Fizikai Szemle 2005/12. 448.o.
ORVOSI KÉPALKOTÓ ELJÁRÁSOK III.
ULTRAHANGOS DIAGNOSZTIKA
Az ultrahangos vizsgálatok alapjainak ismertetése a sorozat
- melyben áttekintettük a legfontosabb orvosi képalkotó
eljárások fizikai alapjait (Fizikai Szemle
2005/2.
83. o. és 2005/7. 260.
o.) - utolsó cikke.
Az ultrahangos eljárások alkalmazása az 1940-es években
kezdődött, és felhasználási területük azóta is egyre
szélesedik. E vizsgálattípus leggyakoribb alkalmazásai:
magzatfejlődési rendellenességek, rákgócok felderítése,
vese-, prosztatavizsgálatok, keringési és szívrendellenességek
diagnózisa stb. A módszer nagy előnye, hogy a
legkisebb kockázat mellett, "működés" közben láthatjuk
az élő szervezet különböző részeit, szerveit.
Mi az ultrahangos technika alapja? Ez attól függ, hogy
milyen területen használjuk. Alapvetően két fizikai jelenségen
nyugszik. Elsőként tekintsük a szervekről való ultrahangos
képalkotást! Biztosan mindenki fel tudja idézni
egy hegyi kirándulás emlékét, amikor az egyik hegyoldalon
elkiabáltuk magunkat, és rövid idő múlva meghallottuk
kiáltásunk mását, visszhangját. Ugyanezt tapasztaljuk
nagy üres teremben, vagy a fürdőszobában. Azt is észrevehettük,
hogy a visszhang annál hamarabb jelentkezik,
minél közelebb van a szomszédos hegy vagy fal. Ezekből
a tényekből könnyű arra a következtetésre jutni, hogy
visszhang nem más, mint a levegőben egy irányba terjedő
hangunk egy távoli felület által visszavert része. Így a hang
terjedési sebességének és a visszhang érkezési idejének -
pontosabban a kibocsátáshoz viszonyított késleltetési idő
- ismeretében megkaphatjuk a visszaverő felület távolságát.
Ezt az egyszerű elvet használja az ultrahangos mérés.
A különbség két dologban van: az egyik, hogy a kibocsátott
hang nem a szokásos emberi füllel hallható tartományba
(10-20000 Hz), hanem sokkal magasabb frekvenciatartományba
(1-15 MHz) esik. A másik különbség,
hogy a hangot vezető közeg nem levegő, hanem az emberi
test. Ennek megfelelően az ilyen hang keltéséhez és
érzékeléséhez más eszközöket használunk, mint a közönséges
emberi füllel is hallható hangéhoz. A rádióban papírmembrán
mozgatásával keltjük a hangot, a detektálás is
hasonló eszközzel, a mikrofonnal történik, amely szintén
tartalmaz könnyű membránt, azt mozgatja meg a levegőben
terjedő hang. Az ultrahangot egy kis piezoelektromos
kristályra (gyakran kvarcot használnak erre a célra) adott
váltakozó feszültséggel állítjuk elő. Az ilyen kristály a
külső feszültség változásának ütemére változtatja alakját.
A piezoelektromos kristályt másik testhez érintve annak
átadja rezgéseit, és így abban egy hanghullám indul el. A
detektálás is ezzel a kristállyal történik, a hangkeltéssel
éppen ellentétes folyamat eredményeképpen. A testben
terjedő hang rezgése megváltoztatja a hozzáérintett kristály
alakját, ami a kristály két vége között potenciálkülönbséget
eredményez. Ezt a feszültségkülönbséget megfelelő
elektronikus egységekkel fel tudjuk dolgozni. A
belső szervekről úgy alakulhat ki kép, hogy a terjedő ultrahang
egy része visszaverődik a szerv határfelületéről, ezt
a detektor felfogja, ebből a felület távolsága meghatározható.
Kicsit elmozdítva a detektort, a felület másik részéről
kapunk visszaverődést, és ennek is meghatározzuk a távolságát.
Egy ilyen méréssorozat összerakásából alakul ki
a szerv teljes képe. Megjegyezzük, hogy a nagyon sűrű
mintavételezés (másodpercenként akár egy millió is lehet)
a megfigyelő számára valós időben megjelenő képet eredményez.
Ilyen berendezés felépítését mutatja az 1. ábra.
Az ultrahangforráson és -detektoron kívül a berendezés
igen fontos egysége a központi jelfeldolgozó rész, ami
napjainkban egy számítógép. Ez rakja össze értelmezhető
képpé a beérkezett visszhangjeleket.
1. ábra. Az ultrahangos diagnosztika elve
A másik alkalmazási mód - melyet az érrendszer állapotának
felmérésére használnak - alapja a Doppler-effektus.
Amikor vonat közeledik a lakott területen lévő állomáshoz,
figyelmeztetésképp füttyjelzést alkalmaz. Ha éppen
a figyelmeztető jelzés közben halad el előttünk a szerelvény,
azt tapasztaljuk, hogy megváltozik a füttyjel hangmagassága:
amíg közeledik felénk a vonat, magasabb, amikor
pedig már távolodik tőlünk, mélyebb hangot hallunk.
Tovább kísérletezve, megállapíthatjuk, hogy ugyanazt a
füttyjelet annál magasabbnak halljuk, minél gyorsabban
közelít a vonat (és persze annál mélyebb, minél sebesebben
távolodik).Ezen az elven alapszik a véráram sebességének
mérése a szívben, illetve a vérrendszerben. Az ultrahangkeltő
kristályt - hasonlóan az előzőekben leírtakkal -
a vizsgálni kívánt ér közelében a testhez érintjük, az áramló
vérről visszavert hang magasságának (frekvenciájának)
megváltozásából meghatározhatjuk az áramló vér sebességét,
és így következtethetünk az érrendszer állapotára.
Végül néhány szót a jövőről. Várható, hogy a jelfeldolgozás
és számítógépes technika fejlődésével az ultrahangos
vizsgálatoknál is egyre szélesebb körűvé válik a háromdimenziós
képalkotás. Erre az előző cikkben leírt
tomografikus módszerekkel analóg, az ultrahangos technikára
adaptált képfeldolgozás fogják használni. Már ma
is léteznek ilyen berendezések, de még ritkák és drágák.
A másik fejlődési irányt az egyre kisebb és egyszerűbben
kezelhető, hordozható ultrahangos berendezések megjelenése
jelentheti. Így már nemcsak rendelőintézetben
lesz lehetőség ultrahangos diagnosztikára, hanem a helyszínre
kiszálló orvosnak is kezében lesz ez az eszköz, a
betegségek, elváltozások gyorsabb felismeréséhez.
Faigel Gyula
MTA SZFKI