Ultralyd

Den ultralyd er en teknik til afbildning under anvendelse af ultralyd . Det bruges ofte i human- og veterinærmedicin , men kan også bruges i forskning og industri .

Terminologi

Ordet "ultralyd" kommer fra nymfen Echo i græsk mytologi, der personificerede dette fænomen og fra en græsk rod Graphô (at skrive). Det defineres derfor som værende "skrevet af ekko". Udtrykket "ultralyd" betegner både den medicinske handling og det billede, der følger af det, forkortet på det feminine med "et ekko".

Enheden til ultralyd er en "ultralyd". Moderne enheder har alle en Doppler- funktion . Dette er grunden til, at vi taler om " Doppler-ultralyd " (forkortet " Doppler-ultralyd ").

Lægen, manipulatoren inden for medicinsk elektroradiologi eller jordemoderen, der udfører ultralyd, er en "sonograf".

Historie

Moderne ultralyd er resultatet af mere end 200 års tværfaglig videnskabelig forskning, der samler fysikere , matematikere , biologer , læger , elektronikingeniører og dataloger . I 1828 lykkedes det en schweizisk fysiker Jean-Daniel Colladon at bestemme hastigheden for lydudbredelse i vand. Denne opdagelse er vigtig i udviklingen af flere værktøjer baseret på emission og modtagelse af lydbølger. I 1838 forsøgte en forsker fra University of Virginia i USA at kortlægge havbunden ved hjælp af et værktøj baseret på denne metode. Hans forsøg mislykkedes, men hans idé inspirerede opfinderne af ekkolod i mellemkrigstiden , som derefter havde mere avancerede teknologiske midler.

Den sonar (akronym afledt af det engelske " lyd navigation og spænder " ) er en teknik udviklet til at detektere og lokalisere objekter under vandet. En sonar udsender en lydpuls og modtager det ekko, der produceres, når denne puls rammer et objekt. Den forløbne tid mellem udsendelsen af lydimpulsen og modtagelsen af ekkoet måles, og med kendskab til lydudbredelseshastigheden i vandet er det muligt at bestemme afstanden mellem senderen og objektet. Moderne ultralyd er baseret på de samme fysiske principper som ekkolod.

Forskning på et sådant system er katalyseret, især ved at Titanic forlis , behovet for at kortlægge havbunden til udrulning af telegraflinjer og ved ønsket om at opdage fjendens ubåde under første og anden verdenskrig . Producenter spiller også en vigtig rolle med hensyn til at forbedre enhedernes præcision. Faktisk er producenter interesseret i denne teknologi til at opdage fabrikationsfejl i karosserier og bådskrog . Deres forskning gør det muligt at øge frekvensen af emission af lydimpulser og måle tiden mere præcist mellem udsendelsen af bølgen og modtagelsen af ekkoet.

De første eksperimenter inden for det medicinske område går tilbage til slutningen af 1930'erne , da en neurolog Karl Dussik og hans bror Friedrich Dussik, en fysiker, forsøgte at bruge ultralyd til at diagnosticere hjernetumorer , men uden succes. Med hensyn til brugen af ultralyd inden for det medicinske område skete der store fremskridt i 1950'erne . Briten John Wild blev interesseret i brugen af ultralyd til at detektere tumorer og sten og offentliggjorde det første to-dimensionelle ultralydsbillede i 1952. I Denver udviklede Douglas Howry et system, Pan-scanneren , som krævede nedsænkning af undersøgelsesområdet. I mellemtiden ændrer fødselslægen Ian Donald på University of Glasgow i Skotland en industriel ultralydsmaskine designet til at opdage fejl i bådskrog. I 1958 offentliggjorde han en sædvanlig artikel inden for medicinsk ultralyd inden for gynækologi , der indeholder de første to-dimensionelle ultralydsbilleder af et foster . Siden de store fremskridt i 1950'erne er brugen af ultralyd inden for det medicinske område vokset betydeligt, især takket være teknologiske fremskridt, der har gjort det muligt at reducere størrelsen og omkostningerne ved ultralydsmaskiner samtidig med at de forbedrer deres nøjagtighed.

Udstyr

Ultralydsmaskinen består af følgende komponenter:

en sonde, der tillader emission og modtagelse af ultralyd ;
et computersystem, der omdanner forsinkelsen mellem emissionen og modtagelsen af ultralydet til et billede;
en kontrolkonsol, der tillader indtastning af patientdata og de forskellige indstillinger;
et displaysystem: skærmen;
et dataoptagelsessystem, enten analogt (videokassette, udskrift) eller digitalt ( DICOM- format ).

Alt er arrangeret på en mobil vogn, så undersøgelsen kan udføres ved patientens seng.

Behovene er forskellige afhængigt af det organ, der undersøges. Det mest krævende er hjertet , i det væsentlige mobil, hvilket kræver en god definition af det rumlige men også tidsmæssige billede.

Sonden

De første undersøgelser af ultralyd blev ikke anvendt på medicin, men havde til formål at tillade påvisning af ubåde under første verdenskrig . I 1951 præsenterede to briter, JJ Wild (læge) og J. Reid (elektronik), et nyt udstyr til ultralydsmaskinen til det medicinske samfund. Han var beregnet til forskning i hjernetumorer, men vil gøre en karriere inden for fødselslæge . Anvendelse i fødselsdatoer fra begyndelsen af 1970'erne med enheder til måling af kraniale omkreds og opsamling af lyde fra fostrets hjerte (se Doppler-effekt ).

