λ vlnová délka – délka jedné vlny, udávaná v mm
c rychlost šíření v m/s, platí vztah:
rychlost rychlost

Typ

Frekvence [Hz]

Vlnová délka [mm]

infrazvuk pod 20 100 000
slyšitelný zvuk 20–20 000 100 000–75
ultrazvuk 20 000–1 GHz 75–0,0015
diagnostický ultrazvuk 1 MHz–10 MHz 1,5–0,15
hyperzvuk nad 1 GHz pod 0,0015
Tab. 1.1: Vlnové délky ve vodě. []

Čím je prostředí hutnější (jeho částice jsou blíže k sobě), tím je rychlost vlnění větší. Nejpomaleji se tedy bude vlnění šíři v plynech, rychleji v kapalinách a nejrychleji v pevných tělesech. V lidském těle se rychlost šíření pohybuje kolem 1540 m/s.

Interaktivní animace vlnění: (K přehrávání je nutné stažení CDF přehrávače - stáhnout zdrama)

Interaktivní animace 1.1: Zvukové vlnění.

1.2. Vznik, zdroje ultrazvuku

V přírodě mohou být zdrojem ultrazvuku i různé generátory slyšitelného zvuku, jako například šum větru, hluk vodopádu apod. Dalším přírodním zdrojem může být hmyz (např. včely), netopýří, delfíni atd. Intenzita ultrazvuku je ovšem malá.

Zdrojem uměle vytvářeného ultrazvuku je ultrazvukový generátor. Pro ultrazvuky o malé intenzitě to jsou píšťaly, ladičky a sirény, ty jsou schopny vytvořit jen kmitočet max. do 200 kHz. Pro vyšší kmitočty jsou využívány elektromechanické (piezoelektrické) nebo magnetostrikční generátory (měniče).

Magnetostrikční měnič pracuje na principu změny rozměru feromagnetického materiálu při vložení do střídavého magnetického pole.

Při mechanickém namáhání piezoelektrického měniče vzniká na jeho plochách elektrické napětí (elektrický náboj). Naopak přivedeme-li napětí na piezoelektrický měnič dojde k jeho mechanickým změnám.

Video 1.1: Magnetostrikční a piezoelektrický měnič. [zdroj http://www.youtube.com]

1.3. Vlastnosti ultrazvuku

1.3.1. Šíření

Mechanické vlnění a tedy i zvuk se šíří ve všech skupenstvích látky pomocí vazeb mezi částicemi. Částice sama o sobě se nikam nešíří, ale přenáší energii kmitavého pohybu na sousední částice a dochází k šíření kmitu. Prostředí se nazývá pružným.

Rozlišujeme druhy šíření – stojaté a postupné. Postupné se dále dělí na postupné příčné a podélné. V plynech a kapalinách se zvuk šíří jako postupné podélné vlnění (kruhy na vodě). V pevných látkách se šíří postupným příčným vlněním (vibrace ladičky) i podélným. V živých tkáních se šíří stejně jako v tekutinách, tedy postupně podélně.

Video 1.2: Vlnění podélné, postupné, příčné. [zdroj http://www.youtube.com]

1.3.2. Rychlost

Rychlost zvuku závisí na prostředí, ve kterém se šíří. Pro vzduch o normální teplotě je rychlost šíření cca 340 m/s a je stejná pro vlnění všech frekvencích.

Rychlost šíření ultrazvukového vlnění je závislé na pružnosti a hustotě prostředí, kterým prochází [30].

rychlost rychlost
c – rychlost [m.s-1]
K – modul objemové pružnosti prostředí
ρ – hustota prostředí [kg.m-3]

Prostředí

Rychlost šíření [m/s]

vzduch 340
voda 1 480
lidské tělo 1 550
olovo 2 400
led 3 200
ocel 5 000
sklo 5 200
hliník 6 400
Tab. 1.2: Rychlost šíření zvuku v materiálech. []

Tkáň

Rychlost šíření [m/s]

plíce 600
tuk 1 460
játra 1 510
mozek 1 530
ledviny 1 550
sval 1 600
oční čočka 1 620
kostní dřeň 1 700
kost 3 600
lebeční kost 4 080
Tab. 1.3: Rychlost šíření zvuku v tkáních. []

