USG (ultrasonografia) – opis, działanie i zastosowanie USG

Diagnostyka za pomocą USG stała się w ostatnich dekadach ulubioną metodą wykorzystywaną w różnych dziedzinach medycyny. Jej popularność wynika z faktu, że jest relatywnie łatwa w interpretacji, ma szereg różnorodnych zastosowań, a sama aparatura jest znacznie tańsza, łatwiej dostępna i przyjazna pod względem gabarytów niż urządzenia do tomografii komputerowej czy rezonansu magnetycznego. Czy badaniom USG można jednak poddawać się bez żadnych obaw?

1. Historia USG
2. Jak działa USG?
3. Co wykrywają badania USG?
4. Jak przebiega badanie USG?
5. Przeciwwskazania i ryzyka związane z USG

Medyczna ultrasonografia jest tylko jedną z wielu dziedzin szerokiej nauki o ultradźwiękach. Trudno uwierzyć, ale podwaliny pod nią położył Pitagoras, który już w VI w. p.n.e. zaczął fascynować się fenomenem akustyki. Za praojca ultrasonografii uważa się jednak Lazzaro Spallanzani, który w 1794 r. jako pierwszy udowodnił, że nietoperze „widzą” dzięki emitowanym niesłyszalnym dźwiękom, nie zaś oczom!

Historia USG

W 1880 r. bracia Curie odkryli bardzo ważny fenomen nazwany efektem piezoelektrycznym. W uproszczeniu mowa o generowaniu ładunków elektrycznych na powierzchni niektórych kryształów pod wpływem naprężeń mechanicznych. W konsekwencji człowiek nabył zdolność do generowania ultradźwięków, a pierwsze jego poważne zastosowanie miało miejsce po tragedii Titanica w 1912 r., kiedy to francuskiemu fizykowi, Paulowi Langevinowi, powierzono zadanie opracowania podwodnego sonaru. Badania nad wykorzystaniem ultradźwięków do wykrywania łodzi podwodnych przyspieszyły w okresie II Wojny Światowej, ale z punktu widzenia medycyny przełomem okazały się dopiero osiągnięcia Karla Dussika, austriackiego fizyka, który jako pierwszy zastosował strumień ultradźwięków do badania funkcjonowania mózgu – bez większych rezultatów niestety. Myśl szybko poszła jednak dalej i już w 1948 r. George D. Ludwig opracował pierwszy ultradźwiękowy aparat do wykrywania kamieni żółciowych.

W latach 50-tych i 60-tych ultrasonografia rozwijała się w fascynującym tempie. Amerykański duet Reid i Wild zbudował pierwszy ręczny przyrząd do diagnozowania raka piersi, Edler i Hertz zaś jako pierwsi przeprowadzili badanie serca zwane echokardiogramem, a Ian Donald zapoczątkował wykorzystanie ultradźwięków w ginekologii i położnictwie. Latom 70-tym zawdzięczamy rozwój techniki USG Dopplera, zaś w kolejnej dekadzie możliwe już było sporządzanie pierwszych trójwymiarowych obrazów z płodu. Od lat 90-tych mówimy nie tylko o USG 3D, ale i 4D, czyli diagnostyce w czasie rzeczywistym!

Jak działa USG?

Najogólniej rzecz ujmując, USG wykorzystuje fale dźwiękowe wysokiej częstotliwości (niesłyszalne dla ludzkiego ucha) do tworzenia obrazów wnętrza ludzkiego ciała. Samo urządzenie składa się z głowicy będącej transduktorem, która może emitować ultradźwięki, ale także wykrywać fale odbite. Mechanizm ten możliwy jest przede wszystkim dzięki zastosowaniu specjalnych kryształów ceramicznych działających na zasadzie odkrytej przez braci Curie piezoelektryczności. Prąd elektryczny wywołuje emisję fal ultradźwiękowych, zaś odbite od narządów wewnętrznych fale z powrotem wywołują impulsy elektryczne, które wysyłane są dalej do skanera. Na podstawie szybkości dźwięków oraz czasu, w jakim zostały one odbite, skaner dokonuje kalkulacji i określa jakiego typu tkanki położone są pod powłoką skóry. W efekcie lekarz widzi na ekranie jak w rzeczywistości wyglądają organy, ścięgna czy mięśnie i może dość precyzyjnie zmierzyć ich wielkość oraz określić rodzaj zmian w ich strukturze.

We współczesności obserwujemy przy tym trend polegający na stałym zmniejszaniu rozmiarów przyrządów do USG – celem jest stworzenie przenośnych niedrogich urządzeń, które mogłyby służyć szybkiej diagnostyce poza szpitalem czy gabinetem lekarskim.

Co wykrywają badania USG?

Badania USG należą do nieinwazyjnej diagnostyki medycznej, która pozwala na ocenę rozmieszczenia i rozmiarów tkanek miękkich. Niestety kości oraz tkanki wypełnione powietrzem nie są dobrze widoczne na obrazie USG. Współcześnie najczęściej stosuje się ultrasonografię do oceny rozwoju płodu w łonie matki, budowy serca i naczyń krwionośnych, diagnostyki oka, gruczołu tarczycy, mózgu, piersi, narządów w jamie brzusznej, a także skóry i mięśni.