Det grundlæggende element i ultralyd er normalt en piezoelektrisk keramik ( PZT ), der er placeret i sonden, som udsættes for elektriske impulser, vibrerer og genererer ultralyd . Ekkoerne samles op af den samme keramik, som derefter fungerer som en modtager: dette kaldes en ultralydstransducer. En ultralydsmaskine er udstyret med en ultralydssonde, kaldet en ultralydsbjælke, oprindeligt forsynet med 64, 96 eller endda 128 in-line ultralydstransducere. Proberne til moderne ultralydsmaskiner i dag har op til 960 elementer. I hjerte-ultralyd bringes antallet af elementer til 3.000 elementer. Transmissionen udføres successivt på hver transducer.

Ultralyd sendes inden for en afgrænset (ofte trapesformet) omkreds, og de optagede ekkoer er underskrifter for de forhindringer, de er stødt på. Den ekkogenicitet er den større eller mindre egnethed af et væv til backscatter ultralyd.

Ultralydsfrekvensen kan moduleres: at øge frekvensen gør det muligt at have et mere præcist signal (og derfor et finere billede), men ultralydet dæmpes derefter hurtigt i den undersøgte organisme og gør det ikke længere muligt at undersøge de dybe strukturer . I praksis har sonografen flere prober til rådighed med forskellige frekvenser:

1,5 til 4,5 MHz i nuværende brug til den dybe sektor (mave og bækken) med en definition i størrelsesordenen få millimeter;
5 MHz til mellemstrukturer (for eksempel barnets hjerte) med en opløsning på mindre end en millimeter;
7 MHz til udforskning af små strukturer ganske tæt på huden (arterier eller vener) med en opløsning tæt på en tiendedel af en millimeter;
fra 10 til 18 MHz mere, for eksempel til undersøgelse i forskning af små dyr, men også inden for det medicinske område til overfladebehandling (målretning mod strukturer tæt på huden);
op til 50 MHz til apparater til øjenbiomikroskopi .

Denne opløsning afhænger også af formen på den undersøgte struktur: det er meget bedre, hvis den er vinkelret på ultralydsstrålen, end hvis den er parallel med sidstnævnte.

Signalmodtagelsesfrekvensen påvirker også billedets kvalitet: i grundlæggende tilstand registrerer transduceren signaler med samme frekvens som transmissionens. I harmonisk tilstand registrerer den signaler med en frekvensdobbelt (anden harmonisk) af emissionens. Fordelen ved sidstnævnte system er, at det i det væsentlige kun registrerer ekkoerne, der vender tilbage i samme retning som emissionen, og derved eliminerer de spredte ekkoer og gør signalet meget mindre støjende. Ikke-lineær detektion har en særlig respons, den reagerer ikke på de første par centimeter efter sonden, hvilket gør det muligt at lette billeddannelse hos en overvægtig patient (hvis lag af fedt under huden gør det vanskeligt at passere ultralyd).

Frysningen

Af mekaniske grunde anses det for, at kontakten mellem sonden og maven ikke kan være perfekt, og at der derfor er et tyndt luftlag mellem dem.

De akustiske impedanser i luften og huden (biologisk væv) målt i Pa Pas / m er henholdsvis lig med:

(ved 20 ° C ) $Z_ {a} = \ rho _ {a} \ cdot c_ {a} = 1.204 \ gange 343.4 = 413.5$

(ved 37 ° C ) $Z_ {p} = \ rho _ {p} \ cdot c_ {p} = 1047 \ gange 1570 = 164.4 \ cdot 10 ^ {4}$

De gør det muligt at beregne værdien af transmissionskoefficienten T for luft-hud-grænsefladen:

T = 4 \ cdot {\ frac {Z_ {a} \ cdot Z_ {p}} {(Z_ {a} + Z_ {p}) ^ {2}}} \ simeq 10 ^ {- 3}

Denne værdi er meget lav og genererer derfor en signifikant dæmpning af signalet mellem udsendelsen og modtagelsen af ultralyd med sonden. Det er for at afhjælpe dette problem, at sonografen anvender en gel, hvis akustiske impedans er tæt på hudens, for at opnå en lavere dæmpning.

Signalbehandling

Elektronikken i ultralydsmaskinen er ansvarlig for at forstærke og behandle disse signaler for at konvertere dem til et videosignal . Billedet udføres i grå niveauer i henhold til intensiteten af returekkoet.

Forskellige væv i kroppen kan vises på forskellige måder:

