Sérii fotografií s videozáznamem nenarozeného miminka pořízenou „klasickým ultrazvukem“ mnohde poskytnou i za tisícovku. Kredit Fakultní nemocnice Olomouc.

Ultrazvuk ale není jen doménou gynekologicko-porodnických klinik. Oblíbili si ho i ponorkoví stratégové a ti, co mají na starosti rozhánění protivládních davů. V oblasti medicíny spolu s nástupem magnetické rezonance se zdálo, že méně přesnému ultrazvukovému vyšetření tělních dutin bude odzvoněno. Spojení ultrazvuku s laserem ale zamíchalo kartami a jako již nová technologie s řadou výhod se znovu dere na výsluní.

Klasické vyšetření ultrazvukem vypadá zhruba následovně. Potřou nám kůži gelem, a pak nám lékař něco přitlačí a pojíždí s tím po vyšetřovaném místě. Je to sonda, která nejen, že zvukové vlny vysílá, ale ty odražené rovněž přijímá. Specifika jednotlivých tkání (rozdílná „měkkost a tuhost“) ovlivní šíření a odraz (ozvěnu) akustických vln a ze zaznamenané impedance počítač sestaví dvou, případně trojrozměrný obraz zkoumaného objektu.

Vyšetření je levné a zkušené oko sonografisty dokáže z obrazu toho poměrně hodně vyčíst. Třeba zda potomkovi hrozí postižení Downovým syndromem, zda jsou postiženy srdeční chlopně,... I když lze ultrazvukem detekovat i některé nádory, jejich vyšetřování naráží na problém. Nedaří se zjistit, zda zahájená léčba se setkává s úspěchem. Zádrhel jako obvykle v detailu. Tím, jak se sonda dotýká těla a je třeba na ní přitlačit, tak to nikdy není ve zcela stejném místě a ani záběr není ze stejného úhlu ani vzdálenosti od vyšetřované tkáně. U cucajícího palce to je fuk, ale k rozhodnutí, zda se nádor od posledního vyšetření zmenšil, nebo se o milimetr zvětšil a je nutné změnit léčbu, to nestačí. Proto se také verdikty v tomto směru z různých pracovišť rády rozcházejí.

Křemenný disk ultrazvukového senzoru z dílny Warwicka Bowena má má průměr 148 mikronů a tloušťku 1,8 mikronu. S pomocí laseru je schopen „odposlechnout“ co si mezi sebou povídají baktérie nebo i jednotlivé buňky. Kredit: University of Queensland.

Před časem jsme vás zde informovali o ultrazvukovém senzoru z dílny australských vědců, který je tak citlivý, že detekuje zvuk jednotlivých molekul vzduchu, které kolem něj proletí, a že tudíž pro něj není problém „vyšetřit“ vibrace byť jen jednotlivých buněk. Za tak razantním posunem v citlivosti se ukrývá spojení techniky ultrazvuku s laserem. Jinak řečeno, jeden z hendikepů klasické sonografie, kterým byla malá rozlišovací schopnost, padl. Podobně jako u mikroskopie, ani zde vysoká rozlišovací schopnost není všechno. Prvotní nadšení zhatil problém přezdívaný „ruka sonografisty“. Snaha o co nejlepší pozorovací okno k nahlížení do vnitřku těla vyžaduje manipulovat se sondou. Tam, kde se mají porovnávat snímky a vyhodnocovat milimetrové změny, je nutné pořizovat snímky z naprosto stejného místa i úhlu. To se ale ukázalo v praxi nedosažitelné. Ani tehdy když vyšetření prováděl tentýž doktor s letitou praxí. Tlak na sondu není vždy stejný, tkáň se v místech jiného přitlačení také deformuje odlišně. To vše nejen mění geometrii vyšetření objektu, ale navozuje i změny v prostupu ultrazvukových vln, což zase signalizuje změnu vlastností tkáně, k níž ve skutečnosti nemuselo dojít.

Popsáním problému se dostáváme k tomu, jak se nad nepředvídatelnými chybami sonografického zobrazení výzkumníkům Massachusettského technologického institutu podařilo vyzrát. Vědci ve spolupráci s praktiky z tamní všeobecné nemocnice vyvinuli techniku bezkontaktního ultrazvukového vyšetření laserem. V začátcích před časem své snažení nazvali konceptem „NCLUS“. Teď je z toho nová metoda snímkování vnitřních tělesných orgánů (tuku, svalů, šlach, cév, kostí…) která je již také schopna sledovat stádia onemocnění v průběhu času. Protože si vynálezci nechali princip patentovat, nic nebránilo, aby celému světu odhalili, čím že to tradiční ultrazvukové přístroje hodlají poslat do výslužby. Tou nejdůležitější změnou je sonda. Jejich přístroj totiž žádnou nemá. Z toho mimo jiné vyplývá, že už netřeba na vyšetřovanou oblast něčím tlačit. A také to značí, že lze volit i stále stejné úhly snímkování a při opakovaných vyšetřeních se dobrat reprodukovatelných závěrů. Jinak řečeno, vyšetření by mohlo začít konkurovat dokonce i klasickému vyšetřování, jakými jsou magnetická rezonance (MRI) a počítačová tomografie (CT).

Bezkontaktní laserový ultrazvukový přenosný přístroj dovoluje polohování roviny s mnoha stupni volnosti. Čelní optická jednotka zahrnuje miniaturizovaný laserový zdroj a přijímač, flexibilní optická vlákna, zrcadla a kameru. Kredit: MIT Lincoln Laboratory. (Autor fotografie Glen Cooper).