Specjalnym rodzajem badania USG jest tzw. badanie dopplerowskie. Za pomocą wykorzystania specjalnej końcówki lekarz jest w stanie zmierzyć i zobrazować przepływ krwi w tętnicach i żyłach. Taka diagnostyka wykonywana bywa w wersji kolorowej i jest kluczowa dla stwierdzenia np. niewydolności żył kończyn dolnych czy też nagromadzenia w tętnicy płytki miażdżycowej, która może blokować dokrwienie mózgu. Łatwo wyobrazić sobie implikacje takiego badania!

Ponadto technologia USG pozwala również na wykonanie elastografii, czyli pomiaru relatywnej sztywności tkanek, który pozwala odróżnić guzy od zdrowej tkanki. W obrazie uzyskiwanym na ekranie plamy o wysokiej intensywności zabarwienia pokazują patologiczne zmiany. Ta forma badania wykorzystywana jest przede wszystkim do diagnozowania marskości wątroby.

W praktyce medycznej aparatura USG bywa również wykorzystywana podczas różnego typu zabiegów np. biopsji, kiedy kluczowe jest dokładne śledzenie np. ruchu igły pod skórą czy w przypadku cewnika wprowadzanego do naczynia krwionośnego.

Ciekawostka: Poza diagnostyką ultradźwięki o wysokiej częstotliwości bywają również wykorzystywane jako narzędzie terapeutyczne do nagrzewania, usuwania lub rozbijania tkanki. Metoda ta nazwa się HIFU (High Intensity Focused Ultrasounds) i stosowana jest również w medycynie estetycznej zamiast skalpela.

Jak przebiega badanie USG?

Badanie USG jest jednym z tych, których naprawdę nie trzeba się obawiać. Jest całkowicie bezbolesne, nieinwazyjne i nawet mało nieprzyjemne za wyjątkiem chłodu na skórze pochodzącego od specjalnego żelu na bazie wody. Ten ostatni aplikowany jest na głowicę urządzenia, aby poprawić transmisję odbijanych dźwięków do mikrofonu wbudowanego w głowicę. W zależności od badanego obszaru przebieg badania może być jednak nieco inny.

W wielu przypadkach wymagane jest usunięcie części garderoby – USG wykonywane jest zawsze na nagiej skórze. Pacjenta układa się zazwyczaj na kozetce lub fotelu, a lekarz przesuwa głowicą po badanym rejonie ciała, uzyskując od razu realny obraz na ekranie. W okresie badania możliwa jest komunikacja z prowadzącym, a czasem wręcz wymagana jest współpraca ze strony pacjenta. Lekarz może prosić o zajęcie określonej pozycji lub nabranie oddechu i wstrzymanie. Przed badaniem pęcherza moczowego wymagane jest ponadto wypicie 0.5 litra wody, tak, aby organ był wypełniony i dobrze widoczny na ekranie, zaś w przypadku badania układu pokarmowego wskazane być może powstrzymywanie się od jedzenia na 6 godzin przed badaniem.

W przypadku ginekologicznego badania USG specjalna głowica jest wprowadzana do pochwy, co umożliwia ocenę stanu szyjki macicy, samej macicy oraz jajników. Badanie wewnętrzne przeprowadzane jest również zazwyczaj w pierwszych tygodniach ciąży – później USG odbywa się już przez powłoki brzuszne. Podczas tego ostatniego położnik ma możliwość oceny ilości zarodków, pomiaru wielkości płodu i bicia jego serca, lokalizacji płodu i łożyska, pomiaru przezierności karkowej (ważnego kryterium diagnostycznego w kontekście zespołu Downa), a także ewentualnych nieprawidłowości rozwojowych. Na podstawie badania USG określa się dziś termin porodu.

Stosunkowo najbardziej nieprzyjemne jest badanie USG gałki ocznej, które odbywa się przy zamkniętych powiekach. Nacisk głowicy na oko powoduje jednak umiarkowany dyskomfort. Na szczęście, większość badań ultrasonograficznych trwa dość krótko – od kilku minut w przypadku oka do pół godziny przy bardziej złożonej diagnostyce, np. dopplerowskim badaniu żył w kończynach dolnych.

Przeciwwskazania i ryzyka związane z USG

Ultrasonografia wykorzystywana do celów diagnostycznych nie emituje promieniowania jonizacyjnego i w efekcie nie stwarza takiego ryzyka dla zdrowia jak promienie RTG czy tomografia komputerowa. Tym niemniej, zdaniem naukowców przepuszczanie wysokiej częstotliwości ultradźwięków przez tkanki ciała może w określonych warunkach wywoływać efekty biologiczne w ciele, dlatego międzynarodowe organizacje zajmujące się ochroną zdrowia (m.in. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków) zalecają, aby liczbę badań ograniczać do minimum. Tym samym wykonywanie USG jako pamiątkę z ciąży nie jest uzasadnione i wskazane z medycznego punktu widzenia.Dla uspokojenia dodajmy, że jak dotąd nie udało się ustalić żadnych skutków ubocznych ani przeciwwskazań do USG – ostrożność i oszczędność zalecane są więc wyłącznie ze względów czysto prewencyjnych!

Bibliografia

1. The British Medical Ultrasound Society; “The History of Ultrasound”; data dostępu: 2021-07-01
2. Ultrasound Schools Info; “History of Ultrasound”; data dostępu: 2021-07-01
3. S. Campbell; “A Short History of Sonography in Obstetrics and Gynaecology”; data dostępu: 2021-07-01
4. Radiology.info; “General Ultrasound”; data dostępu: 2021-07-01
5. National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering ; “Ultrasound”; data dostępu: 2021-07-01