enkle væsker , hvor der ikke er suspenderede partikler, lader lyden passere gennem dem. Uden ekko (anekoiske strukturer) vises de sorte på skærmen;
væsker med partikler som blod, slim, sender små ekkoer tilbage. De vises derfor i gråtoner, mere eller mindre homogene;
solide strukturer , såsom knogler, reflekterer bedre ekkoer. Vi vil derfor se en hvid form (hyperekoisk) med en skygge bagved (skygge kegle). En undtagelse er dog: på den nyfødtes kraniale hvælving tillader den meget fine fontanel, vinkelret på ekkoerne, at passere og udgør endda et ægte "vindue" til observation af den underliggende hjerne (indtil knoglerne smelter sammen mod ekkoerne) . 2 år gammel). I 2017 viste et fransk-schweizisk hold, at en lille ultralydssonde, der vejer 40 gram og størrelsen af en domino, placeret på fontanellerne på seks raske babyer via en fleksibel silikonestel og i stand til EEG-videooptagelse og kontinuerlig ultralydsbilleddannelse var ca. 50 gange mere følsom over for måling af blodgennemstrømning end konventionel ultralyd, hvilket muliggør ikke-invasiv overvågning af en del af det nyfødtes cerebrale mikrovaskulære system.
Dette nye funktionelle ultralydsværktøj, som en EEG-maskine, skelner mellem de to faser af babyens søvn. Kombineret med EEG opdagede denne sonde krampeanfald hos to spædbørn, hvis cortex var vokset unormalt og endda viste placeringen i hjernen, hvor krampeanfaldene startede (efter bølgerne med øget blodgennemstrømning, der derefter opstår). Denne sonde kan i øjeblikket kun overvåge området under fontanel, men det har gavn af høj spatiotemporal opløsning (200 µm til ultralyd og 1 ms til EEG). Og hvis teknikkens fremskridt fortsætter med at udvikle sig på denne måde, kan det snart være i stand til at opdage unormal hjerneaktivitet ; for eksempel i tilfælde af tidlig sepsis , infektion i blodbanen (årsag til hjerneskade ). Denne teknik interesserede sig også for overvågning af kliniske forsøg med baby eller neurovidenskab (f.eks. Til undersøgelse af autisme af blyforgiftning hos børn ... Fordi magnetisk resonansbilleddannelse ikke var egnet til babyer, også i en medicinsk nødsituation, kunne denne teknik give en bedre forståelse af hjerneudvikling i de tidlige stadier af livet.
det bløde væv er mere eller mindre ekkogent: moderkagen er hvidere end livmoderen, som er hvidere end æggestokkene;
gas og luft er som knogler, meget hvide.

De forskellige indstillinger

Transmissionseffekten er justerbar, men har ringe effekt på billedets kvalitet. Teoretisk set skal den mindste acceptable effekt anvendes for at undgå overophedning af det undersøgte væv. I den nuværende praksis er denne risiko ubetydelig.
Sendefrekvensen kan ændres inden for specifikationerne for sonden.
Forstærkningen ved modtagelse kan øges eller formindskes samlet eller på en variabel måde afhængigt af dybden af den udforskede zone ( TGC for kompensation for tidsforøgelse ).
Forskellige filtre kan indstilles: kompression osv.
Billeddannelse kan vippes grundlæggende tilstand i anden harmonisk tilstand (forkortet som harmonisk tilstand ) for at få en bedre definition.
Ultralydsstrålen kan fokuseres (elektronisk styret akustisk linse med emissionsforsinkelse) til en større eller mindre dybde (har ringe effekt på billedkvaliteten).
Det udforskede organs interesseområde kan udvides eller tværtimod indsnævres. I sidstnævnte tilfælde har billedet en bedre definition.
Indsamlingshastigheden (på engelsk : miltramme ) kan justeres. Denne parameter er ikke særlig vigtig i tilfælde af faste organer, men skal øges betydeligt for at undersøge mobiliteten af en struktur ( hjerte ).

Kontrolkonsollen har et tastatur til indtastning af patientidentifikatorer og kommentarer. Det giver adgang til de forskellige ultralyds- og Doppler-tilstande samt billedbehandling og lagring. Det gør det også muligt at foretage målinger (afstand, areal osv.) Og forskellige beregninger.

Visning af billeder

Det sker gennem en skærm.

Forskellige tilstande er tilgængelige:

den mest almindelige er BD- tilstand (for "todimensional"): den er en tværsnitsgengivelse af det undersøgte organ, hvor sidstnævnte plan bestemmes af positionen, som eksaminatoren giver sonden;
TM- tilstanden (for tidsbevægelse på engelsk, på fransk "tidsbevægelse") repræsenterer udviklingen af en skydelinje (ordinat) efter tid (abscissa). Denne tilstand gør det muligt nøjagtigt at vurdere mobile strukturer (f.eks. Venstre ventrikel til hjertet) og at vurdere deres størrelse. Sidstnævnte afhænger dog nøje af valget af skydelinje og forbliver derfor meget eksaminatorafhængig.

Disse gråtonebilleder kan tilknyttes farvedopplerdata .

Teoretisk svarer de data, der skal lagres, til filmen af undersøgelsens varighed (fra et par minutter til mere end en halv time), hvilket stadig giver problemer med størrelsen på den krævede hukommelse. I praksis opbevares kun stillbilleder eller korte billedsløjfer. Formatet er ofte proprietært (med et DICOM- konverteringsværktøj ) eller lavet indbygget i DICOM. Dette format, der er meget udbredt inden for medicinsk billeddannelse , gør det muligt at gemme patientidentifikatoren, billedet og karakteristika ved erhvervelsen af sidstnævnte i samme dokument. På nogle ultralydsmaskiner er det muligt at gemme billederne i JPEG-format med et umærkeligt tab af kvalitet.

På en enkel måde udskrives det valgte billede og vedhæftes rapporten. I dette tilfælde har det kun en illustrativ rolle, hvor reproduktionskvaliteten under ingen omstændigheder giver mulighed for at revurdere f.eks. En diagnose.

Billedet kan også gemmes analogt på en videokassette, hvilket resulterer i en væsentlig nedbrydning af definitionen, men tillader, at der er nok information til at være i stand til at hente information derfra efterfølgende.

Den nylige måde, eksistensen af en DVD-optager i realtid (på samme tid) som gennemførelsen af eksamenen, gør det muligt at digitalisere flere timers eksamen.

