Ultrasonografia, co to jest? Podstawy, zastosowania i znaczenie

Co to jest ultrasonografia? To całkiem jeszcze młoda dziedzina diagnostyki obrazowej, posiadająca mnóstwo zalet i atutów dla pacjentów. Dzięki ultrasonografii jesteśmy w stanie zajrzeć w niemal każdy zakamarek ciała. Badanie ultrasonograficzne, co to jest? To metoda, która niejednokrotnie ratuje życie pacjentowi, będąc przy tym badaniem bezpiecznym, które jest całkowicie pozbawione ryzyka jakiejkolwiek szkodliwości.

Czym jest ultrasonografia – definicja

Początkowo badań ultradźwiękowych używano jedynie w technice do wykrywania uszkodzeń zmęczeniowych stali, a zwłaszcza szyn i kół kolejowych. Dopiero później, w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych okazało się, że tej samej metody można użyć do obrazowania wnętrza ciała pacjenta. Dlatego pytając „co to jest ultrasonografia” musimy zawęzić to pojęcie do „zastosowań obrazowych w medycynie”,

Słowo „ultrasonografia” zawiera w sobie trzy składniki:

• „ultra -”, czyli z łaciny „ponad”, przedrostek oznaczający „znacznie więcej”, ale w połączeniu z „sono” nie oznacza to „naddźwiękowy” (np. samolot), ale oznacza dźwięki o częstotliwościach na tyle wysokich, że już niesłyszalnych dla ludzkiego ucha, czyli powyżej 20 000 okresów ciśnienia akustycznego na sekundę. Najniższe częstotliwości ultradźwięków w ultrasonografii medycznej są aż 50 razy wyższe od tej granicy,
• „- sono -”, pochodzi z greckiego słowa „sōnos”, oznaczającego „dźwięk”,
• „- grafia” , co oznacza z greckiego „pisownię” „zapis”, co w połączeniu z „sono” daje „zapis dźwiękiem”

Chyba najprostszą definicją ultrasonografii (w medycynie) będzie zatem: „Metoda zobrazowania tkanek i przepływów w ciele dzięki użyciu ultradźwięków”.

Rodzaje USG

Sam skrót – USG co to – jest wieloznaczny i może oznaczać „ultrasonografię” lub „ultrasonograficzny” lub „ultrasonograf” lub nawet potocznie może oznaczać badanie ultrasonograficzne. Co to jest USG w tym kontekście? Po prostu badanie. W tym artykule wymienimy tylko kilkadziesiąt podstawowych rodzajów badań chociaż cała lista to kilkaset różnych pomiarów, obliczeń i badań ultrasonograficznych. Żaden lekarz nie musi znać, a już na pewno nie musi używać ich wszystkich.

Siedem podstawowych typów głowic umożliwia lekarzom wykonywanie m.in. następujących rodzajów badań:

Badanie USG głowicą convexową (zwaną też przezbrzuszną)

Tą głowicą wykonuje się badania jamy brzusznej i jej poszczególnych narządów, badania urologiczne, ginekologiczne, położnicze oraz badania przepływów krwi w tętnicach i żyłach (np. w aorcie) oraz w narządach (np. przepływy miąższowe w nerkach). Głowica ta służy też do badań twardości tkanek w znaczeniu ich twardości „palpacyjnej” („dotykowej”). Jedno z takich badań USG nazywa się elastografią wątroby. Na czym polega USG, elastografia wątroby? Pozwala ona wykryć nawet malutkie, kilkumilimetrowe obszary o podwyższonej twardości „palpacyjnej” i dokładnie, powtarzalnie zmierzyć twardość tych obszarów w jednostkach ciśnienia (w kPa – kilopaskalach). Najnowsze badania ultrasonograficzne umożliwiają nawet pomiar i wizualizację niezwykle wolnych przepływów krwi w kapilarach o średnicy kilkudziesięciu mikrometrów. Takie badania pozwalają badać dynamikę i kierunek rozrostu choroby nowotworowej oraz różnicować obszary objęte zapaleniem.