Že slovo konkurovat je nadnesené? Nejspíš je, ale mnohé přednosti ji upřít nelze. Technika MRI je drahá a není pro každého. I kdyby byla, tak nikdy nebude dostupná tak často, jak by bylo záhodno. V porovnání s technikou počítačové tomografie má ultrazvuk dokonce hodně navrch. Vyšetřovanému nezvyšuje kumulativní dávku ozáření. Že podobně jako s čerty ani s malými dávkami ozáření nejsou žerty, jsme vás informovali například v článku „Nová rozsáhlá studie rizika nízkých dávek radiace“.

Ještě je potřeba zmínit čím se vývojářům podařilo vyhnout se hendikepu s nechtěným nakláněním sondy, změnou úhlu roviny zobrazení a z toho pramenícím nejistotám v interpretaci výsledků. Dosáhli toho díky topografii povrchu kůže pacienta za použití 2D lidaru (krátkovlnné infračervené kamery s vysokou snímkovou frekvencí). Snímaná místa na kůži pokrytá laserovými pulsy dovolují získat parametry nezbytné pro konstrukci ultrazvukových snímků. Systém NCLUS generuje plně automatizované a registrované ultrazvukové snímky pomocí syntetického zpracování apertury.

Přednostmi novinky jsou nepatrné náklady na vyšetření, jeho rychlost a snadná instalace aparatury. To vše ji předurčuje nejen k zavádění do jednotek intenzivní péče a na pohotovostní pracoviště, ale hlavně mimo nemocnice do ordinací praktických lékařů. Malou hmotnost přístroje a snadný neinvazivní pohled do pacienta jistě ocení i záchranáři v terénu a chirurgové polí válečných. Nespornou výhodou je, že obsluhující personál netřeba školit, jako je tomu v případech obsluhy drahé magnetické rezonance, nebo u rizik vyplývajících z práce se zářičem u rentgenů.

Výzkumnému týmu z Lincoln Laboratory (MIT), který svůj koncept NCLUS vypiplal do bezkontaktní ultrazvukové vyšetřovací techniky, jsme si za nás všechny dovolili poslat blahopřání. Kredit: MIT Lincoln Laboratory. (Autor fotografie Glen Cooper).

Pro nás pacienty by rovněž bylo přínosem, kdyby se novinka rychle rozšířila do ordinací pečovatelů o naše zdraví. Třeba i proto, jak si nám do redakce stěžujete na rozmáhající se nešvar souvisí s tabulkovou úhradou za výkon. Kdy například stomatolog dělá rentgen i tehdy, když žádný kaz nenašel a žádný zub nás nebolí.

Podle toho, co se o novém přístroji píše, tak je natolik automatizovaný, že k zaměření (vytvoření pevného referenčního rámce pro provádění přesných opakovaných skenů) není mnohdy třeba ani dělat na tělo vyšetřovaného značky fixou. Často si vystačí i s nepatrnou pihou a podle ní si umí najít tu správnou lokalitu a pomocí zrcátek zaměří optimální úhel při následném snímkování.

Na závěr ještě laické shrnutí, protože z mluvy odborné nemuselo vše vyznít zcela srozumitelně. Zatímco u stávajícího klasického vyšetření ultrazvukem se přikládá sonda vydávající a přijímající signál, tak v tomto případě se využívá fenoménu fotoakustiky a sondou se stává naše tělo. Tím, že pulzní laser přenese světelnou energii vzduchem na kůži a ta energii absorbuje, tak se tím lokálně prohřeje. Zahřátí způsobí deformace a ty generují ultrazvukové vlny. Pokud se použijí ty správné vlnové délky laseru, nezpůsobí vyšetřovanému žádné škody a ten dokonce nezaregistruje ani pocit tepla.

Ultrazvukové ozvěny vracející se z vnitřku vyšetřovaného orgánu se rovněž projeví na povrchu kůže, a sice jako lokalizované vibrace. Ty už pak jen stačí změřit laserovým Dopplerovým vibrometrem a program ze získaných dat sestaví výsledný 2D či 3D snímek. Klinická verze přístroje má pracovat s rozlišením až 200 mikronů a s akvizičními časy pod jednu sekundu. Při použití „patentovaných frekvencí“ nezkreslí výsledek ani barva pleti.

I když se na pacienta při vyšetření svítí laserem, tak ten je zde pouhým buditelem kmitů a přenositelem energie (jak směrem k pacientovi, tak i od něj). Přestože tím, co dělá vyšetření bezkontaktním a co mu propůjčuje vysokou přesnost je laser, je dobré mít na paměti, že stále jde o vyšetření ultrazvukem. Čtenáři Osla už teď také budou vědět, že stávající formulace uváděné ve Wikipedii, WikiSkriptech i učebnicích, u hesel jako jsou sonografie a diagnostické užití ultrazvuku,… již neplatí. A že „Sono“ přestalo být jen vyšetřením pomocí sondy, která funguje jako vysílač i jako přijímač ultrazvukových vln. S nástupem novinky NCLUS se totiž žádné přikládání sondy na břicho ani její vkládání do tělních otvorů, nekoná.

Literatura

Laser-based system achieves noncontact medical ultrasound imaging. MIT News, august 24, 2023