Billederne (eller billedsløjferne) kan transmitteres digitalt, enten via CDrom eller via computernetværk .

Computeriseret billedbehandling

Ved interpolation af en loop af billeder taget med en hurtig erhvervelseshastighed er det muligt at simulere en buet linje Tm.
De automatiske genkendelseskonturer forbliver ultralydsstød i 2005.
Den parametriske billeddannelse er at kode hver pixel af følgende parametre beregnet på billedet (tidsændringer, faseforskydning ...). Dette er et emne, der stadig er i forskningsfasen.
Tredimensionel billeddannelse, indtil begyndelsen af dette årtusinde, blev lavet ved overlejring og interpolering af flere på hinanden følgende billeder, lavet i henhold til forskellige skæreplan (enten frit eller ved hjælp af en roterende sonde). Processen er relativt let for faste dele, men meget mere kompleks for bevægelige dele (superposition af billedsløjfer og ikke længere enkle billeder). I øjeblikket er nogle ultralydsmaskiner udstyret med sonder udstyret med sensortransmittere, ikke længere anbragt i en linje, men i form af en rektangulær matrix, der muliggør direkte tredimensionel erhvervelse. Imidlertid betyder tekniske og computerbegrænsninger, at standardbilledet derefter er mærkbart af dårligere definition, både rumligt og temporalt, og at volumenet af det direkte synlige organ forbliver reduceret i størrelse.

De forskellige typer enheder

Standardindretningerne, selvom de er arrangeret på vogne med hjul, er beregnet til at blive brugt i en fast position. De kan sluttes til et netværk, til en ekstern printer . Deres omkostninger varierer mellem 50.000 og over 150.000 €.
Mindre enheder er designet til brug ved sengen. Fladskærmen er af lavere kvalitet, og de har ikke altid alle funktionerne. De fungerer på lysnettet. Deres pris er mindre end 100.000 €.
Ultralydsscannere på størrelse og vægt på en bærbar pc er blevet udviklet. De har den store fordel, at de er uafhængige af deres mad.
Siden 2004 har ultrabærbare ultralydsscannere vist sig, størrelsen af en smartphone, så de meget let kan transporteres, i hånden eller i lommen, med meget moderat autonomi (tre eller fire undersøgelser), men med SD-kortlagring, der gør det let at data genopretning mulig. De er udstyret med todimensionel billedbehandling og farvedoppler.

Fordele og ulemper ved ultralyd

Fordele

Udført af en professionel er ultralyd til medicinske formål næsten sikkert: det er den eneste teknik, der gør det muligt at have et billede af fosteret med god sikkerhed. Der er ingen allergi eller kontraindikation til denne undersøgelse;
det er smertefrit for patienten. Det kræver ikke, med nogle undtagelser, hverken indlæggelse eller anæstesi . Det kan gentages uden problemer;
ultralyd er en relativt billig medicinsk billeddannelsesteknik : det kræver kun en enhed, og prisen på forbrugsvarer kan være ubetydelig. Undersøgelsen udføres med en enkelt person (læge, jordemoder, endda MERMEA-tekniker i visse lande, såsom Frankrig eller USA);
ultralydsmaskinen er mobil, hvilket gør det muligt at udføre undersøgelsen på patientens egen seng i f.eks. en genoplivningsenhed;
hvis det udføres af en læge eller en jordemoder, er resultatet øjeblikkeligt;
det er ikke-bestrålende;
det er en af de eneste realtids billeddannelsesteknikker, som man altid kan gennemføre interviewet og den kliniske undersøgelse af den patient, der undersøges. Det giver stor diagnostisk præcision i eksperthænder og gør det muligt at bruge flere modaliteter til at specificere en anomali: 2D, 3D , plane rekonstruktioner, kontrast ultralyd, pulserende eller farvedoppler, elastografi, dynamiske manøvrer;
når ekkogenicitet og afstand fra orgelet tillader det, har ekkografi i nogle tilfælde en højere rumlig opløsning end CT og MR.
ultralyd kan afsløre fostrets køn, før det fødes. Nogle engelske hospitaler videregiver dog ikke dette til forældre, da det ikke anses for at være af medicinsk interesse. I Indien eller Kina er det forbudt at afsløre fostrets køn for forældrene for at undgå kønsselektive aborter.

Ulemper

Ifølge det franske agentur for sikkerhed af sundhedsprodukter udgør ikke-medicinsk ultralyd, som udsætter fosteret for kontinuerlig ultralyd af æstetiske formål, en risiko for sidstnævnte;
billedet mangler undertiden skarphed, nogle gange til det punkt at være ubrugeligt: dette er problemet med ekkogenicitet , svagt især i tilfælde af fedme;
undersøgelsen, og derfor dens resultater, afhænger af eksaminatoren: målingerne og kvaliteten af billederne afhænger meget af sondens position (skæreplan) og derfor af eksaminatorens dygtighed og kompetence. Denne manuelle placering af sonden varierer fra en undersøgelse til en anden og kendes ikke på forhånd, hvilket gør enhver genfortolkning af undersøgelsen og enhver registrering med et andet medicinsk billedbehandlingsmodalitetskompleks. Med andre ord, i tilfælde af tvivl eller diskussion skal eksamen foretages i sin helhed, ideelt set af en anden eksaminator;
den største støj, der forstyrrer ultralydsbillederne, er pletten (" skurv " på fransk) eller "granularitet" (fordi billedet giver indtryk af at være dannet af korn). Denne støj skyldes, at ultralydsbilleddannelse er en sammenhængende billeddannelsesteknik, som tillader interferens mellem bølgerne og derfor dette kornede aspekt af billedet. Refleksionerne over de mange små "urenheder" i formeringsmediet forstyrrer hinanden. Bemærk, at betydningen af pletten er knyttet til tætheden af disse urenheder (materialets ruhed), det kan derfor være en informationsvektor.