Badanie USG głowicą objętościową conveksową

Tą głowicą wykonujemy prawie wszystkie te badania co głowicą convexową, ale najczęściej bez badań elastograficznych. Głowica ta pozwala na ultrasonograficzną analizę tomograficzną (warstwa po warstwie) w onkologii i radiologii. Dodatkowo głowica ta pozwala wykonywać wizualizacje powierzchniowe twarzyczki i różnych części ciała płodu. Takie wizualizacje do złudzenia przypominają zdjęcia wirtualną kamerą albo zdjęcia z aparatu zwanego fetoskopem. Takie głowice pozwalają także na niezwykle zaawansowane technologicznie badanie echokardiograficzne serca płodu niemożliwe do uzyskania żadną inną techniką.

Badanie USG głowicą liniową

Co to jest USG głowicą liniową? Badania głowicą liniową obejmują nie tylko badania poszczególnych gruczołów jak np. tarczycy, jąder czy sutków, ale także wszelkich struktur i przepływów powierzchownych od skóry aż do głębokości ok. 8-10 cm w głąb ciała. Ultrasonografia, co to w tym przypadku? W przypadku USG głowicy liniowej jest to wszechstronna metoda, dzięki której można obrazować właściwie narządy całego ciała poza jamą brzuszną i poza sercem. Badamy więc np. stawy kolanowe, ślinianki, węzły chłonne, przepływy obwodowe tętnicze i żylne a nawet gałki oczne, złamania żeber czy mięśnie twarzy przed i po operacjach plastycznych. Z kolei u noworodków głowicą liniową nie możemy badać jedynie serca oraz mamy pewne problemy podczas badania mózgu przezciemiączkowo; wszystkie inne badania włącznie z jamą brzuszną, możemy wykonywać głowicą liniową.

Badanie USG głowicą endowaginalną

A więc transwaginalne badanie ultrasonograficzne, co to jest? W tym przypadku głowice USG pozwalają na przezpochwowe badania miednicy mniejszej, w tym macicy, przydatków i pęcherza moczowego. Transwaginalna ultrasonografia – na czym polega w pierwszym trymestrze ciąży? W tym przypadku jest to również pełne badanie położnicze płodu, w tym wszelkie badania przepływów, mózgu oraz echokardiografia serca płodu.

Badanie USG głowicą endowaginalną objętościową

Te głowice umożliwiają te same możliwości diagnostyczne co głowice endowaginalne plus dodatkowo w pierwszych trymestrach ciąży pozwalają na powierzchniową wizualizację twarzy, rączek i całej powierzchni ciała płodu nawet w czasie rzeczywistym (w ruchu) a także na tomograficzne badania ciała płodu, czyli analizę obrazu warstwa po warstwie.

Badanie USG głowicą sektorową (fazową)

Pozwalają one lekarzom wykonywać wszelkie badania serca i to zarówno echokardiografię mięśnia sercowego, zastawek, wielkich naczyń jak i badania przepływu krwi (tzw. badania dopplerowskie serca zwane też Dopplerem). Głowice te wraz ze stosownym oprogramowaniem umożliwiają również badania kurczliwości mięśnia sercowego, które mogą wykazać miejscowe upośledzenie kurczliwości po przebytym zawale. Istnieją głowice sektorowe dla dorosłych i dla dzieci, różniące się zakresem częstotliwości i zasięgiem badania. Pediatryczną głowicą sektorową możemy badać mózgowie noworodka poprzez niezrośnięte ciemiączko, chociaż najlepiej badać je ostatnim z siedmiu omawianych typów głowic ultrasonograficznych – głowicami mikroconveksowymi.

Badanie USG microconveksową

Głowice te pozwalają na szeroki wgląd przez ciemiączko do mózgowia noworodka, także dla badań dopplerowskich oraz na szeroki wgląd podczas badań jamy brzusznej u noworodków. To chyba najmniej uniwersalne głowice w ultrasonografii, spotykane niemal jedynie na oddziałach neonatologicznych.

Jak wygląda badanie USG? Na czym polega?

Przed badaniami USG czasami należy przyjść na czczo, a czasami należy się pokazać z pełnym pęcherzem. Należy zawsze się upewniać jak przygotować się do badania. Typowe badanie ultrasonograficzne odbywa się w zaciemnionej pracowni USG gdzie pacjent kładzie się na leżance. Dobrze, żeby sala była przyciemniona, żeby lekarz widział więcej niuansów obrazu i słyszał więcej szczegółów sygnału dopplerowskiego podczas badania.