1.3.3. Akustická impedance

Akustická impedance, nebo-li odpor prostředí je vyjádřen vzorcem:

akusticka_impedance akusticka_impedance
Z impedance [Pa.s.m-1]
c rychlost [m.s-1]
ρ hustota prostředí [kg.m-3]

Prostředí

Akustická impedance [Pa.s/m]

vzduch 0,00041
tuk 1,37
voda 1,49
mozek 1,58
játra, svalovina 1,66
kost 3,70–7,80
Tab. 1.4: Akustická impedance. []

1.3.4. Útlum, energie

1.3.5. Odraz, lom, útlum, ohyb

Mechanické vlnění při dopadu na rozhraní dvou prostředí o různých akustických impedancí se může zachovat několika způsoby, a to odrazem, lomem, útlumem nebo ohybem [30].

Odraz

K odrazu dochází na odrazových plochách, které jsou větší než je vlnová délka vlnění. Odraznými plochami se rozumí rozhraní materiálů s různou akustickou impedancí, ta je definována součinem hustoty a rychlosti vlnění v daném materiálu. Jestliže se vlnění od rozhraní odrazí, je úhel odrazu α2 roven úhlu dopadu α1 [30].

Zákon dopadu a odrazu:

zakon_odrazu

odraz
Obr. 1.3: Odraz vlnění.

Jestliže ultrazvuková vlna dopadne na rozhraní dvou vrstev s různou akustickou impedancí, částěčně se odrazí zpět ke generátoru UVZ (sondě). Odražená energie je přímo úměrná rozdílu akustických impedancí prostředí tvořící rozhraní [30].

Činitel odrazu - poměr akustického tlaku dopadající a odražené vlny:

cinitel_odrazu

K přijímači (ve vzdálenosti d) se odražená vlna dostává s časovým zpožděním t:

casove_zpozdeni

Při dopadu ultrazvuku na rozhraní dvou prostředí s různým akustickým odporem část vlnění projde, část se absorbuje a část odrazí [30].

Lom

V druhém případě, kdy vlnění prochází prostředími s rozdílnou rychlostí vedení ultrazvuku, dochází k lomu. Mechanické vlnění procházející z prostředí akusticky řidšího do prostředí akusticky hustšího, se láme ke kolmici. Naopak při průchodu z akusticky hustšího do řidšího prostředí se vlnění láme od kolmice. Opačně než je tomu u optiky [30].

Zákon lomu (Schnellův zákon):

zakon_lomu

Lom ke kolmici:

v1 - prostředí akusticky hustší
v2 - prostředí akusticky řidší
lom_ke_kolmici
Obr. 1.4: Lom ke kolmici.

Lom od kolmice:

v1 - prostředí akusticky řidší
v2 - prostředí akusticky hustší
lom_od_kolmice
Obr. 1.5: Lom od kolmice.

K úplnému odrazu dochází při přechodu z akusticky řidšího do akusticky hustšího prostředí. Jestliže vlnění dopadá pod úhlem, který se nazývá mezný úhel αm, pak se láme pod úhlem 90°. Pokud úhel dopadu je větší, než mezný úhel, pak se vlnění odráží podle zákona odrazu a neprochází do druhého prostředí.

absolutni_odraz
Obr. 1.6: Absolutní odraz.

Útlum

Průchodem ultrazvuku prostředím dochází k útlumu intenzity absorpcí (přeměnou na tepelnou energii) a rozptylem. Útlum vyjadřuje pokles amplitudy vlny podél její dráhy. Závisí na frekvenci. Vyjádříme-li intenzitu ultrazvuku v decibelech, můžeme pozorovat lineární pokles odražených vln [30].

utlum

utlum
Ix – výsledná intenzita
I0 – počáteční intenzita
2x – tloušťka vrstvy prostředí (odražené vlny se pohybují po dráze "tam a zpět")
α – lineární koeficient útlumu (přímo úměrný druhé mocnině frekvence) [30]

utlum

Vyjádřením intenzity ultrazvuku v dB, tedy logaritmu poměru prošlé a původní intenzity, amplitudy odražených vln klesají lineárně (obr. 1.7) [30].