Bivirkninger af ultralyd

Ultralyd har i forbindelse med dets anvendelse i ultralyd aldrig afsløret nogen skadelige konsekvenser hos mennesker. I langt størstedelen af undersøgelserne blev der kun observeret ubetydelige biologiske effekter uden resulterende patologiske virkninger. En amerikansk undersøgelse har vist, at ultralyd under visse betingelser forstyrrer hjernens udvikling hos musfosteret. Undersøgelser er i gang for at vurdere denne risiko hos mennesker.

Udfører en standard ultralydsundersøgelse

Afhængigt af det undersøgte organ skal patienten faste eller ej. Han ligger på et undersøgelsesbord, og sonden, dækket af en gel, placeres direkte på huden overfor strukturen, der skal visualiseres.

Særlige ultralydsteknikker

Gynækologisk og obstetrisk ultralyd

Diagnostisk ultralyd dukkede op i 1950'erne for hjerte og bryst. I 1957 opfandt to briter, ingeniør Tom Brown og gynækolog Ian Donald (in) den første ultralydssonde.

Som en del af den medicinske overvågning af graviditeten gør en ultralyd det muligt at få et monokromt billede af et foster inde i moderens livmoder. Selv om dette er den mest kendte anvendelse af ultralyd, bruges denne teknologi også til påvisning af indre organforstyrrelser ( sten , cyster , kræft ).

I Quebec har visse reproduktions- og graviditetskontrolklinikker siden 2004 tilbudt en tredimensionel ultralydstjeneste, der giver et mere globalt syn på fosteret.

Ikke-medicinsk souvenir ultralyd

Den såkaldte "bekvemmelighed", fornøjelse eller følelsesmæssig ultralyd er en tjeneste, der leveres af visse virksomheder, der gør det muligt at visualisere fosteret, muligvis i et tredimensionelt billede, der giver forældre mulighed for at lave en hukommelsesvideooptagelse. Undersøgelsen udføres derefter uden for en medicinsk ramme.

I december 2011, Jacques Lansac, som præsident for National College of French Gynecologists and Obstetricians (CNGOF) og for den nationale kommission for obstetrisk og føtal ultralyd, protesterede stærkt mod kommercielle tilbud af denne type, som kan føre fosteret til eksponering for ultralyd i ca. 30 minutter undertiden med en stråle, der "fokuserer på ansigt og kønsorganer" , hvilket fører til en "meget forskellig" eksponering for medicinsk ultralyd, der skifter strålen for en kortere eksponering af hvert område. Ifølge ham er "De termiske og mekaniske virkninger af ultralyd ikke nødvendigvis harmløse" , især for hjernen og øjet. Den samme advarsel er formuleret i Belgien iapril 2012af ONE .

Ultralyd til udvælgelse af drenge

I nogle lande som Indien bruges bærbare ultralydsscannere til at bestemme fostrets børns køn, hvilket resulterer i et stort antal aborter og en ubalance i forholdet mellem drenge og piger ved fødslen.

Vaskulær ultralyd

Undersøgelsen er altid kombineret med Doppler, der gør det muligt at analysere blodgennemstrømningen.

Der er fine sonder, der kan introduceres direkte i karret, der skal undersøges - koronararterie for eksempel - og tillader nøjagtig analyse af væggene deraf. Dette kaldes endovaskulær ultralyd .

Hjerte ultralyd (eller ekkokardiografi)

Det er svært at undersøge hjertet, fordi det er:

mobil;
indsat i brystkassen , i kontakt med lungerne , disse to strukturer (luft og knogler) hindrer transmission af ultralyd.

Ultralyd med kontrastmiddel

Kontrast ultralyd er en, der bruger et kontrastmedium . Den kontrastmedier forbindelse med mikrobobler injiceres i blodbanen gennem intravenøs på tidspunktet for ultralydsundersøgelsen patienten . Som opdaget af doktor Raymond Gramiak i 1968, er mikroboblerne i kontrastproduktet meget reflekterende ved ultralyd under ultralydsundersøgelsen; hvilket gør det muligt at afbilde blodforsyningen af organer til diagnostiske formål . En udbredt klinisk anvendelse af ultralyd med kontrast er påvisning af en metastatisk tumor, hvor kontrastoptagelsen (tidsmæssig udvikling af koncentrationen af kontrastproduktet i blodet) er hurtigere end for det sunde biologiske væv, der omgiver tumoren. Der er også anvendelser i kontrast med ekkokardiografi for at opnå en bedre afgrænsning af den ventrikulære væg i ultralydsbilledet, hvilket udgør en yderligere hjælp til evaluering af det kontraktile underskud i hjertet efter et myokardieinfarkt . Endelig opstår applikationer i kvantitativ perfusion (relativ måling af blodgennemstrømning) til farmakologisk terapeutisk overvågning af kræft , en metode udviklet af læge Nathalie Lassau i 2011, der gør det muligt at identificere patientens respons på behandling mod kræft så tidligt som muligt i for at '' guide terapeutisk styring bedst muligt.