Badanie przezskórne polega na przesuwaniu czoła głowicy po ciele pacjenta z użyciem żelu kontaktowego – dzięki niemu nawet najcieńsza warstewka powietrza nie blokuje przechodzenia fali ultradźwiękowe. W każdym miejscu głowica rozsyła impulsy ultradźwiękowe i zbiera sygnały echa, z których superczułe układy wejściowe jednostki centralnej tworzą obrazy w czasie rzeczywistym, reprezentujące przekrój ciała pacjenta na wprost czoła głowicy.

Co chwilę lekarz zatrzymuje badanie. Wtedy obraz na ekranie zostaje „zamrożony”, nieruchomieje i można na nim dokonywać prostych pomiarów oraz bardzo skomplikowanych obliczeń z użyciem wbudowanych w oprogramowanie ultrasonografu wzorów, tabel i algorytmów. Można też taki obraz z wynikami pomiarów opisać używając klawiatury jednostki centralnej a nawet wysłać na serwer szpitalny i udokumentować na papierze termoczułym dzięki wideoprinterowi, który jest zawsze na wyposażeniu pracowni USG.

Po badaniu pacjent wyciera się ręcznikami papierowymi, a lekarz delikatnie usuwa żel z powierzchni głowicy. Podczas badań endowaginalnych przed wprowadzeniem głowicy osłania się ją sterylną, jednorazową osłonką tak, że badanie jest w pełni septyczne i bezpieczne pod względem epidemiologicznym.

Odpowiadając na pytania typu: badanie ultrasonograficzne, co to jest? Co to USG? Na czym polega USG? warto podkreślić jego nieinwazyjność a przede wszystkim BEZPIECZEŃSTWO.

Zastosowanie i znaczenie ultrasonografii

W Polsce obserwujemy szybki rozwój ultrasonografii od przełomu lat 70-tych i 80-tych. Początkowo ultrasonografia to były jedynie badania wizualizujące struktury i tkanki w tym badania położnicze (gdzie USG wyparło prześwietlenia rentgenowskie), ginekologiczne, radiologiczne i onkologiczne. Jednocześnie w tym czasie rozwijała się niszowa ultrasonografia nie obrazowa – ślepa. Mam tu na myśli urządzenia do dopplerowskiego badania naczyń obwodowych i naczyń koła Wilisa w mózgu. Szybko po wprowadzeniu obrazowych aparatów USG (czasu rzeczywistego) do zastosowań dołączyła echokardiografia serca. Jednak prawdziwym przełomem było wprowadzenie badań przepływów krwi (badań dopplerowskich), które stopniowo umożliwiły jakościowy wzrost wartości badań USG, zwłaszcza w rokowaniach w kardiologii i onkologii. Wprowadzenie głowic quasi-liniowych a potem liniowych i stopniowa poprawa ich rozdzielczości obrazowania, umożliwiła wzrost znaczenia USG w badaniach narządu ruchu i w endokrynologii.

Zaraz po uzyskaniu obrazu czasu rzeczywistego lekarze chirurdzy i onkolodzy uzyskali możliwość wykonywania biopsji kierowanej. Tego rodzaju biopsje (cienkoigłowe a następnie gruboigłowe) były już znacznie precyzyjniejsze i cenniejsze dla procesu diagnostycznego od wcześniejszych biopsji „na ślepo” czy na podstawie lokalizacji palpacyjnej.

Ultrasonografia i znaczenie w profilaktyce

Obecnie ultrasonografia jest jedną z najważniejszych technik diagnostyki obrazowej. Ilość używanych codziennie ultrasonografów wielokrotnie przewyższyła ilość aparatów rentgenowskich, tomografów i rezonansów razem wziętych. Co roku w Polsce tysiące lekarzy wykonuje miliony badań USG. Badania te są nie do zastąpienia za pomocą innych rodzajów diagnostyki. Ultrasonografia ma ogromne zalety względem innych rodzajów diagnostyki.

Nie wyolbrzymiając, można powiedzieć, że wyszkolenie tysięcy lekarzy do wykonywania badań USG, oraz powszechna dostępność pracowni USG, w najwyższym stopniu przyczyniła się do wydłużenia średniej długości życia w Polsce oraz do poprawy jego jakości. Najważniejszą rolę w wyszkoleniu naszej kadry ultrasonografistów odegrało Polskie Towarzystwo Ultrasonograficzne założone i prowadzone przez Prof. Wiesława Jakubowskiego a także Sekcja Ultrasonografii Polskiego Lekarskiego Towarzystwa Radiologicznego. Spośród jej założycieli i głównych motorów, należy wymienić nazwisko Dra Michała Elwertowskiego.