utlum_prubeh
Obr. 1.7: Útlum ultrazvuku. [30]
utlum

Absorpce ultrazvukové vlny

Jestliže vlna prochází ztrátovým prostředím, dochází k absorpci energie přeměnou na teplo. Absorpce je přímo úměrná druhé mocnině frekvence. Čím je frekvence větší, tím je hloubka průniku ultrazvukového vlnění menší. Hloubka průniku pro frekvenci 3–5 MHz je cca 20 cm. Absorpce se zvětšuje se vzrůstající frekvencí, tedy opačně, než je tomu u záření rentgenového. Je nejmenší v měkkých tkáních, naopak v plicích a menších kostech je absorpce vysoká [30].

absorpce
p(x) – akustický tlak ve vzdálenosti x
p0 – akustický tlak u zdroje vlnění
α – absorpční konstanta
f – frekvence vlny

Tkáň

Absorpce

krev, sérum velmi nízká
tuk nízká
mozek, játra, ledvina, sval střední
kůže, šlachy, chrupavka vysoká
kost velmi vysoká
Tab. 1.5: Absorpce ultrazvukové vlny. []

Rozptyl

Pokud vlnění dopadne na plochu menší než je jeho vlnová délka (např. krevní buňky), dochází k rozptylu. Převládá v nehomogenním prostředí [30].

Hloubka průniku

Hloubka průniku závisí na frekvenci ultrazvukové vlny. Platí nepřímá úměrnost.

hloubka_pruniku
Obr. 1.8: Hloubka průniku.

1.4. Dopplerův jev

Dopplerův efekt popisuje změnu frekvence pohybujícího se objektu. Tento jev v běžném životě lze pozorovat např. u houkající sanitky. V případě, kdy sanitka stojí, její sirény vydávají zvuk s určitou frekvencí f. Jestliže se pohybuje směrem k pozorovateli, rychlost šíření vlnění a vozidla se sčítá a slyšíme zvuk s vyšší frekvencí. Naopak pohybuje-li se sanitka směrem od pozorovatele, od rychlosti šíření zvukových vln se rychlost vozidla odečítá a my slyšíme zvuk s nižší frekvencí.

Vysílá-li zdroj zvuku Z vlnění o frekvenci f=v/λ a jsou-li zdroj Z i přijímač P1 a P2 v klidu, dorazí k přijímači vlnění se stejnou frekvencí f=v/λ (za jednotku času dorazí stejný počet vlnoploch) [23]. (Obr. 1.8a)

doppler
Obr. 1.9: Dopplerův jev: a) zdroj i přijímač v klidu, b) zdroj v klidu, přijímač v pohybu, c) zdroj v pohybu, přijímač v klidu. Podle [23].

Dopplerův jev lze pozorovat při vzájemném pohybu zdroje zvuku a přijímače, mohou nastat tyto případy:

1. Zdroj zvuku je v pohybu a přijímač v klidu. (Obr. 1.8b)
Je-li přijímač P2 v klidu a zdroj vlnění se k němu přibližuje rychlostí w, vlnoplochy se před zdrojem zhušťují, jejich vzdálenost se zmenšuje a přijímač zachycuje zvuk s vyšší frekvencí [23].

doppler frekvence
Je-li přijímač P1 v klidu a zdroj vlnění se od něj vzdaluje rychlostí w, vzdálenost mezi vlnoplochami se zvětšuje a přijímač zachycuje zvuk s nižší frekvencí [23].
doppler frekvence

2. Zdroj zvuku je v klidu a přijímač v pohybu. (Obr. 1.8c)
Jestliže se přijímač P1 přibližuje ke zdroji vlnění rychlostí u, zachytí více vln a pozoruje zvuk s vyšší frekvencí [23].

doppler frekvence
Jestliže se přijímač P2 oddaluje od zdroje vlnění rychlostí u, dorazí k němu méně vln a pozoruje zvuk s nižší frekvencí [23].
doppler frekvence

Na tomto principu je založena ultrasonografická dopplerometrie.



Interaktivní animace Dopplerova jevu: (K přehrávání je nutné stažení CDF přehrávače - stáhnout zdrama)

Interaktivní animace 1.2: Dopplerův jev.