Blandt de kontrast-ultralydsteknikker, der anvendes af radiologer i klinisk praksis, skiller den parametriske billeddannelsesmetode ud fra vaskulære signaturer, opfundet af Dr. Nicolas Rognin i 2010. Denne metode blev designet som et diagnostisk hjælpeværktøj. Kræft, hvilket gør det lettere at karakterisere en mistænkelig tumor (definer, om den er godartet eller ondartet ) i et organ. Fra et funktionelt synspunkt analyserer metoden computeren en tidsmæssig serie af billeder (digital videooptagelse i realtid af ultralydsbilleder af kontrast under undersøgelsen). To på hinanden følgende signalbehandlingstrin påføres hver pixel i tumoren som følger:

beregning af den vaskulære signatur (dvs. forskellen i kontrastforstærkning med det sunde væv, der omgiver tumoren);
Automatisk klassificering af den beregnede vaskulære signatur i en parameter, hvor sidstnævnte tager en af følgende fire farver:
- grøn til kontinuerlig hypervaskularisering (bedre kontrastforbedring end sundt væv),
- blå til kontinuerlig hypovaskularisering (kontrastforbedring mindre end for sundt væv),
- rød for hurtig hypervaskularisering (kontrastforbedring inden for sundt væv) eller
- gul til hurtig hypovaskularisering (kontrastforbedring efter den hos sundt væv).

Når signalbehandlingen af hver pixel i tumoren er afsluttet, vises farvets rumlige kort over parameteren på en computerskærm; dermed syntetiseres al den vaskulære information i et enkelt billede kaldet et ”parametrisk billede” (se sidste figur i presseartiklen som en illustration af parametriske billeder i klinikken). Dette parametriske billede fortolkes derefter af radiologen på baggrund af den fremherskende farve i tumoren: rød indikerer en mistanke om malignitet (risiko for kræft), grøn eller gul med høj sandsynlighed for godartethed. I det første tilfælde (mistanke om malignitet) kræver radiologen en biopsi for at bekræfte diagnosen eller en scanner til røntgen for en anden mening. I det andet tilfælde (næsten sikker på en godartet tumor) er det kun nødvendigt at overvåge i de følgende måneder med en ny ultralydsundersøgelse. Den kliniske fordel ved den parametriske vaskulære signaturbilleddannelsesmetode er, at den undgår biopsi - en risikabel invasiv procedure - systematiske godartede tumorer eller røntgenundersøgelse, der udsætter patienten for en dosis af bestråling . Metodens effektivitet er blevet vurderet positivt hos mennesker til karakterisering af tumorer i leveren . Fremover kunne metoden anvendes i sammenhæng med screening for kræft i alle typer organer, f.eks. Bryst- eller prostata ).

Molekylær ultralyd

Fremtiden for kontrast ultralyd er i molekylær billeddannelse . Den påtænkte kliniske anvendelse af molekylær ultralyd er den tidlige påvisning af kræft ved hjælp af et såkaldt targeting ultralyd kontrastmedium . Oprindeligt designet af Dr.Alexander Klibanov i 1997 og består et sådant produkt af målrettet mikrobobler, der er i stand til at fastgøre blodkarrene i maligne tumorer. Denne fastgørelsesmekanisme til den indre væg af mikrofartøjer er baseret på en specifik målretning af den biomolekylære ekspression af kræft (for eksempel er de biomolekyler, der deltager i neoangiogenese eller inflammation , overudtrykt i kræft). Dette resulterer i en deraf følgende ophobning af målrettede mikrobobler i den ondartede tumor, hvilket letter dens nøjagtige lokalisering i ultralyds kontrastbillede. I 2013 blev et allerførste sonderende kliniske forsøg i Amsterdam i Holland afsluttet hos mennesker i tilfælde af prostatacancer af Dr. Hessel Wijkstra.

I molekylær ultralyd er teknikken med akustisk strålingstryk anvendelig med en ultralydssonde til bogstaveligt at skubbe de målrettede mikrobobler på mikrokarrens indre væg, først demonstreret af Dr. Paul Dayton i 1999. Denne teknik resulterer i en maksimering af akkumuleringen af mikrobobler i tumoren ved en større interaktion mellem sidstnævnte og de kræftbiomolekyler, der skal målrettes mod. På det tidspunkt i præklinisk forskning , er denne teknik implementeret og valideret i todimensionelle og tre- dimensionelle ultralyd .

Muskuloskeletal ultralyd

Ultralyd muliggør en detaljeret analyse af muskler, sener, ledbånd og perifere nerver (ud over den standard radiografiske vurdering).

Intraoperativ ultralyd

Sonden kan placeres på huden eller direkte i kontakt med organet. I sidstnævnte tilfælde er sonden dækket med en passende beskyttende kappe mærket CE og steril.

Endoskopisk ultralyd

Også kaldet endoskopisk ultralyd eller endoskopisk ultralyd, den bruger en ultralydskilde i slutningen af et endoskop forbundet til en ultralydsmaskine for at få billeder af de indre organer i brystet og underlivet. Det kan bruges til at visualisere foringen af disse organer eller til at undersøge tilstødende strukturer.

Det anvendes oftest i den øvre fordøjelseskanal og på luftvejene. Sonden indføres i vagina, anus eller gennem munden, proceduren ligner endoskopi og kan suppleres med en biopsi styret af ultralydsbilleddannelse.