Przyszłość ultrasonografii

Aktualne badania i technologie wskazują na parę głównych scenariuszy przyszłości ultrasonografii. Wymienia się:

• AI i uczenie maszynowe w ultrasonografii
• Miniaturyzacja i Point-of-care ultrasound (POCUS)
• Obrazowanie 3D/4D w czasie rzeczywistym
• Jeszcze lepsze materiały
• Ultrasonografia terapeutyczna, przy której się zatrzymamy na dłużej.

Ultrasonografia terapeutyczna

Od wielu lat trwają prace naukowe i naukowo-wdrożeniowe nad kierowanym, punktowym otwieraniem kapsułek z lekiem, wprowadzonych wcześniej do krwioobiegu. Kapsułki te, zawierające skondensowane cytostatyki, będą mogły być otwierane bezpośrednio wewnątrz guzów złośliwych niszcząc je skuteczniej niż gdyby były podane ogólnoustrojowo w dopuszczalnym dla człowieka, niższym stężeniu. Mam nadzieję, że już wkrótce to kolejne terapeutyczne zastosowanie ultrasonografii wejdzie w fazę badań klinicznych.

Niezależnie od dalszego rozwoju ultrasonografii w diagnostyce chorób już od wielu lat rozwija się dział ultrasonografii polegający na stosowaniu głowic ultradźwiękowych do leczenia chorób, do terapii. I nie mam tu na myśli jedynie stosowania ultradźwięków niskiej częstotliwości do rozgrzewania tkanek. Już obecnie ultradźwięki z powodzeniem są stosowane do terapii mięśniaków macicy. Mięśniaki macicy są najczęstszą chorobą w ginekologii. Poza terapią farmakologiczną wszystkie dotychczasowe metody leczenia były chirurgiczne, inwazyjne i wiązały się z zastosowaniem znieczulenia ogólnego pacjentki. Ale w ciągu ostatnich kilku lat spopularyzowała się także najnowsza terapia mięśniaków HIFU (High Intensive Focused Ultrasound) niekiedy zwana też FUS (Focused Ultrasound – Skoncentrowana Terapia Ultradźwiękowa), która podczas godzinnej sesji ambulatoryjnej pomogła już tysiącom pacjentek pozbyć się niekorzystnych objawów tej powszechnej choroby.

Ultradźwiękowa terapia FUS dodatkowo pomaga w nieinwazyjnej terapii chorób mózgu (np. w chorobie Parkinsona) co daje kolejne nadzieje na przyszły rozwój ultrasonografii.

Podsumowanie – ultrasonografia, co to?

Niewątpliwie ultrasonografia na trwałe zagościła wśród innych rodzajów obrazowej diagnostyki medycznej. Jej rola będzie nadal rosła. Postępująca specjalizacja, ułatwi wielu lekarzom osiąganie wyżyn wiedzy diagnostycznej. Dodatkowo wiedza ta jest i będzie coraz silniej wspierana przez algorytmy sztucznej inteligencji, podsuwające lekarzowi możliwą interpretację danego obrazu. Przyspieszy to krzywą uczenia i zmniejszy próg wejścia w tę tak trudną sztukę diagnostyki ultrasonograficznej. Jeśli ktoś zastanawia się, co to jest USG, co to jest ultrasonografia, warto zapamiętać, że jest to szybka, bezpieczna, dostępna i niezwykle skuteczna metoda obrazowania stosowana w diagnostyce, terapii i profilaktyce.

Bibliografia:

• Ping Li, Desheng Sun, Diagnostic imaging of sentinel lymph node in early stage breast cancer, Journal of Clinical Ultrasound published by Wiley Periodicals LLC
• Redakcja naukowa J. Baron, J. Pilch-Kowalczyk; Podstawy badania ultrasonograficznego, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Katowice 2021
• V. Bachu, J. Kedda, I. Suk, J. J. Green B. Tyler; High-Intensity Focused Ultrasound: A Review of Mechanisms and Clinical Applications, Ann Biomed Eng. 2021