1.5. Intenzity UZV využívané v diagnostice

Využívaná intenzita (prostorově špičková, časově průměrná) v diagnostice je do 720 mW.cm-2, v oftalmologii do 50 mW.cm-2, záleží na použitém režimu zobrazení a vyšetřované tkáně. Do 1,5 W.cm-2 jde o bezpečné použití. V rozmezí 1,5 W.cm-2 až 3 W.cm-2 může dojít k vratnému poškození tkáně vysrážením kapének tuku. Nad 3 W.cm-2 dochází k nevratnému mechanickému poškození tkáně. V diagnostice se používají hodnoty kolem 10-10 W.cm-2. U terapeutického ultrazvuku se využívá intenzita maximálně do 10 % kavitačního prahu [27].

V medicíně se využívá ultrazvuk o frekvenci 1–10 MHz. K vyšetření tkání se používá ultrazvuk s různou frekvencí, např. pro vyšetření ledvin 2,5 MHz, játer a žlučníku 3,5 MHz, štítné žlázy 5 MHz, krkavice 7,5 MHz, oka až 30 MHz a v dermatologii až 50 MHz [27].

1.6. Polotloušťka

Polotloušťka je definována jako vzdálenost, na které klesne v daném prostředí vlnová amplituda na polovinu původní hodnoty [27].

Prostředí

Frekvence

Polotloušťka

vzduch 1 MHz 0,026 m
voda 1 MHz 14 m
Tab. 1.6: Velikost polotloušťky. [27]

1.7. Vznik ultrazvukového obrazu

Odraz ultrazvuku

odraz
Animace. 1.3: Odraz ultrazvuku.

1.8. Princip ultrasonografického zobrazování

Video 1.3: Princip ultrazvuku. [zdroj http://www.youtube.com]

2. Biologický efekt a bezpečnost

Přestože je ultrazvuk, na rozdíl od RTG, neionizujícím zářením, je nutné jej užívat s opatrností a uvážlivě. Biologické účinky ultrazvukového vlnění nebyly doposud zcela prozkoumány [30].

ALARA - As Low As Reasonably Achievable - tak nízké, jak je to jen rozumné (přiměřeně nízká expozice), volně přeloženo expozice tak nízká jak je to vzhledem k typu vyšetření možné [30].

2.1. Účinky ultrazvuku na živou tkáň

Ultrazvuk působí na tkáň: [27]

• mechanicky - prohřátí, rozkmitání, kavitace
• tepelně - absorpce energie
• fyzikálně chemicky - změna vlastností buněčných membrán
• chemicky - štěpení vysokomolekulárních látek
• biologicky - absorpce mechanické energie

Mechanické účinky

Šířením ultrazvuku prostředím dochází k rozkmitání jeho molekul a tím k rychlým změnám tlaku. K mechanickému poškození může docházet vlivem rychlého střídání lokálního tlaku, tzv. kavitací (vznik bublinky, které rychle kolabují) [27].

Při průchodu ultrazvuku tkáněmi se velká část energie přeměňuje na mechanickou, dochází k vibracím tkání a to má za důsledek zvětšení propustnosti buněčných membrán a zlepšení tkáňové difúze [27].

Pro frekvenci 1 MHz je nejoptimálnější hloubka pro mechanické účinky v 8 cm [27].

Tepelné účinky

Průchodem ultrazvuku tkání se část energie absorbuje, kinetická energie molekul tkání se zvětší a dojde ke zvýšení teploty [27]. Tohoto účinku je využíváno v ultrazvukové terapii.

Při léčbě tepelnými účinky ultrazvuku je rozhodující dávkování, pacient nesmí pociťovat bolest nebo velké teplo. Využívá se intenzity 0,7–3 W.cm-2 a frekvencí 800–1000 kHz pro povrchovou terapii a 100–300 kHz pro hloubkovou. Délka aplikace je od 2 do 5 min [27].

Fyzikálně chemické účinky

Pomocí ultrazvuku lze rozptýlit látky v jiných látkách, čehož lze využít např. při výrobě léčiv. V inhalační anestezii je pomocí této metody rozptýlena účinná látka (původně v kapalné podobě) ve vzduchu, vznikne aerorosol, který následně pacient vdechne [27].