Elastografi

I dag er der to hovedmåder til at vurdere vævselasticitet med elastografi .

Manuel kompression elastografi

Teknik, der muliggør undersøgelse af vævets elasticitet til at detektere kræft, der især anvendes i senologi. Teknik markedsført af Hitachi Medical Systems siden 2002 og af Siemens siden 2005.

Den består af ultralydssonden ved anvendelse af let tryk for at udsætte det underliggende væv for en let stress. Disse stoffer deformeres under påvirkning af stress, jo mere stoffet er elastisk, jo mere det deformeres, jo mere stoffet er stift, jo mindre det deformeres. Denne måling i realtid gør det muligt blot at vurdere læsionernes relative stivhed og til en vis grad deres malignitet.

Ultrasonisk pulselastografi

I dette tilfælde udsender ultralydssonden en fokuseret bølge (ultralydspuls), der gør det muligt at flytte vævene meget let. Billedet produceres derefter identisk med elastisk billeddannelse ved manuel kompression. Men da ultralydspulsen er perfekt kalibreret, er det opnåede billede mere reproducerbart. Ligeledes er det også muligt kvantitativt at vurdere vævsstivheden ved at måle hastigheden af forskydningsbølgen genereret af ultralydspulsen. Med denne måling er det muligt at vurdere graden af leverfibrose, normalt undgå behovet for at ordinere en leverbiopsi (invasiv procedure med risiko for komplikationer).

Elastografiske løsninger

Industrien aktiv i ultralyd ( General Electric , Philips , Siemens , Toshiba , osv ) tilbyder løsninger ved hjælp af elasticitet billeddannelse ved manuel kompression og ultralyd puls. Bemærk, at Supersonic Imagine (fransk) historisk set er en pioner med hensyn til innovation med sit kvantitative elastografisystem .

Akut ultralyd for traumofre

Ultralyd kan bruges i akutmedicin . Ultralydografi af visse organer - hjertet og underlivet - kan registrere tilstedeværelsen af "frie" væsker, som i forbindelse med traumer normalt indikerer blødning . Denne metode, kaldet FAST på engelsk ( Fokuseret vurdering med sonografi for traumer (en) ) , er mindre invasiv end peritoneal skylning ; det er billigere end røntgendomografi og udsætter ikke patienten for stråling. Denne metode blev testet i 1999 af den britiske hær under Kosovo-krigen .

Man kan også omfatte undersøgelse af lungerne med metoden kendt som eFAST (udvidet FAST) for at detektere tilstedeværelsen af en pneumothorax .

Højfrekvent ultralyd

Den højfrekvente ultralyd er en anvendelse af ultralyd under anvendelse af ultralyd med en frekvens højere end 20 MHz . Baseret på det samme funktionsprincip som konventionel ultralyd gør det ikke desto mindre det muligt at opnå bedre billedopløsning, men med en lav indtrængningsdybde.

Der findes applikationer inden for det medicinske område, men på nuværende tidspunkt anvendes denne teknik hovedsageligt til veterinærundersøgelse af små dyr (især mus).

