Hurá!   WikiSkripta jsou v novém! Vzhled ale není jediná věc, která se změnila, pod kapotou je novinek mnohem víc. Pokud se chcete dozvědět více, nebo pokud vám něco nefunguje správně, podívejte se na podrobnosti.

Ultrazvuk v různých prostředích a tkáních

Z WikiSkripta

Změněno.png

Ultrazvuk, generovaný pomocí magnetostrikčních, častěji piezoelektrických generátorů, se šíří látkovým prostředím jako vlna střídavého zahušťování a ředění molekul. V měkkých tkáních a tekutinách lidského těla formou vlnění podélného, v kostech též formou vlnění příčného.

Rychlost šíření ultrazvukových vln závisí na elasticitě K a hustotě ρ prostředí dle vzorce:[1]

 v =  \sqrt{ \frac{K}{\rho} \ }

Vyšší hustota látky sice snižuje rychlost šíření zvuku, zároveň ale látky s vyšší hustotou obvykle mívají vyšší elasticitu. Proto se ultrazvuk nejrychleji šíří v pevných látkách (např. kostech) a nejpomaleji v plynech (vzduch). V kapalinách a materiálech s vysokým obsahem vody (např. měkké tkáně) se průměrně šíří rychlostí 1540 m/s.

Akustická impedance[upravit | editovat zdroj]

Na hustotě prostředí a rychlosti šíření ultrazvuku je závislá akustická impedance, veličina popisující vztah ultrazvuku a prostředí. Je dána vztahem:

Z =\frac{p_ef}{v_ef} \ =  c. \rho

Kde:

  • Z = akustická impedance;
  • pef = akustický tlak;
  • vef = akustická rychlost;
  • ρ = hustota prostředí;
  • c = rychlost šíření ultrazvuku prostředím.

Prostředí klade jakýsi odpor ultrazvukovému vlnění a brání vzniku zón zvýšeného a sníženého tlaku (zhušťování a ředění molekul). Ze vzorce tedy lze vyčíst, že vysokou impedanci mají pevné látky s vysokou hustotou a rychlostí šíření ultrazvuku.

Hodnoty akustické impedance a rychlosti ultrazvuku pro vybrané tkáně[upravit | editovat zdroj]

Tkáň Akustická impedance Z [106 kg · m-2 · s-1] Rychlost [m · s-1]
krev 1,62 1580
kost 3,75–7,38 3360
mozek 1,55–1,66 1538
játra 1,64 1570
sval 1,65–1,74 1568
voda 1,5 1500
vzduch 0,004 340

[2]

Ultrazvuk na tkáňovém rozhraní[upravit | editovat zdroj]

Při průchodu tělem ultrazvuková vlna naráží na různá tkáňová rozhraní, přičemž různé tkáně mají různou akustickou impedanci a echogenitu – schopnost odrážet ultrazvukové vlny. Na tkáňovém rozhraní dochází k částečnému odrazu vlny (echo, ozvěna), část prochází dál k dalšímu tkáňovému rozhraní. Čím větší je rozdíl akustických impedancí a echogenit sousedních tkání, tím větší je odraz vlny. Poměr mezi intenzitou odražené vlny a intenzitou vlny dopadající na rozhraní je dán vztahem:


 R = \left(\frac{z_1 - z_2}{z_1 + z_2} \right) ^2

Kde:

  • R = poměr intenzit odražené vlny ku vlně dopadající;
  • Z1 = akustická impedance prostředí 1;
  • Z2 = akustická impedance prostředí 2.


Je-li akustická impedance prostředí 1 a 2:

  1. Z1 = Z2, R = 0, nedochází k odrazům na rozhraní prostředí. Jedná se o homogenní prostředí.
  2. Z1 ≠ Z2, dochází k částečnému odrazu.
  • R → 0 – měkké tkáně s podobnou impedancí;
  • R → 1 – tkáně s vyšším rozdílem impedance, např. měkká tkáň – kost, měkká tkáň – vzduch.


Z tohoto poměru se dá vypočítat také poměr intenzit procházející ultrazvukové vlny ku vlně dopadající:

 T = 1 - R

Na tomto principu je založena metoda vyšetřování ultrazvukem v lékařství. Při vyšetření ultrazvukem je však nežádoucí, aby vlny procházely vzduchovou vrstvou mezi ultrazvukovou sondou a povrchem těla (rozdíl mezi impedancí vzduchu a měkké tkáně je značný a docházelo by na tomto rozhraní k velkým odrazům). Proto je nutno nanést na povrch těla gel a tím zajistit impedanční přizpůsobení.

Část akustické energie, která je pohlcena, se přeměňuje na teplo (uspořádaný pohyb molekul se mění v neuspořádaný tepelný pohyb).

Ultrazvuk v lidských tkáních[upravit | editovat zdroj]

Tepelné účinky[upravit | editovat zdroj]

Při průchodu živou tkání ultrazvuk způsobuje v důsledku absorpce energie zahřívání tkáně. Děje se tak především na tkáňovém rozhraní, ale i při průchodu homogenní tkání. Míra absorpce je závislá na frekvenci ultrazvuku. S rostoucí frekvencí se zvyšuje absorpce a disperze v tkáních a klesá pronikavost ultrazvuku. Pro vyšetření hlouběji uložených tkání je tedy nutné použít ultrazvuk o nižší frekvenci (s menší pravděpodobností odklonu vln při průchodu blíže uložených oblastí) s menší rozlišovací schopností.

  • u dospělého pacienta je pro vyšetření povrchových tkání vhodná sonda s frekvencí 5 MHz, hlouběji uložených tkání s frekvencí 3,5 MHz.

Absorpce ultrazvuku probíhá v hlouběji uložených tkáních, které většinou neobsahují termoreceptory. Proto nedochází k subjektivnímu vnímání lokálního vzestupu teploty.

Mechanické účinky[upravit | editovat zdroj]

Vlivem zhušťování a zřeďování prostředí dochází k rychlým tlakovým změnám při kmitání molekul, což může vést k mechanickému poškození struktur např. vlivem kavitace. Při tomto fyzikálním jevu vznikají v proudících kapalinách nebo v místech kapalin s rychlými tlakovými změnami vakuové dutinky, které svým zánikem mohou poškodit buněčné struktury.

Fyzikálně chemické účinky[upravit | editovat zdroj]

Účinkem ultrazvuku může dojít např. k excitaci molekul a urychlení chemických reakcí, prokrvení tkání nebo látkové výměny.

Ultrazvuk je výbornou metodou pro zobrazení měkkých tkání, avšak nevhodnou pro vyšetření plic a kostí.


Odkazy[upravit | editovat zdroj]

Externí odkazy[upravit | editovat zdroj]

Použitá literatura[upravit | editovat zdroj]

  • NAVRÁTIL, Leoš. Biofyzika v medicíně. 1. vydání. Praha : Manus, 2003. ISBN 80-86571-03-3.

Reference[upravit | editovat zdroj]

  1. ROSINA, Josef, et al. Biofyzika pro studenty zdravotnických oborů. 1. vydání. Grada publishing, a. s, 2006. s. 86. ISBN 8024768682.
  2. NAVRÁTIL, Leoš. Biofyzika v medicíně. 1. vydání. Praha : Manus, 2003. ISBN 80-86571-03-3.