Biologické účinky

Vlivem absorpce mechanické energie tkáněmi dochází k biologickým účínkům. Podstatná je velikost intenzity a frekvence. Intenzity do 3 W.cm-2 mají terapeutické účinky (jsou vratné), nad 6 W.cm-2 již dochází k nevratným tkáňovým změnám. Biologické účinky se dále dělí na aktivní a pasivní [27].

• aktivní - ultrazvuková energie přímo vyvolává mechanické účinky v tkáních, využívá se v terapii a chirurgii [27]
• pasivní - působením nízkých intenzit ultrazvukové energie nedochází k přímým účínkům na tkáně, využívá se v ultrazvukové diagnostice (ultrazvuková vlna průchodem tkáněmi získává informace o akustických vlastnostech prostředí) [27]

Výstupní výkon měniče

Výstupní výkon může být u každého přístroje různý. Přejdeme-li z B módu k barevnému zobrazení toku, výstupní výkon se zvýší. Při použití M módu je výstupní výkon nízký, ale ve vyšetřované oblasti dochází k relativně velké absorpci dávky (svazek ultrazvuku je stacionární) [30].

K předcházení rizika nebezpečné expozice byly zavedeny mechanický MI a tepelný index TI. Pro každý orgán jsou jejch hodnoty různé, při vyšetření ultrasonografem jsou tyto hodnoty zobrazeny na monitoru a neměly by být překročeny [30].

mechanický index MI [W.cm-2, MHz-1/2] - vyjadřuje stupeň nebezpečí poškození tkáně kavitací a je závislý na frekvenci a energii vyslaného ultrazvukového vlnění [29]. Použitím echokontrastních látek se nebezpečí zvyšuje.

mi mi

tepelný index TI - poměr nastaveného výstupního výkonu k energii, která by způsobila zvýšení teploty tkáně o 1° C [29].

2.2. Intenzity UZV využívané v diagnostice

Přejít na kapitolu.

2.3. Šíření ultrazvuku v tkání a odrazivost tkání

3. Kontrastní látky v ultrazvukové diagnostice

Hlavní výhody ultrazvuku jsou především nízké náklady na vyšetření a relativně nízké náklady na vybavení. Velkou výhodou také je, že ultrazvuk je nejvíce přenosný ze všech zobrazovacích metod [24].

První zmínka o použití ultrasonografických kontrastních látek, ke zvýšení rozptylu krve, je z roku 1968. Pozorován byl kontrast po aplikaci fyziologického roztoku do aorty během srdeční katetrizace. To bylo způsobeno vzduchovými mikrobublinami vzniklé kavitací během injekce roztoku. Od té doby bylo úsilí věnováno klinicky relevantních USG kontrastních látek tzv. mikrobublin. První problém byla nízká stabilita a velikost mikrobublin, které musí být schopné průchodu plicním oběhem po intravenózní aplikaci, což vyžaduje průměr mikrobublin menší než 10 μm. Stabilita a účinnost se vyřešila zapouzdřením mikrobubliny [24].

Mikrobubliny jsou menší než červené krvinky (průměr 3–10 μm) a jsou složeny z pláště, který je z netoxických přírodních nebo syntetických biologických rozložitelných materiálů jako je protein, lipidy nebo polymer, a z malého množství inertního nereaktivního plynu nízké rozpustnosti (vzduch, perfulocarbon, fluorid sírový). Plášť je navržen tak, aby snížil difúzi plynů do krve, tloušťka stěny se mění od 10–200 nm. Tyto složky se ukázaly pro pacienta jako neškodné, na rozdíl od JKL, které mohou vést k nefrotoxicitě či GdKL u kterých je riziko vzniku nefrogenní systémové fibrózy [24].

system_mikrobublin
Obr. 1.10: Systém mikrobublin. [24]
"Rozdělení dle obsahujícího plynu a materiálu pláště: [24]

1. Mikrobubliny plněné vzduchem
• v plášť – galaktóza (Echovist®, Levovist®)
• plášť – albumin (Albunex®, Quantison®, Myomap®)
• plášť – kyanoakrylát (Sonavist®)

2. Mikrobubliny plněné perfulocarbonem
• plášť – fosfolipid (BR14®, Definity®, Imavist®, Sonazid®)
• plášť – albumin (Optison®)
• fázový přechod – EchoGen®