Noter og referencer

(in) Paul G. Newman og Grace S. Rozycki , " Historien om ultralyd " , Surgical Clinics of North America , bind. 78, nr . 2April 1998, s. 179-195 ( DOI 10.1016 / S0039-6109 (05) 70308-X , læst online , adgang til 22. maj 2019 ).
Charlie Demene, Jérome Baranger, Miguel Bernal, Catherine Delanoe, Stéphane Auvin, Valérie Biran, Marianne Alison, Jérome Mairesse, Elisabeth Harribaud, Mathieu Pernot, Mickael Tanter & Olivier Baud (2017), Funktionel ultralydsbilleddannelse af hjerneaktivitet hos menneskelige nyfødte Videnskabelig translationel medicin | 11. oktober 2017 | Flyvningen. 9, nummer 411 | DOI: 10.1126 / scitranslmed.aah6756 | abstrakt
Underwood E (2017), Utrasonic-sonde kunne registrere slagtilfælde, hjerneskade hos små babyer , Science news; offentliggjort 11. oktober 2017 | doi: 10.1126 / science.aaq1830
CNGOF pressemeddelelse af 5. december 2011, Kommercielle føtale ultralyd: en sundhedsskandale? [PDF]
NHS om ultralyd under graviditet
" Fare for ultralyd til ikke-medicinsk brug " ,29. maj 2005
French Society of Radiology
(en) Eugenius Ang, Jr. et al. " Prænatal eksponering for ultralydsbølger påvirker neuronal migration hos mus " Proceegings fra National Academy of Sciences i USA (PNAS) 2006 [PDF]
https://sites.google.com/site/limageriemedicale/echographie/histoire
Tidsskrift Le Parisien og AFP " Gynækologer modsætter sig" hukommelse "ultralyd" , 5. december 2011.
Antoine Clevers, ” Forby ultralyd med fornøjelse? » , On Lalibre.be , La Dernier Heure (hørt den 18. april 2012 ) .
(in) " GE bruges til at bryde lovmaskineri " , i Washington Post ,28. februar 2007
Jean-Michel Correas et al. , “ Injicerbare kontrastmedier i ultralyd ” Journal of Ultrasound and Ultrasound Medicine 1997.
Raymond Gramiak et al. , " Echokardiography of the Aortic Root " Investigative Radiology 1968
(i) Michel Claudon et al. “ Retningslinjer og gode kliniske praksisanbefalinger til kontrastforbedret ultralyd (CEUS) i leveren - Opdatering 1012 ” Ultraschall in der Medizin 2013.
(i) Ariel Cohen og Pascal Guéret, Manual of Clinical Ekkokardiografi , Librairie Lavoisier 2012.
(i) Fabio Piscaglia et al. “ EFSUMB-retningslinjerne og anbefalingerne om klinisk praksis for kontrastforbedret ultralyd (CEUS): Opdater 2011 om ikke-hepatiske applikationer ” Ultraschall in der Medizin 2012.
(en) Meng-Xing Tang et al. “ Kvantitativ kontrastforstærket ultralydsbilleddannelse: en gennemgang af variationskilder ” Interface Focus 2001.
(en) Nathalie Lassau et al. ” Avanceret hepatocellulært karcinom: Tidlig evaluering af respons på Bevacizumab-behandling ved dynamisk kontrastforstærket USA med kvantificering - foreløbige resultater ” Radiologi 2010.
(en) Katsutoshi Sugimoto et al. “ Hepatocellulært carcinom behandlet med sorafenib: tidlig påvisning af behandlingsrespons og større bivirkninger ved kontrastforstærket USA ” Liver International 2013.
(en) Nicolas Rognin et al. “ Parametrisk billeddannelse til karakterisering af fokale leverlæsioner i kontrastforstærket ultralyd ” IEEE-transaktioner på ultralyd, ferroelektrik og frekvensstyring 2010.
Nicolas Rognin et al. “ Parametriske billeder baseret på dynamisk adfærd over tid ” Patent, Verdensorganisationen for Intellektuel Ejendomsret (WIPO) 2010.
(en) François Tranquart et al. “ Kvantificering af perfusion i kontrastforbedret ultralyd (CEUS) - klar til forskningsprojekter og rutinemæssig klinisk brug ” Ultraschall in der Medizin 2012.
(en) Paolo Angelelli et al. “ Interaktiv visuel analyse af kontrastforstærkede ultralydsdata baseret på små kvarterstatistikker ” Computere og grafik 2011.
(i) Eric Barnes. “ Kontrast US behandlingsværktøj viser ondartede leverskader ” AuntMinnie.com , San-Francisco, USA, 2010.
(en) Anass Annaye et al. “ Differentiering af fokale leverlæsioner: Nytten af parametrisk billeddannelse med kontrastforstærket USA ” Radiologi 2011.
(en) Zhang Yuan et al. “ Diagnostisk værdi af kontrastforbedret ultralyd Parametrisk billeddannelse i brysttumorer ” Journal of Breast Cancer 2013.
(in) Alexander Klibanov et al. “ Målretning af ultralydskontrastmateriale. En in vitro gennemførlighedsundersøgelse ” Acta Radiologica Supplementum 1997.
(in) Alexander Klibanov " Målrettet levering af gasfyldte mikrosfærer, kontrastmidler til ultralydsbilleddannelse " Advanced Drug Delivery Reviews , 1999.
(en) Sybille Pochon et al. “ BR55: et lipopeptidbaseret VEGFR2-målrettet ultralydskontrastmiddel til molekylær billeddannelse af angiogenese ” Undersøgende radiologi 2010.
(en) Joergen Willmann et al. “ Målrettet kontrastforbedret ultralydsbilleddannelse af tumorangiogenese med kontrastmikrobobler konjugeret til integrinbindende knottinpeptider ” Journal of Nuclear Medicine 2010.
(i) Jonathan Lindner et al. “Molekylær billeddannelse med kontrast ultralyd og målrettede mikrobobler” Journal of Nuclear Radiology 2004. PMID 15052252
(i) BR55 i prostatakræft: et eksplorativt klinisk forsøg - Klinisk Studies Database amerikansk Institutes of Health 23. april 2013.
(i) Paul Dayton et al. “ Akustisk strålingskraft in vivo: en mekanisme til at hjælpe målretning af mikrobobler ” Ultralyd inden for medicin og biologi 1999.
(i) Peter Frinking et al. “ Effekter af akustisk strålingskraft på bindingseffektiviteten af BR55, et VEGFR2-specifikt ultralydskontrastmiddel ” Ultralyd i medicin og biologi 2011.
(i) Ryan Gessner et al. “ En in vivo-validering af anvendelsen af akustisk strålingskraft for at forbedre den diagnostiske nytte af molekylær billeddannelse ved hjælp af 3-d ultralyd ” Ultralyd i medicin og biologi 2012.
(en) Nicolas Rognin et al. " Molecular Ultrasound Imaging Enhancement by Volumic Acoustic Radiation Force (VARF): Pre-clinical in vivo Validation in a Murine Tumor Model model error {{Archive link}} : |titre=indtast en parameter" " " World Molecular Imaging Congress, Savannah, USA 2013 .
(i) Hitachi realtid Tissue Elastografi (HI-RTE) fejl model {{Link}} Arkiv : spørge en parameter " |titre= "
(en) eSieTouch Elasticity Imaging 2
(i) G. Rozycki og S. Shackford , " Ultralyd, hvad enhver traumakirurg ved burde " , J Trauma , bind. 40, n o 1,1996( DOI 10.1097 / 00005373-199601000-00001 )
(in) " Battlefield Advanced Trauma Life Support (BATLS): Kapitel 7. Mavesmerter " , Journal of the Royal Army Medical Corps , vol. 148,Juni 2002, s. 54 ( DOI 10.1136 / jramc-146-02-12 , læs online [PDF] )