3. Mikrobubliny plněné fluoridem sírovým
• SonoVue® "

"Ultrazvukové kontrastní látky mohou být také klasifikovány na základě jejich farmakokinetických vlastností a účinnosti následovně: [24]

1. Non-transpulmonary USG KL
– mikrobubliny neprojdou kapilárním řečištěm do plic po intravenózní injekci
– mají krátké trvání účinků
– Albunex®, Levovist®, Sonazoid®

2. Transpulmonary USG KL s krátkým poločasem
– životnost mikrobublin < 5 min po intravenózní bolusové injekci
– mikrobubliny jsou dostatečně malé a stabilní
– produkují slabé signály pomocí harmonického zobrazení při nízkém akustickém výkonu
– Optison®, SonoGen®, SonoVue®

3. Transpulmonary USG KL s delším poločasem
– životnost mikrobublin > 5 min po intravenózní bolusové injekci
– produkují vysoké signály pomocí harmonického zobrazení při nízkém akustickém výkonu
– EchoGen®"

V praxi se ultrazvukové KL používají k hodnocení ložiskových lézí parenchymatózních orgánů, především jater, kdy na základě charakteru a kinetiky sycení přispívají k diagnostice ložisek. Aplikace mikrobublin je užitečná v zobrazení dalších orgánů (ledviny, prsu, prostaty a dělohy) a dutin (močový měchýř, močovody, vejcovody a abscesy). KL mohou být také použity ke zvýšení Dopplerovských signálů, především hlavních tepen a žil [24].

3.1. V praxi používané USG KL

V České republice dosud není metoda ultrazvuku s použitím kontrastní látky tak rozšířená jako u CT nebo MRI vyšetření. USG KL se aplikují pouze na některých specializovaných pracovištích. První kontrastní látkou schválenou pro Evropu byl v roce 1991 přípravek Echovist®. Dnes je pro praxi schválen Optison® a SonoVue®. Dříve také EchoGen®, který byl ovšem v roce 2000 z evropského trhu stažen [24].

3.1.1. SonoVue®

Kontrastní látka SonoVue od firmy Bracco je prášek pro přípravu injekční disperze s rozpouštědlem. Balení SonoVue obsahuje 1 injekční lahvičku obsahující 25 mg lyofilizovaného prášku, 1 předplněnou injekční stříkačku obsahující 5 ml chloridu sodného a 1 přenosový systém typu Mini-Spike. SonoVue se musí nejprve před použitím připravit, a to vstřiknutím 5 ml injekčního roztoku chloridu sodného 9 mg/ml (0,9 %) skrz zátku injekční hlavičky s lyofilizovaným práškem. Prudké protřepání po dobu 20 sekund má za následek tvorbu mikrobublin fluoridu sírového o průměru okolo 2,5 μm. Po rozpuštění obsahuje 1 ml výsledného roztoku 8 μl fluoridu sírového v mikrobublinách, což odpovídá 45 μg. Fluorid sírový (SF6) je inertní, neškodný plyn, těžko rozpustný ve vodných roztocích. Rozpouští se v krvi a je následně vydechován. Eliminační poločas přípravku je 6 minut a více než 80 % sloučeniny je vydechnuto do 11 minut po podání [24].

SonoVue je diagnostická transpulmonární echokardiografická kontrastní látka k použití u pacientů s podezřením nebo s prokázaným kardiovaskulárním onemocněním k zvýraznění srdečních dutin a ke zvýraznění hranice endokardu levé komory. Přípravek SonoVue se také aplikuje při Dopplerovském zobrazení makrovaskulatury (mozkové tepny, karotida, periferní tepny, portální žíla) a mikrovaskulatury (zlepšuje zobrazení cévního systému jaterních a prsních lézí během Dopplerovské sonografie, což vede k přesnější charakterizaci lézí). SonoVue poskytuje výrazné zvýšení signálu na déle než 2 minuty pro B-režim zobrazování pro echokardiografii a na 3–8 minut pro Dopplerovské zobrazení makrovaskulatury a mikrovaskulatury [24].

Bezpečnost a efektivnost SonoVue u pacientů mladších 18 let, těhotných a kojících žen nebyla dosud prokázána, proto se aplikace těmto pacientům nedoporučuje. U dospělých pacientů je doporučená dávka u Dopplerovského vyšetření cév 2,4 ml, u B-režimu zobrazení srdečních dutin nebo při zátěži 2 ml. SonoVue by neměl být také podáván pacientům s přecitlivělostí na jakoukoli složku přípravku, především na fluorid sírový. Podání také není vhodné u pacientů s umělou plicní ventilaci a pacientů s nestabilními neurologickými poruchami. Zvýšenou péči je třeba věnovat pacientům s ischemickou chorobou srdeční, jelikož alergoidní a vasodilatační reakce mohou u těchto pacientů vést k ohrožení života [24].

Doppler

B–režim, zátěž

dospělý 2,4 ml 2 ml
dítě
Tab. 1.7: Doporučené dávkování SonoVue®. [24]

Nežádoucí účinky se po podání objevují jen výjimečně a patří mezi ně např. bolesti zad a hlavy, nevolnost nebo cévní poruchy jako je zčervenání pacienta. Mezi vzácnými reakcemi se vyskytuje nespavost, zánět obličejových dutin, rozmazané vidění. K smrtelným následkům vedlo jen ve velmi vzácných případech a to u pacientů se závažnými srdečními komplikacemi [24].

3.1.2. Optision®

Optison firmy GE Healthcare je transpulmonární echokardiografická kontrastní látka, která způsobuje zvýraznění kontrastů srdečních komor, zlepšení prokreslení endokardu, zesílení Dopplerovského signálu, vizualizaci pohybů stěn a průtoku krve uvnitř srdce. Léčivou látkou jsou mikrosféry obsahující perflutren z teplem zpracovaného lidského albuminu. Tyto částice mají průměr 2,5–4,5 μm. Přibližné množství perflutrenového plynu v 1 ml Optisonu je 0,19 mg. Mikrosféry jsou díky své velikosti stabilní a vykazují silně zvýšenou echogenitu také v levých srdečních dutinách. Lahvička obsahuje čirou kapalinu – spodní vrstvu a bílou horní vrstvu, která po promíchání poskytuje homogenní, neprůhlednou, mléčně bílou suspenzi pro intravenózní injekci určenou k jednorázovému použití [24].

Doporučená dávka Optisonu je 0,5–3 ml na pacienta. Dávka 3 ml je ve většině případů dostačující, ale může nastat situace, kdy je potřeba vyšší dávky. Celková podaná dávka pacientovi nesmí však překročit množství 8,7 ml. Trvání vhodného kontrastního efektu při doporučené dávce je 2,5–4,5 minuty. Tato doba je postačující na provedení kompletního echokardiografického vyšetření včetně Dopplerovského vyšetření. Pro optimalizaci účinku kontrastní látky se ihned po aplikaci Optisonu podává 10 ml 9 mg/ml injekčního roztoku chloridu sodného. Eliminace přípravku Optison je velmi rychlá (< 10 min) [24].

Kontraindikace podání Optisonu u pacientů s hypersenzitivitou na léčivou látku a u pacientů s plicní hypertenzí se systolickým tlakem v plicnici > 90 mmHg. U mladistvých ve věku do 18 let nebyla dosud stanovena bezpečnost a účinnost přípravku. Podání Optisonu také není bezpečně prokázáno u kojících a těhotných žen, nicméně vzhledem k tomu, že Optison je vyroben na bázi lidského albuminu, je velmi nepravděpodobný nějaký nepříznivý vliv na těhotenství. Nežádoucí účinky jsou vzácné a většinou nezávažné. Nejčastěji (1 až 10 pacientů ze 100) se po podání lidského albuminu jednalo o přechodnou změnu chuti, nevolnost, vyrážky, bolest hlavy, zvracení, zimnicí a horečku [24].

Přípravek Optison je důležité uchovávat ve svislé poloze v chladničce (2–8 °C) a podávat o pokojové teplotě 25 °C. Přípravek musí být použit do 30 min po propíchnutí gumové zátky [24].

3.1.3. Echovist®

Echovist se stala v roce 1991 první schválenou ultrazvukovou kontrastní látkou v Evropě. Přípravek obsahuje vzduchem plněné mikrobubliny, které jsou stabilizovány pomocí pláště z galaktózy. Přestože střední průměr těchto částic je okolo 2 μm, stabilita přípravku není dostatečná k průchodu přes plicní oběh po intravenózní injekci. Tato látka umožňovala zobrazení pravého srdce a používala se také k posouzení průchodnosti vejcovodů [24].

3.1.4.EchoGen®

Ultrazvuková kontrastní látka EchoGen byla v roce 2000 stažena z evropského trhu a není tedy v České republice v praxi aplikována. Tato látka sloužila k srdeční diagnostice a patří do skupiny s přechodovým dějem, při kterém materiál mění fyzickou podobu, z kapaliny na plyn. Přípravek obsahoval taktéž mikrobubliny s průměrem okolo 3–8 μm [24].

3.2. Nežádoucí účinky

Ačkoliv se v dnešní době používají velmi dobře tolerované kontrastní látky, vyskytuje se řada nežádoucích reakcí, kterým je důležité předcházet, případně léčit. Nežádoucí reakce může nastat pouze u některých pacientů a může způsobit různé nežádoucí účinky. Nežádoucí reakce se rozdělují na nonrenální, renální a jiné (těhotenství, kojení) nebo dělení podle frekvence výskytu na časté, méně časté a vzácné nežádoucí reakce [24].

3.2.1. Nežádoucí reakce podle četnosti výskytu

Rozdělení nežádoucích reakcí podle frekvence výskytu se uvádí v souhrnu údajů o přípravcích, kde jsou nežádoucí účinky pozorovány v klinických studiích a dělí se na časté, méně časté a vzácné. V kategorii „není známo“ jsou uvedeny nežádoucí účinky, které byly pozorovány pouze v postmarketingovém sledování a pro které frekvence výskytu nelze určit [24].

Mezi časté nežádoucí účinky patří bolesti hlavy a nauzea (nevolnost), které postihnou 1–10 pacientů ze 100 pacientů [24].

Mezi méně časté nežádoucí účinky patří poruchy nervového systému (závratě, parestázie), poruchy kůže a podkožní tkáně (erytém, vyrážka), respirační poruchy (dyspnoe), gastrointestinální poruchy (zvracení) a také reakci v místě pichu injekce. Vyskytují se u 1–10 pacientů z 1000 pacientů [24].

Mezi vzácné nežádoucí účinky patří třes, tachykardie, palpitace a ztráta vědomí. Tyto účinky se vyskytují u 1–10 pacientů z 10000 pacientů [24].

V kategorii „není známo“ se objevují nežádoucí účinky jako je srdeční zástava, nefrogení systémová fibróza, anafylaktoidní reakce (anafylaktoidní šok, bronchospasmus, hyperhidróza, bledost a jiné) [24].

Test č. 1

1. Jaká je frekvence ultrazvuku?




2. V jakém prostředí se zvuk šíří nejrychleji?




3. Jakým způsobem se šíří zvuk v pevných látkách?




4. Jaké frekvence ultrazvuku se využívají v diagnostice?




5. K čemu nelze použít tzv. Dopplerův jev?




6. Jaká bude vlnová délka ultrazvuku o frekvenci 2 MHz při rychlosti šíření ultrazvuku krví 1570 m/s?




7. Odstup užitečného signálu od šumu (signal-to-noise ratio, SNR) je definován jako:




8. Průchodem 3 polotloušťkami intenzita UVZ svazku




9. Průchodem 4 polotloušťkami intenzita UVZ svazku




10. První materiál má polotloušťku útlumu 2 cm, druhý 1,5 cm. Ultrazvuk prochází 4 cm vrstvou z prvního, následně
4,5 cm vrstvou druhého materiálu. O kolik dB bude utlumen prošlý svazek (odraz na jejich rozhraní neuvažujte)?




11. Kolik polotlouštěk má vrstva materiálu, na níž se intenzita ultrazvuku změní o -12 dB?




12. Jaké vlastnosti má ultrazvukové vlnění?




13. Co je to piezoelektrický jev?




14. Jaká jsou hlavní výhody ultrazvuku oproti jiným vyšetřovacím metodám?




15. Jaké nežádoucí účinky má ultrazvuková diagnostika?




16. Jaké vlastnosti má kontrastní látka?






« zpět další »